Concreto

Capítulo 2 Conceptos básicos de diseño de elementos de concreto presforzado y prefabricado

Capítulo 2
CONCEPTOS BÁSICOS DE DISEÑO DE ELEMENTOS DE CONCRETO PRESFORZADO Y PREFABRICADO

2.1

GENERALIDADES

El Concreto Presforzado consiste en crear deliberadamente esfuerzos permanentes en un elemento estructural para mejorar su comportamiento de servicio y aumentar su resistencia. Loselementos que se utilizan van desde una vigueta para casa habitación hasta trabes para puentes de grandes claros, con aplicaciones tan variadas como durmientes para vías de ferrocarril, tanques de almacenamiento y rehabilitación de estructuras dañadas por sismo, entre otras. En este capítulo se incluyen algunos conceptos sobre el diseño de elementos de concreto presforzado y prefabricado basados en lapráctica de la ingeniería mexicana, en el Reglamento de Construcciones del Distrito Federal (RCDF, 1996) y sus Normas Técnicas Complementarias (NTC-C), en los reglamentos del ACI (1995) y de Ontario (1992) y en los manuales PCI, AASHTO Estándar (1996) y AASHTO LRFD (1994). ¿POR QUÉ EL CONCRETO PRESFORZADO? Gracias a la combinación del concreto y el acero de presfuerzo es posible producir, en unelemento estructural, esfuerzos y deformaciones que contrarresten total o parcialmente a los producidos por las cargas gravitacionales que actúan en el elemento, lográndose así diseños más eficientes. En la Figura 2.1 se muestran los diagramas de momentos debidos a carga vertical, W, y a la fuerza de presfuerzo, P, para una viga simplemente apoyada. La carga vertical y la fuerza de presfuerzo sonlas mismas para las tres vigas; sin embargo, los diagramas de momento debidos a las distintas 3

condiciones de la fuerza de presfuerzo difieren entre sí. La viga I tiene presfuerzo axial, es decir, el centro de gravedad de los torones se encuentra en el eje neutro de la sección. El presfuerzo así colocado no provoca ningún momento en la sección por lo que desde este punto de vista no hay ventajasal colocar presfuerzo axial. En la viga II el presfuerzo produce un diagrama de momento constante a lo largo del elemento debido a que la trayectoria de la fuerza P es recta y horizontal, pero está aplicada con una excentricidad, e. Con esto se logra contrarrestar el momento máximo al centro del claro provocado por la carga vertical. Sin embargo, en los extremos de la viga II el momento provocadopor el presfuerzo resulta excesivo ya que no existe momento por cargas verticales que disminuya su acción. En este caso, un diseño adecuado deberá corregir este exceso de momento. Por último, en la viga III se tiene una distribución de momentos debida al presfuerzo similar a la curva provocada por la carga vertical; el presfuerzo así colocado, con excentricidad pequeña en los extremos y máxima alcentro del claro, contrarresta eficientemente el efecto de las cargas en cada sección de la viga. La Figura 2.2 muestra los diagramas de esfuerzos para las secciones al centro del claro y en los extremos correspondientes a las mismas vigas de la Figura 2.1. Se aprecia que, contrario a lo observado en la Figura 2.1, el comportamiento de la viga I al centro del claro sí mejora con el presfuerzo,aunque este sea sólo axial. Esto es debido a que el presfuerzo provoca compresiones que disminuyen las tensiones provocadas por W en la fibra inferior de la sección. Para las vigas II y III estos esfuerzos de tensión son todavía menores por el momento provocado por el presfuerzo excéntrico. En los extremos, las vigas I y III tienen esfuerzos sólo de compresión, mientras que la viga II presentaesfuerzos de tensión y compresión debidos a

Capítulo 2 Conceptos básicos de diseño de elementos de concreto presforzado y prefabricado la existencia de presfuerzo excéntrico; estos esfuerzos son mayores que los de las vigas I y III y en general mayores también que los esfuerzos permisibles. La comparación de las vigas I, II y III mostrada en las Figuras 2.1 y 2.2 nos permite concluir que el acero...