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Guias e Dicas
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La losa hueca: proyecto y utilizaciones, Manuais, Projetos, Pesquisas de Cultura

projeto de lajes alveolares

Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas

2013
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Compartilhado em 07/08/2013

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Baixe La losa hueca: proyecto y utilizaciones e outras Manuais, Projetos, Pesquisas em PDF para Cultura, somente na Docsity! ASSAP - Asociación de Productores de Losas Huecas Pretensadas Via Castelletto, 5 - 37050 Belfiore (Verona) Italia Tel. 0039 045 6149279 - Fax 0039 045 6149275 e-mail: assap@gruppocentronord.it A SS A P l o c s a s h u e c a s ASOCIACIÓN DE PRODUCTORES DE LOSAS HUECAS PRETENSADAS ASSAP l o s a s h u e c a s La losa hueca Proyecto y utilizaciones L a l o s a h u e c a - P ro y e c to y u ti li z a c io n e s instaura entre losas huecas sobre apoyos mediante armadura pasiva, resistente al momento negativo, introducida en la obra en los extremos de las losas elaboradas con tal propósito. El segundo gran interés fue el estudio de un modelo mecànico que justificase el inesperado comportamiento experimental del nudo de continuidad entre losas huecas en fase de fisuración. Efectivamente, una vez alcanzados y superados experimentalmente en el laboratorio los momentos de fisuración positivos y negativos, se observó que estas fisuras nunca llegaban a unirse unas con otras y por dicha razón no creaban ningún problema de colapso estructural. Pues bien, la causa de la separación de las fisuras está en la presencia de las bielas de hormigón comprimido (ver la fig. 4.10 en el cap.4) en las extremidades del sistema arco- tirante que impiden su unión. De esta manera se impide el colapso en fase de fisuración. Gracias a este importante diagnóstico científico, por lo demás muy tranquilizador, el Prof. Levi abrió a la losa hueca en continuidad las puertas de la Normativa Italiana y más adelante de la Europea. Entre las numerosas innovaciones introducidas por ASSAP para la utilización de las losas, está también la unión en apoyo indirecto entre la losa y la viga vertida en obra (v. los pár. 4.4.2 y 4.4.3). ¿Cómo pueden garantizarse estas uniones sin apoyo? El laboratorio de ensayos del Politécnico de Turín abordó este nuevo ámbito de investigación construyendo tipos de vigas vertidas in situ, con alas laterales formadas por losas huecas unidas unas con otras con continuidad pero no apoyadas en la viga. El éxito de las pruebas confirmó la validez de la idea y del diseño pero con los límites y las precauciones indicadas por el Prof. Levi (v. el pár. 4.4.4). La última investigación sobre las tensiones de “spalling” (v. el pár.3.5.2) llevó tres años de trabajo. Si en todas las vigas pretensadas las tensiones en el nervio del extremo son absorbidas por los estribos, en las losas huecas éstas deben ser contrarrestadas por la resistencia a tracción del hormigón. Además, las tensiones de “spalling” deben quedar contenidas si la losa hueca se coloca con apoyo indirecto entre estructuras de apoyo vertidas en la obra. El presente “manual” que constituye el primer volumen del “Documento de Autoreglamentación” para las compañías productoras de losas huecas miembros de ASSAP, es el instrumento que reúne los conocimientos adquiridos por ASSAP a lo largo de las investigaciones y los estudios específicos y que para las empresas asociadas ha constituido el “know-how” necesario no solo para la producción de las losas huecas, sino también para la realización de diseños de forjados con innovadoras y exactas bases técnico-científicas. ASSAP PROLOGO Tras 30 años de trabajo continuado y apasionado en un campo especifico de los prefabricados es inevitable que un técnico se convierta, sin darse cuenta, en un especialista en este sector y por tanto que encuentre obvio lo que conoce desde hace años y le sorprenda enormemente que otros profe- sionales técnicos del mismo sector, no muestren un mismo conocimiento tan profundo en la materia. En nuestro caso los técnicos que forman el núcleo promotor de la asocia- ción ASSAP, se han quedado perplejos en muchas ocasiones por las inexactitudes y los comportamientos de diversos fabricantes y de muchos proyectistas del campo específico de la fabricación y la utilización de losas huecas. Por esta razón desde los años 80 la asociación ASSAP estuvo con- siderando la posibilidad de escribir un “manual” apto para divulgar los principios para un correcto diseño y para la correcta utilización de este componente universalmente conocido y en cambio no siempre muy apre- ciado debido a algún prejuicio o a alguna errónea utilización. La enorme experiencia de los técnicos que constituyen nuestro comité de ASSAP es tan importante que no ha podido ser incluida totalmente en un “manual” de consulta rápida, ya que a medida que ésta iba poniéndose sobre papel se iba convirtiendo en un auténtico “tratado” que evidente- mente requería mucho tiempo para su redacción, así como muchas modi- ficaciones. Por consiguiente el libro que el lector tiene en sus manos es un compendio completo, aunque tal vez demasiado minucioso, pero sin duda de gran uti- lidad, de información importante para obtener un profundo conocimiento del forjado y de su componente prefabricado “la losa hueca de hormigón pretensado”. Así pues, el objetivo de esta publicación es ofrecer a los Proyectistas, a los Fabricantes y a los Usuarios de la estructura, un instrumento que les ayu- de a resolver los problemas con que se encuentran en la práctica de su pro- fesión y que deben solucionarse conjugando la teoría y las normas con una adecuada intuición constructiva que sepa tener en cuenta las exigencias reales de cada caso. Con el paso de los años desde la utilización de este particular elemento prefabricado, algunos proyectistas han desarrollado bastantes soluciones Prólogo innovadoras que deben conocerse bien, para poder aprovechar totalmente las características prestaciones propias de este componente en condiciones de seguridad y según las reglas de una buena construcción. ASSAP, es decir, la Asociación de Productores de losas huecas pretensa- das, con la presente publicación, recogiendo los criterios generales para la realización de diseños ampliamente comprobados experimentalmente, pre- tende proporcionar a los técnicos un práctico instrumento de trabajo váli- do para todas las tipologías morfológicas de las losas huecas, uniformi- zando los métodos de cálculo y las reglas prácticas de ejecución, respecto a las normativas vigentes, tanto italianas como europeas. Han colaborado en la redacción de la presente publicación con una nota- ble dedicación los siguientes Técnicos, que sin duda merecen el reconoci- miento incondicional de la asociación ASSAP: Gennaro Capuano, Bruno Della Bella, Pierluigi Ghittoni, Piercarlo Morandi, Stanislaw Pereswiet-Soltan. ASSAP agradece especialmente al Prof. Franco Levi, al Prof. Pier Giorgio Debernardi, al Prof. Crescentino Bosco y al Prof. Piero Contini de Ingeniería Estructural del Politécnico de Turín y recuerda con reconoci- miento y estima al difunto Ing. Renzo Perazzone, ya que desde 1982 todos ellos han estado desarrollando una conspicua experimentación para el con- trol de muchas formulaciones técnicas-de diseño que aparecen en el pre- sente libro. También merecen una mención especial el prof. Antonio Migliacci del Politécnico de Milán por haber formulado ya en 1967 sobre una base expe- rimental la teoría de la transmisión transversal de las cargas concentradas y el Prof. Marco Menegotto de la Universidad La Sapienza de Roma que dirigió muchas investigaciones experimentales sobre forjados con losas huecas extruidas mostrando especial interés por el comportamiento como diafragma. Le doy también las gracias al amigo Ing. Josep Bergada de la sociedad Hormipresa S. A. de Barcelona por ofrecer a ASSAP la traducción al español de este libro. Verona, julio de 1999 Giorgio Della Bella Presidente de ASSAP 4 INDICE Capítulo 3º PARTICULARIDADES ESTATICAS 61 3.1. Generalidades 61 3.2 Losa hueca con capa superior 62 3.2.1 Tensiones tangenciales entre los vertidos en obra y las losas prefabricadas 63 3.3. Espesor del forjado 67 3.4 El nucleo de unión 70 3.5 El pretensado 75 3.5.1 Tensiones de tracción en la zona de anclaje 77 3.5.2 El control de la tensión vertical en las almas (spalling) 83 3.5.3 Reducción del pretensado mediante vainas 91 3.5.4 La penetración de los torones en los extremos 92 3.6. Prescripciones y dispositivos para apoyar las losas huecas 95 3.6.1. Medidas mínimas para un apoyo simple definitivo según ENV 1992-1-3 97 3.6.2. Armadura pasiva en zona de anclaje de protección de las tracciones cerca de los apoyos 102 3.6.3. El pretensado en zona de anclaje de protección de las tracciones cerca de los apoyos 103 Capítulo 4º CONEXIONES Y VINCULOS ESTRUCTURALES 105 4.1. Las uniones y los enlaces 105 4.1.1. Las conexiones en el forjado de losas huecas 107 4.1.2. Anclaje de la armadura pasiva en la losa hueca 110 4.2. La realización de vínculos estructurales 111 4.2.1. Apoyo simple 112 4.2.2. Continuidad entre losas sobre más apoyos 115 4.2.3. Redistribución de los momentos debida a la ductilidad del nudo en junta 122 4.2.4. Empotramiento para voladizo 124 5 INDICE 4.3. El nudo viga-forjado. 126 4.3.1. Premisa 126 4.3.2. Vigas prefabricadas en “T” invertida y en “L” 129 4.3.3 Vigas prefabricadas en “I” 130 4.3.4. Vigas semiprefabricadas 132 4.3.5. Vigas de perfil normalizado de acero 133 4.3.6. Vigas reticulares de acero 134 4.4. Vigas confeccionadas en obra 135 4.4.1. Losa con apoyo sobre la viga 136 4.4.2. Losa con luz neta sin apoyo sobre viga 138 4.4.3. Viga de platabanda con espesor igual a la losa hueca 140 4.4.4. Verificacion del nudo entre viga vertida en obra y losa hueca con luz neta sin apoyo sobre la viga 142 4.5. El nudo losa hueca-pared portante de H°A° 162 4.6. Los agujeros grandes en las losas huecas 165 Capítulo 5º PREmISAS PARA EL CALCULO 168 5.1. Generalidades 168 5.2. El predimensionamiento 168 5.2.1. Curvas de utilización 169 5.2.2. Método analítico de predimensionamiento 171 5.2.3. Determinación directa del espesor total de forjado 173 5.3. La presentación gráfica 176 5.4. Criterios operativos generales para el cálculo 177 5.4.1. Las acciones 178 5.4.2. El estado Límite Ultimo 180 5.4.3. El estado Límite de Servicio 182 5.5. Propiedades de los materiales y factores de seguridad parciales 185 5.5.1. Propiedades del hormigón 185 5.5.2. Propiedades del acero 188 6 SImBOLOGIA En el presente texto se han adoptado los símbolos del EURCODIGO 2 NORMA EUROPEA ENV 1992-1-1. A área de la sección Afl área de la armadura pasiva Ap área del acero de pretensado E módulo de elasticidad; efecto de las acciones (Estado Límite de Servicio) F acciones en general G acciones permanentes J momento de inercia M momento de flexión P acción de pretensado Q acciones variables R resistencia interna de la estructura S efecto de las acciones; esfuerzos en la sección V fuerza cortante Vrd resistencia de cálculo a la fuerza cortante Vsd valor calculado de la fuerza cortante aplicada b ancho bc ancho de un orificio llenado de hormigon bi ancho de una sola alma bw ancho total de las almas c distancia; espesor de recubrimiento d altura útil eo excentricidad del acero de pretensado f flecha h altura total de la sección 9 LAS LOSAS HUECASCapítulo 1º 1.1. Reseña histórica Capítulo 1º LAS LOSAS HUECAS 1.1. Reseña histórica En los años treinta el alemán Wilhelm Schaefer junto con un colega llama- do Kuen pusieron las bases para la realización de una cosa muy parecida a la que hoy en día conocemos como “losa hueca”. Se trataba de una placa estructural aislada constituida por una losa alveola- da de hormigón de piedra pómez situada entre dos lositas de H°A° normal. Tras años de intentos y modificaciones en la planta de producción, tan solo fue a finales de los años cuarenta y a principios de los cincuenta cuando se obtuvo cierto éxito en la planta “Schaefer”. Se vendieron licencias de producción a cinco sociedades en Alemania del oeste, a una sociedad de Alemania del este y a una sociedad de los EEUU. La BUDERUS’SCHE EISENWERKE, la empresa productora más impor- tante de las empresas de Alemania occidental, introdujo en su propia plan- ta que aún siguen en funcionamiento en Burgsolms, primero el pretensado en las losas huecas y el Prof. Friedrich de la Universidad Técnica de Graz (Austria) estudió el cálculo estático. Muy pronto, alrededor de 1955, se abandonó la losa de hormigón de piedra pómez para poder permitir la realización de losas huecas de hormigón monolítico, con luz y capacidad de carga más altas, que no sufrieran más la escasa resistencia al corte de la piedra pómez. En esos años la sociedad americana que había adquirido la instalación Schaefer también introdujo el pretensado y se desarrolló hasta tal punto que se convirtió ella misma en productora de instalaciones patentadas con el nombre de SPANCRETE. 10 1.1. Reseña histórica Capítulo 1ºLAS LOSAS HUECAS Las plantas Spancrete cuentan con una máquina de moldear fijada sobre un pórtico puente-grua y la producción de las losas huecas se hace por losas sucesivas, una sobre otra, separadas por una simple hoja plastificada. La situación respecto a la planeidad de las superficies no es la mejor posi- ble, pero resulta aceptable, tal y como puede observarse en muchos edifi- cios construidos como aparcamientos en Estados Unidos. Tras curado natural de los elementos más elevados de un grupo de losas superpuestas, sobre el mismo pórtico puente-grua se fija una máquina aserradora con discos abrasivos y se procede al corte y al acopio de las losas huecas. La planta con máquina moldeadora sobre bancos de vertido individuales tal y como se utiliza aún actualmente, fue inventada en 1955 por el ing. Max Gessner de Lochham (Monaco de Baviera). Las sociedades germano-occidentales MAX ROTH y WEILER KG adqui- rieron en 1957 la patente del Ing. Gessner y en 1961 inició la gradual difu- sión por Europa y por el mundo de las losas huecas producidas con maqui- nas moldeadoras. En 1960 en Canadá la sociedad SPIROLL desarrolló una máquina original para producir losas huecas mediante hélices que extruyen el hormigón. Con este nuevo procedimiento de producción se procedía a la compacta- ción y vibración del hormigón de relación de agua/cemento baja mediante moldes cilíndricos y los orificios se caracterizaban por una típica sección circular bien distinta de la sección típicamente oblonga producida con las máquinas maldeadoras. Este procedimiento por extrusión también fue muy bien acogido especial- mente en el norte de Europa y en muchas zonas de la parte Soviética. Como sucede siempre en caso de competencia, el estímulo para conseguir la supremacía de alguno de los dos sistemas productivos, sistema “slip- form”(deslizamiento) y por extrusión (extruder), supuso óptimos efectos beneficiosos para el desarrollo del componente prefabricado alveolar en todo el mundo. 11 LAS LOSAS HUECASCapítulo 1º 1.2 Generalidades En lo que respecta al impulso dado al desarrollo dimensional de las losas huecas merece una especial atención la Casa italiana NORDIMPIANTI- SYSTEM especializada desde 1974 en la construcción de máquinas mol- deadoras, trefiladoras por vibración y de instalaciones. En 1987 tuvo el mérito de realizar con éxito las máquinas para la produc- ción de una importante serie de losas huecas de tres alvéolos de 50, 60, 70, y 80 cm de altura. Estos ultimos tres espesores récord todavía no han sido superados ni igualados. 1.2. Generalidades Las losas huecas constituyen una tipología particular de forjado solo de hor- migón con huecos de aligeramiento y pueden ser pretensadas o armadas. Dado que en el mundo es prácticamente inexistente o está muy limitada la producción con armadura pasiva, a continuación se hablará únicamente de losas huecas pretensadas. El aligeramiento se consigue mediante la realización en el espesor del ele- mento prefabricado de unos agujeros longitudinales denominados “orifi- cios” de dimensiones adecuadas para crear las almas que con las lositas del intradós y el estradós constituyen la sección de hormigón que debe ser pre- tensada con el sistema de la armadura pretensada adherente. El acero armónico de pretensado constituye la única armadura de la losa hueca que por tanto queda sin armadura de corte. La capacidad de resistencia a cortante de la estructura depende totalmente de la resistencia a la tracción del hormigón, cuyo proceso productivo por consiguiente debe garantizar una calidad constante controlada y certificada. Dicho componente estructural, prefabricado pretensado, para la formación de forjados portantes ha demostrado ser muy fiable desde su principio y se ha aplicado en gran medida en el ámbito internacional, tal y como demue- stra el hecho de que casi todas las Normativas nacionales para la construc- ción (con la única excepción de la Norma DIN Alemana) dedican al menos un párrafo a las losas huecas, librándolas de la obligación genérica de lle- var armaduras de resistencia a cortante. 14 1.3. Los motivos de la elección de la losa hueca Capítulo 1ºLAS LOSAS HUECAS Por consiguiente desde siempre la producción de las losas huecas ha pasado por un control constante de la calidad muy próximo a las directivas de la Norma EN ISO 9001. Todo esto técnicamente significa que: – los hormigones se prepararan con áridos seleccionados y con curvas granulométricas controladas y especialmente constantes en el tiempo, de baja proporción agua – cemento, bien compactados y con elevadas características físico mecánicas, Rck ≥ 45 ÷55 MPa; – las armaduras de pretensado poseen resistencias y características de relajamiento certificadas y recubrimiento del acero controlado continuamente quedando así especialmente bien protegidas de los agentes agresivos exteriores y del fuego. La consistencia del hormigón, la baja proporción agua/cemento y el pretensado integral de la sección, además de impedir la fisura, ralentiza sensiblemente la velocidad de carbonatación del hormigón, asegurando su durabilidad y permitiendo su utilización incluso en ambientes muy agresivos cuando se respetan los recubrimientos del acero aceptados por las normativas. El tipo de hormigón garantiza también un elevado módulo elástico de al menos 1,5 veces el del hormigón vertido “in situ”. De ahí resulta que las losas son muy rígidas con flechas elásticas muy exiguas bajo las cargas de prueba. Por esta razón se pueden realizar forjados con menos espesor a igualdad de luz y sobrecargas respecto a otros forjados analogos, pero que no son totalmente prefabricados y pretensados. La utilización de máquinas modernas moldeadoras y extrusores de prestaciones muy avanzadas, permite obtener losas estructuralmente y geométricamente bien conformadas que permiten evaluar la calidad con seguridad gracias al inmediato examen visual de las almas, los perfiles laterales y los extremos cortados con disco de diamante. 15 LAS LOSAS HUECASCapítulo 1º 1.3. Los motivos de la elección de la losa hueca Las pistas de moldeo de plancha de acero de espesor adecuado para garantizar una perfecta planeidad y con perfiles laterales bien perfilados, forman en el intradós de los forjados una superficie perfectamente lisa con bordes laterales bien afinados. Todo ello garantiza que la losa hueca proporcione un óptimo aspecto estético a los pisos en obra. De las losas huecas pretensadas no sobresalen esperas de acero para engancharlas a las estructuras circundantes de hormigón vertido, aunque estas armaduras de unión indispensables se introducen “in situ” en los canales de unión de las losas adyacentes y en los canales especiales practicados en número y longitud adecuados en los extremos. Estas eficaces uniones con las estructuras de alrededor que hace monolítico a todo el forjado permiten utilizar losas huecas en prácticamente cualquier tipo de exigencia estructural, incluso sísmica, y permiten además su utilización conjunta con todo tipo de estructuras portantes tradicionales vertidas en la obra, prefabricadas y de acero. La eficacia de este tipo de uniones ha quedado demostrada en numerosísimos ensayos realizados en los Laboratorios de Ensayo de prestigiosas Universidades y puede garantizar al diseñador de la estructura la obtención de niveles de monolitismo estructural que nunca serán inferiores a los proporcionados por losas más tradicionales que requieren la utilización de mayor cantidad de vertidos de hormigón en obra. Como resultado final la losa hueca ofrece una gran fiabilidad tanto estética como técnica y funcional, garantizada por un riguroso control de Calidad, posible ya que la placa es producida totalmente en la fábrica, dejando en manos de los equipos de la obra el sencillo montaje y ensamblaje con escasos vertidos de cierre y unión en obra. 16 1.3. Los motivos de la elección de la losa hueca Capítulo 1ºLAS LOSAS HUECAS Razones económicas Estas razones están relacionadas con una sustancial reducción de los tiempos de ejecución y por lo tanto con una considerable economía en la utilización de máquinas y mano de obra. De hecho, la cantidad de mano de obra necesaria en todas las fases de producción, almacenamiento, transporte, montaje en la obra y obtención del forjado acabado en dicho lugar es mínima. Esta muy baja incidencia en mano de obra permite una importante ventaja económica al usuario, pero requiere del productor importantes inversiones en capitales y personal especializado porque todo el proceso productivo se caracteriza por un elevadísimo contenido tecnológico para poder garantizar una fuerte productividad de ciclo continuo manteniendo constante el elevado estándar cualitativo. La versatilidad de la utilización Hasta los años 70 la losa hueca se aplicaba casi exclusivamente con apoyo simple sobre vigas de acero, vigas prefabricadas en H°A° y H°P° y sobre muros portantes. Con frecuencia se utilizaba como simple cubierta de naves industriales prefabricadas. Los bajos espesores de losa que se producían entonces (10 ÷ 15 ÷ 20 ÷ 25 cms) no permitían luces o sobrecargas importantes, pero precisamente en esos años los constructores más perspicaces empezaron a introducir las losas huecas en edificios con estructuras en H°A° vertido en obra. La positiva utilización conjunta de losas huecas y vigas de H°A° vertido que engloban los extremos de la losa ha favorecido el inesperado desarrollo de aplicaciones y ha supuesto el considerable incremento generalizado de la utilización de losas huecas en todo tipo de construcciones. 19 LAS LOSAS HUECASCapítulo 1º 1.4. Normativas Numerosos ejemplos de edificios de varios pisos realizados con dichas paredes portantes demuestran que ni siquiera hoy en día se han llegado a agotar por completo todas las posibilidades de utilización de este producto prefabricado muy especial, cuyo desarrollo en el mundo aún está en sus inicios y que sin duda en el futuro tendrá ante sí perspectivas para su aplicación que hoy aún no se han llegados a considerar. 1.4. Normativas 1.4.1. Las normas italianas La sección transversal característica de la losa hueca pone en evidencia algunas partes de hormigón localmente más finas de lo admitido por la normativa italiana del H°A° y del H°P°. Esta y otras numerosas concesiones de la Norma italiana están justificadas por las particulares tecnologías de producción y por los materiales utilizados a condición de que el producto mantenga de manera constante los requisitos de calidad exigidos por el Minsiterio de Obras Públicas mediante la “Producción en Serie Controlada”. A continuación figura una lista de las normas vigentes y el texto específico referente a las losas huecas: - DOCUMENTO DE APLICACION NACIONAL D.A.N. ITALIANO PARA LA ACEPTACION DE LA NORMA EUROPEA ENV 1992-1-1. D.M. 09.01.1996 SEC.III. pár. 2.3.3.2. prospecto 2.3 - Factor de seguridad para H°P° pár 4.1.3.3. prospecto 4.2 - recubrimientos mínimos para los aceros de pretensado 20 1.4. Normativas Capítulo 1ºLAS LOSAS HUECAS pár 4.2.3.5.6. prospecto 4.7 - Longitud de la zona de anclaje de los aceros de pretensado – “NORMAS TECNICAS PARA EL CALCULO, LA EJECUCION Y LA PRUEBA DE LAS OBRAS DE H°A° NORMAL Y PRETENSADO Y PARA LAS ESTRUCTURAS METALICAS”. D.M. 14.02.1992 para el cálculo según el método de las Tensiones Admisibles. D.M. 09.01.1996 SEC. I y SEC II para el cálculo según el método Semiprobabilístico en los Estados Límite. CIRCULAR MIN. Explicativa del 15.06.96 pár. 6.2.2. Espesores mínimos para el recubrimiento de los aceros. cáp. 7 Normas complementarias relativas a los forjados pár. 7.0.a Obligación de la armadura inferior de junta en los soportes de las losas, para absorber un esfuerzo de tracción igual al cortante. pár. 7.1.4.6 Derogación de la armadura transversal (último párrafo) pár. 7.3.3. Disposición específica para las losas huecas. pár. 7.1.6. Disposiciones válidas también para las losas huecas. pár. 7.1.4.2. (segundo párrafo). Disposición válida también para la losa hueca con capa colaborante (espesor mínimo) pár. 7.3.2. (Cuarto párrafo). Espesores mínimos para la losa hueca sin capa colaborante. pár. 7.3.4. Disposición para losas huecas con capa colaborante. – “NORMAS TECNICAS PARA EL DISENO, EL CALCULO, LA EJECUCION Y LA PRUEBA DE LAS CONSTRUCCIONES PREFABRICADAS”. D.M. del 03.12.1987 y CIRC. MIN. N. 31104 D.M. del 16.03.1989. pár. 2.11.1.3. Losas. Obligatoriedad de la “Producción en Serie Controlada” para los elementos prefabricados sin armadura de corte o con espesores locales inferiores a 4 cm. 21 LAS LOSAS HUECASCapítulo 1º 1.4. Normativas pár. 2.2 En los cálculos de los prefabricados pretensados producidos en “Serie Controlada” se considera el coeficiente γc = 1,42 en el método Estados Límite y mayorando las tensiones 5% en las verificaciones según el método de las Tensiones Admisibles. – “PROCEDIMIENTO ANALITICO PARA LA VERIFICACION DE LA RESISTENCIA AL FUEGO DE LOS ELEMENTOS DE CONSTRUCCION EN H°A°, NORMAL Y PRETENSADO”. Circular ministerial C.N. V.V.F. UNI 9502. Documento fundamental para el cálculo analítico de la Resistencia al Fuego de las estructuras. – NORMAS TECNICAS RELATIVAS A LOS CRITERIOS GENERALES PARA LA COMPROBACION DE SEGURIDAD DE LAS CONSTRUCCIONES Y DE LAS CARGAS Y SOBRECARGAS. D.M. del 16.01.1996 y CIRCULAR MIN. explicativa del 04.07.96. Se trata del documento italiano de aplicación del EUROCODIGO 1 EN 1991-1 “BASES DE LOS CALCULOS Y ACCIONES EN LAS ESTRUCTURAS”. – NORMAS TECNICAS PARA LAS CONSTRUCCIONES EN ZONAS SISMICAS D.M. DEL 16.01.1996. Se trata del documento italiano de aplicación del EUROCODIGO 8 EN 1998 “REGLAS PARA EL DISENO DE LAS ESTRUCTURAS ANTISISMICAS”. – NORMA EN ISO 9000 “REGLAS REFERENTES A LA ORGANIZACION EMPRESARIAL EN RELACION CON LA CALIDAD Y LA GARANTIA DE LA CALIDAD” . Indica los objetivos que una empresa debe perseguir para satisfacer al Cliente de manera continuada, para asegurar a la Dirección de la empresa que ha sido alcanzada la calidad preestablecida y para garantizar al Comprador que se le proporcionará la calidad preestablecida. 24 1.4. Normativas Capítulo 1ºLAS LOSAS HUECAS Proporciona una base general para el diseño de los elementos para la construcción de los edificios realizados en parte o totalmente con elementos prefabricados. Esta parte proporciona principios y reglas que completan las del ENV 1992-1-1 en lo que respecta a los componentes prefabricados y también a las losas huecas. – PR-EN 1168 (CEN – TC 229) “FORJADOS DE LOSAS HUECAS PREFABRICADAS Y PRETENSADAS (Norma Europea provisional). Algunas particularidades de la losa hueca como, por ejemplo la ausencia de armadura pasiva transversal, hacen que sea necesaria la presencia de algunas normas específicas complementarias a las del ENV 1992-1-3). Esta Norma proporciona así las reglas para el diseño y el cálculo de las losas huecas no previstas en el ENV 1992-1-1 y 1-3, pero que están totalmente de acuerdo con sus principios de cálculo. Esta Norma forma parte de una serie de Normas de Producto sobre los componentes prefabricados de hormigón y trata las características que el productor de losas huecas debe garantizar para responder a los requisitos definidos en la Directiva sobre Productos de Construcción CEE 89/1606. En lo que respecta a la Resistencia al Fuego la Norma hace referencia al ENV 1992-1-2 (Eurocódigo 2, Parte 1-2, cálculo de resistencia al fuego de las estructuras). 1.4.3. Documentos internacionales relevantes A continuación figuran cuatro documentos muy importantes por ser documentos de consulta autorizados en el sector de las losas huecas. 25 LAS LOSAS HUECASCapítulo 1º 1.4. Normativas – MANUAL FOR THE DESIGN OF HOLLOW CORE SLABS U.S.A. Prestressed Concrete Institut P.C.I. edición 1985 Se trata del primer manual dedicado a las losas huecas pretensadas y también del más completo. Describe los diversos sistemas de producción y los distintos tipos de losa, indica las modalidades de cálculo según las normas ACI ilustradas por significativos ejemplos, y propone de manera exhaustiva los puntos relativos a su diseño y su aplicación a los que hay que atenerse. Se ocupa de la resistencia al fuego, del comportamiento acústico y de las especificaciones referentes a calidad y a su colocación. – CEB – FIP MODEL CODE edición 1990. Menciona las losas huecas tan solo en alguno que otro punto. La importancia de este documento reside en el hecho de haber proporcionado una base normativa internacional desde 1978 reconocida internacionalmente y actualmente trasladada a los EUROCODIGOS. – FIP Recommendations “PRECAST PRESTRESSED HOLLOW CORE FLOORS” (1988). Constituye el primer documento importante internacional y recoge los principios del cálculo y la realización de diseños estructurales de losas huecas en función de la experiencia del norte de Europa con las losas extruidas. – FIP “QUALITY ASSURANCE OF HOLLOW CORE SLAB FLOORS” “GARANTIA DE CALIDAD DE LA LOSA HUECA” . Proporciona numerosas normas específicas para la aceptabilidad de las losas huecas. Se trata de un documento de considerable importancia como referencia contractual para la aceptabilidad de los prefabricados en caso de impugnación. 26 2.1. Apunte sobre las tecnologías de producción Capítulo 2ºLA PRODUCCION Capítulo 2º LA PRODUCCION 2.1. Apunte sobre las tecnologías de producción La producción de losas huecas pretensadas se realiza en instalaciones sobre largas pistas de acero (120 ÷ 150 m) sobre las que se colocan los ace- ros de pretensado debidamente distribuidos y tesados. El vertido de hormigón para la formación de las losas se hace de forma continuada mediante la utilización de máquinas especiales fundamental- mente según tres procedimientos de producción: – El procedimiento “slipform” utiliza máquinas moldeadoras o trefi- ladoras en las cuales el hormigón viene dirigido dentro de sectores móviles, es hipervibrado por baterías de vibradores con frecuencias diferenciadas. En estas máquinas moldeadoras se distinguen las tres fases de ver- tido que se indican a continuación: losita de intradós, nervaduras y losita de estradós, para realizar la sección completa de la losa (Véase la fig. 2.1). – El procedimiento “extruder” utiliza máquinas de extrusión en las cuales el hormigón pasa por hélices de alimentación especiales para ser comprimido en una sola fase para realizar la sección acabada de la losa (Véase la fig. 2.2). – El tercer procedimiento de producción también puede ser calificado de procedimiento “slipform” aunque no utiliza máquinas moldea- doras, sino baterías de tubos vibrantes que trefilan la losa produci- da en una sola fase. 29 LA PRODUCCIONCapítulo 2º 2.1. Apunte sobre las tecnologías de producción Fig. 2.3 La armadura de pretensado tesada sobre la pista de moldeo Fig. 2.4 Vertido continuado del hormigón 30 2.1. Apunte sobre las tecnologías de producción Capítulo 2ºLA PRODUCCION En todos los procesos de producción de losas huecas se pueden observar las siguientes fases: – preparación de la pista, limpieza y tratamiento con aceite desmoldante; – colocación de las armaduras, alambres o torones para hormigón pretensado (Véase la fig. 2.3); – tesado de las armaduras con control sistemático de la tensión y de los alargamientos; – vertido continuado del hormigón (Véase la fig. 2.4); – intervención manual o mecanizada para adecuar cada losa a las funciones y dimensiones correspondientes al diseño; – marcado de las losas con siglas, números de pedido, fecha de producción y peso; – cobertura de la pista de vertido con lonas que aguantan el vapor y el calentamiento para el curado acelerado; – control sistemático de la resistencia del hormigón antes de proceder al destensado de los cables y al consiguiente pretensado; – corte transversal para aislar las distintas losas (Véase la fig. 2.5); – traslado de las losas desde la pista y transporte para su acopio (Véase la fig. 2.5 y 2.6). 31 LA PRODUCCIONCapítulo 2º 2.1. Apunte sobre las tecnologías de producción Fig. 2.5 Corte de las losas y traslado desde la pista de moldeo Fig. 2.6 Explanada de acopio de las losas huecas 34 2.2. Geometría de las secciones Capítulo 2ºLA PRODUCCION Las placas utilizadas como paredes se producen con perfiles laterales macho- hembra o con perfiles hembra-hembra para permitir que encaje correctamente por ambas caras en función de las diversas exigencias de su utilización. 2.2.3. Espesor de las almas y de las lositas El diseño de las secciones de hormigón en las losas huecas es un problema particularmente importante cuya resolución comporta el preciso análisis de los aspectos económicos, técnicos y normativos. Tras haber optimizado las secciones desde el punto de vista de los costes y los pesos del elemento fabricado, de manera compatible con las tecnologías y las máquinas de fabricación y respetando las normas vigentes y el buen hacer, es importante llevar a cabo un control constante de la fase productiva para evitar costosas pérdidas en hormigón por espesores excesivos o a la inversa por un peligroso debilitamiento de la sección. Fig. 2.8 Forma de los perfiles laterales en las losas huecas de forjado Fig. 2.9 Forma de los perfiles laterales en las placas huecas para paredes. 35 LA PRODUCCIONCapítulo 2º 2.2. Geometría de las secciones La Norma prov. EN 1168 establece en el pár. 4.3.1 los espesores mínimos que deben ser aumentados con el valor de las tolerancias específicas de cada productor. Almas bi min ≥ Lositas hf min ≥ Losita superior hf sup ≥ bc /4 h (mm) = espesor del elemento fabricado dg (mm) = dimensión nominal máxima del árido bc (mm) = ancho de la parte del arco comprendida entre las dos secciones de espesor de 1,2 veces el espesor más pequeño de hf sup En general el espesor de las almas verticales existentes entre los alvéolos nunca es inferior a 25 ÷ 30 mm y aumenta en losas de espesor más alto o más solicitadas a cortante. Las losas de tipo “slipform” pueden ser producidas con algunas almas más anchas sacrificando la anchura de algunos orificios o eliminando totalmente algunos de ellos en beneficio de la resistencia a cortante (Véase la fig. 2.10). 36 2.2. Geometría de las secciones Capítulo 2ºLA PRODUCCION El espesor mínimo de las lositas superior e inferior generalmente no es inferior a 25 ÷ 30 mm. 2.2.4. Distribución y recubrimiento de los aceros de pretensado Hay que señalar que es necesario tener un especial cuidado en el estudio de las zonas que van a recibir la armadura de pretensado. La durabilidad y en particular la resistencia al fuego de la losa prefabricada tienen exigencias que contrastan con el aprovechamiento de la armadura que se puede insertar en la sección. La Normativa Italiana y Europea contempla este problema con la única intención de asegurar que existe una correcta distribución y protección en las Fig. 2.10 Prefabricados trefilados con almas alargadas y con un perfil especial (gradas para un estadio) 39 LA PRODUCCIONCapítulo 2º 2.2. Geometría de las secciones Espesores de recubrimiento En lo que respecta a la protección contra la corrosión hay que considerar que el espesor de recubrimiento mínimo con hormigón de las armaduras de pretensado depende de varios factores como las dimensiones máximas del árido, la clase de resistencia del hormigón, la agresividad del ambien- te de utilización de las estructuras. El documento de Aplicación Nacional Italiano D.M. del 09.01.1996 que acepta para Italia la Norma Europea ENV 1992-1-1 en el pár. 4.1.3.3 tabla 4.2 hace referencia al fijar los espesores de recubrimiento, a la clase de resistencia del hormigón y a la agresividad del ambiente indicando seis clases de exposición. La siguiente tabla 2.1 indica los valores válidos para Italia y para los cuales queda comprendida la tolerancia hasta –5 mm. Además se especifica que para el recubrimiento hacia los orificios se pue- de adoptar la clase de exposición -1- La Norma italiana D.M. del 14.02.1992 (pár. 6.2.2) hace referencia sola- mente al tamaño del árido y a las condiciones del ambiente: sp min ≥ Ulteriores prescripciones en ENV 206 se refieren al tipo de árido y de cemento, el contenido mínimo de cemento y la proporción máxima agua/ cemento. Pueden imponerse otros límites más gravosos para la seguridad contra el fuego, tal y como, trata el capítulo que hay que consultar para este tema específico. dimensión máx. del árido ambiente interior no agresivo ambiente exterior o agresivo 40 2.2. Geometría de las secciones Capítulo 2ºLA PRODUCCION Tabla 2.1 interior de edificios con elevada humedad (por ej. lavanderías) - o sujetos a salpicaduras de las olas - componentes expuestos a una atmósfera saturada de sal (zonas costeras) - componentes parcialmente sumergidos en agua marina o sujetos a salpicaduras de las olas y expuestos al hielo. - componentes expuestos a una atmósfera saturada de sal y expuestos al hielo. - ambiente químico poco agresivo (gas, líquidos, sólidos) - atmósfera industrial agresiva - a EC2 ENV 1992-1- (DAN Ital.D.M. 09.01.96) NORMA ITALIANA D.M. 09.01.96 Párrafo 4.1.3.3 Párrafo 6.2.2 Clase de resistencia cilíndrica/ cúbica del hormigón ≥ C 40/ 50 N/mm2 Espesores de recubrimiento sp min(mm) de diseño que comprenden una tolerancia de hasta –5 mm Clases de exposición 1 ambiente seco Ejemplos de condiciones ambientales Interior de edificios para habitaciones normales u oficinas (edificios comerciales, públicos) Ambientes interiores no agresivos: almacenes, garajes, etc. - interior de edificios con elevada humedad (por ej. lavanderías) - componentes externos - componentes en terrenos y/o aguas no agresivas - componentes exteriores expuestos al hielo - componentes en terrenos y/o aguas no agresivas y expuestos al hielo - componentes interiores con elevada humedad y expuestos al hielo Componentes interiores y exteriores expuestos al hielo y a los efectos de las sales utilizadas para el deshielo. - componentes total o parcialmente sumergidos en agua marina o sujetos a salpicaduras de las olas - componentes expuestos a una atmósfera saturada de sal (zonas costeras) - componentes parcialmente sumergidos en agua marina o sujetos a salpicaduras de las olas y expuestos al hielo. - componentes expuestos a una atmósfera saturada de sal y expuestos al hielo. - ambiente químico poco agresivo (gas, líquidos, sólidos) - atmósfera industrial agresiva - ambiente químico moderadamente agresivo (gas, líquidos, sólidos). - ambiente químico muy agresivo (gas, líquidos, sólidos). Las clases que figuran a continuación están al sol o combinadas con alguna de las clases mencionadas. 2 ambiente húmedo a sin hielo b con hielo 3 ambiente húmedo con hielo y utilización de sales para el deshielo 4 ambiente marino b con hielo a sin hielo a b 5 ambiente químico agresivo c D.M. Ital 09.01.96 20 30 30 30 30 30 30 30 30 EC 2 DAN D.M. 09.01.96 2 φ / 20 30 35 40 40 40 35 35 45 41 LA PRODUCCIONCapítulo 2º 2.2. Geometría de las secciones Tabla 2.2 2.2.5. Ejemplos de secciones de losas huecas, sus pesos y sus características geométricas y mecánicas en apoyo simple. Las carterísticas estáticas proporcionadas valen para el ancho estándar de la losa = 1200 mm H m m P es o p ro p io kN /m 2 P es o e n o b ra kN /m 2 A rm ad u ra m ax . m m 2 J si n c ap a cm 4 M m ax s in c ap a kN m T m ax s in c ap a kN M m ax c o n c ap a kN m J co n c ap a cm 4 h c o n c ap a cm 4 T m ax c o n c ap a kN 5 0 0 5, 70 6, 50 2. 30 0 90 0. 00 0 63 0 13 5 72 0 1. 40 0. 00 0 8 15 5 4 0 0 4, 70 5, 30 1. 90 0 46 5. 00 0 42 0 10 5 48 0 70 0. 00 0 6 12 0 3 5 0 4, 00 4, 40 1. 60 0 31 5. 00 0 32 0 90 38 0 52 0. 00 0 6 10 0 3 0 0 3, 60 4, 00 1. 45 0 20 5. 00 0 23 0 80 27 5 31 0. 00 0 4 90 2 5 0 3, 30 3, 50 1. 18 0 12 0. 00 0 16 0 70 18 5 19 0. 00 0 4 80 2 0 0 2, 80 3, 00 1. 13 0 66 .0 00 11 5 50 14 0 11 0. 00 0 4 60 1 5 0 2, 30 2, 45 90 0 27 .4 00 65 40 80 52 .0 00 4 45 2.3.1 Ranuras en los extremos Las ranuras ilustradas en la fig. 2.14 tienen por objeto preparar el lugar donde se colocarán y anclarán en la obra las barras de acero previstas en el diseño para las uniones, para soportar los momentos negativos en los apoyos y los esfuerzos de corte-flexión en los extremos. Se realiza un número variable de ranuras, de una longitud también variable, en función de las exigencias estáticas cuando la junta de unión entre las losas adyacentes, que suele estar situada cada 120 cm, no permite una distribución suficiente de las armaduras pasivas. Hay que tener en cuenta que los aceros resistentes a cortante en los extremos (Véase el D.M. del 09.01.1996 pár. 7.0.a) pueden estar situados cada 120 cm únicamente en presencia de cargas muy limitadas (losas de cubierta o algo similar) o en caso de una adecuada longitud de apoyo cuando se ha verificado el anclaje de la armadura de pretensado. La continuidad entre las losas huecas exige como mínimo una distribución cada 60 cm de los aceros de protección del momento negativo. La continuidad entre las losas con apoyo indirecto exige una distribución de los hierros aún más cuidada, al menos cada 30 ÷ 40 cm. La longitud de las ranuras debe calcularse de manera que la tensión tangencial media entre el hormigón de relleno de la ranura y el de la losa prefabricada respete los valores de la Normativa prescritos (Véase a continuación el pár. 3.2. valores de τRdj). 44 2.3. Modalidades de producción Capítulo 2ºLA PRODUCCION Fig. 2.14 Las ranuras abiertas en los extremos de los orificios de losas huecas. 45 LA PRODUCCIONCapítulo 2º 2.3. Modalidades de producción De hecho es importante señalar que en caso de que en una misma ranura donde se proceda al anclaje, tanto de la armadura de continuidad del forjado como el de la armadura de zunchado, debe realizarse la verificación de la adherencia entre el hormigón prefabricado y el de relleno por la suma de los esfuerzos que están en juego. 2.3.2. Vainas para la neutralización de los torones En algunos casos de armadura de pretensado fuerte puede que sea necesario anular algún torón durante un tramo corto de aproximadamente 70 cm correspondiendo a los extremos de cada losa hueca. El ciclo de producción de las losas huecas, tanto si es por extrusión como por maquina moldeadora, permite la utilización de vainas para neutralizar los torones de pretensado. Van marcadas a lo largo de la pista de moldeo primero las líneas de corte de cada losa y fijadas a sus oportunas posiciones las vainas plásticas tubulares sobre el cable, aún no tesado (para seguridad del operario) previendo la cuantía del desplazamiento de cada punto fijado debido al sucesivo tensado del cable. Dicha operación requiere el control de personal experto por los motivos que se indican a continuación: - Durante su desplazamiento la máquina de fabricación tiene tendencia a llevar hacia delante las vainas si no quedan perfectamente fijadas al torón que deben neutralizar. - Está desaconsejada la utilización de vainas abiertas que se puedan poner sobre el torón ya tesado porque la máquina haría entrar el hormigón dentro de la vaina haciendo que esta fuera ineficaz. - Es conveniente utilizar tubos plásticos rígidos muy resistente del tipo empleado en las canalizaciones eléctricas. Naturalmente el tubo debe colocarse antes de introducir un extremo del torón en el asiento correspondiente y de anclarlo. 46 2.3. Modalidades de producción Capítulo 2ºLA PRODUCCION – También están desaconsejadas las operaciones alternativas consistentes en engrasar los torones en los tramos que se vayan a neutralizar o en poner sobre los torones sustancias inhibidoras del fraguado del hormigón, dado que el desplazamiento de la máquina de fabricación transporta dichas sustancias incluso hasta donde no se desea que estén. 2.3.3. Armaduras suplementarias de acero pasivo Hay muchos motivos por los cuales introducir armaduras adicionales pasivas en el hormigón fresco tal y como se ve en las figuras 2.12, 2.15, 2.16 y 2.17. El proyectista debe saber que estas operaciones aunque se pueden practicar con facilidad, tienen un coste que sin duda no pasa inadvertido y que se pueden realizar en un número limitado de losas de un pedido determinado. Fig. 2.15 Ejemplo de armadura transversal introducida manualmente en hormigón fresco en una losa con apoyo parcial. También es necesario determinar cuidadosamente las modalidades de levantamiento de la losa mediante puntos por donde se pueda enganchar que aseguren el equilibrio cuando se suspenda la losa. La figura 2.18 muestra ejemplos de las distintas tipologías de agujeros y ranuras practicables con la debida precaución. Corte A - Puede ser de 40 cm de ancho y debe estar al menos a 30 cm del margen lateral de la losa. Cuando su longitud supera los 50 cm es necesario el refuerzo transversal-a1-y el longitudinal -a2-. Es preciso verificar la resistencia de corte. Agujeros B y - Cuando su ancho afecta a un solo orificio de la losa no Ranura C existe ningún tipo de problema. 49 LA PRODUCCIONCapítulo 2º 2.3. Modalidades de producción Fig. 2.18 Distintas posibilidades de realización de cortes y de orificios en las losas huecas de 120 cm de ancho que deben realizarse con la adecuada destreza. 50 2.3. Modalidades de producción Capítulo 2ºLA PRODUCCION Corte D - No debe superar 50 cm de ancho, es indispensable el refuerzo transversal-d- y la verificación para el corte. Cortes E - El ancho de cada semi-corte nunca debe superar los 40 cm. Son indispensables armaduras transversales –e- así como la verificación de la capacidad de carga. Cortes F - Los grandes cortes –F- corresponden a pilares prefabricados –P. La losa debe apoyarse sobre el perfil metálico –p- sujetado con pernos al pilar. Cortes G - Cuando las dimensiones del corte no superan 50 x 50 cm es suficiente efectuar la verificación para el corte. Cortes H - Cuando el ancho es ≤ 20 cm es suficiente efectuar el cálculo de verificación de la capacidad de carga. Agujeros I - Los agujeros realizados en la obra son muy cómodos para pasar tuberías imprevistas. Hay que calcular la capacidad de carga por anulación de los torones interrumpidos. Semiagujeros L - El radio no debe superar los 40 cm. Se realizan con el hormigón fresco verificando la capacidad de carga . Agujeros M y N - El ancho no debe superar los 30 cm. Debe verificarse la carga residual. Si tienen un largo superior a 60 cm es necesario hacer refuerzos n.n. Estos agujeros pueden ser practicados en la obra mediante discos de diamante. 2.3.5 modalidades de levantamiento En vez de levantar las losas mediante balancines con mordazas el sistema utilizado para levantar las losas con cable y barra (Véase la fig. 2.19) va muy bien cuando un proveedor debe suministrar a un gran número de obras una cantidad no muy grande de losas huecas. 51 LA PRODUCCIONCapítulo 2º 2.3. Modalidades de producción El agujero transversal para la barra de bloqueo tiene un diámetro interno de ~ 40 mm y disminuye, aunque poco, la sección resistente al corte. Por consiguiente se aconseja practicar un agujero transversal en la zona más baja de la losa y adoptar dicho dispositivo para su levantamiento de losas de espesor no inferior a 20 cm. A veces las losas de espesor máximo 20 ÷ 30 cm y con peso limitado normalmente a dos toneladas se pueden levantar con horquillas de acero especial dotadas de certificado de ensayo para la carga máxima declarada en cada horquilla(Véase la fig. 2.19). Tal y como prescribe el D.M. del 03.12.1987 (pár. 2.2.1.) debe realizarse la verificación del voladizo y del corte en la sección de levantamiento considerando el peso propio de la pieza prefabricada multiplicado por el coeficiente dinámico mínimo 1,15. Dada la ausencia de armadura transversal en la superficie superior de la losa interesada por los esfuerzos de colgamiento se aconseja, en orden a la seguridad, el uso de cables de emergencia provistos de gancho para su desenganche rápido inmediatamente antes de que sean apoyados definitivamente en obra. Fig. 2.19 Agujeros para levantar las losas con cable y barra de bloqueo, o con horquillas de acero probadas y certificadas. Véanse los cables de seguridad que deben ser desenganchados antes de apoyar la losa. 54 2.3. Modalidades de producción Capítulo 2ºLA PRODUCCION 2.3.8. Dispositivos para nivelar las contraflechas que no son iguales A causa de las tolerancias de producción normales, de los distintos tiempos de producción y, a veces, a causa de las distintas posiciones de los elementos ya fabricados apilados en la explanada donde se almacenan al sol o a la sombra, pueden aparecer distintos valores de pretensado y de fluencia entre losas del mismo tipo y con idéntica armadura y por lo tanto pueden mostrar durante su montaje distintas contraflechas que se pueden observar en el intradós entre losas adyacentes. Tapón de espuma de poliestireno expandido. Se coloca al nivel exterior del extremo de la losa y al final de las ranuras. Tapón de plástico estampado. Se coloca al nivel exterior del extremo de la losa o, en caso de colocarlo en el interior, se mantiene en su posición mediante un par de alambres verticales introdu cidos desde la parte superior de la losa aún fresca. Tapón esponjoso de espuma de poliu- retano que se utiliza exclusivamente dentro del orificio. Mantiene su posición por la fuerza de expansión que ejerce. Fig. 2.21 Ejemplos de tapones para cerrar de los orificios Las excesivas dìferencias de contraflecha pueden corregirse y transformarse en valores aceptables mediante la utilización de dispositivos especiales que deben aplicarse antes del vertido de las juntas de unión longitudinales (Véase la fig. 2.22). Los dispositivos que figuran a continuación actúan de manera muy eficaz cuanto más delgadas sean las losas. Normalmente son pernos de anclaje o barras de acero. En caso de losas de gran espesor o de delgadez limitada deben aplicarse dos o tres tirantes alineados para reducir un solo escalón. Naturalmente debe aislarse el tirante del hormigón vertido para poderlo desmontar fácilmente en cuando el vertido circunstante esté suficientemente endurecido, es decir tras 3 ÷ 4 días. Como alternativa a los tirantes se pueden utilizar barras redondas de acero para mantener en una buena posición el perfil lateral de las losas que no estén alineadas. La losa más baja debe ser forzada hacia arriba y bloqueada por una o dos barras. Debe ser adaptada la forma del perfil para facilitar el bloqueo. 55 LA PRODUCCIONCapítulo 2º 2.3. Modalidades de producción Fig. 2.22 Ejemplo de tirante y ejemplo de barra redonda de acero de Ø 16 mm para nivelar las contraflechas que no son iguales. 56 2.4. Tolerancias Capítulo 2ºLA PRODUCCION 2.4 Tolerancias Las dimensiones geométricas de las losas huecas y las coordenadas espaciales de su posicionamiento pueden alejarse ligeramente de los valores nominales del diseño a condición de que las variaciones dimensionales sean aceptables para la estructura en fase de construcción. Estas variaciones dimensionales se denominan tolerancias. Para productos con función estática las tolerancias dimensionales deben ser definidas en los diseños de la estructura con el objeto de no comprometer la seguridad del edificio en sus distintas fases de vida. Existen tres tipos de tolerancias que alguna vez tienden a sumarse agravándose mútuamente: - las tolerancias de producción del elemento prefabricado (tolerancias dimensionales); - las tolerancias de montaje en obra del elemento prefabricado; - las tolerancias entre los interejes de las estructuras portantes preparadas en obra para recibir el elemento prefabricado. El técnico encargado del diseño siempre debe indicar claramente todos estos límites de tolerancia en función del tipo de estructura portante. Se tendrá que tener en cuenta dichos valores en las verificaciones de seguridad. Por sistema, se adoptarán las tolerancias indicadas a continuación extraídas del EUROCODIGO 2 ENV 1992-1-1, de la Norma prov. EN 1168 y del documento FIP – QUALITY ASSURANCE OF HOLLOW CORE SLAB FLOORS. Se acepta que el técnico del diseño o el productor de los elementos prefabricados, adopten valores de tolerancias distintos de los indicados, con tal de que queden claramente señalados en los diseños y a condición de que todo el proyecto sea conforme a los valores previstos. 59 LA PRODUCCIONCapítulo 2º 2.4. Tolerancias 7) Recubrimiento de la armadura de pretensado (sp) y espacio (i) entre los torones Variación respecto a los valores mínimos del diseño - 5 mm con control de producción garantizado (EC2 ENV 1992-1-1 pár. 4.1.3.3 punto 8) 8) Descuadre del corte (g) 10 mm FIP ASSURANCE Tabla 4 punto 6) 9) Desalineación (s) (FIP ASSURANCE Tabla 4 punto 7) para l ≤ 12 m 5 mm para l > 12 m 10 mm 10) Contraflecha (d) Variación del valor de cálculo ± l/1000 Variación comprendida entre ± 6 mm ÷ ± 15 mm La contraflecha máxima debe ser limitada a l/300 (FIP ASSURANCE Tabla 4 punto 8) 11) Agujeros, cortes y placas de sujeción (l1 y l2) Agujeros practicados en el hormigón fresco ± 25 mm Agujeros practicados en el hormigón endurecido ± 15 mm Placas de sujeción ancladas en la obra ± 20 mm (FIP ASSURANCE Tabla 4 punto 9) 12) Displaneidad de la losa por torsión helicoidal Máxima variación respecto a la planeidad 15 mm (FIP ASSURANCE Tabla 4 punto 10) 60 2.4. Tolerancias Capítulo 2ºLA PRODUCCION 14) Medida de apoyo ls min EC2 ENV 1992-1-1 pár.. 4.5.5.2. 65 mm ÷ 100 mm Variación máxima en la obra -25 mm Norma Italiana D.M. del 03.12.1987 (pár. 2.4.1). Apoyo mínimo definitivo in situ 50 mm Apoyo mínimo provisional in situ 30 mm 15) Diferencia de contraflecha (a) entre losas adyacentes El escalón es aceptable siempre que sea inferior a l/1000 O bien cuando es inferior a un valor definido en el contrato y previamente elegido entre los valores límite 8 mm y 15 mm (FIP ASSURANCE pár. 6.1.3) Dichos valores son aceptables incluso como diferencia residual tras el posible ajuste realizado en obra. Tabla 2.3 (Véase el ejemplo de cálculo 3.5 en el pár. 3.5.4.) Armadura Trenza 3φ3 Torón 3/8" Torón 1/2" Torón 0,6" φ nominal φ 6,5 mm φ 9,3 mm φ 12,5 mm φ 15,2 mm ∆lo medio 1,4 mm 2,0 mm 2,6 mm 3,1 mm torón individual 1,3 ∆lo 1,8 mm 2,6 mm 3,4 mm 4,1 mm 13) Penetración total ∆lo admisible de los torones en los dos extremos de una losa (Véase la tabla 2.3) (para el cálculo Véase EN 1168 pár. 4.2.3.2 y EC 2 ENV 1992-1-1 pár. 4.2.3.5.6 punto 4 y Tabla 4.7) Los valores indicados son válidos en las circunstancias siguientes: - clase del hormigón al destensar los torones C = 35 N/mm2 - tensión en el acero después de destensar σpmo = 125 N/mm2 - límite superior de la longitud de anclaye lbpd = 70 φ 61 PARTICULARIDADES ESTATICASCapítulo 3º 3.1. Generalidades Capítulo 3º PARTICULARIDADES ESTATICAS 3.1 Generalidades La losa hueca pretensada al salir de la planta de producción puede funcionar perfectamente como estructura horizontal apta para soportar, simplemente apoyada por sus extremos, las sobrecargas para las cuales ha sido diseñada. Sin duda la aplicación más sencilla y más extendida de la losa hueca es la formación de forjados simplemente apoyados sin que sea necesario el vertido en la obra, salvo para el macizado de las uniones longitudinales existentes entre losa y losa. Para optimizar el uso de las losas se aconseja la realización de diseños más desarrollados. Por ejemplo es posible vincular las losas a las estructuras que las rodean para obtener funciones estáticas más complejas, pero adecuadas a las exigencias cada vez más frecuentes para realizar edificios estructuralmente monolíticos y duraderos en el tiempo. Por consiguiente se aconseja realizar diseños para crear vínculos de empotramiento, la continuidad estática entre las losas, la distribución transversal de las cargas concentradas, el soporte de las losas en apoyos indirectos en vigas hechas en obra, el efecto diafragma incluso para edificios antisísmicos. Con este objeto es fundamental el conocimiento profundo de las particularidades estáticas y de los distintos tipos de conexión que se tratan en este capítulo y en el próximo para poder afrontar, con la colaboración del productor de losas, los infinitos casos particulares para los cuales se requiere una determinada solución de ingeniería de buen nivel. 64 3.2. La losa hueca con capa superior Capítulo 3ºPARTICULARIDADES ESTATICAS donde τRdj = tensión tangencial de deslizamiento por unidad de superficie en el E.L.U. ν = factor de eficiencia ~ 0,5 fcd = valor de cálculo de la resistencia cilíndrica a compresión del hormigón de la capa o del vertido en la unión entre dos placas y en las ranuras. Véase la tabla 5.2 en el siguiente capítulo 5º). kt = 1,4 e = 0,6 para superficies de extrusión o trefiladas (ENV 1992-1-3, pár. 4.5.3.2. punto 1 o 3) kt = 1,8 e = 0,7 para superficies rugosas con al menos 3 mm de profundidad τRd = resistencia unitaria a corte de cálculo de referencia (los valores figuran en la Tabla 5.2 en el siguiente capitulo 5°) σN = tensión por unidad de superficie de una fuerza vertical externa (si existe) positiva si es de compresión y negativa si es de tracción. En cada caso σN ≤ 0,6 fcd ρ = As/Ac con As = área de la armadura pasiva que atraviesa la superficie de la unión (si existe) e Ac = área tomada en cuenta para el esfuerzo cortante fyd = valor de cálculo de la resistencia a tracción de la armadura pasiva α = ángulo entre la armadura y la superficie de la unión = coeficiente de fricción. A falta de uniones metálicas y de fuerzas verticales externas debe ser τRdj ≤ kt τRd Esto significa que en presencia de una capa formada por hormigón de resi- stencia carácteristica cilíndrica/ cúbica C 25/ 30 se tiene (Véase la tabla 5.2 en el siguiente capítulo 5°): fck = 25 N/mm 2 65 PARTICULARIDADES ESTATICASCapítulo 3º 3.2. La losa hueca con capa superior τRd = 0,28 N/mm2 fcd = fck/γc = 15,6 N/mm2 Para los cuales la tensión máxima τRdj de deslizamiento entre los hormigones en E.L.U. será: - para superficie de extrusión o trefilada (kt = 1,4) τRdj ≤ 0,39 N/mm2 y τsdj ≤ 0,26 N/mm2 - para superficie rugosa con al menos 3 mm de profundidad (kt = 1,8) τRdj ≤ 0,50 N/mm2 y τsdj ≤ 0,33 N/mm2 - en presencia de uniones metálicas puede ser τRdj ≤ 3,90 N/mm2 y τsdj ≤ 2,60 N/mm2 El valor máximo τsdj ≤ 0,26 N/mm2 puede ser considerado aceptable incluso para el vertido de las ranuras que contienen armaduras de acero pasivo, con tal de que no exista la posibilidad de fisuras longitudinales. En cambio en el caso de la unión longitudinal vertida entre dos losas adyacentes y que contienen armadura de unión debe preverse el valor mucho más limitativo: - τRdj ≤ 0,1 N/mm2 y τsdj ≤ 0,066 N/mm2 como se prescribe en el párrafo 4.5.3.3 punto 106 de la Norma ENV 1992-1- 3. Volviendo al caso de la superficie de contacto entre la capa de vertido y la superficie superior de la losa hueca, aquella es tan grande que en los casos prácticos el valor de la tensión tangencial siempre es τsdj < 0,20 N/mm2. Parece que de esta manera el funcionamiento estático siempre está a salvo, incluso con la superficie del producto que no sea rugosa, pero en algunos casos concretos puede verificarse el fenómeno de separación de la capa de la losa en determinadas situaciones como: - excesiva esbeltez del forjado que sufre importantes deformaciones al pasar cargas móviles; 66 3.2. La losa hueca con capa superior Capítulo 3ºPARTICULARIDADES ESTATICAS - presencia de cargas vibrantes o cíclicas que producen pérdidas de adherencia por fenómenos de fatiga y/o de distinta respuesta elástica entre el hormigón de la capa y del prefabricado; - presencia de polvos o impurezas sobre la superficie de las losas antes del vertido de la capa. - presencia de agua estancada sobre la superficie de las losas antes del vertido. Para eliminar que se lleguen a producir esta separación siempre es preferible ranurar convenientemente la superficie superior de los elementos prefabricados mediante el rastrillo especial aplicado por la máquina de producción, y además se aconseja limpiar las superficies antes del vertido de la capa sin que quede agua estancada. En presencia de tensiones de deslizamiento τsdj > 0,20 N/ mm2 se aconseja la introducción de conectores de unión colocados en las uniones o en las juntas o en las ranuras de los extremos de la losa. Tal y como se indica en la fig. 3.1 dichos conectores deben salir del estradós de las losas huecas para anclar la capa. Fig. 3.1 Armaduras de unión entre la losa hueca y la capa colaborante vertida en obra. 69 PARTICULARIDADES ESTATICASCapítulo 3º 3.3. Canto del forjado El art. 7.3.2. admite omitir las prescripciones mencionadas para los forjados de cubierta simple, siempre que no se trate de cubiertas planas de edificios de tipo civil que prevén tabiques o particiones interiores porque en tal caso se aconseja atenerse a las relaciones susodichas. El mismo artículo admite la omisión de los límites mencionados, también en caso, de que una buena experimentación en prototipos esté basada en cálculos que tengan en cuenta los comportamientos no lineales de la fisuración y de la deformación viscosa. En tal caso, tanto la experimentación como el cálculo, deberán demostrar que: a) la flecha instantánea debida a las acciones permanentes más todas las acciones variables es fis ≤ lc/1000 b) la flecha a plazo infinito debida a las acciones permanentes y a 1/3 de todas esas variables es f∞ ≤ lc/500 Naturalmente las flechas que se consideran aquí se calculan a partir de la situación del forjado en obra sin carga y se medirán por el descenso de la sección central del forjado bajo las cargas permanentes y ocasionales pre- vistas en a) y b), sin tener en cuenta las posibles contraflechas iniciales de las losas sin carga. Si el ensayo no se realiza en la obra sino en el suelo o en laboratorio con losas sueltas, deberán reconstituirse los vínculos en los apoyos como si el forjado estuviese en la obra. En lo que respecta a los espesores mínimos de los forjados de cubierta sim- ple, aunque no estén expresamente previstos en las normativas, se consi- deran admisibles las siguientes relaciones: - para cubiertas de simple apoyo lc/h ≤ 50 - para cubiertas en continuidad lc/h ≤ 55 70 3.4. El núcleo de unión Capítulo 3ºPARTICULARIDADES ESTATICAS Hay que señalar al proyectista el problema de las cubiertas planas demasiado esbeltas que, sometidas a cargas de muy escasa frecuencia, pueden transformarse en auténticas balsas sin poder desaguar las aguas pluviales. Para este tipo de cubiertas se aconseja los límites de esbeltez normales para losas portantes. La relación de esbeltez de las losas huecas utilizadas como paredes de taponamiento puede ser l/h ≤ 60 3.4 El núcleo de unión El buen funcionamiento estático de la losa hueca depende, en gran medida, de la eficacia del núcleo de unión realizado, con el vertido en obra, en la junta que queda al adosar dos placas con los laterales bien perfilados. Esta unión contribuye con gran eficacia a garantizar el monolitismo del conjunto del forjado para distribuir transversalmente las cargas concentradas obteniendo una colaboración efectiva de las losas adyacentes según las líneas de influencia verificadas mediante la realización de pruebas. El núcleo de unión funciona como una bisagra cilíndrica capaz de transmitir los esfuerzos cortantes verticales, pero en cambio no los momentos de flexión. Evidentemente el forjado de losas huecas puede considerarse teóricamente como una sujeción de vigas unidas mediante bisagras cilíndricas. Fig. 3.2 El núcleo de unión. 71 PARTICULARIDADES ESTATICASCapítulo 3º 3.4. El núcleo de unión Esta es la descripción teórica del comportamiento de la estructura y será de mayor exactitud cuanto mayor sea la posibilidad de asimilación de las losas huecas individuales con las vigas. En cambio, cuando las losas huecas se parecen más a losas que a vigas, es preciso considerar el forjado como una sucesión de losas unidas mediante bisagras cilíndricas (Véase la fig. 3.3). El reparto de las cargas en sentido transversal también depende del núme- ro de losas adyacentes con la unión con una carga directa: el reparto que- da perjudicado si la línea de carga no tiene en ambos lados un tramo de forjado suficientemente largo. Cuando un forjado de losas huecas tiene una capa superior colaborante armada con malla electrosoldada, el núcleo de unión funciona como una bisagra cilíndrica solo en caso de inflexión hacia abajo, mientras quedan contrarrestadas por la resistencia a tracción de la armadura de la capa las inflexiones hacia arriba. En este caso el núcleo de unión además de transmitir fuerzas cortantes, también transmite momentos negativos transversales (Véase la fig. 3.4). En caso de que el núcleo de unión deba contener acero pasivo de armadu- ra para zunchados, según la Norma Italiana D.M. del 03.12.87 (pár. Fig. 3.3 Línea de influencia de una carga concentrada en una superficie de losas huecas con funcionamiento de losas articuladas. (Prof. A. Migliacci – 1967 – Politécnico de Milán) 74 3.4. El núcleo de unión Capítulo 3ºPARTICULARIDADES ESTATICAS Debe prestarse especial atención durante la realización del vertido de las uniones longitudinales, para que los esfuerzos cortantes puedan ser transmitidos correctamente. La Guía FIP “Quality Assurance” en el pár. 6.3 prescribe la clase mínima del hormigón (C20 ÷ C25), el diámetro máximo del árido (se aconseja que no sea superior a 8 ÷ 10 mm), la consistencia del hormigón, la limpieza de la ranura y sobretodo, que el conglomerado final no tenga fisuras de retracción. No debe de extrañar la baja clase mínima del hormigón para el macizado prescrita en la Guía FIP porque en realidad, para la transmisión de los esfuerzos cortantes dicha resistencia característica resulta suficiente, habida cuenta de la extensión, en cuanto a la longitud del núcleo de vertido. En caso de cargas cíclicas o vibrantes habrá que recurrir a hormigones más resistentes y tal vez a la colocación de conectores de unión transversal. La importancia de las eventuales armaduras de unión o de continuidad en los núcleos de unión, puede determinar la adopción de un hormigón de clase C25 ÷ C30. A modo de inciso hay que señalar que en este texto se ha adoptado la expresión unión en vez de la más frecuente “junta”, ya que por definición, por “unión” se entiende enlace entre partes estructurales adecuadas para la transmisión de solicitaciones. En cambio por “juntas” se entiende espacios entre partes estructurales que pueden admitir desplazamientos mutuos sin transmisión de solicitaciones. 75 PARTICULARIDADES ESTATICASCapítulo 3º 3.5. El pretensado 3.5 El pretensado La armadura principal de la losa hueca está formada de alambres o torones de acero de alto límite elástico, colocados principalmente, debajo de las almas verticales donde la sección del hormigón permite recubrir el acero de forma óptima. Las armaduras siempre son rectilíneas y abarcan el elemento prefabricado en toda su longitud. Los alambres o torones, pretensados antes del vertido, una vez liberados de los anclajes, ejercen una fuerza que por la adherencia del acero con el hormigón endurecido, pretensa la sección induciendo tensiones de compresión que son más elevadas en el borde inferior y que en cambio son moderadas o de tracción limitada en el borde superior. Por consiguiente, en las fases de colocación y servicio, el pretensado se opone a los momentos de flexión positivos neutralizando las tensiones de tracción que se inducirían en el elemento prefabricado en el borde inferior y reduciendo al mismo tiempo las tensiones de compresión en el borde superior. En las losas huecas de menor espesor (más o menos hasta h = 20 cm) el baricentro del acero de pretensado permanece dentro del núcleo de inercia de la sección transversal y por lo tanto, el pretensado no genera tracciones en el hormigón del borde superior. En las losas huecas con espesor de 25 cm o más, se verifica siempre que la posición del baricentro de los torones permanece debajo del núcleo de inercia, generando tracciones en el borde superior, tanto más importantes cuanto más grandes sean la excentricidad y la sección del acero pretensado (Véase la fig.3.7). En dicho caso, se podrían observar fisuraciones durante el movimiento, el transporte, la elevación en la obra de los elementos prefabricados, cuando a las tracciones de pretensado se sumen las debidas al peso de los extremos que sobresalen excesivamente de los dispositivos utilizados para su elevación. Unas tracciones excesivas del hormigón en el borde superior generan en las losas contraflechas acentuadas que pueden ser reducidas mediante armaduras de pretensado posicionadas en la parte superior de la losa. 76 3.5. El pretensado Capítulo 3ºPARTICULARIDADES ESTATICAS El cálculo de la losa hueca pretensada considera toda la sección pretensada como totalmente reactiva, ya que limita las tracciones en el hormigón a valores aceptados en el campo elástico. En las dos extremidades del elemento prefabricado en un tramo denominado “zona de anclaje” o “zona de transmisión” de la armadura pretensada, se observa el desarrollo del pretensado del valor cero hasta el valor de pretensado total (Véase la fig. 3.8). Para la Norma Italiana D.M. del 14.02.92 (pár. 3.2.9), la longitud de la zona de anclaje equivale a 70 diámetros nominales del torón, mientras que para el Eurocódigo 2 ENV 1992-1-1 (pár. 4.2.3.5.6 tabla 4.7) esta longitud depende de las características superficiales del acero y de la resistencia característica real del hormigón en el momento de aplicación del pretensado, por lo que puede superar los 70 diametros. Para la Norma Italiana (D.M. del 14.02.1992 (pár. 3.2.9) la “zona de anclaje o transmisión” se considera no pretensada y por lo tanto debe verificarse a cortante como una sección de H°A° normal, cuya resistencia a tracción, se protege añadiendo barras de armadura pasiva que en la losa hueca se fijan en obra en las uniones longitudinales y en las ranuras. Fig. 3.7 El núcleo de inercia y la excentricidad de la armadura de pretensado. 79 PARTICULARIDADES ESTATICASCapítulo 3º 3.5. El pretensado En general, los largos de las fisuras de este tipo no son superiores a 8 ÷ 10 cm y su única consecuencia es la prolongación de la zona de anclaje cuanto más larga sea la fisura. Estas fisuras en ocasiones pueden favorecer una penetración del torón superior a los valores aceptables (Véase el siguiente párrafo 3.5.4). Estos inconvenientes, no se producen cuando se respetan los espesores de dos diametros de recubrimiento de los torones, tal y como se indica en la fig. 2.11 y en el párrafo 2.2.4. anterior, ya que en ese caso el hormigón puede soportar fácilmente y sin problemas las tensiones de efecto cuña. Las tensiones de anclaje (splitting) Estas tensiones se producen por el desarrollo del pretensado en la zona de anclaje tal y como indica la figura 3.10. El progresivo anclaje del torón determina la transferencia al hormigón de las fuerzas de pretesado. Estas fuerzas, de orientación inclinada, generan tensiones de tracción en el hormigón. Fig. 3.10 Las tensiones de anclaje en el extremo de la losa hueca pueden provocar una pequeña fisura que une los torones que están demasiado juntos. 80 3.5. El pretensado Capítulo 3ºPARTICULARIDADES ESTATICAS Si éstas últimas superan la resistencia a tracción característica, pueden provocar la aparición de alguna fisura horizontal típica que pasa de torón en torón e incluso llegar a provocar la separación de alguna parte del borde inferior de la sección. Estos problemas como los de efecto cuña alcanzan una profundidad limitada y provocan daños estéticos en el extremo de la losa. Como en el caso de efecto cuña, las posibles fisuras pueden prolongar la zona de anclaje en función del largo de la fisura y pueden favorecer una penetración de los torones superior a los valores aceptables. Las tensiones de anclaje se evitan respetando la distancia entre los torones y los recubrimientos indicados en el párrafo precedente 2.2.4. Los posibles problemas que se puedan producir afectan la zona de apoyo de la losa por lo que, dado que su extensión es muy limitada, la losa casi siempre resulta aceptable. Las tensiones verticales en las almas (spalling) No se confunden con las tensiones de anclaje porque se manifiestan sobre el eje de los torones en la zona de la sección transversal donde las almas del prefabricado tienen el mínimo ancho (Véase la fig. 3.11). Fig. 3.11 Las tensiones verticales en las almas pueden provocar daños en el extremo de la losa hueca. 81 PARTICULARIDADES ESTATICASCapítulo 3º 3.5. El pretensado Estas tensiones también se deben al desarrollo del pretensado en el hormigón del extremo, cerca del cual, únicamente es pretensada la losita inferior con los torones. Esta zona de anclaje sufre una acción de flexión por esfuerzo de compresión, que tiende a separarla de la zona superior completamente inerte. La aplicación de la flexión por esfuerzo de compresión se produce por líneas de flujo de tensiones de dirección no paralela al eje de la losa hueca (Véase la fig. 3.12). Como consecuencia de ello se producen esfuerzos de tracción vertical muy acentuados en la sección de la extremidad de la losa, que se amortiguan rápidamente en las secciones limítrofes. Fig. 3.12 Tensiones principales en el extremo de una losa hueca de 20 cm de espesor pretensada con trenzas de 3 φ 3 mm. Simulación en los elementos finitos con pretensado introducido en la base de la curva experimental de adherencia de la trenza de 3 φ 3 mm. (Prof. Ing. Franco Levi e Ing. Renzo Perazzone, abril de 1983). Los segmentos verticales o inclinados en negrita indican las tensiones de spalling a escala proporcional. Los segmentos horizontales o inclinados finos indican a escala proporcional las solicitaciones de pretensado. En caso de que el alma vaya armada con torones de distinto diámetro, se considerará como tensión resultante, la suma de las distintas tensiones de spalling. Para el cálculo de la tensión vertical no se tienen en cuenta las armaduras que estén cerca del borde superior y en cambio se tiene en cuenta exclusivamente la armadura inferior de una sola alma (Véase la fig. 3.14). La tensión vertical (Spalling) σsp debe cumplir la siguiente condición: σsp ≤ fctk0,05 en que: fctk0,05 = valor característico inferior de la resistencia a tracción del hormigón (Norma pr. EN 1168, pár. 5.7). fctk0,05 = 0.7 fctm = 0.7 * 0.3 fck 2/3 [N/mm2] fck = Resistencia característica a compresión cilíndrica del hormigón [N/mm2] [SP] en que: bi = ancho mínimo del alma; Po = σpo Ap = fuerza transmitida por el torón en el alma considerada; σPo = tensión en el torón en el momento de la verificación; Ap = area del torón; eo = excentricidad del acero de pretensado; αe = (eo - k)/h = relación de excentricidad; k = W/A = semialtura del núcleo de inercia; h = altura del alma; 84 3.5. El pretensado Capítulo 3ºPARTICULARIDADES ESTATICAS lbp = valor medio de la longitud de transmisión = βb φ (Véase EC2 – 4.2.3.5.6). βb = coeficiente de transmisión (Véase EC2 y DAN italiano pár. 4.2.3.5.6 tabla 4.7). φ = diámetro nominal del torón. Ejemplos de cálculo Ejemplo 3.1 Se toma en consideración, en el momento de la aplicación del pretensado, un alma de losa hueca trefilada con altura h = 30 cm como se indica en la sección que aparece a continuación. La armadura se compone de 2 torones 1/2” cuyo eje está a 30 mm del intradós. Se hace el cálculo para un solo torón 1/2” y posteriormente se dobla el valor para obtener la σsp total. Es decir: h = 300 mm c = 30 mm bi = 42,5 mm C 30/37 = Clase del hormigón en el momento del pretensado σpoj = 1250 N/mm2 = valor experimental en el momento del pretensdo Ap = 93 mm 2 (un torón 0,5”) Po = σpo Ap = 116.250 N eo = 150 - 30 = 120 mm k = W/A = 72,3 (de la geometría de la sección) αe = (eo - k) / h = 0,159 φ = 12,5 mm lbp = 70 φ = 875 mm (Véase EC2 y DAN italiano Tabla 4.7.) 85 PARTICULARIDADES ESTATICASCapítulo 3º 3.5. El pretensado 86 3.5. El pretensado Capítulo 3ºPARTICULARIDADES ESTATICAS fctk0,05 = 2,03 N/mm 2 (Véase la tabla 5.2 en el siguiente Capítulo 5 pár. 5.5.1.). Aplicando la fórmula [SP] el resultado es: σsp = 0,935 N/mm2 Considerando que hay dos torones: 2 σsp = 1,87 N/mm2 < fctk0,05 = 2,03 N/mm2 Por lo tanto el valor es aceptable. Ejemplo 3.2 En la misma alma los 2 torones 1/2” se ponen a 35 mm del borde inferior, el nuevo cálculo de σsp da: σsp = 0,815 N/mm2 2 σsp = 1,63 N/mm2 < fctk0,05 = 2,03 N/mm2 valor aún más favorable. Ejemplo 3.3. Se toma en consideración un alma de losa extruida con espesor h = 40 cm como indicado en la sección siguiente. La armadura está formada por dos torones 6/10” cuyo eje está a 35 mm del borde inferior. Nuevamente se hace el cálculo para un solo torón 6/10” doblando el valor al final. h = 400 mm c = 35 mm bi = 53 mm 89 PARTICULARIDADES ESTATICASCapítulo 3º 3.5. El pretensado De hecho σsp disminuye al aumentar la longitud de anclaje de los torones lbp cuyo valor es 1060 mm para el torón de φ 0,6" mientras vale solo 763 mm considerando el valor medio entre las longitudes de transmisión del torón 3/8” y 1/2”. e) En caso de que fuese necesario reducir ulteriormente la tensión σsp debida a la presencia de más torones en cada alma, basta con enfundar un torón para anular su adherencia cerca del extremo con las precauciones indicadas en el siguiente párrafo 3.5.3. f) Aplicando los ejemplos numéricos de cálculo anteriores cada productor de losas huecas está en grado de conocer a priori, para cada sección de losa producida, los valores de la tensión σsp generados por los distintos tipos de torón (Véase la fig. 3.16). En caso de que haya más de un torón en cada alma se suman las σsp correspondientes para obtener la tensión total de fisuración que actúa en el alma. El diagrama de la fig. 3.16 ha sido realizado en función de la siguiente hipótesis: h = cm 30 = Alma de la losa hueca trefilada del Ejemplo 3.1. C 30/37 = clase de resistencia del hormigón en el momento del pretensado. fck = 30 N/mm 2 fctk0,05 = 2,03 N/mm 2 (Tabla 5.2 Cap.5º pár. 5.5.1) lbp = 70 φ = longitud media de transmisión (EC2 y DAN tab. 4.7) trenza 3 φ 3 lbp = 455 mm torón 3/8" lbp = 650 mm torón 1/2" lbp = 875 mm torón 6/10" lbp = 1060 mm Las curvas de la fig. 3.16 muestran como disminuye el valor de σsp a medida que los torones se alejan del borde inferior. 90 3.5. El pretensado Capítulo 3ºPARTICULARIDADES ESTATICAS g) No debe sobrevalorarse la clase del hormigón del alma vertical al momento del pretensado. La clase C 30/37 presumible en el momen- to de aplicación del pretensado, con frecuencia no es la clase real de resistencia del alma ya que ésta última podría presentar algún defecto de compactación y ser por tanto de una clase real inferior. h) En el cálculo de las σsp con la fórmula [SP] debe considerarse exclu- sivamente la acción de los torones inferiores en el alma omitiendo el torón superior de la misma alma por la razón ilustrada en la fig. 3.14. i) En las losas huecas en fase de ejercicio, en obra, teniendo en cuenta el tiempo transcurrido desde la aplicación del pretensado y por lo tanto la fluencia del hormigón y la relajación del acero de pretensado, 70 60 50 40 30 20 10 0,5 1 1,5 2 fctk 0,05 = 2,03 N/mm2 N/mm2σsp 3Ø3 3/8" 1/2" 6/10" 1(3/8")+1(1/2") 2(1/2") Distancia c del baricento de los torones del intradós mm Fig. 3.16 Cada productor puede proporcionar los valoresσsp para cada sección de losa hueca en tablas para los distintos tipos de torón. 91 PARTICULARIDADES ESTATICASCapítulo 3º 3.5. El pretensado las tensiones de “spalling” finales quedan reducidas en relación a las σsp iniciales según la relación σsp,d (t) = σspPm(t)/Pm,o en que Pm,o = fuerza de pretensado aplicada inmediatamente después del corte de los elementos pretensados; Pm(t) = fuerza de pretensado media en tiempo (t). Para determinar los valores de Pm,(t) Véase el siguiente pár. 4.4.4. en el punto titulado “Comentarios” h). En las consideraciones referentes a las tensiones de “spalling” en fase de ejercicio, también hay que tener en cuenta que las tensiones σsp, además de quedar reducidas, actúan en un hormigón con resistencia característica a tracción final mucho más elevada en relación con la resistencia inicial del momento de aplicación del pretensado. 3.5.3 Reducción del pretensado mediante vainas A la luz de lo expuesto en los dos párrafos precedentes en relación con el “spalling”, para reducir la tensión vertical en las almas a límites admitidos, con frecuencia se recurre a la anulación de algún torón en unas cuantas decenas de centímetros en correspondencia con los extremos de las losas. Normalmente el largo de las vainas no supera los 50 ÷ 70 cm y su extremidad permanece visible en la sección del extremo de cada losa. Hay que indicar que el torón envainado en el extremo empieza a ser 100% eficaz únicamente después de 70 diametros desde el final de la vaina, es decir, a partir de una sección en que ya existe el momento positivo de luz de un tramo. Un cálculo adecuado debe verificar que donde el torón envainado aún no es totalmente eficaz, el pretensado inducido únicamente por los torones no envainados debe ser suficiente para contrarrestar las tracciones generadas por el momento positivo de ese tramo del elemento prefabricado.
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