12/0910/2016 Fecha de presentación: 26/10/2016 Presentació
Transcripción
12/0910/2016 Fecha de presentación: 26/10/2016 Presentació
TRABAJO PRÁCTICO ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO Y PRETENSADO Trabajo Práctico N°:4 Tema: VERIFICACIÓN DE SECCIONES DE HORMIGON PRETENSADO Fecha de realización: 12/0910/2016 Fecha de presentación: 26/10/2016 Presentación en término: SI Grupo N°: 1 Integrantes: 1. Gabur, Melanie Shael 2. Gross, Marcelo Hugo 3. Posnik, Guillermo Gerardo Guido NO T.P.Nº4: Verificación de Secciones de Hormigón Pretensado 2016 Consigna: En una obra en ejecución se pretende evaluar la factibilidad de aumentar la separación entre vigas para reducir costos. Como se incrementará la carga de servicio, se deberá calcular la cantidad de armadura activa y pasiva del elemento. Los moldes ya están confeccionados. Las vigas serán postesadas en obra a los 7 días de hormigonadas. Verificar tensiones en el hormigón en sección de apoyo para to y en sección de tramo para t∞ con cargas totales, calcular pérdidas de pretensado y verificar la resistencia a flexión de la viga. Datos de los materiales: Caracteristicas de los Materiales Hormigon: Acero: H-30 f'c= Peso específico= Ec= 4700f'c1/2= f`ci= 0,7*f'c= Eci= 4700f'ci1/2= γHº= 25 Armadura Pasiva Armadura Activa 30 25 25742,96 21 21538,11 KN/m3 ADN-420 fy (Mpa) 420 C-1900 Grado 270 d nominal= 12,7 cm Tipo: Cordon de baja relajacion fpu= 1864 MPa fpy= 1682 MPa Eps= 195000 MPa Datos de las secciones de análisis: Sección de apoyo: Ag P Ixx Iyy Yinf Ysup Winf Wsup Seccion apoyo 1,04 4,5 0,2219 0,0366 0,8 0,8 0,277 0,277 MPa kN/m3 MPa MPa MPa m2 m2 m4 m4 m m m3 m3 Sección de Tramo: Ag P Ixx Iyy Yinf Ysup Winf Wsup Seccion tramo 0,512 5,46 0,1686 0,0119 0,8 0,8 0,211 0,211 Siendo: Ag: Sección Bruta P: Perímetro Ixx: Momento de Inercia Yinf: Distancia CG a borde inferior Ysup: Distancia CG a borde superior Winf: Modulo resistente inferior Wsup: Modulo resistente superior Esquema de la viga completa: m2 m2 m4 m4 m m m3 m3 Análisis de Cargas: Cargas exteriores 0 7,5 0 20 td1 td2 tL1 tL2 Carga por unidad de longitud correspondiente a peso propio viga kN/m Seccion rectangular tD01 26 Seccion doble T tD02 12,80 TD0 ponderado 15,65 kN/m kN/m kN/m kN/m Siendo: td1: Cargas permanentes en el momento del tesado. td2: Cargas permanentes luego del tesado. tL1: Parte de la sobrecarga casi permanente. tL2: Resto de la sobrecarga. A continuación, se determinan las cargas debidas al peso propio: 𝐾𝑁 Td01 = 25 𝑚3 * 1,04 𝑚2 = 26 𝐾𝑁 𝑚 𝐾𝑁 Td02 = 25 𝑚3 * 0,51 𝑚2 = 12,80 Td0 (ponderado) = (26 𝐾𝑁 𝑚 Sección Rectangular. 𝐾𝑁 𝑚 Sección doble T. * 3 m * 2 + 12,80 𝐾𝑁 𝑚 * 21,80 m ) / 27,20 m = 15,65 Carga actuante en el momento del tesado: Td0 + td1 = 15,65 Carga semi-permanente = td0 + td1 + td2 + tL1 = 15,65 𝐾𝑁 𝑚 Carga total máxima = td1 + td1 + td2 + tL1 + tL2 = 15,65 43,15 𝑲𝑵 𝒎 Carga actuante en el momento del tesado (kN/m) 15,65 𝐾𝑁 𝑚 +0 𝐾𝑁 𝑚 +0 𝐾𝑁 𝑚 +0 𝐾𝑁 𝑚 + 7,5 𝐾𝑁 𝑚 𝐾𝑁 𝑚 = 15,65 𝐾𝑁 𝑚 + 7,5 +0 𝐾𝑁 𝑚 𝑲𝑵 𝒎 𝐾𝑁 𝑚 +0 = 23,15 𝐾𝑁 𝑚 Carga semi-permanente (kN/m) Carga total máxima(kN/m) 23,15 43,15 + 20 𝑲𝑵 𝒎 𝐾𝑁 𝑚 = Momentos flectores y tensiones: Se calculan los momentos flectores en el centro del tramo y en la sección de transferencia, la cual según el enunciado consideramos en el eje del apoyo. Esto se debe hacer para tres estados de carga y dos estados de tiempo. Se debe tener en cuenta que la sección de transferencia es aquella en la que puede considerarse que los elementos tensores ya han transferido la carga de pretensado al hormigón. Esta sección se debe estimar a una distancia de 50 veces el diámetro nominal de las armaduras activas desde el punto de aplicación de la fuerza de pretensado, pero a los fines del trabajo en cuestión y respetando la consigna del mismo se la considera en el eje del apoyo. Los momentos se determinan mediante la expresión: Mu (x) = Wu*x*(L-x)/2 Seccion Transferencia L/2 Momentos flectores (kNm) Distancia al apoyo izquierdo En el momento del tesado Luego de perdidas (t=infinito) para cargas (m) (t=0) semi-permanente Total 0 0 0 0 13,6 1447,2 2140,8 3990,4 Momentos flectores (MNm) En el momento del tesado Luego de perdidas (t=infinito) para cargas (t=0) semi-permanente Total 0 0 0 1,44721 2,1408 3,9904 Las tensiones se determinan haciendo M/W Seccion Transferencia En L/2 Fibra W (m3) superior inferior superior inferior 0,2773 0,2773 0,211 0,211 En el momento del tesado(t=0) 0 0 -6,87 6,87 Tensiones[Mpa] Luego de perdidas (t=infinito) para carga semi-permanente Total 0 0 0 0 -10,16 -17,02 10,16 17,02 Tensiones Admisibles en el hormigón: El reglamento Cirsoc 201-2005 establece los siguientes valores admisibles. [Capte la atención de los lectores mediante una cita importante extraída del documento o utilice este espacio para resaltar un punto clave. Para colocar el cuadro de texto en cualquier lugar de la página, solo tiene que arrastrarlo.] Se estima que la resistencia inicial del hormigón en el momento del tesado, o sea, a los 7 días varía entre un 60 y un 70% de la resistencia final, para nuestros cálculos adoptamos 70%. Tensiones Admisibles en el acero de pretensado: Fpu = Tensión de tracción especificada para el acero de pretensado = 1864 MPa Fpy= Tensión de fluencia especificada para el acero de pretensado = 1682 MPa Por acción directa del gato = mínimo (0,8 fpu; 0,94 fpy) = 1491MPa Instante de transferencia = mínimo (0,74 fpu; 0,82 fpy) = 1379 MPa En el anclaje para t=0 = 0,7 fpu = 1305 MPa TENSIONES ADMISIBLES EN EL ACERO Acero C-1900 Grado 270 Diámetro nominal [mm] 12,7 Por accion directa del gato [Mpa] 1491 Instante de transferencia [Mpa] 1379 fpu [Mpa] 1864 fpy [Mpa] 1682 En anclajes para t=0 [Mpa] 1305 Calculo de la fuerza de pretensado: La fuerza de pretensado se dimensiona de modo que para la carga total, la tensión en la fibra inferior no supere la tensión de tracción admisible en el centro del tramo (5,48MPa). El pretensado deberá compensar una tensión igual a: 17,02 MPa – 5,48 MPa = 11,54 MPa La tensión de compresión producida en la fibra inferior de la sección media por la fuerza de tesado es: 𝑃𝑒 𝑃𝑒 ∗ 𝑒 + 𝐴𝑔 𝑊𝑖𝑛𝑓 Siendo: Pe = Fuerza de tesado efectiva (luego de las perdidas) e = Excentricidad media de los elementos tensores FUERZA DE PRETENSADO Datos Tension admisible en el acero en el instante de tranferencia [Mpa] 1379 Tension a compensar [Mpa] 13,19 [kPa] 13188,28 Area de un cordon [mm2] 98,7 Ag [m2] 0,512 e: e: excentricidad excentricidad W inf [m3] apoyo[m] tramo [m] 0,4 0,65 0,211 Pe: Fuerza de tesado efectiva (luego de pérdidas) [MN] [kN] 2,6184 2618,4 cantidad adoptada 22 Sección total = 22 * 98,70 mm2 = 2171,4 mm2 Tension en fibra inferior [Mpa] Traccion admisible centro del tramo [Mpa] 17,02 3,83 Estimacion [%] 13,2 Ppi: Fuerza en el momento de transferencia [kN] 2964,0 Cantidad necesaria de cordones 21,77 Seccion total [mm2] 2171,4 Cálculo de Pérdidas: Para el cálculo de las pérdidas de tesado se utilizan expresiones y formulas establecidas en el reglamento CIRSOC 201-2005. Las pérdidas se discriminan en instantáneas y diferidas, a su vez se diferencian entre las pérdidas originadas en el acero y las pérdidas originadas en el hormigón. PERDIDAS EN EL ACERO: Pérdidas por fricción: El CIRSOC 201-2005 propone la siguiente expresión para el cálculo de las perdidas por fricción: Si el valor dentro del paréntesis resulta menor o igual a 0,3, la expresión se podrá reemplazar por la siguiente: Siendo: Ppj: Fuerza de tesado en el extremo desde donde se efectúa el tesado Ppx: Fuerza de tesado evaluada a una distancia lpx del extremo desde donde se efectúa el tesado K: coeficiente de desviación accidental por metro lineal de cable Lpx: Longitud de cable medida desde el extremo desde donde se efectúa el pretensado Μp: Coeficiente de fricción por curvatura αpx: Suma de valores absolutos de variaciones angulares medidas en radianes, que se efectúan a lo largo del cable a lo largo del lpx-ç Pérdidas por Acuñamiento de Anclajes: Para el cálculo de las pérdidas por acuñamiento de anclajes se utilizan las siguientes expresiones: 𝛥𝑠𝑒𝑡 = (𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑟𝑎𝑦𝑎𝑑𝑎) 𝐴𝑝𝑠 ∗ 𝐸𝑝𝑠 𝐴𝑝𝑠 = 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑑𝑜𝑛 ∗ 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑑𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑝= 𝛥𝑃 𝐿𝑝𝑥 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑎𝑓𝑒𝑐𝑡𝑎𝑑𝑎 = (𝛥𝑠𝑒𝑡 ∗ 𝐴𝑝𝑠 ∗ 𝐸𝑝𝑠 1 )2 𝑝 Perdidas por Relajación: El reglamento CIRSOC 201-2005 propone la siguiente expresión: Siendo: Kre: Valores básicos de relajación J: Factor de interacción para reducir la tensión debido a otras perdidas C: Factor de nivel de tensión Kre y J se obtienen desde la siguiente tabla: El coeficiente C se obtiene de las expresiones que figuran en la siguiente tabla: PERDIDAS EN EL HORMIGON: Pérdidas por Contracción: La expresión que se propone para el cálculo de las pérdidas por contracción en la siguiente: Siendo: Ksh: Para elementos postesados, se obtiene de la siguiente tabla Es: Modulo de elasticidad de los elementos tensores 𝑉 : 𝑆 𝐴𝑔 Esta expresado en centímetros = 𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 RH: Se debe determinar para cada caso, se puede seguir los valores de la siguiente tabla: Pérdidas por Fluencia Lenta: EL reglamento propone el abordaje de estas pérdidas con la siguiente expresión: Siendo: Kcr: 1,6 para elementos postesados Eps: Modulo de elasticidad de los elementos tensores Ec: Modulo de elasticidad del hormigón a 28 días fcir: Tensión de compresión neta en el hormigón a nivel del centro de gravedad de los elementos tensores después de haberse aplicado la totalidad del pretensado fcds: Tensión en el hormigón a nivel del centro de gravedad de los elementos debida a todas las cargas permanentes después del tesado A continuación se presenta un cuadro que resume el cálculo de cada tipo de perdida, con cada coeficiente involucrado. CÁLCULO DE PÉRDIDAS POSTESADO= SH+CR+RE+FR tabla 10.3.1 reglamento CIRSOC 201-2005 INSTANTÁNEAS Acuñamiento de anclajes Originadas en el acero Fricción [FR] Originadas en el Hormigón DIFERIDAS Relajacion [RE] Fluencia lenta [CR] Contracción [SH] Acortamiento elástico [ES] Pérdidas instantáneas FR: Pérdidas por fricción k Lpx (m) μp 0,004 13,6 0,2 A=k*Lpx+μp*αpx αpx 0,1633 0,08706 e-A:Porcentaje de fuerza aplicada [%] Tension efectiva [Mpa] FR Pérdida por friccion [Mpa] AA:Acuñamiento de anclajes Δset (mm) Aps (mm2) Δ P(MPa) 6 2171,4 124,20 ΔP corrimiento[kN] 448,9 ΔP[kN] 90,47 1365,0 91,66 ΔP(kN) 269,69 AA: acuñamiento de anclaje [Mpa] Tension tranferencia [Mpa] 1489,2 124,20 Lpx (m) 13,6 41,66 P(kN/m) 19,83 Eps (Mpa) 195000 Longitud afectada (m) 11,32 Pérdidas diferidas SH: Contraccion del hormigón Ksh Es [Mpa] V [m2] 0,77 195000 0,512 s [m] 5,46 SH: Contraccion del hormigón [Mpa] CR: Fluencia lenta del hormigón Kcr Es [Mpa] Ec[Mpa] 1,6 195000 25742,96 Kcir 1 CR: Fluencia lenta del hormigón [Mpa] fpi [Mpa] 1365,01 Kre 35 RE: Relajación fpu [MPa] 1864 j 0,04 fpi/fpu 0,732 SH 28,62 V/S[cm] 9,38 28,62 fcds 2,67 RE: Relajacion de los cables [Mpa] fg 5,58 fcpi 13,22 fcir 7,64 60,15 0,33+4*((fpi/fpu)-0,6) 0,75+5*((fpi/fpu-0,7) CR 60,15 H[%] 70 ES 0 0,86 0,911 C 0,75+5*((fpi/fpu-0,7) C 0,911 28,67 RESUMEN DE PÉRDIDAS Y VERIFICACION DE TENSIONES EN CORDONES Pérdidas Mpa FR 124,20 AA 41,66 SH 28,62 CR 60,15 RE 28,67 Total pérdidas 283,31 Tensión efectiva [Mpa] [1] 1205,84 Total pérdidas [Mpa] [2] 283,31 Parámetro Código Cálculo Admisible Condición [3]=[1]+[2] 1489,14 1491 VERIFICA [4]=[3]-FR 1364,94 1379 VERIFICA [5]=[4]/[1] 1,132 1,132 si Tension total en el gato [Mpa] Tensión de transferencia [Mpa] Verificacion estimacion VERIFICACION DE TENSIONES EN EL HORMIGÓN Ppi: fuerza en el momento de la transferencia [kN] Pe: Fuerza efectiva luego de pérdidas [kN] fibra superior inferior fibra superior inferior fibra superior inferior fibra superior inferior fibra superior inferior fibra superior inferior 2964,0 2618 En el momento del tesado (t0) Seccion de transferencia Tensiones [Mpa] TOTAL Ppi/Ag Ppi*e*y/Ig M*y/Ig -2,85 4,27 0 1,42 -2,85 -4,27 0 -7,12 Sección tramo Tensiones [Mpa] TOTAL Ppi/Ag Ppi*e*y/Ig M*y/Ig -5,79 9,14 -6,87 -3,51 -5,79 -9,14 6,87 -8,06 Admisible condicion 2,29 -12,6 verifica verifica Admisible condicion 1,15 -12,6 verifica verifica t=infinito(luego de la totalidad de las pérdidas- carga semipermanente Seccion de transferencia Tensiones [Mpa] TOTAL Admisible Pe/Ag Pe*e*y/Ig M*y/Ig -2,52 3,78 0 1,26 3,83 -2,52 -3,78 0 -6,29 -13,5 Sección tramo Tensiones [Mpa] TOTAL Admisible Pe/Ag Pe*e*y/Ig M*y/Ig -5,11 6,56 -10,16 -8,71 3,83 -5,11 -6,56 10,16 -1,52 -13,5 t=infinito(luego de la totalidad de las pérdidas- carga TOTAL Seccion de transferencia Tensiones [Mpa] TOTAL Admisible Pe/Ag Pe*e*y/Ig M*y/Ig -2,52 3,78 0 1,26 3,83 -2,52 -3,78 0 -6,29 -18 Sección tramo Tensiones [Mpa] TOTAL Admisible Pe/Ag Pe*e*y/Ig M*y/Ig -5,11 6,56 -17,02 -15,58 -18,00 -5,11 -6,56 17,02 5,35 5,41 Verificación de la resistencia a flexión: Suponemos que la sección es controlada por tracción. Calculamos Mu = 1,2 * Md + 1,6 * ML Mu = 1,2 * 2141 KNm + 1,6 * (3990 – 2141) KNm = 5527,6 KNm condicion verifica verifica condicion verifica verifica condicion verifica verifica condicion verifica verifica La tensión en el acero en el momento de la rotura se puede determinar a partir de la siguiente formula: Siendo: Fps: tensión de la armadura para el cálculo de la resistencia nominal. Fpu: tensión de tracción especificada para el acero de pretensado. Гp: 0,55 para barras conformadas de pretensado 0,40 para alambres y cordones de relajación normal 0,28 para alambres y cordones de baja relajación. Β1 0,85 para hormigones menores o iguales a 10 MPa de resistencia 0,85 – 0,05*(f’c – 30 MPa)/7 para hormigones mayores a 30 MPa de resistencia. Pp: cuantía de la armadura tesa Dp: distancia desde la fibra más comprimida hasta el baricentro de la armadura tesa D: distancia desde la fibra más comprimida hasta el baricentro de la armadura no tesa W: cuantía mecánica de la armadura traccionada no tesa W’: cuantía mecánica de la armadura comprimida no tesa Tenemos: Fpu = 1864 MPa Гp = 0,28 Β1 = 0,85 – 0,05*(f’c – 30 MPa)/7 = 0,8143 Dp = 1,45 m 𝐴𝑠 2171,4 𝑚𝑚2 Pp = 𝑏∗𝑑𝑝 = 650 𝑚𝑚∗1450 𝑚𝑚 = 0,002 Fps = 1864 * (1 - 0,28/0,8143 * 0,002 * 1864/35) = 1796,07 MPa Determinación de la fuerza provista por la armadura: T = fps * As = 1796,07 MN/m2 * 1875,3 mm2 *(1m/1000mm)2*1000KN/1MN = 3368,17 KN Profundidad del eje neutro: a = t / (0,85 * f’c * b) = 3368,17 KN / (0,85 * 35MPa * 0,65m)/1000 = 0,17 m. Como a=0,17m ≤ 0,25m Se comporta como una viga rectangular Determinación del momento nominal Mn: Mn = T * (dp – a/2) = 3368,17 KN * (1,45 m – 0,17m/2) = 5170,14 KNm Verificación: ϕMn≥Mu 0,9*5170,14KNm≥5527,6KNm NO VERIFICA. Se deberá agregar armadura pasiva. T’ = T + T1 Siendo T1 = As*fy * n T1 Fuerza proporcionada por la armadura no tesa a colocar As área de una barra de armadura adicional a colocar (suponemos db 12mm) Fy 420 MPa N número de barras T1 = (3,14 cm2 * 420 MPa * 12) / (100cm/1m)2 * 1000 KN/MN = 1582,56MPa T’= 3368,17KN + 1582,56KN = 4950,73 KN a’ = T’ / (0,85 * f’c * b) = 4950,73 KN / (0,85 * 35 MPa * 0,65m) * 1/1000 = 0,25m Determinación de Mn’: Mn’ = T * (dp – a’/2) + T1 * (d-a’/2) = 3368,17 KN * (1,45 m – 0,25m/2) + 1582,56 KN * (1,45 m – 0,25m/2) = 4462,83 + 2096,89 = 6559,72 KNm ϕMn = 0,9 * 6559,72 KNm = 5903,75 KNm Verificación: ϕMn≥Mu 5903,75KNm≥5527,6KNm Verificación de la cuantía mínima: Debera cumplirse: 1,20 * Mcr = ϕ * Mn VERIFICA. Siendo: Mcr: Momento de figuración calculado para las cargas que producen una tensión máxima de tracción igual a fr fr = 0,70 * (f’c)1/2 = 0,70 * (35MPa)1/2 = 4,14 MPa Tension critica = Pe/Ag + (Pe * e * y)/Ig = 2,62MN/1,04m2 + (2,62MN * 0,65m * 0,8m)/0,2219m4 = 8,66 MPa Mcr = Tension critica * Winf = (8,66 MPa + 4,41 MPa)*0,277m3 = 3,62 MNm = 3620 KNm 1,20 * 3620 KNm ≤ 6559,72 KNm VERIFICA. CONCLUSION Respecto al análisis de cargas trabajamos con cargas D y cargas L; analizamos las cargas permanentes qd1=antes del tesado=0, ya que nuestra viga será postesada, y qd2= cargas permanentes luego del tesado. Las sobrecargas son evaluadas según los datos brindados. Para calcular la excentricidad, tuvimos en cuenta que la misma no es constante, ya que nuestra viga será postesada, determinamos entonces las excentricidades en las secciones críticas que queremos evaluar, y analizamos dichas secciones. En este trabajo, la mayor tarea fue el diseño de estado límites de servicio, donde: verificamos tensiones (al verificar tensiones trabajamos con las cargas sin mayorar, ya que trabajamos en el estado límite de servicio) y analizamos las pérdidas. Luego verificamos la resistencia a flexión, y realizamos la verificación de bielas comprimidas y diagonales traccionadas. Respecto a las tensiones límites en el acero, podemos observar que en los dispositivos de anclaje se permite una menor tensión, esto se debe a que en los anclajes existe una contemplación de tensiones, ya que los mismos actúan por esfuerzos perpendiculares, se da un cambio brusco de tensión en una sección muy pequeña, por este motivo el reglamento los limita un poco más. Las tensiones límites en el hormigón las calculamos según el reglamento CIRSOC 201.2005 para pretensado clase C. Respecto a las pérdidas se puede mencionar que en esta configuración de viga analizada no vamos a tener pérdidas por acortamiento elástico debido a que trabajamos con un solo cable de pretensado. Para estimar la acción del acero en el pretensado, se debe conocer la acción del tesado en el momento de transferencia, y dado que esta fuerza surge del cálculo de pérdidas donde ella misma es un dato de partida, realizamos una estimación, la cual fuimos iterando con el uso de tablas de cálculo, hasta que se verifiquen las resistencias necesarias, dando como resultado que el momento de transferencia de la fuerza es un 13,2% superior a la fuerza efectiva. La fuerza de pretensado efectiva que calculamos es una fuerza mínima, se le debe otorgar al pretensado como mínimo esa fuerza para que no supere la componente de tracción.