miércoles, 12 de agosto de 2020

Vigas Pretensadas 3

 

Medellín agosto 2020

 

 

 

Perdidas de tensión, en el tensado de vigas.

 

El primer elemento de pérdida de tensión es el efecto del encogimiento del concreto, durante el proceso de fraguado. Una vez tensado el cable, y fundido el concreto, la luz de la viga comienza a disminuir, por efecto del fraguado, fenómeno denominado retracción. Se estima que el acortamiento de la luz varía entre 0,4 y 1 mm por metro, εs entre 0,0004 y 0,001. (datos de cementos Argos)

El módulo de Young del acero es 2000000 kg/cm2; (29000 ksi)

Al tener el concreto una deformación unitaria εs=0,004, la contracción del cable tensado, imbuido en el concreto será igual, lo que implica una pérdida de esfuerzo de 0,0004x29000000 psi=11600 psi

 

En el ejemplo del blog 2 Vigas pretensadas 2

Pi = 279 kips =279000 lb

En dos cables de5 torones de ½” , siendo el área de un torón de ½” =0,153 pulg2.

 

Cada cable se tensa con Pi/2 = 139500 lb y tiene un área de 5x0,153= 0,765 pulg2

 

El esfuerzo inicial del cable es 139500/0,765=182353 lb/pul2

Por efecto de la retracción el cable perdería 11600 lb/pulg2                                             (1)

 

Pérdidas por fricción.

 

Las pérdidas por fricción se dividen en 2: 1º. Por fricción de rozamiento y 2º. Por curvatura del cable.

 

La pérdida en tensión por fricción y curvatura viene dada por la fórmula:

 

∆f=Pi –Pi e^(-(Kx+µα) donde

 

Pi es la carga de tensión que se aplica a cada cable (en este caso 139500 lb)

e es la base de los logaritmos naturales (no confundirlo con la excentricidad, que también la habíamos llamado e

K es un coeficiente lineal en unidades 1/long, en este caso suponemos que es 0,00122 /pie

µ es un coeficiente adimensional para la fricción por curvatura; µ = 0,25

α es la diferencia o la suma del ángulo correspondiente a la pendiente de la parábola en x=0 y en un x cualquiera.

Como se ve en la gráfica para x<L/2 ; α=(αo – αx) y si x>L/2, α=( αo + αx), donde ; αo es el ángulo de la pendiente en x=0 y αx, en la abscisa x. (Ángulo en radianes)

 

La curva dela vaina o del cable según el caso.

Escogemos un sistema xy, como se indica en la figura 1

 

 

Fig 1

 

El eje x comienza en el centroide de los cables en el origen y tiene dirección positiva hacia la derecha. El eje y tiene dirección positiva hacia abajo.

 

La ecuación de la parábola es y= Ax^2+Bx+C

 

x=0, y= 0, por tanto, C=0

 

En x=L/2, la y = 9,07 pulg (se puede ver en la figura 1 del blog anterior.) = 0,7558 pie

0,7558 pie=A (20^2) +Bx10 = 400A+10B                                                     (1-a)

En x=L

0=A (40^2) +40B = 1600A+40B                                                                     (1-b)

 

Resolviendo (1-a) y (1-b)

 

y = -0,00189x^2+0,07558x          (1-1)          ecuación de la parábola. (x e y en pies)

 

Su derivada

 

y’ = -0,00378x+0,07558                             (1-2)       Ecuación de la pendiente m en x

 

Veamos las pérdidas en L/4

 

y=0,5668 pie

y’=0,03778       nos permite encontrar αx= arctang0,03778 = 2,1636 deg

*Recordemos que para ángulos menores de 5 deg, el ángulo en radianes, el seno del ángulo y la tangente del ángulo son prácticamente iguales, por lo tanto: αx=0,03778 rad

 

Kx+µα =0,00122x10+0,25α

 

La pendiente de la curva en L/4                        m=-0,00378x10+0,07558 =0,03778 rad

 

m en x=0 = 0,07558 y por tango: αo = 0,07558 rad

 

Entonces               α= αo – αx = 0,07558 -0,03778=0,0378

 

La expresión   Kx+µα =0,00122x10+0,25α = Kx+µα =0,00122x10+0,25x0,0378 =0,02165

 

e^ (-0,02165) = 0,9785

 

Por, tanto Pe = 0,9785 Pi     las pérdidas son(1 – 0,9785)Pi =  0,021Pi= 0,021x139500 lb 2930 lb

 

Cómo se puede ver, las pérdidas dependen de x. La máxima pérdida o pérdida total ocurre en x=L

 

m = -0,00378x40+0,07558 =-0,07558 rad, pero se mide en sentido contrario a las manecillas del reloj

 

α= αo + αl =0,07558-0,07558=0

 

La expresión Kx+µα = kL =0,00122x40=0,0408

 

e^ (-0,0408) = 0.96

 

∆Pi= 139500(1-0,96) =0,4x139500 = 5580 lb

 

∆f=5580 lb/0,765 pul2 =7294 lb/pulg2                                                               (2)

 

Las pérdidas de tensión por cable son (1) + (2)          11600+7294=18894 lb/pulg^2

 

182353 – 18894 = 163459 lb/pulg2    (182353 psi era la tensión producida por 139500 lb

 

En porcentaje       163459/182353 = 0,896

 

Por consiguiente, Pe= 0,896 Pi; por tanto     0,896x139500=124992 lb

 

La fuerza se redujo de 139500 a 124992 lb por las pérdidas por retracción y fricción.

 

Perdidas 10,4%

 

 

 

Juan Fernando Sanín E

juanfernando.sanin@gmail.com

 

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