El esfuerzo que se produce en los tendones debido a la fuerza de presfuerzo ejercida sobre los elementos de concreto presforzados, decrece con el tiempo. A esta reducción del esfuerzo durante su vida útil del miembro se conoce como pérdidas de presfuerzo. Si bien es importante mencionar que la resistencia última de los elementos presforzados no disminuye debido a las pérdidas de presfuerzo debido a que dicha característica está en función del equilibrio interno de esfuerzos y deformaciones del mismo.

I.  Importancia del cálculo de pérdidas en elementos presforzados

En los primeros intentos de presforzar el concreto se debieron, principalmente, a la falta de consideración de las pérdidas parciales, que son inevitables, en la fuerza de presfuerzo. Es hasta los años 40 que se tuvo éxito y mayor confianza en la aplicación de elementos de concreto presforzado con los puentes Freyssinet. Es a partir de este caso que los ingenieros aceptan que las pérdidas de presfuerzo podían calcularse y tomarse en cuenta en el diseño y que, por lo tanto, su efecto podría minimizarse mediante la elección correcta de los materiales.

Las pérdidas reales pueden ser mayores o menores que las pérdidas estimadas. Como se mencionó anteriormente, las pérdidas afectan las características del comportamiento bajo cargas de servicio (e.g. deflexión o combeo lateral, carga de agrietamiento, espesores de grietas, las deformaciones durante la construcción, entre otros). Una sobrestimación de las pérdidas del presfuerzo, considera como una posición conservadora, puede conducir al diseñador a especificar mucho presfuerzo, lo cual se traduce a una contraflecha excesiva. Una subestimación, por el otro lado, puede producir una deformación excesiva del elemento por falta de resistencia a las cargas de servicio. Por lo tanto, es necesario realizar la mejor estimación de las pérdidas en cada caso de análisis, y tomando en cuenta la importancia de la estructura.

II.  Tipos de pérdidas

Las pérdidas de presfuerzo se pueden clasificar en dos tipos: las que se presentan instantáneamente, también conocidas como pérdidas instantáneas, y las pérdidas que dependen del tiempo, conocidas como pérdidas diferidas. Las primeras de presentan en la transferencia de la fuerza de presfuerzo por parte del gato y al elemento de concreto presforzado; por otro lado, las diferidas se presentan por el comportamiento inherente de los materiales (Romoaldo, 2013).


 (Raymond y Mickleborough, 2005)

Pj                     fuerza inducida al acero de presfuerzo por el gato

Pi                     fuerza (inicial) restante después de las pérdidas instantáneas (fase inicial o de transmisión)

(Pj – Pi)            representa las pérdidas instantáneas

Pe                    fuerza (efectiva) que queda después de pérdidas totales (instantáneas más diferidas, fase final o de servicio)

(Pi – Pe)           representa las pérdidas diferidas o dependientes del tiempo

En un elemento presforzado, las pérdidas se dan por las siguientes causas:

Types of losses in prestress of prestressed concrete (2021)

A.  Pérdidas de presfuerzo instantáneas

Las pérdidas instantáneas están definidas como la suma de las pérdidas de presfuerzo debidas a cada una de las causas enlistadas a continuación.

1.  Acortamiento elástico del concreto

La pérdida debida al acortamiento elástico es causada por la compresión instantánea del concreto cuando la fuerza de presfuerzo se transfiere al miembro de concreto endurecido. A medida que el hormigón se acorta, permite que el acero de presfuerzo se acorte con él. Se define como la pérdida de tensión en el acero de presfuerzo debido al presfuerzo combinado con el aumento de tensión debido al peso propio del elemento. debido al peso propio del miembro. El acortamiento elástico depende de la relación modular y de la tensión media en el concreto a nivel del acero de presfuerzo (Jayaseelan y Russell, 2007).

2.  Deslizamiento de anclaje

La fuerza de presfuerzo en los elementos postensados es transferida del gato al elemento de concreto por medio de dispositivos de anclajes. Entre el acero de presfuerzo y el dispositivo de anclaje existe inevitablemente un deslizamiento a medida que las cuñas realizan el anclaje mecánico de los tendones, o medida que se deforma el anclaje (Romoaldo, 2013).

3.  Fricción

Las pérdidas de fricción se presentan únicamente en estructuras presforzadas postensadas, pues ocurre una pérdida en la fuerza de presfuerzo efectivo causada por el deslizamiento entre el cable y el conducto longitudinal (Romoaldo, 2013). La pérdida por fricción se debe a: efecto de la longitud, y efectos de la curvatura.

a)               Fricción por longitud

La fricción entre el tendón y el material que lo rodea es el efecto de la longitud. Esta depende de la longitud, la tensión en el tendón (cable) y el coeficiente de fricción entre los materiales de contacto.

b)               Desviación de torones

El efecto de curvatura es causado por la fricción debida a la curvatura diseñada del cable. En los elementos pretensados en donde son utilizados mecanismos de desvío de torones con la finalidad de mejorar su comportamiento ante las cargas de servicio, se pueden presentar pérdidas de presfuerzo significativas debido a estos mecanismos. El valor de estas pérdidas de presfuerzo dependerá de las características propias del mecanismo de desvío empleado y es necesario que el fabricante del dispositivo especifique en la ficha técnica el valor de las pérdidas (Romoaldo, 2013).

B.  Pérdidas de presfuerzo diferidas

Las pérdidas diferidas están definidas como la suma de las pérdidas de presfuerzo debidas a cada una de las causas enlistadas a continuación.

1.  Acortamiento del concreto por contracción (SH)

La contracción volumétrica de los especímenes de concreto debido a la pérdida de agua libre por evaporación, carbonatación o hidratación continua del cemento, en la ausencia de carga, se llama contracción. Se compone de tres partes: contracción por secado, contracción autógena y carbonatación. La disminución del volumen del concreto debido a la difusión del agua en el ambiente se denomina retracción por secado. La retracción autógena se produce cuando el agua libre se utiliza en la hidratación continua de la mezcla de cemento después del endurecimiento. La carbonatación es el resultado de la reacción química del dióxido de carbono de la atmósfera con la mezcla de cemento endurecida. De nuevo, el agua libre se utiliza en la reacción de carbonatación (Jayaseelan y Russell, 2007).

2.  Acortamiento del concreto por flujo plástico (CR)

La deformación prolongada en función del tiempo del concreto bajo una carga o tensión de compresión sostenida se denomina fluencia. La fluencia del concreto se subdivide en dos partes, la fluencia básica y la fluencia de secado. La fluencia básica es la deformación continua que se produce en un espécimen sellado sometido a un entorno de hidro equilibrio. Un espécimen no sellado experimenta una fluencia adicional (fluencia de secado) debido al intercambio libre de humedad con el entorno. Este acortamiento prolongado de la viga de hormigón provoca la pérdida de presfuerzo. La velocidad de fluencia depende de varios factores como: el tiempo, la magnitud del esfuerzo, la relación agua-cemento, la cantidad y el tipo de cemento, la humedad relativa del ambiente y las propiedades de los agregados (Jayaseelan y Russell, 2007).

Independientemente del origen de la contracción, el cambio de volumen del concreto provoca un acortamiento general de la longitud del cable y, por lo tanto, reduce la tensión del mismo, lo que provoca pérdidas de presfuerzo.

3.  Relajación diferida del acero de presfuerzo (RE)

La relajación es la reducción gradual de la tensión a lo largo del tiempo de un elemento sometido a un esfuerzo sostenido. Esta produce sin que cambie la longitud del acero. La relajación es una propiedad del acero de presfuerzo y es independiente de las propiedades del concreto. Los tipos más comunes de torones de presfuerzo hoy en día son los torones de baja relajación que normalmente tienen pérdidas que no superan los 5 ksi (Jayaseelan y Russell, 2007).

III. Conclusión

Existen múltiples razones por las que la fuerza de presfuerzo efectiva que actuará en un elemento presforzado en servicio es menor que la fuerza aplicada en el momento de su fabricación. A esta reducción se le denomina como pérdida de presfuerzo. Estas se engloban en pérdidas instantáneas y diferidas o dependientes del tiempo. Aunque la resistencia de los materiales del elemento presforzado no se ven afectados por las pérdidas de presfuerzo, es importante la estimación correcta de estas porque sí afectan el comportamiento del elemento en su etapa de servicio.

Referencias

1. Jayaseelan H.; Russell B. W. (agosto 2007) Prestress losses and the estimation of long-term deflections and camber for prestressed concrete bridges. Oklahoma State University. Extraído de: https://www.odot.org/

Types of losses in prestress of prestressed concrete (2021). The Constructor Building Ideas. Extraído de: https://theconstructor.org/

2. Romoaldo, V.C. (enero 2013) Estimación indirecta del nivel de presfuerzo en vigas presforzadas en servicio. Universidad Autónoma de México. Extraído de: http://www.ptolomeo.unam.mx

3. Raymond, G.I.; N. Mickleborough (2005). Design of Prestressed Concrete. 2nd Edition, Taylor & Francis e-Library, London and New York.

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