Losas de contrapiso postensadas

El diseño convencional de pisos de losas de concreto para pisos industriales depende de las juntas de contracción para poder controlar las grietas formadas ya sea por retracción o por alabeo. El objetivo de las juntas es poder direccionar la ubicación de las grietas por motivos de estética y de funcionamiento. Si las juntas se encuentran a mayor cercanía, se aumenta su frecuencia, pueden llegar a tener efectos indeseables en la funcionalidad del piso y en los costos de construcción y de mantenimiento.

Las placas de contrapiso postensadas – losas de cimentación o pisos industriales – requieren que el concreto diseñado trabaje a compresión de acuerdo a la cantidad, sentido y ubicación de los cables en el área de la placa, cuidando que las cargas dinámicas, estáticas, vivas y/o muertas generadas por circulación de montacargas, vehículos, estanterías y demás variables que intervengan en el diseño de la losa, queden uniformemente repartidas en un área aferente.

Grietas en Pisos Industriales

Según Loguercio (2015) el alabeo es el efecto que se produce en losas de piso por diferencia de velocidad de secado, de humedad y temperatura, entre las caras superior e inferior de la losa, y que se traducen en el levantamiento de las esquinas de la placa. Este efecto en losas de piso de concreto armado no se puede evitar, solo se pueden minimizar mediante un eficiente curado. Una vez producido, las cargas concentradas en el extremo elevado trabajan en voladizo, generando muchas veces la rotura del concreto. Las deficiencias en el curado causan la curvatura de los pavimentos que, a su vez, generan problemas de fisuras, fallos en las juntas, disminución de la capacidad de carga del pavimento, golpeteo del pavimento y lo más importante, la disminución de la velocidad de trabajo de las grúas, cargadores y/o montacargas.

El presfuerzo es el encargado de generar los esfuerzos de compresión en el concreto necesarios para eliminar la curvatura o alabeo progresivo de la estructura y que, por lo tanto, previenen el agrietamiento por retracción de secado, gradientes térmicos y cargas de tráfico. El postensado, además, permite un aumento de la capacidad de carga del elemento; además, proporciona resistencia y robustez, permitiendo que la losa se recupere de pequeñas sobrecargas; también, permite soportar niveles moderados de asentamiento diferencial y deformaciones; y, finalmente, minimiza la interferencia con el vertido puesto que otorga a los colocadores una mejor oportunidad de alcanzar los requisitos de acabado y planicidad.

Uno de los mayores beneficios de una placa de contrapiso postensada es que no necesita juntas de control para inducción de grietas, sino que únicamente presenta juntas frías por proceso constructivo. Esto a su vez implica una reducción de efectos indeseables en el desempeño de la losa, un costo menor del ciclo de vida, un menor mantenimiento de juntas, una mayor durabilidad y un tiempo mínimo de inactividad al momento de llevar a cabo cualquier tipo de reparación o mantenimiento.

Trazado típico en losas de uso Industrial

Según Rogers (2016) en las losas de contrapiso para uso industrial el objetivo principal es reducir las juntas, de tal manera que se mejore la productividad operacional y se disminuyan los ciclos de mantenimiento. En el caso de una placa de contrapiso postensado, la limitación principal del espaciamiento máximo de las juntas se da por el área a abarcar por un único vertido de concreto. Usualmente dicha área oscila entre 2500 – 3200 m², sin embargo, es necesario tomar en cuenta factores como la mano de obra disponible para la colocación y el suministro de concreto. Por cada vertido no se requieren juntas o cortes para control de agrietamiento.

Ahora bien, múltiples vertidos pueden ser postensados juntos. Esto permite crear juntas de construcción estrechas o cerradas, lo que a su vez se traduce en una buena durabilidad, un mínimo impacto de los montacargas sobre la estructura y una limitación de los movimientos de contracción a los bordes de la losa. Si bien no es necesario el armado de juntas, queda a criterio del diseñador estructural el uso de pasadores para la transmisión de corte en estas juntas frías. Cabe mencionar que es posible que un agrietamiento leve se de alrededor de las juntas de construcción, pero estas usualmente no afectan el desempeño de la losa.

A continuación, se presenta de manera gráfica dos casos presentados por Rogers (2016):

1. El primero presenta una situación en la que dos vertidos (Day 1 Pour y Day 2 Pour) distintos se tensaron como una única losa. Una vez finalizado el segundo vertido se llevó a cabo el tensado de los tendones (azul).
2. El segundo presenta cuatro vertidos (Pour 1, 2, 3 y 4) que tuvieron secuencia de tensado distintos pero que, al final, forman una misma losa.

Beneficios

Las losas postensadas de contrapiso proporcionan una solución rentable y de alto rendimiento para los problemas asociados a cimentaciones residenciales apoyadas sobre suelos expansivos o para losas de uso industrial. En el primero caso los esfuerzos de compresión resisten las tensiones previstas inducidas por los movimientos del suelo, mejorando el rendimiento respecto a una cimentación no presforzada.

En el segundo caso, los esfuerzos de compresión permiten longitudes mayores sin juntas de control, aumentan la capacidad de carga de la estructura y minimizan el impacto producido por la operación de los montacargas. En general, los beneficios en cuanto a costes se consiguen mediante la reducción de las cantidades de concreto, acero y excavaciones, lo que a su vez reduce los costes de mano de obra (PTI, 2022).

Según el Instituto del Postensado (PTI) de Estados Unidos, dentro de las ventajas que de usar postensadas en una losa de contrapiso se encuentran:

• Más fuerte/más eficiente: se necesita menos concreto y acero para la misma capacidad estructural y se aumenta la rigidez de la losa para que ésta resista mejor la flexión causada por los movimientos diferenciales del suelo.
• Minimiza y controla las fisuras: el postensado reducirá el agrietamiento y mantendrá herméticas las grietas que puedan formarse, impidiendo la entrada de insectos y reduciendo la posible penetración de agua, que puede dañar el suelo y causar problemas de moho.
• Controla las deflexiones: la fuerza y la rigidez añadida de una cimentación postensada reduce la cantidad de flexión de la losa bajo carga.
• Instalación más rápida: con menos piezas que manipular y menos concreto que colocar, una losa postensada puede instalarse a menudo más rápidamente que una losa comparable reforzada con barras o malla metálica.
• Más fiable: al ser una solución de ingeniería, el postensado está diseñado de acuerdo con las normas y los requisitos del código, tiene un excelente historial de rendimiento y ofrece una mayor fiabilidad.
• Económico: los beneficios de los costes se consiguen mediante la reducción de las cantidades de concreto, acero y excavación, lo que a su vez reduce los costes de mano de obra. Las vigas son más pequeñas y el grosor de la losa es menor, por lo que es posible ahorrar en la excavación y la preparación de la obra.

Placas de Contrapiso en Suelos Expansivos

Aunque no es necesario comprender completamente la mecánica de los suelos expansivos, ayuda a tener una comprensión básica de su naturaleza para entender mejor lo que este tipo de estructura está tratando de resistir. Los suelos expansivos tienen el potencial de expandirse o comprimirse debido a los cambios en el contenido de agua del suelo. Durante los periodos de grandes lluvias, el suelo puede expandirse, empujando así hacia arriba el borde de la estructura. La mayor parte del movimiento se producirá cerca del borde de los cimientos/losa, donde el aumento del contenido de agua es mayor. Durante los periodos de poca o ninguna lluvia, el suelo puede comprimirse y los cimientos se «caerán» con el suelo o se desplazarán en voladizo desde el suelo que no ha sido afectado (Allred, 2010).

Figura 3. Movimiento del suelo y efectos en la cimentación.

La figura 3 muestra la acción de los suelos y los efectos resultantes en los cimientos para las condiciones de elevación central y de borde. La elevación de borde se aplica cuando el suelo se expande, mientras que la elevación central se produce cuando el suelo se seca y se comprime. La causa principal del movimiento es el cambio en el contenido de agua. Normalmente, las zonas con suelos arcillosos y con grandes fluctuaciones en el contenido de agua son las más susceptibles al movimiento. Las zonas en las que llueve constantemente durante todo el año, tanto si llueve mucho como si llueve poco, se ven afectadas mínimamente, ya que el suelo tiene un contenido de humedad constante durante toda la vida de la estructura. Las zonas más afectadas tienen meses muy secos seguidos de meses muy lluviosos (Allred, 2010).

El principal beneficio de ingeniería del postensado es la precompresión que se utiliza para reducir las tensiones de flexión (M/S +/- P/A) creadas por el suelo. En lugar de aumentar el módulo de la sección añadiendo concreto o utilizando una mezcla de mayor resistencia a la compresión, lo que normalmente aumentará el coste de la cimentación, la precompresión puede reducir la tensión de flexión para estar dentro de los límites permitidos. Aunque la fuerza de precompresión es una herramienta de diseño útil, un postensado excesivo puede causar fisuras y contracciones adicionales en la losa. Una losa postensada en el suelo será normalmente más delgada y con menos acero de refuerzo que una cimentación convencional reforzada solamente que ha sido diseñada de acuerdo con el código para para resistir suelos expansivos (Allred, 2010).

Referencias

Allred, Bryan (enero 2010) General Considerations for Post-tensioned Slabs on Ground. Building Blocks, pg. 10-12. Extraído de: https://www.structuremag.org/wp-content/uploads/2014/08/C-BuildingBlocks-Allred-Jan101.pdf

Loguercio, A. (2015) Pisos Postensados: ahorro y tecnología en pisos industriales. Construcción y tecnología en concreto, pg. 28-29. Extraído de: http://www.revistacyt.com.mx/index.php/29-voz-del-experto/520-pisos-postensados-ahorro-y-tecnologia-en-pisos-industriales

Post-tensioning Institute (2022) Slab-On-Ground. Extraído de: https://www.post-tensioning.org/education/ptapplications/slab-on-ground.aspx

Rogers, R. (2016) 2.2 Post-tensioned slabs on grade [Diapositiva de PowerPoint]. ConcreteSociety. Extraído de: http://concretesociety.org.nz/Downloads/Slabs/2.2%20Post-Tensioned%20Slabs%20on%20Grade.pdf