B) Acero de presfuerzo
Existen tres formas comunes en las cuales se emplea el acero como tendones en concreto presforzado: alambres redondos estirados en frío, torón y varillas de acero de aleación. Los alambres y los cables trenzados tienen una resistencia a la tensión de más o menos 17600 kg/cm2, en tanto que la resistencia de las varillas de aleación está entre los 10,200 y 11250 kg/cm2 dependiendo del grado. En México casi no se usan las varillas de acero para el presfuerzo.
Alambres redondos
Los alambres individuales se fabrican laminando en caliente lingotes de acero hasta obtener varillas redondas. Después del enfriamiento, las varillas se pasan a través de troqueles para reducir su diámetro hasta su tamaño requerido. En el proceso de esta operación de estirado, se ejecuta trabajo en frío sobre el acero, lo cual modifica notablemente sus propiedades mecánicas e incrementa su resistencia. A los alambres se les libera de esfuerzo después de estirado en frío mediante un tratamiento continuo de calentamiento hasta obtener las propiedades mecánicas prescritas. Los alambres se consiguen en cuatro diámetros tal como se muestra en la tabla 1.2.1 y en dos tipos.
Tabla 1.2.1. Propiedades de Alambres Sin Revestimiento Revelados de Esfuerzo
Diámetro nominal | Mínima resistencia de Tensión | Mínimo esfzo. Para una elongación de 1% | |||||||
Tipo BA | Tipo WA | Tipo BA | Tipo WA | ||||||
Pulg. | mm. | Lb/pulg2 | Kg/cm2 | Lb/pulg2 | Kg/cm2 | Lb/pulg2 | Kg/cm2 | Lb/pulg2 | Kg/cm2 |
0.192 | 4.88 | 240,000 | 16,880 | 250,000 | 17,590 | 192,000 | 13,510 | 200,000 | 14,070 |
0.196 | 4.98 | 240,000 | 16,880 | 250,000 | 17,590 | 192,000 | 13,510 | 200,000 | 14,070 |
0.250 | 6.35 | 240,000 | 16,880 | 240,000 | 16,880 | 192,000 | 13,510 | 192,000 | 14,070 |
0.276 | 7.01 | 240,000 | 16,880 | 235,000 | 16,880 | 192,000 | 13,510 | 182,000 | 14,070 |
También se puede conseguir alambres de bajo relajamiento, a veces conocidos como estabilizados. Se emplean cuando se quiere reducir al máximo la pérdida de presfuerzo.
Los tendones están compuestos normalmente por grupos de alambres, dependiendo el número de alambres de cada grupo del sistema particular usado y de la magnitud de la fuerza pretensora requerida. Los tendones para prefabricados postensados típicos pueden consistir de 8 a 52 alambres individuales. Se pueden emplear tendones múltiples, cada uno de ellos compuesto de grupos de alambres para cumplir con los requisitos.
Torones
El torón se usa casi siempre en miembros pretensados, y a menudo se usa también en construcción postensada. El torón es fabricado con siete alambres, 6 firmemente torcidos alrededor de un séptimo de diámetro ligeramente mayor. El paso de la espiral de torcido es de 12 a 16 veces el diámetro nominal del cable, teniendo una resistencia a la ruptura garantizada de 17 590 kg/cm2 conocido como grado 250K. Se ha estado produciendo un acero más resistente conocido como grado 270K, con una resistencia mínima a la ruptura de 270,000 lb/pulg2 (18,990 kg/cm2).
Para los torones se usa el mismo tipo de alambres relevados de esfuerzo y estirados en frío que los que se usan para los alambres individuales de presfuerzo. Sin embargo, las propiedades mecánicas se evidencian ligeramente diferentes debido a la tendencia de los alambres torcidos a enderezarse cuando se les sujeta a tensión, debido a que el eje de los alambres no coincide con la dirección de la tensión. Al torón se le releva de esfuerzos mediante tratamiento térmico después del trenzado. Los torones de bajo relajamiento se pueden conseguir mediante pedido especial.
Los torones pueden obtenerse entre un rango de tamaños que va desde 0.25 pulgadas hasta 0.6 pulgadas de diámetro.
Tabla 1.2.2. Propiedades del torón de 7 alambres sin revestimiento
Diámetro Nominal | Resistencia a la ruptura | Área Nominal del Torón | Carga mínima para una elongación de 1% | ||||
pulg | mm | Lb | kN | pulg2 | mm2 | Lb | kN |
GRADO 250 | |||||||
0.250 | 6.35 | 9,000 | 40.0 | 0.036 | 23.22 | 7,650 | 34.0 |
0.313 | 7.94 | 14,500 | 64.5 | 0.058 | 37.42 | 12,300 | 54.7 |
0.375 | 9.53 | 20,000 | 89.0 | 0.080 | 51.61 | 17,000 | 75.6 |
0.438 | 11.11 | 27,000 | 120.1 | 0.108 | 69.68 | 23,000 | 102.3 |
0.500 | 12.70 | 36,000 | 160.1 | 0.144 | 92.90 | 30,600 | 136.2 |
0.600 | 15.24 | 54,000 | 240.2 | 0.216 | 139.35 | 45,900 | 204.2 |
GRADO 270 | |||||||
0.375 | 9.53 | 23,000 | 102.3 | 0.085 | 54.84 | 19,550 | 87.0 |
0.438 | 11.11 | 31,000 | 137.9 | 0.115 | 74.19 | 26,550 | 117.2 |
0.500 | 12.7 | 41,300 | 183.7 | 0.153 | 98.71 | 35,100 | 156.1 |
0.600 | 15.24 | 58,600 | 260.7 | 0.217 | 140.00 | 49,800 | 221.5 |
Varillas de acero de aleación.
En el caso de varillas de aleación de acero, la alta resistencia que se necesita se obtiene mediante la introducción de ciertos elementos de ligazón, principalmente manganeso, silicón y cromo durante la fabricación de acero. Adicionalmente se efectúa trabajo en frío en las varillas al fabricar estas para incrementar aún más su resistencia. Después de estirarlas en frío, a las varillas se les releva de esfuerzos para obtener las propiedades requeridas.
Las varillas de acero de aleación se consiguen en diámetros que varían de ½ pulgada hasta 13/8 de pulgada, tal como se muestra en la tabla 1.2.3.
En México las varillas casi no se usan para la fabricación de elementos presforzados, siendo los torones de baja relajación los más utilizados.
Tabla 1.2.3. Propiedades de las varillas de acero de aleación
Diámetro nominal | Área nominal de la varilla | Resistencia a la ruptura | Mínima carga para una elongación de 0.7% | ||||||||||
Pulg | mm | Pulg2 | mm2 | Lb | kN | Lb | kN | ||||||
GRADO 145 | |||||||||||||
1/2 | 12.7 | 0.196 | 127 | 28,000 | 125 | 25,000 | 111 | ||||||
5/8 | 15.88 | 0.307 | 198 | 45,000 | 200 | 40,000 | 178 | ||||||
3/4 | 19.05 | 0.442 | 285 | 64,000 | 285 | 58,000 | 258 | ||||||
7/8 | 22.23 | 0.601 | 388 | 87,000 | 387 | 78,000 | 347 | ||||||
1 | 25.40 | 0.785 | 507 | 114,000 | 507 | 102,000 | 454 | ||||||
1 1/8 | 28.58 | 0.994 | 642 | 144,000 | 641 | 129,000 | 574 | ||||||
1 1/4 | 31.75 | 1.227 | 792 | 178,000 | 792 | 160,000 | 712 | ||||||
1 3/8 | 34.93 | 1.485 | 957 | 215,000 | 957 | 193,000 | 859 | ||||||
GRADO 160 | |||||||||||||
1/2 | 12.7 | 0.196 | 127 | 31,000 | 138 | 27,000 | 120 | ||||||
5/8 | 15.88 | 0.307 | 1989 | 49,000 | 218 | 43,000 | 191 | ||||||
3/4 | 19.05 | 0.442 | 285 | 71,000 | 316 | 62,000 | 276 | ||||||
7/8 | 22.23 | 0.601 | 388 | 96,000 | 427 | 84,000 | 374 | ||||||
1 | 25.40 | 0.785 | 507 | 126,000 | 561 | 110,000 | 490 | ||||||
1 1/8 | 28.58 | 0.994 | 642 | 159,000 | 708 | 139,000 | 619 | ||||||
1 1/4 | 31.75 | 1.227 | 792 | 196,000 | 872 | 172,000 | 765 | ||||||
1 3/8 | 34.93 | 1.485 | 958 | 238,000 | 1059 | 208,000 | 926 |