UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR | INGENIERIA CIVIL HISTORIA DEL HORMIGON PREESFORZADO
El principio básico del pretensado fue aplicado a la construcción quizás hace siglos, cuando se ataban cintas o bandas metálicas alrededor de duelas de madera para formar los barriles. Cuando se apretaban los cinchos, estaban bajo una fuerza que creaba un esfuerzo de compresión entre las duelas y las habilitaban para resistir la tensión en arco, producida por la presión interna del líquido contenido.
Fuente www.archiexpo.es
Tubos para cables en el encofrado Fuente http://es.wikipedia.org/wiki/Hormig%C3%B3n_pretensado Se considera a Eugene Freyssinet como el padre del concreto presforzado. Él pensó que el preesfuerzo podría ser muy útil al tener disponibilidad de acero de alta resistencia con concreto de alta calidad. Estos materiales fueron progresando lentamente y fue hasta 1928 cuando logró conseguir una patente de estos y publicar el libro “Una revolución en el arte de la construcción” pero, los ingenieros de esa época supusieron que era una idea novelesca ya que
nunca alcanzaría éxito.
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR | INGENIERIA CIVIL A continuación se destacan cronológicamente los avances del hormigón preesforzado:
En este año es aplicado el principio anterior al hormigón cuando P. H. Jackson, un ingeniero de San Francisco, California, obtuvo las patentes para atar varillas de acero en piedras artificiales y en arcos de hormigón que servían como losas de pisos. 1886:
Hacia este año, C. E. W. Dohering, de Alemania, aseguró una patente para hormigón reforzado con metal que tenía aplicado un esfuerzo de tensión antes de que fuera cargada la losa. 1888:
C. R. Steiner, de los Estados Unidos, sugirió la posibilidad de reajustar las barras de refuerzo después de que hubiera tenido lugar cierta contracción y fluencia del hormigón, con el objeto de recuperar algunas de las pérdidas. 1908:
1925: R. E. Dill, de
Nebraska, ensayó barras de acero de alta resistencia cubiertas para evitar la adherencia con el hormigón. Después de colocar el hormigón, se tensaban las varillas y se anclaban al hormigón por medio de tuercas en cada extremo. Se inicia el desarrollo moderno del hormigón pretensado en la persona de Eugène Freyssinet, de Francia, quien empezó usando alambres de acero de alta resistencia para el pretensado. Tales alambres contaban con una resistencia a la ruptura tan elevada como 18,000 kg/cm², y un límite elástico de más de 12,600 kg/cm². 1928:
Freyssinet produjo cuñas cónicas para los anclajes de los extremos y diseñó gatos de doble acción, los cuales tensaban los alambres y después presionaban los conos machos dentro de los conos hembra para anclarlos a las placas de anclaje. Este método consiste en estirar los alambres entre dos pilares situados a varias decenas de metros, poniendo obturadores entre las unidades, colocando el hormigón y cortando los alambres después de que el hormigón adquiera una resistencia de diseño específica. 1939:
La escasez de acero en Europa durante la Segunda Guerra Mundial le dio ímpetu al desarrollo del hormigón pretensado, puesto que se necesitaba mucho menos acero para este tipo de construcción con respecto a las convencionales en hormigón armado. Pacadar prefabrica la primera viga pretensada en España. 1945:
Se empieza a trabajar en Estados Unidos con el pretensado lineal al llevarse a cabo la construcción del afamado puente Filadelfia Walnut Lane Bridge. La Bureau of Public Roads (Oficina de caminos públicos), ha investigado y mostrado que durante los años 1957-1960 se autorizaron para la construcción 2052 puentes de hormigón pretensado, totalizando una longitud de 68 mi, con un costo total de 290 millones de dólares. 1949:
1951: Se construye el primer puente pretensado en
México. Siendo la ciudad de Monterrey la madrina de tal acontecimiento, al llevarse a cabo la construcción del puente "Zaragoza" que cuenta con 5 tramos de 34 m cada uno y cuya finalidad es la de proporcionar circulación a través del río Santa Catarina.
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR | INGENIERIA CIVIL 1952: En 1952 se creó una sociedad internacional bajo el nombre de Fédération Internationale
de la Précontrainte (FIP) en Cambridge. Su objetivo era diseminar el uso de este material que en ese entonces no era muy conocido. Esto hizo que en varias partes del mundo se crearan otras sociedades y se fomentó a un intercambio de información. Por lo general, la labor del FIP se realiza calladamente por comisiones técnicas, quienes investigan los aspectos especiales de la tecnología del concreto presforzado proporcionando recomendaciones para métodos de diseño y construcción, ya que cada 4 años se celebra un congreso que atrae a la mayoría de las autoridades mundiales más relevantes en la materia. Se construye el puente Tuxpan (carretera México - Tuxpan) con una longitud total de 425 m. Estructura principal de tres luces de 92 m de hormigón pretensado, construidos con el procedimiento de doble voladizo (primer puente de este tipo en América Latina). 1958:
1962: Se construye el puente Coatzacoalcos con una longitud total de 996 m. Tramos de vigas
pretensadas de 32 m y un tramo de armadura metálica levadizo de 66 m de luz, apoyados en pilas de hormigón armado. TIPOS DE HORMIGON PREESFORZADOS
1. HORMIGON PRETENSADO
El hormigón pretensado es aquel en el que se introducen alambres o cables de acero, tensados, antes de llevar el hormigón a servicio, estos refuerzos se introducen mediante la utilización de torones de acero que se tensan y se anclan, estos deben de precomprimir el hormigón según la unión de estos al mismo, además de poder dejar conductos en el hormigón con la finalidad de introducir los cables de acero y pretensarlos. La idea básica del pretensado es someter a compresión al Hormigón antes de cargarlo, en todas aquellas áreas en que las cargas produzcan tracciones. De esta manera, hasta que estas compresiones no son anuladas, no aparecen tracciones en el Hormigón. 2. HORMIGON POSTENSADO
Es el término descriptivo para la aplicación de compresión tras el vertido y posterior proceso de secado in situ del hormigón. En el interior del molde de hormigón se coloca una vaina de plástico, acero o aluminio, para seguir el trazado más conveniente en el interior de la pieza, siguiendo la franja donde, de otra manera, se registrarían tracciones en el elemento de estructural. Una vez que el hormigón se ha endurecido, los tendones se pasan a través de los conductos. Después dichos tendones son tensados mediante gatos hidráulicos que reaccionan contra la propia pieza de hormigón. Cuando los tendones se han estirado lo suficiente, de acuerdo con las especificaciones de diseño (véase la ley de Hooke), estos quedan atrapados en su posición mediante cuñas u otros sistemas de anclaje y mantienen la tensión después de que los gatos hidráulicos se retiren, transfiriendo así la presión hacia el hormigón. El conducto es rellenado con grasa o lechada de cemento para proteger los tendones de la corrosión. Este método es comúnmente utilizado para crear losas monolíticas para la construcción de casas en
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR | INGENIERIA CIVIL los lugares donde los suelos expansivos crean problemas típicos para el perímetro de la cimentación. Todas las fuerzas producidas por la expansión temporal y asentamiento del suelo subyacente son absorbidas por la losa pre-tensada, que soporta la construcción sin flexión importante. El postensado también se utiliza en la construcción de puentes, siendo prácticamente imprescindible en los sistemas de construcción por voladizos y dovelas.
COMPARACION ENTRE EL HORMIGON ARMADO Y EL HORMIGON PREESFORZADO
VENTAJAS DEL HORMIGON PREESFORZADO
a) Una gran ventaja sobre el hormigón armado es que el preesforzado es un material homogéneo e infisurable, porque en ciertas obras en las que se ha sobrepasado la carga máxima para la que han sido diseñadas aparecen fisuras corrientemente microscópicas las que en el hormigón preesforzado se cierran inmediatamente dejada de actuar la sobrecarga excesiva, lo que no acontece con el hormigón armado. b) En el hormigón preesforzado se tiene un mejor control de agrietamientos y deflexiones, principalmente en elementos simplemente apoyados sometidos a flexión, lo que permite emplear secciones transversales de alto rendimiento estático como las T, I y vigas cajón. c) El hormigón preesforzado es un material muy elástico, es decir que recupera su posición original en cuanto dejan de actuar las cargas. Debido a lo cual puede soportar cargas dinámicas como es el caso de los puentes. d) El hormigón preesforzado ofrece una gran seguridad, ya que en el momento del tesado se tiene una prueba de carga del material, la cual es una de las máximas sobrecargas. e) Permite la utilización de materiales de alta resistencia como el hormigón y el acero; aproximadamente permite una reducción de secciones hasta un 30%, y el acero al mínimo. f)
El hormigón preesforzado permite mejorar la estructura de las obras porque se dispone de elementos más ligeros y gracias a las posibilidades técnicas que es demasiado largo exponerlas, el hormigón pretensado permite un aumento de luz para una misma altura de viga disponible.
g) El hormigón preesforzado es un material que facilita la prefabricación, permitiendo la múltiple ocupación de los encofrados y reduciendo al mínimo el apuntalamiento. Vale decir que la fabricación de muchos elementos con las mismas dimensiones permite tener mayor rapidez por la fabricación en serie. h) Mayor control de calidad en elementos preesforzados, debido a la existencia de mejores métodos de control de calidad en una planta de los que se dan en las condiciones normales de una obra.
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR | INGENIERIA CIVIL i)
La principal ventaja es que para tramos simplemente apoyados con luces mayores a los 20 m se obtienen estructuras mucho más económicas.
j)
En el Hormigón Pretensado la resistencia del hormigón y del acero es aprovechada al máximo, ya que la estructura comienza su etapa de fisuración en valores elevados de carga.
k) En el hormigón totalmente comprimido, empleado últimamente cuando hay ambiente agresivo, solo para estructuras contenedoras de líquidos, no se presentan fisuras en ninguno de los niveles de cargas. l)
Al optimizar la sección transversal los elementos tienen menor peso que los de hormigón armado para un mismo nivel de cargas, lo que redunda en una economía total de la estructura.
m) En el hormigón armado la relación costo vs tensión de trabajo del acero empleado está en el orden de 2 a 3 veces más altas que en el pretensado, por lo que aún este último podría resultar ventajoso en vigas de luces cortas. n) Si bien el Hormigón Pretensado tiene la posibilidad de grandes reparaciones cuando aún no se ha aplicado la fuerza, esto se convierte en desventaja con respecto al Hormigón Armado, cuando ya el elemento ha sido tensado, es decir, prácticamente no puede ser reparado y las operaciones que se tendrán que realizar son mucho más caras y complejas. o) En vigas de hormigón pretensado, las cargas muertas son prácticamente neutralizado. Las reacciones se requieren por lo tanto mucho más pequeña que la requerida en hormigón armado. El peso muerto de la carga reducida de la estructura da resultados en el ahorro en los costes de las cimentaciones. La neutralización de la carga muerta es de importancia en los grandes puentes.
DESVENTAJAS DEL HORMIGON PREESFORZADO
a) b) c) d)
e) f)
Se requiere alta calidad de hormigón denso de alta resistencia, una calidad del hormigón perfecto en la producción, colocación y compactación que se requiere. Se requiere de acero de alta resistencia, que es de 2.5 a 3.5 veces más costoso que el acero suave. Se requiere complicadas tensión equipos y dispositivos de anclaje, que suelen ser cubiertos por los derechos patentados. La construcción requiere supervisión perfecta en todas las etapas de la construcción, en estructuras prefabricadas, el personal que realiza las faenas de montaje debe tener un elevado nivel de especialización, por cuanto el manejo y manipulación de los elementos pretensados requiere una rigurosidad técnica de calidad. Mayor inversión inicial. Diseño más complejo y requiere de un conocimiento especializado; detalles en conexiones, juntas y apoyos.
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR | INGENIERIA CIVIL VENTAJAS DEL HORMIGON ARMADO
a) Existe un mayor conocimiento del comportamiento y diseño de estructuras de hormigón armado. b) Menor inversión inicial en comparación al hormigón preesforzado. c) Alto grado de durabilidad, resistencia al fuego. d) Mayor facilidad de construcción, además que no requiere de equipos especiales de montaje y transporte. e) Tiene carácter monolítico, ya que todos los elementos que forman la estructura de una obra de hormigón armado - como ser columnas, vigas y losas - están sólidamente unidos entre sí, presentando una elevada estabilidad contra vibraciones y movimientos sísmicos, siendo por lo tanto una estructura ideal para regiones azotadas por terremotos. DESVENTAJAS DEL HORMIGON ARMADO
a) Las desventajas están asociadas al peso de los elementos que se requieren en las edificaciones por su gran altura, como ejemplo tenesmo si las edificaciones tienen luces grandes o volados grandes las vigas y losas tendrían dimensiones grandes esto llevaría a generar mayor costo en la construcción de la edificación. b) Por otro lado los elementos arquitectónicos que no tiene estructura ya sean tabiques o muebles pueden ser cargar gravitatorias ya que aumentarían la fuerza sísmica por su gran masa. c) La adaptabilidad al logro de formas diversas ha traído como consecuencia configuraciones arquitectónicas muy modernas e impactantes pero con deficiente comportamiento sísmico. d) El índice de agrietamiento y deflexión en relación al hormigón preesforzado.
BIBLIOGRAFÍA:
http://es.wikipedia.org/wiki/Hormig%C3%B3n_pretensado
http://html.rincondelvago.com/concreto-presforzado.html
http://www.arqhys.com/contenidos/pretensado-hormigon.html
http://www.ingenierocivilinfo.com/2012/01/ventajas-puentes-de-hormigon.html
http://apuntesingenierocivil.blogspot.com/2012/02/comparacion-hormigon-armadoy-el.html
http://civilgeeks.com/2011/03/15/hormigon-pretensado-ventajas-y-desventajas/
http://www.slideshare.net/JONAER/estructuras-postensadas-y-pretensadas
http://es.scribd.com/doc/53683750/Ventajas-y-Desventajas-Del-Concreto-Armado
