Hormigón pretensado
Esquema de deformaciones.
Esquema de la sección transversal de una viga donde se aprecia la armadura pasiva (color azul) y la armadura de pretensado (color rojo).
Se denomina hormigón pretensado (en algunos lugares de Hispanoaméricaconcreto preesforzado) a la tecnología de construcción de elementos estructurales de hormigón sometidos intencionadamente a esfuerzos de compresión previos a su puesta en servicio. Dichos esfuerzos se consiguen mediante barras, alambres o cables de alambres de acero que son tensados y anclados al hormigón. Esta técnica se emplea para superar la debilidad natural del hormigón frente a esfuerzos de tracción,123 y fue patentada por Eugène Freyssinet en 1920. El objetivo es el aumento de la resistencia a tracción del hormigón, introduciendo un esfuerzo de compresióninterno que contrarreste en parte el esfuerzo de tracción que producen las cargas de servicio en el elemento estructural. La resistencia a la tracción del hormigón convencional es muy inferior a su resistencia a la compresión, del orden de 10 veces menor. Teniendo esto presente, es fácil notar que si deseamos emplear el hormigón en elementos, que bajo cargas de servicio, deban resistir tracciones, es necesario encontrar una forma de suplir esta falta de resistencia a la tracción.
En el hormigón armado convencional se proporciona resistencia a la tracción a los elementos estructurales colocando acero de refuerzo(pasivo) en las zonas de los elementos estructurales donde pueden aparecer tracciones. Esta forma de proporcionar resistencia a la tracción puede garantizar una resistencia poco adecuada al elemento y presenta el inconveniente de no impedir elagrietamiento del hormigón para ciertos niveles de carga. Una manera de evitar que aparezcan las fisuras, y por tanto eliminar el peso muerto de hormigón fisurado, es introducir unas fuerzas adicionales que compensen el efecto de las acciones exteriores de manera que, cuando actúan conjuntamente las acciones exteriores y esas fuerzas adicionales, sus efectos se compensen. De esta manera se llega al hormigón pretensado. En la manera más habitualmente utilizada hoy en día, el pretensado se materializa embebiendo en el hormigón unos cables de acero con un trazado adecuado que se ponen en tracción previamente a la puesta en servicio de la estructura.
Presfuerzo[editar] El esfuerzo de pretensado se puede transmitir al hormigón:
Mediante armaduras pretesas; generalmente barras o alambres que se tensan en un banco, se mantienen tensadas y se embeben dentro del molde en hormigón fresco para formar una pieza. Cuando el hormigón ha fraguado se sueltan los anclajes y el hormigón queda comprimido. éste es el método utilizado mayoritariamente en elementos prefabricados. Mediante armaduras postesas; generalmente cables compuestos por alambres que se introducen en conductos huecos dentro de las piezas de hormigón y se tensan cuando éste ya ha fraguado. Éste es el método utilizado principalmente para construir tableros de puentes y otras grandes estructuras cuando éstas se hormigonan "in situ".
Normalmente al aplicar esta técnica, se emplean hormigones y aceros de alta resistencia, dada la magnitud de los esfuerzos inducidos. Según se ha indicado elpretensado se puede lograr de dos maneras: pretesado (con armaduras pretesas) ypos tesado (con armaduras postesas). De esta forma, la palabra general pretens ado se utiliza para referirse simultáneamente tanto al hormigón pretesado como al hormigón postesado , donde lo que cambia es el momento en el que se produce el tesado de los cables. Así, en general, se habla de estructuras pretensadas , cuando no se quiere hacer referencia al momento en que se produce el tesado de los cables y, se dirá es tructuras pretes adas o estructuras pos tesadas cuando este momento es importante.
Hormigón pretesado - con armaduras pretesas[editar] El hormigón se vierte alrededor de tendones tensados. Este método produce un buen vínculo entre el tendón y el hormigón, el cual protege al tendón de la oxidación, y permite la transferencia directa de tensión. El hormigón o concreto fraguado se adhiere a las barras, y cuando la tensión se libera, es transferida hacia el hormigón en forma de compresión por medio fricción. embargo, se requieren puntos de exteriores entre los quede ellatendón se Sin estira y los tendones estánfuertes generalmente en anclaje una línea recta. Por lo tanto, la mayoría de elementos pretesados de esta forma son prefabricados en taller y deben ser transportados al lugar de construcción, lo que limita su tamaño. Elementos pretesados pueden ser elementos balcón,dinteles, losas de piso, vigas de fundación o pilotes.
Hormigón postesado - con armaduras postesas[editar]
Puente peatonal en volados sucesivos postesados, Grants Pass,Oregón, EEUU
Placa de anclaje de los cables de postesado en un puente.
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 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 elementos estructurales de obra civil o edificación sometidos a esfuerzos de tracción importantes. Por ejemplo, el postesado se utiliza en la construcción de puentes de hormigón, siendo prácticamente imprescindible en los sistemas de construcción por voladizos, empuje y dovelas prefabricadas, etc.
Ventajas del hormigón pretensado[editar]
Brinda un mejor comportamiento bajo cargas de servicio. Los elementos pretensados logran ser eficientes y esbeltos utilizando menos material que otros procesos constructivos. Su producción en serie, al ser industrializados, brinda mayor ajuste en tiempo. Cuando se usa adecuadamente y en los elementos que corresponde, se consigue disminuir los costos de la obra.
Desventajas del hormigón pretensado[editar]
Requiere una inversión inicial. El diseño de los elementos estructurales es más complejo y especializado. Es necesario contar con operarios especializados, tanto para la construcción de los elementos postesados como el montaje de los elementos pretesados. Si no se emplea adecuadamente y en los elementos que corresponde, se pueden incrementar los costos de la obra.
Materiales[editar] Los componentes básicos del Hormigón Pretensado son dos: el Hormigón y el Acero. Ambos con características específicas que lo distinguen de otros procesos constructivos. Hormigón[editar] Las resistencias generalmente usadas son de 35, 40, 45, 50 y 55 MPa (350, 400, 450, 500 y 550 kg/cm2) Acero[editar]
Los tres principales tipos de acero son: Alambres. Alambres trenzados (torones). Barras.
Las resistencias generalmente usadas de los aceros de pretensar varían de 1570 a 1860 MPa (del orden de 15000 a 18000 kg/cm2)
Historia y evolución[editar] La idea de pretensado, desde un planteamiento general, no es ni mucho menos un “invento” propio de la ingeniería estructural y existen numerosos ejemplos de la actividad humana en la que es posible encontrar soluciones pretensadas, en el sentido de “aplicación previa de unas fuerzas que conduzcan a un estado de tensiones o de deformaciones deseado”. Un ejemplo puede apreciarse en la manera de fabricar los
toneles o barricas destinados a albergar algún tipo de líquido (como es el caso de los toneles de vino). Estas “estructuras” están formadas por duelas de madera
machihembradas que se zunchan con aros metálicos que se calientan antes de abrazar el tonel para que, al enfriarse, compriman las duelas entre sí. Si no se hiciera de esta manera, la presión del líquido contenido en el tonel abriría las juntas y lo haría inútil. Otro ejemplo es el de la rueda de una bicicleta, que es una estructura formada por un aro externo enlazado a otro aro interior mediante los radios que son unos finos elementos metálicos. Para que esta estructura soporte el peso del ciclista sin deformarse, los radios son enroscados en alojamientos dispuestos a tal efecto para ponerlos en tracción. Aunque con el tracción, tiempo seSegún han hecho diversos intentosunpara disminuir el agrietamiento hormigón bajo Freyssinet, pretensar elemento estructural consiste del en crear en él, mediante algún procedimiento específico, antes o durante la aplicación de las cargas externas, esfuerzos de tal magnitud que, al combinarse con los resultantes de dichas fuerzas externas, anulen los esfuerzos de tensión o los disminuyan, manteniéndolos bajo las tensiones admisibles que puede resistir el material. Es cierto que 40 años antes había habido otros inventores, las contribuciones más importantes a su solución suelen atribuirse al ingeniero francés Eugène Freyssinet, quien convirtió en realidad práctica la idea de pretensar los elementos de hormigón. A él le cabe el mérito de haber sido el primero en darse cuenta de la importancia de los fenómenos de
las deformaciones diferidas de retracción y, sobre todo, la fluencia, y su importancia para la efectividad del pretensado a largo plazo, gracias a su tenacidad y a conocimientos en el campo del análisis estructural. Veamos algunos de los hitos más importantes en relación con el hormigón pretensado:
Tubos para cables postesados en el encofrado 1886: 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. 1888: 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. 1908: 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. 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. 1928: 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. 1939: 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. 1945: La escasez de acero enEuropa 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. Si bien Francia y Bélgica encabezaron el desarrollo del hormigón pretensado, Inglaterra, Alemania, Suiza, Holanda, Rusia e Italia rápidamente lo continuaron. Cerca del 80% de todos los puentes que se construyen en Alemania son de hormigón pretensado. En 1945 Pacadar prefabrica la primera viga pretensada en España.
1949: Se empieza a trabajar en Estados Unidos con el pretensado lineal al llevarse a cabo
la construcción del afamado puenteFiladelfia 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. 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. 1952: Hay una reunión en Cambridge, en la cual se crea una sociedad internacional bajo
el nombre de Fédération Internationale de la Précontrainte (FIP). El objetivo principal de este grupo de ingenieros visionarios era diseminar el mensaje e iluminar al mundo acerca del concepto relativamente desconocido de la construcción con hormigón pretensado, lo cual se llevaría a cabo alentando la integración de grupos nacionales en todos los países que tuviesen particular interés en el asunto y facilitando un foro internacional para el intercambio de información. 1958: 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 enAmérica Latina). 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.
Aplicaciones[editar] El hormigón pretensado es el material predominante en puentes de vigas, en puentes construidos "in situ" de largos tramos entre pilas, o construidos por métodos especiales como voladizos, empuje, etc. También es muy empleado pisos de rascacielos, en cámaras de reactores nucleares, así como en los pilares yennúcleos resistentes de edificiospreparados para resistir un alto grado deterremoto4 y protección contra explosiones.5 Una ventaja del hormigón pretensado es el menor coste de construcción gracias al empleo de elementos más ligeros, como losas delgadas - especialmente importante en los edificios altos en los que el ahorro de peso del piso puede traducirse en plantas adicionales para el mismo y menos coste. El aumento de las longitudes aumenta el espacio utilizable en los edificios; disminuyendo el número de juntas, lo que conduce a la disminución de los costes de mantenimiento durante la vida de diseño de un edificio, ya que dichas juntas son el principal escenario de debilidad en los edificios de hormigón. El primer puente de hormigón pretensado enAmérica del Norte es el Walnut Lane Puente Memorial en Filadelfia (Pensilvania). Se terminó y se abrió al tráfico en 1951.6
Hormigón postesado
Armadura común y vainas para el acero de postesado durante la construcción de un puente de sección cajón.
Placa de anclaje, trompeta y espiral antes de su montaje.
Placa de anclaje de los cables de postesado en un puente.
El término general es Hormigón pretensado que incluye al Hormigón pretesado y al Hormigón postesado. Se denomina hormigón postesado (mal llamado hormigón postensado) o concreto postesado a aquel hormigón/concreto al que se somete, después del vertido y fraguado, a esfuerzos de compresión por medio de armaduras activas (cables de acero) montadas dentro de vainas. A diferencia del hormigón pretesado, en el que las armaduras se tensan antes del hormigonado, en el postesado las armaduras se tensan una vez que el hormigón ha adquirido su resistencia característica. De esta forma, el pretensado se puede lograr de dos maneras:pretesado (con armaduras pretesas) y postesado (con armaduras postesas). La palabra general pretensado " " se utiliza para referirse simultáneamente tanto al hormigón pretesado como al hormigón postesado, donde lo que cambia es el momento en el que se produce el tesado de los cables. Al igual que en el hormigón pretesado, la ventaja del postesado consiste en comprimir el hormigón antes de su puesta en servicio, de modo que las tracciones que aparecen al flectar la pieza se traducen en una pérdida de la compresión previa, evitando en mayor o menor medida que el hormigón trabaje a tracción, esfuerzo para el que no es un material adecuado.
Descripción del sistema[editar] A diferencia del hormigón armado ordinario, las armaduras no están directamente en contacto con el hormigón en el momento del hormigonado, ya que de lo contrario le transmitirían la tensión de tracción por adherencia entre la armadura y el hormigón. Es por ello que las armaduras se colocan dentro de vainas de plástico o metal. Estas vainas se posicionan dentro del encofrado (el molde) formando una línea curva definida en la fase de diseño, en función de la forma de la pieza y de las cargas a las que estará sometida. Una vez que se les ha aplicado la tensión de dos trabajo a las armaduras, anclan a la estructura mediante piezas especiales en sus extremos. Finalmente,secaben dos opciones:
en el sistema "adherente", se rellena el interior de las vainas conmortero de alta resistencia a presión, de manera que la armadura queda adherida al hormigón formando una sección monolítica. A su vez, el mortero asegura la protección del acero frente a la corrosión. en el sistema "no adherente", las vainas no se rellenan, por lo que el único contacto entre el tendón y el hormigón se produce a través del cabezal de anclaje.
El hormigón postesado suele requerir además cierta cantidad de armaduras pasivas (sin tensión aplicada).
Antecedentes[editar] La primera aplicación del presfuerzo a una estructura consistió en tratar de mantener unidos bloques de hormigón usando un tirante atornillado en sus extremos. Este uso se debe a P.H. Jackson en EE.UU. , en elpretensado año de 1886. concretoFrancés Cable enroscado Tuerca Primera patente en concreto En Bloque 1928 elde Ingeniero Eugéne Freyssinet fue el primero en exponer la metodología para la valoración de las pérdidas dentro del cálculo estructural. Más tarde en 1940 introdujo el primer sistema de pre esfuerzo con anclajes y cuñas. Desde ese momento el pre esfuerzo se desarrolló hasta lo que conocemos actualmente.
Aplicaciones[editar]
El empleo de hormigón postesado suele reducirse a estructuras sometidas a grandes cargas y con grandes separaciones entre apoyos, en las cuales la reducción del coste de los materiales compensa el aumento de la complejidad de ejecución. La técnica del postesado se utiliza generalmente in situ, es decir, en el mismo emplazamiento de la obra.
Ventajas[editar]
El uso de hormigón postesado permite reducir el canto de los elementos de hormigón, ya que por un lado aumenta su capacidad resistente, y por otro reduce las deformaciones. Conlleva un uso más eficiente de los materiales, por lo que permite reducir el peso total de la estructura. Disminuye la fisuración del hormigón, aumentando su vida útil.
Inconvenientes[editar]
Requiere de maquinaria y mano de obra más especializada que el hormigón sin postesar. El cálculo es más complejo.
E l hormig ón pre tens ado y po s tens ado. D efini ci ón y uso. 0
E n es te artículo vam os a tratar dos tipos de hormigón, el hormig ón prete ns ado y el hormigón pos tens ado.
Pero antes, para poder entender cuáles son las diferencias entre estos dostipos de hormigóny ver algunas recomendaciones de uso para cada uno, así como algunos ejemplos de obras y construccionesen las que se han utilizado, tenemos que comentar aunque sea brevemente las características del cemento. El cemento es una mezcla de calizas y arcillas calcinadas y molidas y yeso, que con agua se endurece. Si a esta mezcla se le suman agregados pétreos como la grava y la arena, resulta en una mezcla uniforme y plástica que se endurece como si fuera una piedra con el agua y a la que se conoce como hormigón. Las principales características del cemento son la solidez y la resistencia a productos químicos y a temperaturas elevadas gracias a su estado refractario y la exotermia (lo que lo hace especialmente útil en condiciones de bajas temperaturas); sin embargo, el paso del tiempo y el uso de armaduras van mermando esta resistencia y aumentando la porosidad. Veamos a continuación las diferencias entre hormigón pretensado y postensado . Lo primero que se ha de saber es que los especialistas distinguen terminológicamente el hormigón pretensado del postensado por los sujifos latinos pre- y pos-. El postensado, por lo tanto, es aquel que tras ser vertido y fraguado se somete a comprensión con armaduras como cables o barras de acero en su interior, armaduras que se tensan después de que el hormigón haya adquirido consistencia sólida y su completa resistencia. El pretensado, por el contrario, es aquel en el que estas armaduras se tensan antes de que ocurra este proceso de hormigonado . En el caso del pretensado, este tipo de hormigón se utilizó por primera vez en 1886 en los Estados Unidos, como idea para unir dos bloques de hormigón. Se patentó en 1920 por el francés Eugène Freyssinet y posteriormente esta técnica se fue desarrollando hasta 1940 y de ahí, hasta nuestros días. El hormigón postensado , por su parte, se utiliza principalmente en estructuras con mucha carga o gran
separación entre losmarcando apoyos que la sostienen: sonsemás difíciles al final, estas condiciones, acaba la diferencia. Esto suele hacerde enejecutar la mismapero obra, in situ.enUn ejemplo sería el puente peatonal de Grants Pass, en el estado de Oregón, Estados Unidos.
Todo sobre el concreto presforzado: ¿Qué es, cómo funciona y cuáles son sus ventajas?
De acuerdo con el Instituto Americano del Concreto (ACI), el concreto presforzado es aquel en el cual han sido aplicados esfuerzos internos de tal magnitud y distribución, que los esfuerzos resultantes debido a cargas externas, son contrarrestados a un grado deseado. Básicamente, consiste en inducir esfuerzos de compresión en las zonas de concreto que
van a trabajar en tensión y con ello lograr que, bajo condiciones normales de operación, se eliminen o se reduzcan los esfuerzos de tensión en el concreto y, como resultado, no se produzcan agrietamientos.La compresión se induce estirando el acero con que se refuerza la sección de concreto y haciéndolo reaccionar contra la masa de concreto.Para evitar que el presfuerzo inicial se pierda, se emplea refuerzo de muy alta resistencia. El objetivo de la aplicación de la técnica del presforzado radica en aprovechar al concreto como un material estructural en elementos que trabajan a flexión, ya que el concreto es un material resistente en compresión pero débil en tensión. Existen dos métodos para inducir preesfuerzos:
El pretensado: los tendones se tensan antes de la colocación del concreto.
El postensado: los cables se tensan después de que el concreto ya ha adquirido cierta
resistencia. Sin embargo, en ambos casos, el acero es pretensado y el concreto resultará
precomprimido, antes de que actúen las cargas de servicio.
Ventajas del concreto presforzado VS concreto reforzado convencional
Las ventajas son muchas y las enumeramos a continuación: 1. Empleo de materiales de alta calidad (concreto y acero de alta resistencia). 2. Se tiene una mejora del comportamiento bajo la carga de servicio por el control del agrietamiento y la deflexión. 3. Se aumenta la resistencia última del elemento de concreto (el acero de alta resistencia fluye antes de que su resistencia sea completamente alcanzada). 4. Elementos más eficientes y esbeltos. 5. Menor peso de la estructura. 6. Permite cubrir grandes claros. 7. Reducción del concreto y el acero a cantidades mínimas, lo que permite estructuras más económicas y con un mínimo de desperdicio.
8. Menor tiempo de fabricación de los elementos de concreto. 9. Mayor durabilidad de la estructura. Los elementos son más resistentes a ambientes agresivos con presencia de sulfatos, cloruros, CO2, etc. 10. Mantenimiento mínimo. 11. Ahorro en tiempos de ejecución de obra.
Diferencias entre el pretensado y el postensado
Como puede observarse, la elección entre el pretensado y postensado debe considerar varios factores, como la naturaleza del proyecto a construir, las caraterísticas de nuestra producción y, por supuesto, nuestro presupuesto. Este análisis del concreto presforzado nos permite conocer a detalles las característica de este elemento y tomar una decisión informada para nuestra próxima elección de materiales de construcción.
Historia Concreto Presforzado En 1866 en California se obtuvo una patente del concreto presforzado pero fue hasta finales de la década de los cuarentas cuando realmente se empezó a desarrollar debido a la gran escasez de acero que presentó Europa para ser reconstruida al finalizar la II guerra mundial. Se considera a Eugene Freyssinet como el padre del concreto presforzado. Él pensó que el presfuerzo 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. Sin embargo, hubo algunos como Mangel en Bélgica y Hoyer en Alemania que reconocieron su futuro haciendo surgir ideas básicas de los sistemas de presforzados, ya que en su época hacían falta. Se contaba con nuevas herramientas y materiales, por lo que fueron los ingenieros europeos quienes encabezaron el nuevo método de construcción que acaparó la atención del resto del mundo. Algunos ejemplos se dan en Estados Unidos debido a que se había anticipado el uso de este material tuberías, pilotes, depósitos para agua, etc. Pero no fue hasta 1951 que realmente se utilizó el verdadero concreto presforzado al hacer el primer puente vehicular de este material. 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 parte 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. El presforzado ha hecho posible la creación de estructuras que sin este método no se hubieran podido lograr. Sin embargo, existe un número limitado de medios con los cuales se puede tensar y anclar las varillas y los cables, por lo que el panorama de innovación tiene que ser lento por ahora. Existe todavía mucho por hacer en el trabajo detallado de refinar el presfuerzo y aún más para extender su uso. Dos de las aplicaciones más importantes que tiene el presforzado se han realizado y desarrollado al construir grandes estructuras marítimas (puertos, terminales fuera de la
costa, plataformas fijas y flotantes para la producción del petróleo) y estaciones de energía nuclear. Asimismo, es posible que el concreto presforzado incremente su participación en la construcción de puentes y los defensores del concreto de alta resistencia compitan con los defensores del concreto aligerado sobre la mejor forma de construcción. Al concreto presforzado también se le conoce como precomprimido; esto significa que antes de empezar su vida de trabajo se le aplican esfuerzos de compresión en aquellas zonas donde se desarrollarán esfuerzos de tensión bajo cargas bajo cargas de trabajo. El concreto es muy resistente ante la compresión, pero débil en tensión, considérese una viga de concreto simple soportando una carga: Al incrementar la carga, la viga seviga deflexiona ligeramente y después falla superiores, repentinamente. Bajo la carga, los esfuerzos en la serán de compresión en las fibras y de tensión en las inferiores. Es probable que la viga se agriete en su parte inferior y sufra rupturas, aún con cargas relativamente pequeña, debido a la baja resistencia del concreto a la tensión. Existen dos formas de contrarrestarla: con al empleo de refuerzos o presforzando. En el concreto reforzado, en las zonas donde se desarrollarán esfuerzos de tensión bajo la carga, debe de colocarse refuerzo en forma de varillas de acero. El refuerzo absorbe toda la tensión y si se limita el esfuerzo con el acero, el agrietamiento en el concreto se mantendrá dentro de los límites permisibles. En el concreto presforzado los esfuerzos de compresión introducidos en las zonas donde se desarrollan los esfuerzos de tensión bajo la carga, resistirán o anularán estos esfuerzos de tensión. En este caso, el concreto reacciona como si tuviese una alta resistencia a la tensión propia y en tanto que los esfuerzos de tensión no excedan a los esfuerzos de precompresión, no podrán presentarse agrietamientos en la parte inferior de la viga. Un ejemplo sería el tratar de alzar un montículo de ladrillos acomodados verticalmente, si la fuerza este de compresión se aplica en punto en quecambio, esté porsi encima de se la le mitad de por los ladrillos, tenderá a separarse porundebajo, la fuerza aplica debajo de la mitad del montículo no tenderá a separarse y se le podrá poner más peso encima aplicando más compresión al montículo. Este ejemplo se aplica cuando necesitamos salvar un claro grande, se detienen las piezas de concreto prefabricado con una obra falsa, esta se quita al terminar y si se tiene compresión en el concreto este es capaz de resistir cargas encima. La flexión es tan solo una de las condiciones que se deben de tomar en cuenta, otra de estas condiciones es la fuerza cortante, esta se desarrolla en la viga debido a fuerzas de tensión diagonales y provocarán grietas en la viga, especialmente cerca de los puntos de apoyo. Con el concreto presforzado se puede calcular esta tensión diagonal y hacer que la fuerza de compresión sea mayor que la tensión diagonal. Una viga presforzada sujeta a carga experimenta una flexión y la compresión interna disminuye gradualmente. Al retirar la carga se restituye la compresión y la viga regresa a su condición srcinal, demostrando la resiliencia del concreto presforzado. Más aún. Las pruebas han demostrado que puede efectuarse un número virtualmente ilimitado de dichas inversiones de carga, sin afectar la capacidad de la viga para soportar la carga de trabajo o reducir su capacidad de carga última. En otras palabras, el presforzado dota a la viga de una gran resistencia a la fatiga. Como ya se ha mencionado, si la carga de trabajos de los esfuerzos de tensión ocasionados por la misma no exceden del presfuerzo el concreto no se agrietará en la zona de tensión, pero si sobrepasa la carga de trabajo y los esfuerzos de tensión resultan mayores que el presfuerzo, surgirán grietas. Sin embargo, si esta carga se retira el concreto presforzado tiende a desaparecer estas grietas, las cuales no aparecen bajo las cargas de trabajo.
Esta precompresión se logra mediante el empleo de gatos aplicados externamente, los cuales después de comprimir la mayor parte de la losa entre dos apoyos fijos, se pueden substituir por el resto de la losa. Lo anterior no es un método de aplicación práctica en la mayoría de los elementos estructurales, ya que el método usual consiste en emplear “tendones” de hacer tensados
que se incorporan permanentemente al elemento. Por lo general los tendones se forman de alambre de alta resistencia, torones o varillas, que se colocan aisladamente o formando cables. Existen dos métodos básicos para usar tendones: pretensado y postensado. En el pretensado, primero se tensa al acero entre los muertos de anclaje y en moldes que dan la forma se al elemento. Cuando suficiente resistencia a la compresión, libera al acero de ellosconcreto muertoshadealcanzado anclaje. Transfiriendo la fuerza al concreto a través de la adherencia existente entre ambos. En el postensado, primero se coloca al concreto fresco dentro del molde y se deja endurecer previo a la aplicación del presfuerzo. El acero puede colocarse en posición con un determinado perfil, quedando ahogado en el concreto, para evitar la adherencia se introduce el acero dentro de una camisa metálica protectora; o bien puede dejarse ductos en el concreto, pasando el acero a través de ellos una vez que ha tenido lugar el endurecimiento. En cuanto se ha alcanzado la resistencia requerida del concreto, se tensa el acero contra los extremos del elemento y se ancla, quedando así el concreto en compresión. El perfil curvo del acero permite la distribución efectiva del presfuerzo dentro de la sección, de acuerdo con lo dispuesto por el proyectista. Pretensado
El pretensado puede usarse en la obra cuando se requiera de un gran número de unidades similares prefabricadas, pero normalmente se lleva acabo en la planta donde ya han sido previamente construidas mesas permanentes de tensado. El método más efectivo es el de producción a gran Los escala, en la que un cierto númeroentre de unidades se producen simultáneamente. tendones de acero se tensan las placasanálogas de anclaje situadas en cada extremo de una mesa larga de tensado. Dichas placas se encuentran soportadas por grandes secciones de acero ahogadas en un macizo de concreto (muerto de anclaje) en cada extremo de la superficie de colado. En uno de los extremos, la placa de anclaje se apoya directamente en las viguetas de acero soportantes, denominadas apoyo fijo. En el otro extremo, el de tensado, se introducen puntales de acero temporales entre la placa de anclaje y las viguetas de apoyo. Las placas de anclaje son placas gruesas de acero con agujeros por donde los alambres o torones pueden introducirse y anclarse. Los extremos de cada unidad tienen un tope que se taladra de acuerdo con la colocación de los tendones requeridos y del diámetro de los alambres o torones utilizados. Los torones o alambres se arrastran a todo lo largo de la mesa de tensado, enhebrándose en los topes y en las placas de anclaje que finalmente se sujetan al apoyo fijo. En el otro extremo de la mesa, el tensado se inicia una vez que hayan sido colocados todos los alambres. Los cables se estiran para levantarlos de la mesa y aplicar la carga. Puede tomarse lectura de la extensión y compararse con el valor calculado, pero como, de hecho, los tendones tienen libertad de movimiento es la fuerza en el cable la que reviste una importancia primordial. En seguida se ancla el alambre y se descarga el gato. La secuencia del tensado no es muy importante en el pretensado, pero es esencial un tensado preciso. En el pretensado, la adherencia entre el acero tensado y el concreto es de vital importancia y en ésta debe preverse que el acero quede libre de cualquier material, tal como el aceite o grasa de los moldes, que interfiera con la adherencia. Para obtener una comparación completa del concreto, se deben de emplear vibradores, ya sean internos ó externos.
Como ocurre con cualquier concreto, el curado es necesario y es un proceso que se acelera mediante la introducción de vapor bajo una cubierta apropiada. Cuando el concreto ha adquirido suficiente resistencia, los puntales provisionales son sustituidos por los gatos que pueden irse aflojando lentamente. Como el acero tensado tiende a regresar a su longitud srcinal, la adherencia entre el concreto y el acero evita que suceda esto, de tal manera que el concreto queda sometido a compresión. La fuerza en cada tendón se transfiere al concreto en una cierta longitud denominada “longitud de transmisión”. Esta longitud se afecta considerablemente por las condiciones
de la superficie con respecto a los alambres. En los procedimientos descritos hasta ahora, todos los tendones se han mantenido rectos, continuamente al concreto. Aun cuando el la mayoría las unidades se construyen adheridos de esta manera no proporciona uso masdeeficiente de lapretensadas fuerza de presfuerzo, en lo que respecta a miembros a flexión de sección constante. Postensado
El postensado puede usarse en la producción industrial para grandes unidades prefabricadas con propósitos especiales, tanto en la obra como fuera de ella. El uso de tendones rectos no es muy conveniente por que no se aplica todo el presfuerzo al hablar de grandes unidades. En aquellos puntos donde ocurre el momento máximo se requiere de la máxima fuerza efectiva de presfuerzo y la mínima fuerza es necesaria donde ocurre el mínimo momento flexionante. Ello puede lograrse para una fuerza constante de presfuerzo variando la excentricidad de la fuerza, de tal manera que, el efecto del presfuerzo neutralizará el efecto de la carga. Si los tendones se localizan dentro de la sección del concreto, se colocarán con un perfil curvo, por lo que el encamisado debe quedar sujeto son el perfil necesario, estos ductos deben colocarse en formas precisas y sujetarse al acero de refuerzo, que para entonces ya debe haberse puesto sobre la mesa que contiene los moldes. El anclaje permanente en los extremossedevaciará los ductos en los el extremo molde. El concreto una se vezfijaque moldes del se encuentren ensamblados. Una vez que el concreto ha adquirido resistencia suficiente, se tensan los tendones, anclándolos por un extremo y tensándolos con los gatos contra la cara del anclaje en el otro extremo, o tirando de ellos simultáneamente. Los tendones dentro de cada ducto pueden tensarse individualmente, enganchando un gato de barra o de un solo torón a cada tendón a la vez o conectando también un gato de torón o de múltiples alambres a todos los tendones al mismo tiempo. En cuanto se haya alcanzado la carga de diseño, se registrará la extensión y, si ésta ha alcanzado el valor calculado podrá anclarse el tendón. Una vez que los tendones han sido tensados y anclados, generalmente se llenan los ductos de una lechada coloidal de cemento introducida a presión. El objeto principal de la lechada endurecida es el de evitar que la corrosión de los tendones, así como proporcionar adherencia entre los tendones y el concreto. En los extremos de las unidades postensadas, los tendones transmiten una gran fuerza al anclaje en cual es de un área relativamente pequeña. El efecto que se produce es similar al de introducir una cuña en un bloque de madera y, a menos de que pueda contenerse esta fuerza de “estallamiento” hasta que se disperse la sección en el extremo de la unidad se presentará fractura. En los cálculos de diseño se ha prestado especial atención a esto, que por lo general, resulta en concentrar refuerzo en las zonas extremas. También el concreto en esta área deberá de ser de buena calidad con una compactación adecuada, a pesar del congestionamiento del refuerzo, ductos y anclajes. En algunos casos, el bloque de extremo será prefabricado, girándolo 90° para darle mejor acceso al concreto en el momento de vaciarlo y posteriormente incorporarlo a la estructura durante la construcción.
Materiales Concreto
La mezcla del concreto para una obra d presfuerzo deberá ser trabajable cuando se encuentre en estado fresco y resistente cuando haya endurecido. La resistencia del concreto en un elemento, al aplicarle el presfuerzo, constituye un factor muy importante. Por lo general, a esto se le llama la condición “inicial o de “transferencia”.
En el pretensado a gran escala, el esfuerzo no puede aplicarse a la unidad para proceder a retirarla hasta que el concreto no haya alcanzado la resistencia especificada para la transferencia de presfuerzos. El calentamiento externo comprende un curado con saturación de vapor o con calor eléctrico. requerida puede yalcanzarse en un periodo muypuede corto,presentarse pero como resultado La del resistencia calentamiento del concreto, consecuentemente el acero, una pérdida de presfuerzo, al no obtener una adherencia adecuada entre los alambres calentados y el concreto. Esto solo ocurre en el pretensado, ya que si se aplica curado a vapor a las unidades postensadas, que contienen cables, el acero no será tensado ni cubierto por la lechada bajo estas condiciones. El concreto es un material elástico y tan pronto como el esfuerzo se aplica a la unidad, se acorta, por lo que reduce la longitud extendida del acero y, en consecuencia, el esfuerzo en él. A esta pérdida de presfuerzo se le llama deformación elástica del concreto, que es una función del módulo de elasticidad, Ec; del módulo de elasticidad, Es del acero, y del esfuerzo en el concreto en la condición de transferencia. En trabajos de pretensado, cuando todo el esfuerzo se aplica simultáneamente, se presenta la mayor perdida debido a la deformación elástica y, en caso del postensado, la pérdida es nula, ya que el concreto constituye el anclaje y el esfuerzo en el concreto se alcanza por una transferencia directa al tensar el acero. Una importante propiedad del concreto, relacionada con su empleo de estructuras preforzadas, es la afluencia plástico) que el puede definirse como alaundeformación inelástica debido a un esfuerzo(flujo sostenido. Cuando concreto esta sujeto esfuerzo de compresión permanente, se reduce su longitud lo que a su vez disminuye el esfuerzo en el acero. Acero
Generalmente el refuerzo utilizado en el presfuerzo es en forma de alambres de alta resistencia a la tensión estirados en frío, o varillas de aleación en conjunto para formar torones.
cable: Grupo de tendones.
Tendón: Elemento estirado que se usa para transmitir presfuerzos en un elemento de concreto. Los tendones pueden consistir de alambres individuales estirados en frío, varillas o torones.
Alambre: Refuerzo de sección entera que cumple con los requisitos de la norma británica BS4486:1969 y que común mente se suministra en longitudes rectas.
Torón: Grupo de alambres torcidos en forma de hélice alrededor de un eje longitudinal común, el cual se forma mediante un alambre recto, y que cumple con los requisitos de las normas británicas BS3617:1971 para torones con 7 alambres y BS4757:1771 para torones con 19 alambres.
Los alambres en su diámetro, desde 2eshasta 8 mm, pero elsuministrarse diámetro más dese uso general para elemento s estructurales de 4 mm y puede yapequeño sea “como extrae” o “prestirado”. La primera condición consistirá de rollos provenientes del laminado con una curvatura natural. El alambre que ha sido “prenderezado mediante un proceso que comprende un tratamiento de calentamiento “reductor de esfuerzos”, provoca una mejoría
en las propiedades elásticas y conduce a lo que se denomina un comportamiento de relajamiento “normal” o bien un tratamiento “estiramiento en caliente”, que igualmente
induce altas propiedades elásticas, pero que provoca lo que clasifica como un comportamiento de relajamiento “bajo”.
Los términos relajamiento “normal o bajo” se aplican lo mismo a los torones que a los
alambres. El relajamiento se denomina como la pérdida en el esfuerzo después de un cierto periodo de tiempo en el que un tendón de presfuerzo se tensa para una carga determinada, bajo condiciones de longitud y temperatura constante. Un alambre o torón de relajamiento “bajo” tendrá menor pérdida en el esfuerzo inicial qu e el de relajamiento “normal”.
Con objeto de asegurar la máxima adherencia entre el acero y el concreto debe suministrarse el alambre en condiciones desengrasadas. Además del desengrasado, a menudo el alambre está indentado para lograr mejores propiedades de adherencia. El “esfuerzo de pruebas” se define como el esfuerzo para el cual la carga aplicada produce
una elongación permanente. Para alambres de presfuerzo, se usa una elongación del 0.2% en el “esfuerzo de pruebas”. Existen 2 tipos básicos de torón para presfuerzo, con 7 o 19 alambres. Su elección depende del grado de flexibilidad y resistencia requeridas. El más popular es el de 7 alambres y se usa generalmente en tamaños desde 6.4 hasta 18mm de diámetro exterior. El acero de alta resistencia y el concreto de alta calidad con esenciales para obtener un comportamiento satisfactorio en este tipo de construcción, y que provoca una pérdida de presfuerzo que es inherente a las propiedades de los materiales mismos. También debe tenerse presente que no todas las pérdidas señaladas ocurren de igual forma en los elementos pretensados que los postensados. Es conveniente exponer en esta etapa un resumen de las pérdidas que pueden presentarse a pesar de que algunas no han sido comentadas.
Contracción del concreto
Deformación elástica del concreto
Fluencia del concreto
Relajamiento del acero
Curado con vapor
Durante el anclaje
Fricción en el gato y en el anclaje
Fricción en el ducto.
Nos es posible proporcionar un valor preciso de la magnitud de la pérdida del presfuerzo total, tanto en el pretensado como en el postensado. Normalmente se fija con un porcentaje en base a la fuerza en los tendones inmediatamente después de la transferencia y es del orden del 20%. Las pérdidas que tienen lugar antes y durante la transferencia, son del orden del 5% para postensado y del orden del 10% para pretensado. Equipo Pretensado
El aspecto más importante del equipo en el pretensado consiste básicamente en la mordaza temporal que retienen a los alambres o torones durante y después del tensado. El método de tensado podrá variar pero la mordaza no, ya que aún está constituida por un barril y una cuña. Generalmente, la cuña consta de posición 2 a 3 piezas con Es un importante collar y unaque grapa de alambre mantiene a ambos en la misma relativa. la cuña quede que fija alrededor del alambre o torón y dentro del barril en una posición concéntrica, para que todos los segmentos de la cuña se introduzcan a la misma distancia dentro del barril. En el anclaje fijo, las mordazas se presionan sobre los tendones no tensados cerca de la placa de anclaje. En el extremo de tensado, donde los tendones son tensados en forma individual, debe colocarse la mordaza sobre el tendón no tensado, contra la placa de anclaje. Se coloca ahora el gato con el tendón y se inicia el tensado, en el tendón se jala a través de la mordaza. Cuando se han alcanzado la carga y extensión requeridas, se introduce la cuña con fuerza sobre el tendón, se afloja la carga en el gato y al tratar el
tendón de jalar a través de la cuña, la obliga a correrse sobre él quedando firmemente sujeto. Si los tendones se estiran en forma individual, los gatos son relativamente pequeños y operan a base de electricidad. Postensado
El equipo que se requiere para el postensado depende del sistema que se utilice. En Inglaterra existen varios sistemas en operación, cuya lista es orden alfabético proporciona el nombre comercial del sistema y el tipo de tendón empleado. Aún cuando podrían elegirse otros métodos para la clasificación, es conveniente agrupar los sistemas mediante el método que se adopta para el anclaje de los tendones, y aquí tenemos un sistema tuercay enroscada o a base de cuña. En emplean la primera categoría,ya se sea encuentran BBRV,deDividag Macalloy. Todos los demás sistemas cuñas. BBRV
Este sistema está clasificado como de tuerca roscada debido a que, en la parte media baja del rango de fuerzas disponibles, es una contratuerca la que se apoya en una placa de acero y que transmite la compresión al concreto. En la parte media superior del rango de fuerzas, el esfuerzo se transmite por medio de calzas metálicas que se insertan entre el ancla de tensado y la placa de apoyo. En todos los casos el elemento básico consiste en un cilindro de acero con un cierto número de agujero axiales taladrados que acomodan los alambres por separado. El anclaje de cada alambre se efectúa mediante una cabeza redonda preformada. Las cabezas redondas se forman en ambos extremos del alambre después que han pasado después que han pasado a través del cabezal del anclaje. La longitud del cable es por lo tanto fija y debe determinarse en forma precisa, de tal manera que cuando el cable ha sido tensado el cabezal de anclaje quede en posición correcta en relación a la placa de apoyo. Todo el cable, incluyendo la camisa preformada y los anclajes en ambos extremos, se deben ensamblar en el taller y ser transportados posteriormente a la obra siempre y cuando se pueda realizar, si no es posible determinar la longitud del cable, las cabezas redondas en un extremo se forman en la obra con el empleo de una máquina portátil. El numero de alambres varía entre 8 y 163, proporcionando fuerzas en el gato que pueden ser entre 37 y 790 toneladas. Dividag
Este sistema utiliza como tendón a una barra de acero de aleación. Se emplean 2 tipos de barras: lisa y corrugada. En la barra lisa las roscas están laminadas en frío únicamente en los extremos de la barra; y la otra, tiene corrugaciones laminadas en los lados de su longitud. La fuerza se transmite a la placa de apoyo extrema por medio de una tuerca que se atornilla a los extremos de la barra; las fuerzas de pretensado varían desde 13 hasta 96 toneladas para tensado sencillo y desde 63 hasta 202 toneladas para tensado múltiple. Los tendones de cualquier longitud pueden ensamblarse en la obra mediante acopladores huecos de acero roscado internamente para recibir las barras lisa o corrugada. Durante la operación de tensado, la barra sea estirada por el gato, se atornilla a la tuerca en forma continua y posteriormente se transfiere la carga al anclaje una vez que se ha aflojado el gato. Macalloy
El presforzado Macalloy consiste en un sistema de barras lisas con roscas laminadas en sus extremos. La fuerza se transmite al concreto por medio de una tuerca roscada que se comprime contra roladas de acero colocadas sobre una placa sólida de acero que distribuye el esfuerzo, o sobre una camisa acostillada de hierro forjado, o una placa de
acero taladrada que está situada en un anclaje muerto proporcionando fuerzas de tensado desde 23 hasta 350 toneladas. En todos los sistemas de tuercas roscadas, la carga se puede aplicar por intervalos para ajustarse a los requisitos de diseño de construcción, y las pérdidas pueden compensarse en cualquier momento antes de introducir la lechada. El anclaje es totalmente positivo sin que exista pérdida del presfuerzo en la transferencia de carga del gato a la tuerca.
El pretensadotiene una mayor resistencia a la oxidación , al vertirse el hormigón directamente en las barras o cables ya tensados. Por este motivo y por el proceso de transferencia de tensión, se suelen prefabricar en un taller y luego trasladarlos a la obra, no como ocurre con el postensado. También por esto, son elementos generalmente más pequeños, entre los que encontraríamos dinteles, vigas fundacionales, pilotes o balcones.
