Concreto pretensado 1) Concep Concepto to de de prete pretensa nsado do:: Pretensar, como concepto general, consiste en introducirle a un elemento fuerzas artificialmente creadas, cuyas acciones generan en este mismo elemento, esta estado dos s tens tensio iona nale les s que, que, supe superp rpue uest stos os a los los esta estado dos s tens tensio iona nale les s prov provoc ocad ados os por por las las sobrecargas externas, le permiten resistir su peso propio y el de las sobrecargas que actúan. Pretensado significa una creación intencional de esfuerzos permanentes en una estructura o conj conjun unto to de piez piezas as,, con con el prop propós ósito ito de mejo mejora rarr su comp compor orta tamie mient nto o y resi resist sten enci cia a bajo bajo condiciones de servicio y de resistencia. Los principios y técnicas de pretensado se an aplicado a estructuras de mucos tipos y materiales, la aplicación mas común a tenido lugar en el dise!o de concreto estructural. "l concepto original del concreto pretensado consistió en introducir en vigas suficiente precompresión axial para que se eliminaran todos los esfuerzos de tensión que actuar#n en el conc concre reto to.. $on $on la pr#c pr#cti tica ca y el avan avance ce en cono conoci cimi mien ento to,, se a vist visto o que que esta esta idea idea es innecesariamente restrictiva, pues pueden permitirse esfuerzos de tensión en el concreto y un cierto anco de grietas. "l %$& '&nstituto (orteamericano del $oncreto por sus siglas en inglés) propone la siguiente definición* +$oncreto pretensado* $oncreto en el cual an sido introducidos esfuerzos internos de tal tal magn magnit itud ud y dist distri ribu buci ción ón que que los los esfu esfuer erzo zos s resu result ltan ante tes s debi debido do a carg cargas as exte extern rnas as contrarrestadas a un grado deseado. "n elementos de concreto reforzado el pretensado es introducido comúnmente tensando el acero de refuerzo. 2) Principios generales para el diseño de estructuras estructuras de de concreto concreto pretensado: pretensado: La idea relativa al ormigón pretensado es 3) Reseña Reseña históric histórica a del concret concreto o pretensa pretensado: do: La ya antigua. -oering fue el que, en ///, expuso claramente por primera vez el concepto de la precompresión. La aplicación pr#ctica de estos conocimientos no tuvo éxito ya que no se dispon0an de materiales adecuados. Posteriormente, en 123, 4oenen volvió sobre el principio de precompresión, asentado anteriormente por -oering y estudió su aplicación en obras de ingenier0a para sustituir el ormigón armado. 5n sector de aplicación fue en los ferrocarriles para evitar la fisuración y, consecuentemente, la oxidación, pero debido a la baja tensión dada al acero no se pudo compensar la pérdida de tensión dada al acero no se pudo compensar la pérdida de tensión causada por la tracción y la deformación pl#stica del ormigón. $omo $omo consec consecuen uencia cia de estos estos fracas fracasos, os, fue abando abandona nada da la invest investiga igació ción n sobre sobre el ormigón pretensado y no fue asta en el a!o 16/ que 7reyssinet 'ingeniero francés) diera a conocer la necesidad de emplear materiales de alta calidad. Los aceros empleados asta entonces ten0an un l0mite el#stico muy bajo y la tensión quedaba anulada por los fenómenos antes citados. Los ormigones no ten0an compacidad y se desconoc0an algunos principios b#sicos sobre la granulometr0a, relación agua8cemento, vibración, etc. 7ue esta gran ingeniero francés que dio las directrices a seguir para la nueva forma de construcción, y que dimanaron de los profundos estudios y experiencias llevados a término por él mismo. 7reyssinet aclaró, ante todo, el comportamiento pl#stico del ormigón bajo el esfuerzo de pretensado. 9ambién izo importantes declaraciones sobre las deformaciones por contracción y estudió ampliamente la deformación diferida. %consejó el empleo de ormigones de alta calidad y aceros de elevado l0mite el#stico. -espués -espués de 7reyssine 7reyssinett apareciero aparecieron n importantes importantes investiga investigadores dores,, destac#nd destac#ndose ose entre ellos 7inster:alder, ;oyer,
2 a 6 mm. de
di#metro y una resistencia a la rotura que oscila entre 6.222 y 66.222 ?g@cm6. Los dispositivos tensores se sueltan una vez el ormigón est# suficientemente endurecido. "l ormigón pretensado con cuerdas de piano +;oyer resulta ideal para la fabricación de vigas de cualquier longitud y forma, tuber0as de agua a presión, depósitos para l0quidos, postes eléctricos, placas, traviesas de ferrocarril, y otras mucas m#s aplicaciones. 4) Precursores del uso del concreto pretensado: 5) Tipos de concreto pretensado: "n el concreto presforzado existen dos categor0as* pretensado o postensado. Los miembros del concreto pretensado presforzado se producen restirando o tensando los tendones entre anclajes externos antes de vaciar el concreto y al endurecerse el concreto fresco, se adiere al acero. $uando el concreto alcanza la resistencia requerida, se retira la fuerza presforzante aplicada por gatos, y esa misma fuerza es transmitida por aderencia, del acero al concreto. "n el caso de los miembros de concreto postensado, se esfuerzan los tendones después de que a endurecido el concreto y de que se aya alcanzado suficiente resistencia, aplicando la acción de los gatos contra el miembro de concreto mismo. -Pretensado: "n general pretensado es un método en el cual los tendones se tensan antes de colocar el concreto. Los tendones que, generalmente son de cable torcido con varios torones de varios alambres cada uno, se re8estiran o tensan entre apoyos que forman parte permanente de las instalaciones de la planta. Ae mide el alargamiento de los tendones, as0 como la fuerza de tensión aplicada por los gatos. $on la cimbra en su lugar, se vac0a el concreto en torno al tendón esforzado. % menudo se usa concreto de alta resistencia a corto tiempo, a la vez que curado con vapor de agua, para acelerar el endurecimiento del concreto. -espués de aberse logrado suficiente resistencia, se alivia la presión en los gatos, los tendones tienden a acortarse, pero no lo acen por estar ligados por aderencia, en su mayor parte cerca de los extremos de la viga, y no se necesita ningún anclaje especial. Características: Piezas prefabricadas o coladas en sitio. Ae aplica el presfuerzo después del colado. "l anclaje requiere de dispositivos mec#nicos. La acción del presfuerzo es externa. La trayectoria de los cables puede ser recta o curva. La pieza permite continuidad en los apoyos 'elemento iperest#tico) • • • • • •
Pretensado: "l término pretensado se usa para describir cualquier método de presforzado en el cual los tendones se tensan antes de colocar el concreto. -Postensado: $uando se ace el presforzado por postensado, generalmente se colocan en los moldes de las vigas ductos uecos que contienen a los tendones no esforzados, y que siguen el perfil deseado, antes de vaciar el concreto. Los tendones pueden ser alambres paralelos atados en aces, cables torcidos en torones, o varillas de acero. "l ducto se amarra con alambres al refuerzo auxiliar de la viga 'estribos sin reforzar) para prevenir su desplazamiento accidental, y luego se vac0a el concreto. $uando éste a adquirido suficiente resistencia, se usa la viga de concreto misma para proporcionar la reacción para el gato de esforzado. La tensión se evalúa midiendo tanto la presión del gato como la elongación del acero. los tendones se tensan normalmente todos a la vez ó bien utilizando el gato monotorón. (ormalmente se rellenen de mortero los ductos de los tendones después de que éstos an sido esforzados. Ae forza el mortero al interior del ducto en uno de los extremos, a alta presión, y se continua el bombeo asta que la pasta aparece en el otro extremo del tubo. $uando se endurece, la pasta une al tendón con la pared interior del ducto.
!todo del postensado: "l uso de acero de alta resistencia para el presfuerzo es necesario por razones f0sicas b#sicas. Las propiedades mec#nicas de este acero tal como lo revelan las curvas de esfuerzo8deformación, son algo diferentes de aquellas del acero convencional usado para el refuerzo del concreto. Las varillas de refuerzo comunes usadas en estructuras no presforzadas, también desempe!an un papel importante dentro de la construcción del presforzado. Ae usan como refuerzo en el alma, refuerzo longitudinal suplementario, y para otros fines. "l concreto empleado en miembros presforzados es normalmente de resistencia y calidad m#s alta que el de las estructuras no pres forzados. Las diferencias en el modulo de elasticidad, capacidad de deformación y resistencia deber#n tomarse en cuenta en el dise!o y las caracter0sticas de deterioro asumen una importancia crucial en el dise!o. Postensado: Beneralmente se colocan en los moldes de la viga conductos uecos que contienen a los tendones no esforzados, y que siguen el perfil deseado, antes de vaciar el concreto, como se ilustra en la siguiente figura* • • • • • •
$aracter0sticas* Piezas prefabricadas o coladas en sitio. Ae aplica el presfuerzo después del colado. "l anclaje requiere de dispositivos mec#nicos. La acción del presfuerzo es externa. La trayectoria de los cables puede ser recta o curva.
La pieza permite continuidad en los apoyos 'elemento iperest#tico). ") #enta$as % des&enta$as del uso del concreto pretensado: #enta$as del hor'igón pretensado: Aon numerosas y entre las m#s importantes descuellan las siguientes* "liminación de fisuras por estar sometido a esfuerzos de compresión bajo todas las ipótesis de carga. $omportamiento el#stico y utilización de la sección total. Permite salvar grandes luces con cantos muy reducidos. %orro de acero debido a la posibilidad de utilizar totalmente la armadura asta cerca de su l0mite el#stico y, como consecuencia, una reducción en la cuant0a. %ligeramiento de la construcción y, por tanto, reducción de las secciones de elementos sustanciales como pilares y cimientos. "leva la durabilidad de la construcción. •
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Aalta a la vista, la importancia que tiene el ormigón pretensado. (o obstante, ofrece algunas desventajas como la aplicación del pretensado en obras de peque!a y mediana importancias, as0 como en la fabricación de elementos pretensados en serie donde se necesitan grandes inversiones de capital para efectuar las instalaciones. () *ras reali+adas en #ene+uela en concreto pretensado: Puente Beneral Cafael 5rdaneta, 6 en el mundo. 7ue dise!ado por el &ng. Ciccardo
-ise!ado por el ingeniero italiano Ciccardo m y una profundidad de M2 metros para permitir que embarcaciones de asta K> m de altura puedan entrar al lago, soporta un tr#fico promedio de K> mil ve0culos diarios. Por la parte inferior permitir0a el paso de barcos de asta 22 mil toneladas "l proyecto del Puente sobre el Lago incluye también la creación de un distribuidor con v0as al norte y al sur de MM2 m de pilotes de perforación, 6332 m de pilotes de inca de dO1.K cm, M6M2 m de pilotes de inca >2@>2 cm, >222 t de cables de pretensado, 1222 t de cabillas y 6M22 personas para su ejecución. % comienzos del siglo & se realizó con la remodelación una adecuación de luces en sus seis pilares centrales de mayor dimensión, se utilizaron 1M luminarias de M22 :atts cada una, que cambian de color, este sistema de iluminación fue fabricado en -inamarca, el dise!o permite en las noces apreciar esta obra en su mayor esplendor. %ctualmente es el trabajo de luces m#s grande de %mérica Latina y el tercero a nivel mundial. "l puente Beneral Cafael 5rdaneta entre sus #reas actualmente cuenta con una Aala de "xposiciones 'donde artistas pl#sticos exponen sus obras), un 3), quien se encargó de dirigir la imponente obra. (o se pudo concluir la contratación durante el per0odo del Presidente 22 obreros diarios, el costo para la época fue de Js. >2.2>./2,KM. Aegún observadores técnicos, +el volumen de metros cúbicos de concreto utilizados en el puente es mayor al volumen utilizado para la construcción de las torres del $entro Aimón Jol0var. Ae construyó en unos K2 meses y fue inaugurado el 6> de agosto de 1M6 por el entonces presidente Cómulo Jetancourt, con una extensión de aprox. / ?ilómetros es una de las obras de concreto armado m#s grandes del mundo, es el puente m#s grande de %mérica Latina, uno de los m#s grandes del mundo en su tipo, y el número >2 en el mundo. %ctualmente, este puente es administrado por el Aervicio %utónomo Puente Beneral Cafael 5rdaneta 'A.%.P.B.C.5.). "n 1MK, el buque "sso 2 m de la estructura y causó la muerte de algunas personas. -espués de esto el Puente fue reparado durante oco meses y siete d0as, el costo lo asumió +La $reole, aproximadamente 2 millones de bol0vares para la feca. "n ese momento se abilitaron de nuevo ferris y piraguas para
poder cruzar el Lago de 2 metros. Las ventajas técnicas y económicas acen que sean aceptadas en la mayor0a de obras importantes. Tra&iesas para errocarril: "stas deben ser ligeras, manejables y lo bastante resistentes para soportar los esfuerzos de las percusiones transmitidas por los carriles al paso de los trenes. %simismo deben resistir indefinidamente a los efectos de la intemperie. "l enorme consumo de madera que tuvo lugar durante la pasada guerra, dio lugar a una serie de ensayos de traviesas de ormigón que terminaron en la fabricación industrial en gran escala. %l principio tuvieron lugar algunos fracasos, pero después de las investigaciones llevadas a cabo por 7reyssenet, se dedujo que la rotura era debida al esfuerzo cortante, como consecuencia
del apoyo normal del carril, o por torsión debido a la mala distribución del balasto. "l alambre empleado en la fabricación de traviesas es de armadura delgada 'cuerdas de piano) y el anclaje es por aderencia con el ormigón, pudiéndose tensar simult#neamente varias traviesas. $orrientemente las f#bricas dedicadas a la fabricación de traviesas poseen notorias y efectivas instalaciones de curado a vapor. "stas consisten en unas c#maras con vapor a presión y con temperatura que oscila entre 32 y /2 grados cent0grados. Las traviesas se encuentran en condiciones de ser expedidas al cabo de 3 u / d0as de permanecer en dicas c#maras. La fabricación de traviesas est# muy extendida en &nglaterra, 7rancia y %lemania. $oncretamente, la firma alemana 9ormann und Atiefel, % B., tiene una producción anual de 622.222 traviesas pretensadas por a!o. .epósitos: La aplicación del ormigón pretensado se a empleado ventajosamente en la construcción de grandes depósitos de agua. $omo las tensiones de tracción del ormigón producidas por la presión del l0quido, no deben sobrepasar de un determinado valor, a fin de evitar la fisuración, las armaduras se tensan. T en cada dirección. $uando el espesor del fondo no excede de > cent0metros puede prescindir de las juntas de dilatación. %l ormigonar la pared del depósito se dejan unos uecos en el que se introducen posteriormente tirantes verticales que se fijan en sus extremos por anclajes embebidos en la masa del ormigón. "l tensado de estos tirantes se realiza con gatos idr#ulicos. a continuación se tensa la armadura periférica. $on el tensado de los tirantes verticales, se eliminan las grietas orizontales originadas durante el pretensado circular. Ai la pared se construye de gunita se levanta un encofrado, para el paramento exterior solamente, y sobre él se lanza el ormigón con pistola 'cement8gun). Aeguidamente se dispone un zunco pretensado de > mm. de di#metro anclado previamente a la pared. "l espesor de la cubierta var0a entre > y > cent0metros según las dimensiones del depósito. "ncima de la cimbra se coloca un mallazo met#lico y a continuación se proyecta el ormigón. $uando el depósito se construye de ormigón se forma un encofrado circular vertical y en él se vierte la masa. %ntes de aplicar el pretensado a los alambres, el ormigón tiene una edad m0nima de siete d0as. Puentes: %ctualmente el ormigón pretensado est# desplazando al ormigón armado en la construcción de puentes. Cesaltan las ventajas de econom0a, canto reducido de las vigas y el aspecto agradable del conjunto. La construcción de puentes puede acerse de dos maneras* +in situ o mediante piezas fabricadas en taller que m#s tarde se acoplan en la obra. "l primer sistema a alcanzado gran desarrollo en %lemania, mientras que en 7rancia y otros pa0ses se a optado por el segundo sistema. "n la construcción de puentes se emplean cables de elevada resistencia. 5na vez las piezas prefabricadas an sido colocadas en sus emplazamientos correspondientes, se acen pasar los cables por los agujeros dejados en ellas previamente. "l anclaje de los cables es terminal, es decir, que no existe aderencia entre el ormigón y la armadura a lo largo de la viga. Los cables se tensan después del endurecimiento del ormigón 'postensado). -espués de tensar la armadura mediante el gato idr#ulico, se introduce a la pieza de acero embebida en el ormigón, el cono J. -espués de su fijación se sueltan los ilos del cable enebrados en el gato idr#ulico. % continuación se maciza con ormigón todo el dispositivo de anclaje. Posteriormente al anclaje de la armadura, se inyecta en la vaina ormigón a presión, maciz#ndose as0 todo el conducto a lo largo de la pieza. "n algunos puentes interesa volver a tensar los cables al cabo de cierto tiempo, debido a la pérdida de
tensión que an sufridoR en este caso no se realiza la inyección del ormigón. %dem#s de la armadura longitudinal, existe otra secundaria 'estribos) para absorber el esfuerzo cortante, armadura que también suele tensarse. Puede también existir una armadura orizontal tensada. Qtros elementos de ormigón pretensado* Ae fabrican también postes para la conducción de energ0a eléctrica, postes para vallas, pilotes, soportes de madera, placas, estructuras, etc. /le'entos pre % postensados: ;ay ocasiones en que se desean aprovecar las ventajas de los elementos pretensados pero no existe suficiente capacidad en las mesas de colado para sostener el total del presfuerzo requerido por el dise!o del elementoR en otras, por las caracter0sticas particulares de la obra, resulta conveniente aplicar una parte del presfuerzo durante alguna etapa posterior a la fabricación. %l menos ante estas dos situaciones, es posible dejar aogados ductos en el elemento pretensado para postensarlo después, ya sea en la planta, a pie de obra o montado en el sitio. .ierencia entre hor'igon ar'ado % hor'igon pretensado: "l ormigón pretensado consta de los mismos materiales que el ormigón armado* ormigón y acero. "n ormigón armado solamente trabaja a compresión la parte de ormigón que se alla por encima de la fibra neutra, siendo el acero el que soporta los esfuerzos de tracción. "n cierto modo, la armadura puede considerarse como un ormigón ficticio con elevada resistencia a la tracción y que tiene por función reemplazar al ormigón sometido a causa de los alargamientos excesivos. "n ormigón pretensado la armadura es una fuerza creada artificialmente con el único fin de conseguir que la sección entera trabaje a compresión, elimin#ndose los esfuerzos de tracción y por tanto la fisuración.