CONCRETO SIMPLE, CONCRETO REFORZADO Y CONCRETO PRESFORZADO El concreto es un material semejante a la piedra que se obtiene mediante una mezcla cuidadosamente proporcionada de cemento, arena y grava u otro agregado, y agua; después, esta mezcla se endurece en formaletas con la forma y dimensiones deseadas. El cuerpo del material consiste en agregado fino y grueso. El cemento y agua interactúan químicamente para unir las partículas de agregado y conformar una masa sólida. Es necesario agregar agua, además de aquella que se requiere para la reacción química, con el fin de darle a la mezcla la trabajabilidad adecuada que permita llenar las formaletas y rodear el acero de refuerzo embebido, antes de que inicie el endurecimiento. Se pueden obtener concretos en un amplio rango de propiedades ajustando apropiadamente las proporciones de los materiales constitutivos. Un rango aún más amplio de propiedades puede obtenerse mediante la utilización de cementos especiales (cementos de alta resistencia inicial), agregados especiales (los diversos agregados ligeros o pesados), aditivos (plastificantes y agentes incorporadores de aire, micro sílice o cenizas volantes) y mediante métodos especiales de curado (curada al vapor). Estas propiedades dependen en gran medida de las proporciones de la mezcla, del cuidado con el cual se mezclan los diferentes materiales constitutivos, y de las condiciones de humedad y temperatura bajo las cuales se mantenga la mezcla desde el momento en que se coloca en la formaleta hasta que se encuentra totalmente endurecida. El proceso de control de estas condiciones se conoce como curado. Para evitar la producción de concretos de bajos estándares se requiere un alto grado de supervisión y control por parte de personas con experiencia durante todo el proceso, desde el proporcionamiento en peso de los componentes, pasando por el mezclado y el vaciado, hasta la terminación del curado. Los factores que hacen del concreto un material de construcción universal son tan evidentes que ha sido utilizado de diversas maneras por miles de años; probablemente se comenzó a usar en el antiguo Egipto. Uno de estos factores consiste en la facilidad con la cual, mientras se encuentraen estado plástico, puede depositarse y llenarlas formaletas y moldes de cualquier forma. Su alta resistencia al fuego y al clima son ventajas evidentes. La mayor parte de los materiales constructivos, con la excepción de cemento y los aditivos, están disponibles a bajo costo, localmente o muy cerca del sitio de construcción. Su resistencia a la compresión, similara la de las piedras naturales, es alta lo que lo hace más apropiado para elementos sometidos principalmente a compresión, tales como columnas o barcos. Asimismo, de nuevo, como en las piedras naturales, el concreto es un material relativamente frágil, con una baja resistencia a la tensión comparada con la resistencia a la compresión. Esto impide su utilización económica en elementos estructurales sometidos tensión ya sea en toda su sección (como es el caso de elementos de amarre) o sobre parte de sus secciones transversales (como en vigas u otros elementos sometidos a flexión). Para contrarrestar esta limitación, en la segunda mitad del siglo XIX se consideró factible utilizará acero para reforzar el concreto debido a su alta resistencia alatensión, principalmente en aquellos sitios donde la baja resistencia la tensióndel concreto limitaría la capacidad portante del elemento. El refuerzo, conformado usualmente por barras circulares de acero con deformaciones superficiales apropiadas para proporcionar adherencia, se colocan las formaletas antes de vaciar el concreto. Una vez que las barras estén completamente rodeadas por la masa de concreto endurecido comienzan a formar parte integral del
elemento. La combinación resultantes de los dos materiales, conocido como concreto reforzado, combina muchas de las ventajas de cada uno: el costo relativamente bajo, la buena resistencia al clima y al fuego, la buena resistencia la compresión y la excelente capacidad de moldeo del concreto con la alta resistencia la tensión y la aún mayor ductilidady tenacidad del acero. Es precisamente esta combinación la que permiten el casi ilimitado rango de gustos y posibilidades del concreto reforzado en la construcción de edificios o puentes, presas, tanques, depósitos y muchas otras estructuras. En tiempos más recientes se ha logrado la producción de aceros cuya resistencia a la fluencia es del orden de cuatro y más veces que la de aceros comunes de refuerzo, a costos relativamente bajos. Asimismo, ahora es posible producir concretos con resistencias a la compresión 4 a 5 veces mayores que los concretos comunes. Estos materiales de alta resistencia ofrecen ventajas que incluyen la posibilidad de emplear elementos con secciones transversales más pequeñas disminuyendo las cargas muertas y logrando luces más largas. Sin embargo, existen límites en l as resistencias de los materiales constitutivos, por encima de los cuales surgen ciertos problemas. En efecto, la resistencia de elementos se incrementa aproximadamente en proporciona a aquella de los materiales. Sin embargo las altas deformaciones unitarias que resultan de los altos esfuerzos darían como resultado altas deformaciones y deflexiones de estos elementos bajo condiciones normales de carga. Igualmente importante es que las grandes deformaciones unitarias de los aceros de refuerzo de alta resistencia inducirían en amplias grietas en el concreto, de baja resistencia la tensión de susalrededores, lo cual no sólo sería estéticamente inadmisible, sino que expondrían el acero de refuerzo a la corrosión por humedad y otras reacciones químicas. Esto limita la r esistencia la fluencia útil de 2
los aceros de alta resistencia aproximadamente 80 klb/pulg de acuerdo con muchas normas y 2
especificaciones; el de 60klb/pulg es el más común. A pesar de lo anterior, se ha encontrado una manera especial para combinar aceros y concretos de muy alta resistencia. Este tipo de construcción se conoce como concreto presforzado. El acero, usualmente en forma de alambres cables o barras se embebe en el concreto sometiéndolo una tensión alta la cual se equilibrará con esfuerzos de compresión en concreto después del endurecimiento. Debido a esta precompresión, el concreto de un elemento aflexión se agrietara en las zonas de tensión para cargas mucho más altas que cuando no estáprecomprimido. El presfuerzo reduce de manera significativa las deflexiones y las grietas de flexión para cargas normales, y de esta manera permite la utilización efectiva de materiales de alta resistencia. El concreto presforzado ha extendido significativamente el rango de l uces posibles del concreto estructural y los tipos de estructura para los cuales es adecuado.
CONCRETO PRESFORZADO El concreta presforzado ha capturado la imaginación de los arquitectos e ingenieros por igual. Esto es debido a que es un sistema activo para resistir cargas. Las vigas estándar necesitan reforzarse en gran cantidad para soportar esa sí mismas y resistir sobrecargas en claros grandes, en cambio el concreto presforzado tiene carga negativa aun antes de que se instale. Esta carga negativa se puede controlar para soportar esfuerzos debido al todo tipo de cargas. Adicionalmente, el presfuerzo causa que todo el concreto trabaje a compresión eliminando las áreas que están en tensión, como ocurre en el concreto reforzado. Entonces, el concreto presforzado puede salvar distancias mayores y soportar cargas más pesadas que miembros de concreto reforzados de igual tamaño.
Son numerosos los métodos de presforzar concreto; continuamente se revisan y mejoran los tipos de tensores, anclajes y conexiones. Por esta razón, sólo se demostrará los fundamentos básicos y la terminología mediante representaciones gráficas en lugar de considerar las diversas técnicas de presforzado. Se discutirá las características del porque esta metodología afecta directamente los cálculos de diseño.
PRETENSADO VERSUS POSTENSADO Existen dos sistemas básicos para presforzar concreto: pretensado y postensado, en el pretensado, como primera etapa se muestran dos contrafuertes entre los cuales están tensados unos cables de preesfuerzo. Se coloca la cimbra luego se vacía el concreto manteniendo tensado los cables en la etapa siguiente una vez que concreto hay endurecido, se cortan los alambres si la fuerza de presfuerzos se aplica excéntrica (como usualmente se hace), al cortarse los alambres la viga se deforma hacia arriba. La fuerza de presfuerzo se transmite directamente por adherencia de los alambres al concreto esta es la definición básica de un
miembro pretensado. Un miembropostensado en la primera etapa muestra una viga de concreto ya colada que contiene en su interior un conducto hueco, un cordel de plástico, un cable recubierto (para evitar adherencia) o cualquier otro dispositivo similar. Estos dispositivos pueden colocarse rectos o presentar trayectorias parabólicas o de diversas formas. Cuando el concreto endurece, se colocan los cables de presfuerzo (si no es que ya lo están dentro del dispositivo) en los huecos longitudinales que se ha dejado en el concreto.Luego, se tensan los cables contra los extremos de la villa. Si hay excentricidad, la vigase flexionará a medida que se aplica la carga. Los deslizamientos, transmitiéndose la fuerza de presforzar concreto mediante placas de apoyo. La definición básica de concreto postensado es: la fuerza de pre esfuerzos se trasmite concreto mediante el anclaje de los extremos (no por adherencia).
