CONCRETO PRETENSADO Pretensado significa una creación intencional de esfuerzos permanentes en una estructura o conjunto de piezas, con el propósito de mejorar su comportamiento y resistencia resistencia bajo condiciones condiciones de servicio y de resistencia. resistencia. Los principios principios y técnicas de pretensado se han aplicado a estructuras de muchos tipos y materiales, la aplicación más común ha tenido lugar en el diseo de concreto estructural. !l concreto pretensado ya no es una novedad. "u utilización en la construcción de puentes, en vigas grandes luces, en recipientes sujetos a presión interna y en multitud de elementos prefabricados es no solamente usual sino generalmente preferida tanto por la econom#a $ue se logra como por un mejor comportamiento no solo al empleo del concreto armado sino también del acero.
CONCRETO PRETENSADO
!l término pretensado se usa para describir el método de pre tensionado en el cual las armaduras activas de la pieza se tesan antes del vertido del %oncreto. !l %oncreto se adhiere al acero en el proceso de fraguado, y cuando éste alcanza la resistencia re$uerida, se retira la tensión aplicada a los cables y es transferida al hormigón en forma de compresión. !ste método produce un buen v#nculo entre las armaduras y el %oncreto, el cual las protege de la o&idación, y permite la transferencia directa de la tensión por medio de la adherencia del %oncreto al acero. La mayor#a de los elementos pretensados pretensados tienen un tamao limitado debido a $ue se re$uieren fuertes puntos de anclaje e&teriores $ue estarán separados de la pieza a la distancia correspondiente a la $ue se deberán estirar las armaduras. %onsec %onsecuent uentemen emente, te, éstos éstos son usualme usualmente nte prefabr prefabricad icados os en serie serie dentro dentro de plantas con instalaciones adecuadas, donde se logra la reutilización de moldes metálicos o de concreto y se pueden pretensar en una sola operación varios elementos. Las Las pieza piezas s común comúnmen mente te reali realiza zada das s con con %oncr %oncreto eto pret pretens ensad ado o son son dinte dinteles les,, paneles para cubiertas y entrepisos, vigas, viguetas y pilotes, aplicados a edificios, naves, puentes, gimnasios y estadios principalmente. CARACTERISTICAS
'. Piez Piezas as Prefa Prefabri brica cada da
(. ). *. +. .
!l Presfuerzo se aplica antes $ue las cargas !l anclaje se da por adherencia La acción del pre esfuerzo es interna !l acero tiene trayectorias rectas Las piezas son generalmente simplemente apoyadas -elemento estático.
VENTAJAS
'. /ejora el comportamiento estructural. (. %onlleva un uso más eficiente de los materiales, por lo $ue permite reducir el peso y el costo total de la estructura. ). /ayor resistencia frente a fenómenos de fatiga. *. /enores deformaciones. +. 0isminuye las fisuras del %oncreto, aumentando su vida útil. . Permite el uso óptimo de materiales de alta resistencia. 1. 2mportancia de luces $ue salvan. 3. "e utiliza una baja cuant#a de acero, sobretodo una baja cuant#a de armadura pasiva. 4. "e obtienen elementos más eficientes y esbeltos, con menos empleo de material. !n vigas, por ejemplo, se utilizan alturas del orden de L5(6 a L5(), donde L es la luz de la viga, a diferencia de L5'6 utilizado en el %oncreto armado. '6. 0isminuyen las alturas y secciones de los elementos. ''. /enos peso para pilares y fundaciones. '(.7apidez de ejecución. ').Poco personal en obra. DESVENTAJAS:
'. La falta de coordinación en el transporte de los elementos pretesados o de los materiales y herramientas para el postesado, puede encarecer el montaje. (. La inversión inicial es mayor por la disminución en los tiempos de construcción. ). !n ocasiones, se re$uiere también de un diseo relativamente especializado de armaduras, uniones y apoyos. *. "e debe planear y ejecutar cuidadosamente el proceso constructivo, sobre todo en las etapas de montaje y colados en sitio. +. !l cálculo suele ser más complejo.
TIPOS DE ACERO UTILIZADOS PARA EL CONCRETO PRE TENSIONADO
1. Acero de presfuerzo8 !l acero de presfuerzo es el material $ue va a provocar de manera activa momentos y esfuerzos $ue contrarresten a los causados por las cargas. !&isten tres formas comunes de emplear el acero de presfuerzo8 alambres paralelos atados en haces, cables torcidos en torones, o varillas de acero. 2. A!"#res: "e fabrican individualmente laminando en caliente lingotes de acero hasta obtener alambres redondos $ue, después del enfriamiento, pasan a través de tro$ueles para reducir su diámetro hasta su tamao re$uerido. !l proceso de estirado se ejecuta en fr#o, lo $ue modifica notablemente sus propiedades mecánicas e incrementa su resistencia. Posteriormente se les libera de esfuerzos residuales mediante un tratamiento continuo de calentamiento hasta obtener las propiedades mecánicas prescritas. Los alambres se fabrican en diámetros de ), *, +, , 1, 4.* y '6 mm y las resistencias var#an desde '.666 hasta '4.666 9g5cm(. Los alambres de +, y 1 mm pueden tener acabado liso, dentado y tridentado. $. Tor%&. !l torón se fabrica con siete alambres firmemente torcidos cuyas caracter#sticas se mencionaron en el párrafo anterior: sin embargo, las propiedades mecánicas comparadas con las de los alambres mejoran notablemente, sobre todo la adherencia. !l paso de la espiral o hélice de torcido es de '( a ' veces el diámetro nominal del cable. Los torones pueden obtenerse entre un rango de tamaos $ue va desde )53; hasta 6.; de diámetro, siendo los más comunes los de )53; y de '5(< con áreas nominales de +*.3 y 43.1 mm(, respectivamente. '. V!r(!s de !cero de !e!c(%&. La alta resistencia en varillas de acero se obtiene mediante la introducción de algunos minerales de ligazón durante su fabricación. =dicionalmente se efectúa trabajo en fr#o en las varillas para incrementar aún más su resistencia. 0espués de estirarlas en fr#o se les libera de esfuerzos para obtener las propiedades re$ueridas. Las varillas de acero de aleación se producen en diámetros $ue var#an de '5(< hasta ')53;.
TIPOS DE CONCRETO UTILIZADOS PARA EL CONCRETO PRE TENSIONADO
>eneralmente se re$uiere un %oncreto de mayor resistencia para el trabajo de pre tensionado $ue para el %oncreto =rmado. ?n factor por el $ue es determinante la necesidad de %oncretos más resistente, es $ue el %oncreto de alta resistencia está menos e&puesto a las grietas por contracción $ue aparecen frecuentemente en el concreto de baja resistencia antes de la aplicación del presfuerzo. !s importante seguir todas las recomendaciones y especificaciones de cada proyecto a fin de cumplir con las solicitaciones re$ueridas. Puesto $ue con una cantidad e&cesiva de cemento se tiende a aumentar la contracción, es deseable siempre un factor bajo de cemento. %on este fin, se recomienda un buen vibrado siempre $ue sea posible, y para aumentar la maniobrabilidad pueden emplearse ventajosamente aditivos apropiados. DI)ERENCIA ENTRE CONCRETO AR*ADO + ,OR*I-ON PRETENSADO
!l concreto pretensado consta de los mismos materiales $ue el concreto armado8 concreto y acero. !n concreto armado solamente trabaja a compresión la parte de concreto $ue se halla por encima de la fibra neutra, siendo el acero el $ue soporta los esfuerzos de tracción. !n cierto modo, la armadura puede considerarse como un concreto ficticio con elevada resistencia a la tracción y $ue tiene por función reemplazar al concreto sometido a causa de los alargamientos e&cesivos. !n concreto pretensado la armadura es una fuerza creada artificialmente con el único fin de conseguir $ue la sección entera trabaje a compresión, eliminándose los esfuerzos de tracción y por tanto la fisuración.
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"on numerosas las aplicaciones del concreto pretensado, tanto en forma de elementos para la construcción de viviendas y edificios industriales como en las grandes y atrevidas obras de ingenier#a.
!n el aspecto económico, es cierto $ue el campo del concreto pretensado se e&tiende en detrimento del concreto armado. Ao obstante, la sustitución por el concreto pretensado del concreto armado es un hecho $ue no tendrá lugar en un futuro pró&imo. !&isten todav#a numerosos problemas $ue resolver en cuanto a la aplicación del concreto pretensado en obras de pe$uea importancia y su empleo resultar#a antieconómico.
Biguetas
!s la fabricación más importante y la $ue se ha desarrollado más eficazmente. "u fabricación se efectúa en serie y re$uiere importantes inversiones de capital. >eneralmente, las fábricas más destacadas poseen instalaciones de calefacción y curado, con lo cual se reduce a un m#nimo el ciclo de la fabricación. !l curado de las viguetas se hace comúnmente por inmersión de las mismas en agua: para ello es necesaria la e&istencia de unas amplias balsas $ue, generalmente, se hallan al final de la nave de producción para aprovechar los movimientos de los puentes grúa. ?na vez han sido curadas, pasan al par$ue o al almacén y de all# se procede al suministro en las obras. !l curado de vapor es muy efectivo y rápido pero las instalaciones son e&cesivamente costosas. !l movimiento de las piezas terminadas se realiza mediante puentes, grúa $ue se desplazan a lo largo de la nave de producción. =simismo, la mayor#a de las fábricas poseen un laboratorio en el $ue se llevan a cabo ensayos de granulometr#a de los áridos, ensayos de viguetas a la rotura y fisuración, y rotura de probetas para determinar la resistencia del concreto. Las dimensiones de estos elementos son variadas. Para edificios destinados a viviendas con cruj#as normales, se emplean las alturas de ' a () cent#metros. Para sobrecargas mayores almacenes, fábricas, garajes, etcétera se emplean alturas superiores. actualmente, la mayor#a de las fábricas dedicadas a la producción de viguetas pretensadas, suministran jácenas con destino a cargaderos, división de cruj#as, etc. alcanzándose normalmente momentos flectores entre ).666 y '6.666 9gm -fig.
%anales para regad#o
Casta ahora su comportamiento ha resultado altamente satisfactorio, ya $ue se evita la fisuración tan frecuente en los canales construidos de concreto armado. La sección de los canales semicircular o muy parecida a ésta, realizándose el pretensado en el sentido longitudinal.
)(ur! / J0ce&! de co&cre! pree&s!d! (s! p!r! su cooc!c(%& e& o#r!.
Pistas para carreteras y aeropuertos
!l empleo de concreto pretensado en estas obras presenta notables ventajas técnicas. "e reduce el grosor del pavimento, se suprimen las juntas de dilatación y proporciona una econom#a muy importante en lo $ue atae a la conservación.
!l empleo del concreto pretensado en la construcción de carreteras todav#a está en una fase e&perimental, pero sin duda alguna, se prevé una aplicación en gran escala.
"e fabrican tuber#as con presiones de servicio variables. !l diámetro oscila entre 6,)6 y ',+6 metros. Las ventajas técnicas y económicas hacen $ue sean aceptadas en la mayor#a de obras importantes.
Draviesas para ferrocarril
!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 $ue tuvo lugar durante la pasada guerra, dio lugar a una serie de ensayos de traviesas de hormigón $ue terminaron en la fabricación industrial en gran escala. =l principio tuvieron lugar algunos fracasos, pero después de las investigaciones llevadas a cabo por Ereyssenet, se dedujo $ue 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 adherencia con el hormigón, pudiéndose tensar simultáneamente varias traviesas.
%orrientemente las fábricas dedicadas a la fabricación de traviesas poseen notorias y efectivas instalaciones de curado a vapor. !stas consisten en unas cámaras con vapor a presión y con temperatura $ue oscila entre 16 y 36 grados cent#grados. Las traviesas se encuentran en condiciones de ser e&pedidas al cabo de 1 u 3 d#as de permanecer en dichas cámaras -figura *4.
La fabricación de traviesas está muy e&tendida en 2nglaterra, Erancia y =lemania. %oncretamente, la firma alemana Dhormann und "tiefel, = >., tiene una producción anual de (66.666 traviesas pretensadas por ao.
0epósitos
La aplicación del concreto pretensado se ha empleado ventajosamente en la construcción de grandes depósitos de agua. %omo las tensiones de tracción del concreto producidas por la presión del l#$uido, no deben sobrepasar de un
determinado valor, a fin de evitar la fisuración, las armaduras se tensan. /ediante el pretensado se consigue una perfecta estan$ueidad del depósito y, por tanto, la anulación de fisuras.
Los !stados ?nidos van a la vanguardia en la construcción de depósitos de concreto pretensado, técnica $ue han desarrollado ampliamente, mientras $ue en !uropa se ha dado más importancia a la fabricación de elementos pretensados sometidos a fle&ión.
La solera más indicada para los depósitos es la formada por una losa monol#tica de gunita, con una cuant#a de armadura de +F en cada dirección. %uando el espesor del fondo no e&cede de + cent#metros puede prescindir de las juntas de dilatación.
=l cementar la pared del depósito se dejan unos huecos en el $ue se introducen posteriormente tirantes verticales $ue se fijan en sus e&tremos por anclajes embebidos en la masa del concreto. !l tensado de estos tirantes se realiza con gatos hidráulicos. a continuación se tensa la armadura periférica.
%on el tensado de los tirantes verticales, se eliminan las grietas horizontales originadas durante el pretensado circular.
"i la pared se construye de gunita se levanta un encofrado, para el paramento e&terior solamente, y sobre él se lanza el concreto con pistola -cementGgun. "eguidamente se dispone un zuncho pretensado de + mm de diámetro anclado previamente a la pared. !l espesor de la cubierta var#a entre + y '+ cent#metros según las dimensiones del depósito. !ncima de la cimbra se coloca un mallazo metálico y a continuación se proyecta el concreto.
La figura representa la sección vertical de un depósito circular con la disposición de la armadura. %uando el depósito se construye de concreto se forma un encofrado circular vertical y en él se vierte la masa. =ntes de aplicar el pretensado a los alambres, el concreto tiene una edad m#nima de siete d#as.
Puentes
=ctualmente el hormigón pretensado está desplazando al concreto armado en la construcción de puentes. 7esaltan las ventajas de econom#a, canto reducido de las vigas y el aspecto agradable del conjunto. La construcción de puentes puede hacerse de dos maneras8;in situ; o mediante piezas fabricadas en taller $ue más tarde se acoplan en la obra. !l primer sistema ha alcanzado gran desarrollo en =lemania, mientras $ue en Erancia y otros pa#ses se ha optado por el segundo sistema.
!n la construcción de puentes se emplean cables de elevada resistencia. ?na vez las piezas prefabricadas han sido colocadas en sus emplazamientos correspondientes, se hacen pasar los cables por los agujeros dejados en ellas previamente. !l anclaje de los cables es terminal, es decir, $ue no e&iste adherencia entre el concreto y la armadura a lo largo de la viga. Los cables se tensan después del endurecimiento del concreto -postensado.
Eigura 3 La figura 3 muestra un dispositivo de anclaje terminal muy corriente. 0espués de tensar la armadura mediante el gato hidráulico, se introduce a la pieza de acero = embebida en el concreto, el cono H. 0espués de su fijación se sueltan los hilos del
cable enhebrados en el gato hidráulico. = continuación se maciza con concreto todo el dispositivo de anclaje.
Posteriormente al anclaje de la armadura, se inyecta en la vaina el concreto a presión, macizándose as# 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 $ue han sufrido: en este caso no se realiza la inyección del concreto. =demás de la armadura longitudinal, e&iste otra secundaria -estribos para absorber el esfuerzo cortante, armadura $ue también suele tensarse. Puede también e&istir una armadura horizontal tensada -figura 4.
!n la figura '6 puede verse la disposición de los cables en una viga apoyada. ?n problema de capital importancia $ue se presenta en este caso, es el rozamiento $ue tiene lugar en las zonas de curvatura de los cables.
)(ur!
)(ur! 13
@tros elementos de hormigón pretensado "e fabrican también postes para la conducción de energ#a eléctrica, postes para vallas, pilotes, soportes de madera, placas, estructuras, etc.
)(ur! 11represe&! u& ec4o for"!do co& p!c!s pree&s!d!s e& for"! de U.
)(ur! 12 Esrucur! de co&creo pree&s!do "uesr! u&! esrucur! de co&creo pree&s!do.
-u&(!: !s un hormigón de granulometr#a fina y dosificación alta en cemento
*!!zo: 7et#cula metálica en la $ue los alambres o barras de acero están soldadas en los puntos de intersección.