2009 - ESTRUCTURAS DE HORMIGàN

Pontificia Universidad Católica Argentina
“SANTA MARÍA DE LOS BUENOS AIRES”
Facultad de Ciencias Fisicomatemáticas e Ingeniería
 ESTRUCTURAS
D E H O R M IG Ó N P R E T E N S A D O .
 Características del hormigón pretensado.
Al igual que al desarrollar estructuras de hormigón armado tradicional, nos
referiremos previamente a las características del hormigón armado pretensado.
El hormigón armado se encuentra generalmente sometido a diferentes esfuerzos
en las distintas zonas de la sección que estemos considerando, estudiándose la
misma de forma que la compresión sea tolerada por el hormigón, mientras que los
esfuerzos de tracción lo sean por el acero.
El hormigón pretensado busca mejorar esta distribución, de manera de lograr que
el elemento hormigón sea capaz de tomar una mayor participación en las zonas
sometidas a tensiones de tracción.
El concepto es el de imponer a la estructura de hormigón un esfuerzo de
compresión antes de que dé comienzo su vida útil, en coincidencia con aquellas
zonas en las que se prevea el desarrollo de tracciones cuando la pieza se encuentre
bajo la acción de las cargas de servicio efectivas. Desde este punto de vista, se
podría decir que el hormigón armado convencional es un caso extremo del
hormigón pretensado, en el que la fuerza de compresión aplicada vale cero.
Es decir que podemos considerar a este tipo de configuraciones como “hormigón
precomprimido”, expresión que permite una comprensión mas amplia de la idea,
que no es otra que la de transformar a un elemento prácticamente incapaz de
tomar tracciones, como lo es el hormigón, en hábil para tales fines.
En la práctica el uso de hormigones pretensados nos permite, entre otras cosas, la
construcción de piezas que con determinadas secciones puedan soportar
esfuerzos que no podrían tolerar si se tratara de hormigón armado “tradicional”.
Se verá esta situación en su secuencia funcional, si se tiene una viga de hormigón
simplemente cargada, al aumentar las acciones, la viga se deforma y rompe
bruscamente.
Por lo visto entonces, el pretensado consiste en aplicar en forma intencional una
fuerza de compresión a la sección de hormigón, teniendo en cuenta que pretensar
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o postensar, es crear intencionalmente esfuerzos permanentes de compresión en el
hormigón con el objeto de que, cuando actúen las sobrecargas, el diagrama
resultante de tensiones sea tolerado por la sección y presente condiciones
favorables.
En la práctica la aplicación de estos esfuerzos consiste en tensar al componente de
acero, lo cual puede hacerse antes del colado del hormigón o bien cuando este
haya endurecido. Si tenemos en cuenta que hemos definido al pretensado como a
aquel hormigón al que se le aplica un esfuerzo antes del comienzo de su vida útil,
ambas posibilidades son aplicables.
Pretensado: En este caso deberán construirse cabezales en el banco de tensado, a
los que deberá asegurarse el acero una vez sometido al esfuerzo necesario.
Cuando el hormigón esté en condiciones de tomar la carga correspondiente se
liberará dicho acero, el que le transmitirá por adherencia el citado esfuerzo. Se
trata del caso clásico de pretensado, en el que al acero se encuentra en contacto
directo con el hormigón.
Postensado: En este caso, para que sea factible colocar el acero con el hormigón ya
fraguado es necesario dejar previstas las vainas indispensables para ello. La
ventaja frente al sistema anterior es que resulta posible la generación de trazados
levemente curvos, si ello fuera necesario, para un mejor aprovechamiento en la
aplicación del esfuerzo en su ubicación teórica. En esta ocasión la designación
correcta por la aplicación del esfuerzo es la de postensado.
Como es lógico esta mayor eficiencia funcional exige el empleo de materiales de
superior calidad que el utilizado en el hormigón armado convencional. El
elemento hormigón deberá alcanzar resistencias entre el doble y el triple de las
habituales, mientras que el acero deberá contar con el límite de fluencia
característico de tres a cinco veces mayor que el del utilizado en hormigonados
convencionales.
En general para los componentes del homigón pretensado se puede considerar:
Acero: de alta resistencia.
Los factores que inciden en la resistencia del acero son:
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Contenidos de carbono
Tratamientos térmicos
Tratamientos mecánicos
El acero se suministra en rollos, con diámetros aptos para su colocación en
dispositivos de alimentación en los bancos de pretensado. Se abastece en el
mercado de la siguiente forma:
Alambres: de sección llena.
Trenzas: Grupos de dos o tres alambres arrollados en helicoide en torno a su eje
longitudinal.
Cables: Grupo de alambres arrollados en helicoide alrededor de un alambre que
es eje longitudinal.
Hormigón: Este material es definido por su resistencia a la compresión. Su
resistencia mínima es fijada por los distintos reglamentos.
Para el caso de su uso en hormigón pretensado, el CIRSOC 201 fija como
resistencia característica mínima 300 kg/cm2 en el caso de elementos pretensados
por adherencia.
Debe ser trabajable, esto se obtiene aumentando el agua de amasado, pero ello es
perjudicial para su resistencia, por lo tanto es conveniente el estudio de una
dosificación adecuada, además mediante el uso de plastificantes se mejora la
trabajabilidad sin aumentar la relación agua/cemento.
En general deben alcanzarse altas resistencias en corto tiempo para acelerar la
producción. Esto exige tanto en la dosificación como en el curado la aplicación de
procedimientos tecnológicos de avanzada, confiables a través del tiempo. El uso
de vapor saturado a baja presión es uno de los procedimientos para obtener altas
resistencias en pocas horas.
En cualquiera de los dos casos resulta de aplicación imprescindible alguno de los
sistemas de vibrado del hormigón, de acuerdo al tipo de pieza y al del encofrado
en uso. Deberá hallarse pues dosificación plenamente conveniente para aplicación
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a los mayores esfuerzos a que se verán sometidas las piezas, por lo que el
hormigón deberá ser muy fácilmente trabajable.
Algunas ventajas del hormigón pretensado:
El gran interés prestado al hormigón pretensado, no se podría imaginar si no se
consiguiesen ventajas esenciales frente al hormigón armado tradicional.
Como ejemplos de ellas podemos señalar las siguientes:
Mayor durabilidad: Generada por la ausencia de las habituales grietas que
presenta el hormigón convencional, obteniéndose mejor protección del acero
contra la corrosión, siempre que el hormigón sea compacto y resistente.
Menor consumo de hormigón: Dada la cooperación del hormigón en la zona de
tracción, se producen economías de alrededor del 15 al 30 % en el volumen del
elemento hormigón requerido, frente al normalmente consumido.
Ahorro de acero: se debe ante todo a las altas tensiones admisibles en los aceros
especiales para pretensado.
Menores deformaciones: las deformaciones en las estructuras de hormigón
pretensado son particularmente pequeñas, alcanzando solamente alrededor de la
cuarta parte de las flechas de las de hormigón armado tradicional, para la misma
altura y los mismos valores de las tensiones admisibles.
Mayor resistencia a la fatiga: la resistencia a la fatiga del hormigón pretensado es
bastante mayor que la de las estructuras de otros materiales, incluso que la de las
estructuras de acero de construcción normal (roblonadas o soldadas). Esta elevada
resistencia a la fatiga proviene ante todo de la pequeña amplitud de los ciclos de
tensión del acero de los cables, lo que hace que el hormigón pretensado sea
especialmente ventajoso para estructuras solicitadas dinámicamente, como por
ejemplo para puentes de ferrocarril y carreteros, vigas carrileras para puentes
grúas, etc.
Por último no debemos perder de vista la utilización del hormigón pretensado
cuando se debieran cubrir grandes luces, situación en que las vigas conformadas
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con hormigón tradicional alcanzarían una gran altura generando problemas de
diseño y de costo.
Técnicas constructivas
Las técnicas constructivas más modernas son las de prefabricación, en especial la
de los elementos premoldeados de hormigón, logrando de esta forma que las
operaciones en obra sean sólo de montaje, dejando que la manufactura sea a nivel
industrial.
Tanto la prefabricación pesada (vigas de grandes luces, grandes placas, columnas,
pórticos, etc.) como la liviana (viguetas, postes, bloques, paneles, etc.), tienen un
uso cada vez más amplio, siendo la industrialización de las mismas una necesidad
económica, al abaratar los costos de la construcción por:
economía de encofrados
economía de mano de obra
mejores condiciones de trabajo
economía de los materiales
mayor rigidez de la construcción
construcciones desmontables y transportables
programas de trabajo más precisos.
A todo esto se le suma el avance del pretensado, que ha abaratado los costos al
insumirse menores cantidades de hormigón y acero con este sistema, permitiendo
ampliar enormemente su campo de aplicación.
Consideraciones previas al proyecto
Para poder proyectar un edificio, utilizando elementos prefabricados, deberán
hacerse algunas consideraciones:
Es preciso sujetarse a una modulación relativamente rígida, para adaptarse a las
piezas que constituyen el sistema.
Deberán conocerse secciones y características de los elementos constructivos.
Habrá de tenerse en cuenta el proceso constructivo, que requiere en general la
utilización de grúas, equipos de transporte de gran tamaño, etc.
La adopción de luces y alturas excesivas, o un análisis a la ligera de sobrecargas
en entrepisos y puentes grúa, suele conspirar contra la economía del proyecto.
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Resulta pues conveniente contratar a una empresa dedicada a la fabricación de
estos elementos, ya que cuentan con el equipo técnico que colaborará con el
proyectista para la elección de una adecuada modulación de manera de lograr un
óptimo aprovechamiento de los elementos disponibles. Asesorarán además sobre
posibles reformas o ampliaciones de la planta industrial.
Elementos componentes de una estructura de hormigón pretensado.
1.- Columnas
Fabricadas en hormigón armado, con moldes metálicos, pueden alojar en su
interior cañerías para desagües pluviales.
Estos elementos, dimensionados para cada obra en particular, pueden estar
provistos de ménsulas para apoyo de vigas carrileras, vigas de entrepiso,
mampostería, etc.
2.- Vigas
Son fabricadas en moldes metálicos con hormigón de alta resistencia y curado al
vapor. Pueden tener diferentes formas y secciones de acuerdo al uso que se les
quiera dar, y a las características particulares de cada proyecto.
Para el apoyo de los paneles plegados de cubierta, se utilizan vigas (laterales o
centrales) que permiten el escurrimiento de agua de lluvia por su interior. Las
dimensiones de estas vigas dependen de las cargas a las que se las somete.
Contra estas vigas, se respaldan también los paneles TT de cerramiento vertical,
su longitud standard es, en general, de 10 m, pero pueden fabricarse en largos
diferentes por exigencias del proyecto.
Las vigas de sección llena se emplean en numerosas situaciones. Como respaldo
de paneles de cerramiento vertical, se ubican en frentes y contrafrentes de naves,
vinculándose con elementos de fijación adecuados a los paneles de cerramiento, o
se le cuelgan paneles más cortos para materializar aberturas.
Se fabrican también vigas carrileras o vigas de puente que se utilizan para puentes
grúa, en este caso, están provistas de insertos necesarios para la fijación de rieles.