Formigón pretensao

Denominar formigón pretensado a la teunoloxía de construcción d'elementos estructurales de formigón sometíos intencionadamente a esfuerzo de compresión previos a la so puesta en serviciu. Dichos esfuercios consiguir por aciu barres, alambres o cables d'alambres d'aceru que son enterriaos y fondiaos al formigón.

Esta téunica emplegar pa superar la debilidá natural del formigón frente a esfuercios de traición,^[1]^[2]^[3] y foi patentada por Eugène Freyssinet en 1920.

L'oxetivu ye l'aumentu de la resistencia a traición del formigón, introduciendo un esfuerciu de compresión internu que compense en parte'l esforcio de traición que producen les cargues de serviciu nel elementu estructural.

La resistencia a la traición del formigón convencional ye bien inferior a la so resistencia a la compresión, del orde de 10 vegaes menor. Teniendo esto presente, ye fácil notar que si deseyamos emplegar el formigón n'elementos, que so cargues de serviciu, tengan d'aguantar traiciones, ye necesariu atopar una forma de suplir esta falta de resistencia a la traición.

Nel formigón armao convencional apúrrese resistencia a la traición a los elementos estructurales asitiando aceru de refuerzu (pasivu) nes zones de los elementos estructurales onde pueden apaecer traiciones. Esta forma d'apurrir resistencia a la traición puede garantizar una resistencia pocu afecha al elementu y presenta l'inconveniente de nun torgar l'agrietamiento del formigón pa ciertos niveles de carga. Una manera d'evitar qu'apaezan les fisuras, y por tanto esaniciar el pesu muertu de formigón fisurado, ye introducir unes fuercies adicionales que compensen l'efeutu de les aiciones esteriores de manera que, cuando actúen conxuntamente les aiciones esteriores y eses fuercies adicionales, los sos efeutos compénsense. D'esta manera llegar al formigón pretensado. Na manera más davezu utilizada anguaño, el pretensado materialízase enfiñiendo nel formigón unos cables d'aceru con un trazáu fayadizu que se ponen en traición primeramente a la puesta en serviciu de la estructura.

Presfuerzo

L'esfuerciu de pretensado puede tresmitise al formigón:

Por aciu armadures pretesas; xeneralmente barres o alambres que s'enterrien nun bancu, caltiénense enterriaes y enfíñense dientro del molde en formigón frescu pa formar una pieza. Cuando'l formigón cuayó suéltense los anclajes y el formigón queda estruyíu. ésti ye'l métodu utilizáu mayoritariamente n'elementos prefabricaos.
Por aciu armadures postesas; xeneralmente cables compuestos por alambres que s'introducen en conductos buecos dientro de les pieces de formigón y entérriense cuando ésti yá cuayó. Ésti ye'l métodu utilizáu principalmente pa construyir tableros de pontes y otres grandes estructures cuando éstes se hormigonan "in situ".

De normal al aplicar esta téunica, empléguense formigones y aceros d'alta resistencia, dada la magnitú de los esfuercios inducíos.

Según indicóse'l pretensado puede llograse de dos maneres: pretesado (con armadures pretesas) y postesado (con armadures postesas). D'esta forma, la pallabra xeneral pretensado utilizar pa referise simultáneamente tanto al formigón pretesado como al formigón postesado, onde lo que camuda ye'l momentu nel que se produz el tesado de los cables. Asina, polo xeneral, falar de estructures pretensadas, cuando non quier faese referencia al momentu en que se produz el tesado de los cables y, va dicise estructures pretesadas o estructures postesadas cuando esti momentu ye importante.

Formigón pretesado - con armadures pretesas

El formigón arrámase alredor de tendones enterriaos. Esti métodu produz un bon venceyu ente'l tendón y el formigón, que protexe al tendón de la oxidación, y dexa la tresferencia direuta de tensión. El formigón cuayáu xuntar a les barres, y cuando la tensión llibérase, ye tresferida escontra'l formigón en forma de compresión per mediu del resfregón. Sicasí, ríquense fuertes puntos de anclaje esteriores ente los que'l tendón espurrir y los tendones tán xeneralmente nuna llinia recta. Poro, la mayoría d'elementos pretesados d'esta forma son prefabricaos en taller y tienen de ser tresportaos al llugar de construcción, lo que llinda'l so tamañu. Elementos pretesados pueden ser elemento balcón, dinteles, lloses de pisu, vigues de fundación o pilotes.

Formigón postesado - con armadures postesas

Ponte piatonal en volaos socesivos postesados, Grants Pass, Oregón, EEXX

Placa de anclaje de los cables de postesado nuna ponte.

Ye'l términu descriptivu pa l'aplicación de compresión tres l'arramáu y posterior procesu d'ensugáu in situ del formigón. Nel interior del molde de formigón asítiase una vaina de plásticu, aceru o aluminiu, pa siguir el trazáu más conveniente nel interior de la pieza, siguiendo la franxa onde, d'otra manera, rexistraríense traiciones nel elementu estructural. Una vegada que'l formigón endurecióse, los tendones pásense al traviés de los conductos. Dempués dichos tendones son enterriaos por aciu gatos hidráulicos que reaccionen contra la mesma pieza de formigón. Cuando los tendones espurriéronse lo suficiente, acordies coles especificaciones de diseñu (vease la llei de Hooke), estos queden atrapaos na so posición por aciu cuñas o otros sistemes de anclaje y caltienen la tensión dempués de que los gatos hidráulicos retírense, tresfiriendo asina la presión escontra'l formigón. El conductu ye rellenáu con grasa o llechada de cementu pa protexer los tendones del escomiu. Esti métodu ye comúnmente utilizáu pa crear elementos estructurales d'obra civil o edificación sometíos a esfuercios de traición importantes. Por casu, el postesado utilizar na construcción de pontes de formigón, siendo práuticamente imprescindible nos sistemes de construcción por voladizos, emburrie y dovelas prefabricaes, etc.

Ventayes del formigón pretensado

Brinda un meyor comportamientu so cargues de serviciu.
Los elementos pretensados llogren ser eficientes y espodaos utilizando menos material qu'otros procesos constructivos.
La so producción en serie, al ser industrializaos, brinda mayor axuste en tiempu.
Cuando s'usa afechiscamente y nos elementos que correspuende, consíguese menguar los costos de la obra.

Desventaxes del formigón pretensado

Rique una inversión inicial.
El diseñu de los elementos estructurales ye más complexu y especializáu.
Ye necesariu cuntar con operarios especializaos, tantu pa la construcción de los elementos postesados como'l montaxe de los elementos pretesados.
Si nun s'emplega afechiscamente y nos elementos que correspuende, pueden amontase los costos de la obra.

Materiales

Los componentes básicos del Formigón Pretensado son dos: el Formigón y l'Aceru. Dambos con carauterístiques específiques que lo estremen d'otros procesos constructivos.

Formigón

Les resistencies xeneralmente usaes son de 35, 40, 45, 50 y 55 MPa (350, 400, 450, 500 y 550 kg/cm2)

Acero

Los trés principales tipos d'aceru son:
- Alambres.
- Alambres trenzados (torones).
- Barres.

Les resistencies xeneralmente usaes de los aceros de pretensar varien de 1570 a 1860 MPa (del orde de 15000 a 18000 kg/cm2)

Historia y evolución

La idea de pretensado, dende un planteamientu xeneral, nun ye nin tanto un inventu propiu de la inxeniería estructural y esisten numberosos exemplos de l'actividá humana na que ye posible atopar soluciones pretensadas, nel sentíu d'aplicación previa d'unes fuercies que conduzan a un estáu de tensiones o de deformaciones deseyáu”. Un exemplu puede apreciase na manera de fabricar los toneles o barriques destinaos a allugar dalgún tipu de líquidu (como ye'l casu de los toneles de vinu). Estes estructures” tán formaes por duelas de madera machihembradas que se zunchan con aros metálicos que se calecer antes d'abrazar el tonel por que, al esfrecese, estruyan doler ente sigo. Si nun se fixera d'esta manera, la presión del líquidu conteníu nel tonel abriría les xuntes y facer inútil. Otru exemplu ye'l de la rueda d'una bicicleta, que ye una estructura formada por un aru esternu enllazáu a otru aru interior por aciu los radios que son unos finos elementos metálicos. Por que esta estructura soporte'l pesu del ciclista ensin deformarse, los radios son enroscaos n'agospiamientos dispuestos con esi envís pa ponelos en traición.

Anque col tiempu fixéronse diversos intentos pa menguar el agrietamiento del formigón so traición, Según Freyssinet, pretensar un elementu estructural consiste en crear nél, por aciu dalgún procedimientu específicu, antes o mientres l'aplicación de les cargues esternes, esfuercios de tal magnitú que, al combinase colos resultantes de diches fuercies esternes, anulen los esfuercios de tensión o los mengüen, calteniéndolos so les tensiones almitibles que puede aguantar el material.

Ye ciertu que 40 años antes hubiera otros inventores, les contribuciones más importantes a la so solución suelen atribuyise al inxenieru francés Eugène Freyssinet, quien convirtió en realidá práutica la idea de pretensar los elementos de formigón. A él quépe-y el méritu de ser el primeru en dase cuenta de la importancia de los fenómenos de les deformaciones diferíes de retraición y, sobremanera, la fluyencia, y la so importancia pa la efeutividá del pretensado al llargu plazu, gracies a la so tenacidá y a conocencies nel campu del analís estructural.

Veamos dalgunos de los finxos más importantes en rellación col formigón pretensado:

Tubos pa cables postesados nel encofráu

1886: N'anguaño ye aplicáu'l principiu anterior al formigón cuando P. H. Jackson, un inxenieru de San Francisco, California, llogró les patentes p'arreyar banielles d'aceru en piedres artificiales y n'arcos de formigón que sirvíen como lloses de pisos.

1888: Escontra anguaño, C. Y. W. Dohering, d'Alemaña, aseguró una patente pa formigón reforzáu con metal que tenía aplicáu un esfuerciu de tensión primero que fuera cargada la llosa.

1908: C. R. Steiner, de los Estaos Xuníos, suxirió la posibilidá de reaxustar les barres de refuerzu dempués de que tuviera llugar cierta contraición y fluyencia del formigón, al envís de recuperar delles de les perdes.

1925: R. Y. Dill, de Nebraska, ensayó barres d'aceru d'alta resistencia cubiertes pa evitar l'adherencia col formigón. Dempués d'asitiar el formigón, enterriábense les banielles y fondiábense al formigón per mediu de tuerques en cada estremu.

1928: Empecípiase'l desenvolvimientu modernu del formigón pretensado na persona d'Eugène Freyssinet, de Francia, quien empezó usando alambres d'aceru d'alta resistencia pal pretensado. Tales alambres cuntaben con una resistencia a la rotura tan alzada como 18,000 kg/cm², y una llende elástica de más de 12,600 kg/cm².

1939: Freyssinet produció cuñas cóniques pa los anclajes de los estremos y diseñó gatos de doble aición, que enterriaben los alambres y dempués primíen los conos machos dientro de los conos fema pa fondialos a les plaques de anclaje. Esti métodu consiste n'espurrir los alambres ente dos pilastres asitiaos a delles decenes de metros, poniendo obturadores ente les unidaes, asitiando'l formigón y cortando los alambres dempués de que'l formigón adquiera una resistencia de diseñu específica.

1945: La escasez d'aceru n'Europa mientres la Segunda Guerra Mundial dio-y ímpetu al desenvolvimientu del formigón pretensado, yá que se precisaba muncho menos aceru pa esti tipu de construcción con al respective de les convencionales en formigón armao.

Magar Francia y Bélxica encabezaron el desenvolvimientu del formigón pretensado, Inglaterra, Alemaña, Suiza, Holanda, Rusia ya Italia rápido siguir. Cerca del 80% de toles pontes que se constrúin n'Alemaña son de formigón pretensado.

En 1945 Pacadar prefabrica la primer viga pretensada n'España.

1949: Empezar a trabayar n'Estaos Xuníos col pretensado llinial al llevase a cabu la construcción de l'afamada ponte Filadelfia Walnut Lane Bridge. La Bureau of Public Roads (Oficina de caminos públicos), investigó y amosó que mientres los años 1957-1960 autorizar pa la construcción 2052 pontes de formigón pretensado, totalizando un llargor de 68 mi, con un costu total de 290 millones de dólares.

1951: Constrúyese la primer ponte pretensado en Méxicu. Siendo la ciudá de Monterrey la madrina de tal acontecimientu, al llevase a cabu la construcción de la ponte "Zaragoza" que cunta con 5 tramos de 34 m cada unu y que la so finalidá ye la d'apurrir circulación al traviés del ríu Santa Catarina.

1952: Hai una xunta en Cambridge, na cual créase una sociedá internacional sol nome de Fédération Internationale de la Précontrainte (FIP). L'oxetivu principal d'esti grupu d'inxenieros visionarios yera tremar el mensaxe y allumar al mundu avera del conceutu relativamente desconocíu de la construcción con formigón pretensado, lo cual llevaríase a cabu afalando la integración de grupos nacionales en tolos países que tuvieren particular interés nel asuntu y facilitando un foru internacional pal intercambiu d'información.

1958: Constrúyese la ponte Tuxpan (carretera Méxicu - Tuxpan) con un llargor total de 425 m. Estructura principal de trés lluces de 92 m de formigón pretensado, construyíos col procedimientu de doble voladizu (primer ponte d'esti tipu n'América Llatina).

1962: Constrúyese la ponte Coatzacoalcos con un llargor total de 996 m. Tramos de vigues pretensadas de 32 m y un tramu d'armadura metálica levadizo de 66 m de lluz, sofitaos en piles de formigón armao.

Aplicaciones

El formigón pretensado ye'l material predominante en pontes de vigues, en pontes construyíes "in situ" de llargos tramos ente piles, o construyíos por métodos especiales como voladizos, emburrie, etc. Tamién ye bien emplegáu en pisos de rascacielos, en cámares de reactores nucleares, según nes pilastres y nucleos resistentes d'edificios preparaos p'aguantar un altu grau de terremotos^[4] y de proteición contra esplosiones.^[5]

Una ventaya del formigón pretensado ye'l menor costu de construcción gracies al emplegu d'elementos más llixeros, como lloses delgaes - especialmente importante nos edificios altos nos que l'aforru de pesu del pisu puede traducise en plantes adicionales pal mesmu y menos costu. L'aumentu de los llargores aumenta l'espaciu aplicable nos edificios; menguando'l númberu de xuntes, lo que conduz al amenorgamientu de los costos de caltenimientu mientres la vida de diseñu d'un edificiu, yá que felicidaes xuntes son el principal escenariu de debilidá nos edificios de formigón.

La primer ponte de formigón pretensado n'América del Norte ye'l Walnut Lane Ponte Memorial en Filadelfia (Pennsylvania). Terminóse y abrióse al tráficu en 1951.^[6]

Referencies

↑ Nawy, Edward G. (1989). Prestressed Concrete. Prentice Hall. ISBN 0136983758.
↑ Nilson, Arthur H. (1987). Design of Prestressed Concrete. John Wiley & Sons. ISBN 0471830720.
↑ Leonhardt, Fritz (1980). Prestressed Concrete Design and Construction (n'Inglés). ISBN 0804445842.
↑ «Prestressing-Induced Frame System on Earthquake Proteutor». Archiváu dende l'orixinal, el 2008-06-13.
↑ Sails-Rigging Blast Protective Structural Shield, SEAINT
↑ Cement & Concrete Basics: Prestressed Concrete | Portland Cement Association (PCA)

Normativa rellacionada

Enllaces esternos

"Con Eugène Freyssinet oltre i limiti del cementu armato", Fausto Giovannardi, Borgo San Llorienzo, 2007.

[PrestressedConcrete-1] Nawy, Edward G. (1989). Prestressed Concrete. Prentice Hall. ISBN 0136983758.

[PrestressedConcreteDesign-2] Nilson, Arthur H. (1987). Design of Prestressed Concrete. John Wiley & Sons. ISBN 0471830720.

[3] Leonhardt, Fritz (1980). Prestressed Concrete Design and Construction (n'Inglés). ISBN 0804445842.

[4] «Prestressing-Induced Frame System on Earthquake Proteutor». Archiváu dende l'orixinal, el 2008-06-13.

[5] Sails-Rigging Blast Protective Structural Shield, SEAINT

[6] Cement & Concrete Basics: Prestressed Concrete | Portland Cement Association (PCA)

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