Hormigon pretensado

El sistema de hormigón pretensado nos lleva a crear en forma controlada esfuerzos permanentes en un elemento estructural de una construcción, la finalidad de ello es mejorar su comportamiento de servicio y aumentar su resistencia.

Trabajar con el sistema de hormigón presforzado nos lleva a crear en forma controlada esfuerzos permanentes en un elemento estructural de una construcción, la finalidad de ello es mejorar su comportamiento en obra y aumentar su resistencia. Los elementos que se emplean para este sistema comprenden desde una simple vigueta para una vivienda (en habitaciones que soporten esfuerzo), pasando por soportes para puentes que estén construidos con grandes espacios libres, o aplicaciones tan variadas como durmientes para vías de ferrocarril, tanques de almacenamiento y rehabilitación de estructuras dañadas por sismos, entre otras.

Los resultados de esta sistema se obtienen gracias a la combinación del hormigón y el acero de preesfuerzo; combinación que determina en un elemento estructural, esfuerzos y deformaciones que contrarresten total o parcialmente a los producidos por las cargas gravitacionales que actúan en el elemento, lográndose así diseños más eficientes.

En la gráfica 1 podemos apreciar los diagramas de momentos relacionados a la carga vertical (W), y con la fuerza de preesfuerzo (P), aplicados a una viga apoyada en forma normal en tres diferentes casos, en ellos podemos notar que la carga vertical y la fuerza de preesfuerzo son las mismas para las tres vigas; sin embargo, los diagramas de momento debidos a las distintas condiciones de la fuerza de preesfuerzo difieren entre sí entre ellas.

Gráfica1 (clic para agrandar)

En el caso de la viga I, vemos que posee un preesfuerzo axial, es decir, el centro de gravedad de los hierros de construcción se encuentra en el eje neutro de la sección; esto conlleva a determinar que el preesfuerzo no provoca ningún momento en la sección por lo que desde este punto de vista no hay ventajas al colocar preesfuerzo axial.

En cuanto a la viga II el preesfuerzo produce un diagrama de momento constante a lo largo del elemento debido a que la trayectoria de la fuerza P es recta y horizontal, pero está aplicada con una excentricidad (e); de esta manera logramos contrarrestar el momento máximo al centro del claro provocado por la carga vertical. Sin embargo, en los extremos de la viga II el momento provocado por el preesfuerzo resulta excesivo ya que no existe momento por cargas verticales que disminuya su acción. La solución a este dilema es efectuar un diseño adecuado para corregir este exceso de momento.

Como último caso vemos lo relacionado con la viga III, en ella se tiene una distribución de momentos debida al preesfuerzo similar a la curva provocada por la carga vertical; el preesfuerzo así colocado, con excentricidad pequeña en los extremos y máxima al centro del claro, contrarresta eficientemente el efecto de las cargas en cada sección de la viga.

La gráfica 2 muestra los diagramas de esfuerzos para las secciones al centro del claro y en los extremos correspondientes a las mismas vigas de la gráfica 1 se aprecia que, contrario a lo observado en la gráfica.1, el comportamiento de la viga I al centro del claro sí mejora con el preesfuerzo, aunque este sea sólo axial. Esto es debido a que el preesfuerzo provoca compresiones que disminuyen las tensiones provocadas por W en la fibra inferior de la sección. Para las vigas II y III estos esfuerzos de tensión son todavía menores por el momento provocado por el preesfuerzo excéntrico. En los extremos, las vigas I y III tienen esfuerzos sólo de compresión, mientras que la viga II presenta esfuerzos de tensión y compresión debidos a la existencia de preesfuerzo excéntrico; estos esfuerzos son mayores que los de las vigas I y III y en general mayores también que los esfuerzos permisibles.

Gráfica 2 (clic para agrandar)

La comparación de las vigas I, II y III mostrada en las gráficas 1 y 2 nos permite concluir que el acero de preesfuerzo disminuye tanto los esfuerzos de tensión como los momentos en la sección al centro del claro. Los efectos secundarios del preesfuerzo como los momentos y esfuerzos excesivos en los extremos de la viga II pueden suprimirse o inhibirse con procedimientos sencillos como encamisando el acero con técnicas similares.

De acuerdo con lo anterior, la deformación y el agrietamiento de elementos presforzados disminuyen por la compresión y el momento producidos por los tendones, lo que se traduce en elementos más eficientes. Esto se aprecia esquemáticamente en la gráfica 3 que muestra la comparación del estado de deformación y agrietamiento de dos vigas, una de concreto reforzado y otra de concreto presforzado, sometidas ante la misma carga vertical.

Gráfica3

Algunas ventajas del hormigón pretensado son las siguientes:

Mejor comportamiento ante cargas de servicio ya que se controla eficazmente la deflexión y el agrietamiento.
Permite el uso eficiente de materiales de alta resistencia.
Se obtienen elementos más eficientes y esbeltos, con menos empleo de material.
La producción en serie en plantas permite mayor control de calidad y menores costos.
Mayor rapidez de construcción al atacarse al mismo tiempo varios frentes o construirse simultáneamente distintas partes de la estructura; esto en general conlleva importantes ventajas económicas en un análisis económico-financiero completo de la obra.

Es interesante también mencionar algunas desventajas que se pueden presentar en ciertas obras:

Problemas con el transporte de los elementos presforzados puede encarecer el montaje.
La inversión inicial es mayor por la disminución en los tiempos de construcción.
Es necesario un diseño relativamente especializado de conexiones, uniones y apoyos.
Se debe planear y ejecutar cuidadosamente el proceso constructivo, sobre todo en las etapas de montaje y colados en obra.
Existen aplicaciones que solo son posibles gracias al empleo del preesfuerzo. Este es el caso de puentes sobre avenidas con tránsito intenso o de claros muy grandes, el de algunas naves industriales o edificaciones que requieren una gran rapidez en la construcción.

Fuente: Elaborado en base al “Manual de Diseño de Estructuras Prefabricadas y Presforzadas” de Eduardo Reinoso Angulo, Mario E. Rodríguez y Rafael Betancourt Ribotta, promovido por ANIPACC y la UNAM.

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