Un poco de historia
Si bien es cierto que existe bibliografía que menciona que el hormigón/concreto pretensado fue patentado por «un ingeniero» de San Francisco – EE.UU. en 1886, no fue hasta medio siglo después que este material de construcción fue aceptado por el sector de la construcción.
La escasez de acero en Europa después de la Segunda Guerra Mundial, junto con los «avances tecnológicos» en concreto y acero de alta resistencia, hicieron del concreto pretensado, el material de construcción elegido durante la reconstrucción europea de posguerra.
Sin embargo, la primera estructura de hormigón pretensado de América del Norte, el «Walnut Lane Memorial Bridge» en Filadelfia, Pensilvania, se completó hasta 1951.
¿Qué es el concreto (hormigón) pretensado?
El concreto o también llamado «hormigón» pretensado es una variante de concreto que consiste en aplicar una compresión inicial en el concreto antes de aplicar la carga externa para que la tensión de las cargas externas se contrarreste de la manera más deseada durante el periodo de servicio. Esta compresión inicial se introduce mediante alambre de acero de alta resistencia o aleaciones (llamado «tendones») ubicados en la sección del concreto.
Las tensiones internas inducidas en la estructura de concreto se utilizan para contrarrestar las tensiones provenientes de la aplicación de carga externa.
En el concreto armado convencional, la alta resistencia a la tracción del acero se combina con la gran resistencia a la compresión del hormigón para formar un material estructural que es fuerte tanto en compresión como en tensión. El principio detrás del concreto pretensado es que las tensiones de compresión inducidas por los tendones de acero de alta resistencia en un miembro de concreto antes de que se apliquen las cargas equilibrarán las tensiones de tracción impuestas en el miembro durante el servicio.
Hablemos con ejemplos, sencillos y prácticos
Como se mencionó anteriormente, el pretensado es la aplicación de una carga inicial sobre la estructura del concreto, de modo que la estructura pueda contrarrestar o resistir las tensiones que vienen debido a las cargas de servicio. Este concepto se puede entender claramente con el ejemplo del barril.
En épocas antiguas utilizaban los barriles para transportar líquidos y granos, este se encontraba unido fuertemente por bandas de metal como se muestra en la siguiente imagen:
Estas bandas de metal están ajustadas tan firmemente que crea una compresión del aro alrededor del barril. Cuando este barril se llena de líquido, ejerce tensión en el aro.
Entonces, ¿Cómo funciona el concreto pretensado?
El ejemplo del barril es la teoría base de la que se guiaron los expertos y creadores del pretensado, pero ahora lo explicaremos idealizando vigas y los esfuerzos que ocurren en el pretensado.
En la vida real, los cables de acero de alta resistencia a la tracción se insertan en la sección de la viga, se estiran y se anclan, luego se sueltan. Ahora el tendón de acero quiere volver a su longitud original y las tensiones de tracción se transforman en una tensión de compresión en el concreto. Ahora, después de cargar, hay dos tipos de fuerzas en al viga:
- Fuerza de pretensado interno
- Fuerza externa (La carga muerta que se va aplicar al elemento estructural y contrarreste la tensión producida por los cables de acero).
A continuación mostraré en imágenes como se comporta una viga «normal» y una pretensada a cargas externas:
Viga convencional expuesta a cargas externas
Viga pretensada expuesta a cargas externas
Materiales del concreto pretensado
De acuerdo al AASHTO, el alambre de acero de alta resistencia de siete hilos, el alambre de acero de alta resistencia o las aleaciones de grado y tipo (según lo especificado por el diseñador) deben usarse en el concreto pretensado.
Además, se requiere usar un concreto mucho más resistente en el pretensado que en el convencional. Por lo general, debe usarse una resistencia mínima del concreto de 5000 Psi.
¿Por qué?
Si el concreto no es lo suficientemente fuerte, puede agrietarse o fallar cuando los tendones se contraigan.
¿Por qué es necesario el concreto pretensado?
- El concreto es débil en tensión y fuerte en compresión. Este es un punto débil del concreto que produce grietas de flexión tempranas principalmente en miembros de flexión como vigas y losas. Para evitar eso, el concreto se induce con tensión de compresión (pretensado), y esta tensión contrarresta la tensión de tracción a la que esta sometida la estructura durante las condiciones de servicio. Por lo tanto, se reducen las posibilidades de grietas por flexión.
- La pre compresión que se induce como parte del pretensado ayuda a mejorar la capacidad de flexión, la capacidad de corte y la capacidad de torsión de los miembros de flexión.
- Se puede aplicar una fuerza de pretensado compresivo de forma concéntrica o excéntrica en la dirección longitudinal del miembro. Esto proviene grietas en el espacio medio critico y soporta la carga de servicio.
- Una sección de concreto pretensado se comporta elásticamente.
- La capacidad total del concreto en compresión se puede utilizar en toda la profundidad bajo carga completa en el caso del concreto pretensado.
Métodos de Pretensado
- Pretensado
- Postensado
Ventajas del Concreto Pretensado
- Excelente tracción, lo que mejora la eficiencia de los materiales.
- Funciona para tramos mayores a 35 metros.
- Mejora la resistencia al corte y la resistencia a la fatiga.
- Proporciona un concreto denso, por ende, la durabilidad.
- La mejor opción para estructuras esbeltas y elegantes.
- Ayuda a reducir la carga muerta.
- Algunos expertos afirman que permanece sin fisuras.
Desventajas del Concreto Pretensado
- Mayores costos en los materiales.
- El pretensado es un costo adicional.
- El encofrado es más complejo.
El concreto pretensado ha experimentado un mayor crecimiento en el campo de los edificios comerciales. También se usa en auditorios escolares, gimnasios y cafeterías debido a sus propiedades acústicas y su capacidad para proporcionar espacios largos y abiertos, otro de los usos más comunes del concreto pretensado son en los estacionamientos.
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