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Articulo de referencia

Hormigón pretensado

Comparación de una viga sin pretensar (arriba) y una viga de hormigón pretensado (abajo) bajo carga: Viga no pretensada sin carga Viga no pretensada con carga Antes de que el ho...

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Seis figuras que muestran las fuerzas y la deflexión resultante de la viga.
Comparación de una viga sin pretensar (arriba) y una viga de hormigón pretensado (abajo) bajo carga:
  1. Viga no pretensada sin carga
  2. Viga no pretensada con carga
  3. Antes de que el hormigón se solidifique, los tendones incrustados en él se tensan.
  4. Una vez que el hormigón se solidifica, los tendones aplican una tensión de compresión al hormigón.
  5. Viga pretensada sin carga
  6. Viga pretensada con carga

El hormigón pretensado es un tipo de hormigón utilizado en la construcción. Se pretensa ( comprime ) sustancialmente durante su producción, de manera que se fortalece contra las fuerzas de tracción que existirán durante su uso. [ 1 ] [ 2 ] : 3–5 [ 3 ] Fue patentado por Eugène Freyssinet en 1928. [ 4 ]

Esta compresión se produce mediante el tensado de tendones de alta resistencia ubicados dentro o adyacentes al hormigón y se realiza para mejorar el rendimiento del hormigón en servicio. [ 5 ] Los tendones pueden consistir en alambres simples, cordones de múltiples alambres o barras roscadas que comúnmente están hechas de aceros de alta resistencia , fibra de carbono o fibra de aramida . [ 1 ] : 52–59 La esencia del hormigón pretensado es que una vez que se ha aplicado la compresión inicial, el material resultante tiene las características del hormigón de alta resistencia cuando se somete a cualquier fuerza de compresión posterior y del acero dúctil de alta resistencia cuando se somete a fuerzas de tracción . Esto puede resultar en una capacidad estructural o funcionalidad mejorada , o ambas, en comparación con el hormigón armado convencional en muchas situaciones. [ 6 ] [ 2 ] : 6 En un elemento de hormigón pretensado, las tensiones internas se introducen de manera planificada para que las tensiones resultantes de las cargas impuestas se contrarresten en el grado deseado.

El hormigón pretensado se utiliza en una amplia gama de estructuras de edificios y obras civiles, donde su mejor rendimiento permite mayores luces , menores espesores estructurales y ahorro de material en comparación con el hormigón armado simple. Entre sus aplicaciones típicas se incluyen edificios de gran altura , losas de hormigón residenciales , sistemas de cimentación , estructuras de puentes y presas , silos y depósitos , pavimentos industriales y estructuras de contención nuclear . [ 7 ]

Utilizado por primera vez a finales del siglo XIX, [ 1 ] el hormigón pretensado ha evolucionado más allá del pretensado para incluir el postensado , que se realiza después del vertido del hormigón. Los sistemas de tensado pueden clasificarse como «monohilo», donde cada hilo o alambre del tendón se tensa individualmente, o «multihilo», donde todos los hilos o alambres de un tendón se tensan simultáneamente. [ 6 ] Los tendones pueden ubicarse dentro del volumen de hormigón (pretensado interno) o completamente fuera de él (pretensado externo). Mientras que el hormigón pretensado utiliza tendones directamente adheridos al hormigón, el hormigón postensado puede utilizar tendones adheridos o no adheridos.

Hormigón pretensado

Tres figuras; la losa verde más oscura está pretensada en una base de fundición verde más clara.
Proceso de pretensado

El hormigón pretensado es una variante del hormigón pretensado en la que los tendones se tensan antes del vertido del hormigón. [ 1 ] : 25 El hormigón se adhiere a los tendones durante el fraguado , tras lo cual se libera el anclaje de los extremos de los tendones y las fuerzas de tensión de los tendones se transfieren al hormigón como compresión por fricción estática . [ 6 ] : 7

Molde para viga I de hormigón con tendones en la parte inferior.
Viga de puente pretensada en bancada de prefabricación, con tendones de un solo cordón que salen a través del encofrado.

El pretensado es una técnica común de prefabricación , donde el elemento de hormigón resultante se fabrica fuera de la ubicación final de la estructura y se transporta a la obra una vez curado. Requiere puntos de anclaje extremos fuertes y estables entre los cuales se tensan los tendones. Estos anclajes forman los extremos de una base de colada que puede tener una longitud varias veces mayor que la del elemento de hormigón que se está fabricando. Esto permite construir múltiples elementos de extremo a extremo en una sola operación de pretensado, lo que genera importantes beneficios en productividad y economías de escala. [ 6 ] [ 8 ]

La cantidad de adherencia que se puede lograr entre el hormigón recién fraguado y la superficie de los tendones es fundamental para el proceso de pretensado, ya que determina cuándo se pueden liberar de forma segura los anclajes de los tendones. Una mayor resistencia de adherencia en el hormigón en sus primeras etapas acelerará la producción y permitirá una fabricación más económica. Para favorecer esto, los tendones pretensados ​​suelen estar compuestos de alambres o hebras individuales aisladas, lo que proporciona una mayor superficie de adherencia que los tendones de hebras agrupadas. [ 6 ]

La grúa maniobra una plancha de hormigón.
Colocación de la losa alveolar pretensada y prefabricada

A diferencia de los del hormigón postensado (véase más adelante), los tendones de los elementos de hormigón pretensado generalmente forman líneas rectas entre los anclajes de los extremos. Cuando se requieren tendones perfilados o en forma de arpa [ 9 ] , se ubican uno o más desviadores intermedios entre los extremos del tendón para mantenerlo en la alineación no lineal deseada durante el tensado. [ 1 ] : 68–73 [ 6 ] : 11 Dichos desviadores generalmente actúan contra fuerzas sustanciales y, por lo tanto, requieren un sistema de cimentación de lecho de colada robusto. Los tendones rectos se utilizan típicamente en elementos lineales de hormigón prefabricado , como vigas poco profundas y losas alveolares ; mientras que los tendones perfilados se encuentran más comúnmente en vigas y viguetas de puentes prefabricados más profundas.

El hormigón pretensado se utiliza con mayor frecuencia para la fabricación de vigas estructurales , losas de piso , losas alveolares, balcones , dinteles , pilotes hincados , depósitos de agua y tuberías de hormigón .

Hormigón pretensado

cuatro diagramas que muestran las cargas y fuerzas sobre la viga
Fuerzas sobre hormigón pretensado con tendón perfilado (curvo)
Una docena de cables paralelos están anclados individualmente a un conjunto.
Anclaje de tendón postensado; se observan cuñas de bloqueo de cuatro piezas que sujetan cada hebra.

El hormigón postensado es una variante del hormigón pretensado en la que los tendones se tensan después de que se ha vertido la estructura de hormigón circundante. [ 1 ] : 25

Los tendones no se colocan en contacto directo con el hormigón, sino que se encapsulan dentro de una funda o conducto protector que se funde en la estructura de hormigón o se coloca junto a ella. En cada extremo del tendón hay un anclaje fijado firmemente al hormigón circundante. Una vez vertido y fraguado el hormigón, los tendones se tensan tirando de sus extremos a través de los anclajes mientras se presiona contra el hormigón. Las grandes fuerzas necesarias para tensar los tendones dan como resultado una compresión permanente significativa aplicada al hormigón una vez que el tendón queda bloqueado en el anclaje. [ 1 ] : 25 [ 6 ] : 7 El método de bloqueo de los extremos del tendón al anclaje depende de la composición del tendón; los sistemas más comunes son el anclaje de cabeza abotonada (para tendones de alambre), el anclaje de cuña partida (para tendones de cordón) y el anclaje roscado (para tendones de barra). [ 1 ] : 79–84

Un tramo de puente en forma de T en construcción sobre un río.
Puente en voladizo equilibrado en construcción. Cada segmento añadido está sostenido por tendones pretensados.

Los sistemas de encapsulación de tendones se construyen con materiales plásticos o de acero galvanizado y se clasifican en dos tipos principales: aquellos en los que el elemento del tendón se adhiere posteriormente al hormigón circundante mediante inyección interna de lechada en el conducto después del tensado ( postensado adherido ); y aquellos en los que el elemento del tendón se despega permanentemente del hormigón circundante, generalmente mediante una vaina lubricada sobre los tendones ( postensado no adherido ). [ 1 ] : 26 [ 6 ] : 10

El vertido de los conductos o manguitos de los tendones en el hormigón antes de cualquier tensado permite darles fácilmente la forma deseada, incluyendo curvatura vertical u horizontal , o ambas. Al tensar los tendones, este perfilado genera fuerzas de reacción que se transmiten al hormigón endurecido, las cuales pueden utilizarse para contrarrestar las cargas que se apliquen posteriormente a la estructura. [ 2 ] : 5–6 [ 6 ] : 48 : 9–10

Postensado adherido

Un anclaje suelto que muestra los bloqueos de los tendones.
Anclaje de postensado de múltiples hebras

En el postensado adherido, los tendones se adhieren permanentemente al hormigón circundante mediante la inyección in situ de lechada en sus conductos de encapsulación (después del tensado de los tendones). Esta inyección se realiza con tres propósitos principales: proteger los tendones contra la corrosión ; fijar permanentemente la pretensión de los tendones, eliminando así la dependencia a largo plazo de los sistemas de anclaje de los extremos; y mejorar ciertos comportamientos estructurales de la estructura de hormigón final. [ 10 ]

El postensado adherido utiliza tendones que constan de haces de elementos (p. ej., cordones o alambres) colocados dentro de un único conducto, con la excepción de las barras, que generalmente se utilizan sin agrupar. Este agrupamiento permite una instalación y un proceso de inyección de lechada más eficientes, ya que cada tendón completo requiere solo un conjunto de anclajes de extremo y una operación de inyección. Los conductos se fabrican con un material duradero y resistente a la corrosión, como plástico (p. ej., polietileno ) o acero galvanizado , y pueden tener una sección transversal redonda o rectangular/ovalada. [ 2 ] : 7 Los tamaños de los tendones utilizados dependen en gran medida de la aplicación, desde obras de construcción que suelen utilizar entre 2 y 6 cordones por tendón, hasta obras especializadas de presas que utilizan hasta 91 cordones por tendón.

La fabricación de tendones adheridos generalmente se realiza en obra, comenzando con la colocación de anclajes de extremo al encofrado , la colocación de los conductos de tendones según los perfiles de curvatura requeridos y el paso (o enhebrado) de los cordones o alambres a través de los conductos. Después del hormigonado y el tensado, los conductos se rellenan con lechada a presión y los extremos de tensado de los tendones se sellan para evitar la corrosión . [ 6 ] : 2

Postensado sin adherencia

encofrados de hormigón preparados con rejilla de tendones y conductos
Tras retirar los moldes, se observan tendones que emergen de los conductos.
Postensado de losa sin adherencia. (Arriba) Se aprecian los tendones instalados y los anclajes de borde, junto con los tendones enrollados prefabricados para el siguiente vertido. (Abajo) Vista lateral de la losa tras retirar los encofrados, mostrando los tendones individuales y los huecos para los anclajes de pretensado.

El postensado no adherido se diferencia del postensado adherido en que permite a los tendones una libertad permanente de movimiento longitudinal con respecto al hormigón. Esto se logra comúnmente recubriendo cada elemento individual del tendón con una funda plástica rellena de una grasa inhibidora de la corrosión , generalmente a base de litio . Los anclajes en cada extremo del tendón transfieren la fuerza de tensión al hormigón y deben desempeñar esta función de manera confiable durante la vida útil de la estructura. [ 10 ] : 1

El postensado sin adherencia puede adoptar las siguientes formas:

  • Tendones individuales colocados directamente en la estructura de hormigón (por ejemplo, edificios, losas de cimentación).
  • Hilos agrupados, lubricados y revestidos individualmente, que forman un único tendón dentro de un conducto encapsulante colocado dentro o junto al hormigón (por ejemplo, anclajes reajustables, postensado externo).

Para tendones de cordón individual, no se utiliza conducto adicional para el tendón ni se requiere inyección de lechada después del tensado, a diferencia del postensado adherido. La protección permanente contra la corrosión de los cordones se proporciona mediante las capas combinadas de grasa, revestimiento plástico y hormigón circundante. Cuando los cordones se agrupan para formar un único tendón no adherido, se utiliza un conducto envolvente de plástico o acero galvanizado y sus espacios interiores libres se inyectan con lechada después del tensado. De esta manera, se proporciona protección adicional contra la corrosión mediante la grasa, el revestimiento plástico, la lechada, el revestimiento externo y las capas de hormigón circundante. [ 10 ] : 1

Los tendones, lubricados y revestidos individualmente, se fabrican generalmente fuera de la obra mediante un proceso de extrusión . El cable de acero desnudo se introduce en una cámara de lubricación y luego pasa a una unidad de extrusión donde el plástico fundido forma un revestimiento exterior continuo. Los cables terminados se pueden cortar a la medida y equipar con anclajes fijos según las necesidades del proyecto.

Comparación entre postensado adherido y no adherido

Tanto las tecnologías de postensado adherido como las no adheridas se utilizan ampliamente en todo el mundo, y la elección del sistema suele estar determinada por las preferencias regionales, la experiencia del contratista o la disponibilidad de sistemas alternativos. Cualquiera de ellas es capaz de proporcionar estructuras duraderas que cumplan con los códigos y satisfagan los requisitos de resistencia estructural y funcionalidad del diseñador. [ 10 ] : 2

Las ventajas que ofrece el postensado adherido frente a los sistemas no adheridos son:

  • Menor dependencia de la integridad del anclaje final. Tras el tensado y el rejuntado, los tendones adheridos se conectan al hormigón circundante a lo largo de toda su longitud mediante un mortero de alta resistencia . Una vez curado, este mortero puede transferir toda la fuerza de tensión del tendón al hormigón en una distancia muy corta (aproximadamente 1 metro). Como resultado, cualquier rotura accidental del tendón o fallo de un anclaje final tiene un impacto muy localizado en el rendimiento del tendón y casi nunca provoca su expulsión del anclaje. [ 2 ] : 18 [ 10 ] : 7
  • Mayor resistencia máxima a la flexión . Con el postensado adherido, cualquier flexión de la estructura es resistida directamente por las deformaciones de los tendones en ese mismo punto (es decir, no se produce redistribución de la deformación). Esto da como resultado deformaciones de tracción significativamente mayores en los tendones que si no estuvieran adheridos, lo que permite alcanzar su límite elástico completo y produce una mayor capacidad de carga máxima. [ 2 ] : 16–17 [ 6 ] : 10
  • Control mejorado de fisuras. En presencia de fisuras en el hormigón , los tendones adheridos responden de forma similar al refuerzo convencional ( barras de acero ). Al estar los tendones fijados al hormigón a cada lado de la fisura, se ofrece mayor resistencia a la propagación de la fisura que con tendones no adheridos, lo que permite que muchos códigos de diseño especifiquen requisitos de refuerzo reducidos para el postensado adherido. [ 10 ] : 4 [ 11 ] : 1
  • Mejor comportamiento ante el fuego. La ausencia de redistribución de la tensión en los tendones adheridos puede limitar el impacto que cualquier sobrecalentamiento localizado tenga sobre la estructura general. Como resultado, las estructuras adheridas pueden mostrar una mayor capacidad para resistir condiciones de fuego que las no adheridas. [ 12 ]

Las ventajas que ofrece el postensado sin adherencia frente a los sistemas con adherencia son:

  • Posibilidad de prefabricación . Los tendones no adheridos se pueden prefabricar fácilmente fuera de obra, con anclajes en los extremos incluidos, lo que facilita una instalación más rápida durante la construcción. Es posible que se requiera un plazo de entrega adicional para este proceso de fabricación.
  • Mejora de la productividad en obra . La eliminación del proceso de inyección de lechada posterior al tensado requerido en estructuras adheridas mejora la productividad de la mano de obra en obra en el postensado no adherido. [ 10 ] : 5
  • Mayor flexibilidad de instalación. Los tendones monofilamento no adheridos ofrecen mayor flexibilidad de manipulación que los conductos adheridos durante la instalación, lo que permite desviarlos con mayor facilidad alrededor de las penetraciones de servicio u obstrucciones. [ 10 ] : 5
  • Recubrimiento de hormigón reducido . Los tendones no adheridos pueden permitir cierta reducción en el espesor del elemento de hormigón, ya que su menor tamaño y mayor protección contra la corrosión pueden permitir que se coloquen más cerca de la superficie del hormigón. [ 2 ] : 8
  • Sustitución y ajuste más sencillos. Al estar permanentemente aislados del hormigón, los tendones no adheridos pueden destensarse, tensarse o sustituirse fácilmente si se dañan o necesitan ajustar su tensión durante su uso. [ 10 ] : 6
  • Rendimiento superior ante sobrecargas. Aunque tienen una resistencia máxima menor que los tendones adheridos, la capacidad de los tendones no adheridos para redistribuir las tensiones a lo largo de toda su longitud puede proporcionarles una ductilidad superior antes del colapso . En casos extremos, los tendones no adheridos pueden recurrir a una acción de tipo catenaria en lugar de una flexión pura, lo que permite una deformación significativamente mayor antes de la falla estructural. [ 13 ]

Durabilidad del tendón y protección contra la corrosión

La durabilidad a largo plazo es un requisito esencial para el hormigón pretensado debido a su uso generalizado. Desde la década de 1960 se han realizado investigaciones sobre el comportamiento de durabilidad de las estructuras pretensadas en servicio, [ 14 ] y las tecnologías anticorrosión para la protección de los tendones se han mejorado continuamente desde que se desarrollaron los primeros sistemas. [ 15 ]

La durabilidad del hormigón pretensado depende principalmente del nivel de protección contra la corrosión que se ofrece a los elementos de acero de alta resistencia dentro de los tendones de pretensado. También es fundamental la protección de los anclajes de los tendones no adheridos o de los sistemas de atirantados, ya que estos anclajes deben soportar las fuerzas de pretensado. El fallo de cualquiera de estos componentes puede provocar la pérdida de las fuerzas de pretensado o la rotura física de los tendones.

Los sistemas modernos de pretensado ofrecen durabilidad a largo plazo al abordar las siguientes áreas:

  • Inyección de tendones (tendones adheridos) Los tendones adheridos consisten en haces de cordones colocados dentro de conductos ubicados en el hormigón circundante. Para garantizar la protección total de los haces de cordones, los conductos deben rellenarse a presión con una lechada anticorrosiva , sin dejar huecos, después del tensado de los cordones.
  • Recubrimiento de tendones (tendones no adheridos): Los tendones no adheridos constan de hebras individuales recubiertas con una grasa o cera anticorrosiva y provistas de una funda o vaina de plástico resistente que cubre toda la longitud del tendón. La funda debe permanecer intacta a lo largo de todo el tendón y extenderse completamente hasta los anclajes en cada extremo del mismo.
  • Encapsulación de doble capa: Los tendones de pretensado que requieren monitoreo permanente o ajuste de fuerza, como los cables de sujeción y los anclajes de presas reajustables, suelen emplear protección anticorrosión de doble capa. Estos tendones se componen de hebras individuales, recubiertas de grasa y con funda, agrupadas en un haz y colocadas dentro de un conducto exterior de polietileno . El espacio vacío restante dentro del conducto se rellena con lechada a presión, creando un sistema de barrera de protección multicapa de polietileno, lechada, plástico y grasa para cada hebra.
  • Protección de los anclajes En todas las instalaciones postensadas, la protección de los anclajes de los extremos contra la corrosión es esencial, y resulta fundamental en los sistemas no adheridos.

A continuación se enumeran varios eventos relacionados con la durabilidad:

  • Puente de Ynys-y-Gwas, West Glamorgan, Gales, 1985. Estructura de un solo tramo, prefabricada y segmentada, construida en 1953 con postensado longitudinal y transversal. La corrosión atacó los tendones desprotegidos en los puntos donde cruzaban las juntas in situ entre los segmentos, provocando un colapso repentino. [ 15 ] : 40
  • Puente sobre el río Escalda, Melle, Bélgica, 1991. Estructura en voladizo pretensada de tres tramos construida en la década de 1950. El recubrimiento insuficiente de hormigón en los estribos laterales provocó la corrosión de los cables de sujeción , lo que conllevó un fallo progresivo del tramo principal del puente y la muerte de una persona. [ 16 ]
  • Agencia de Carreteras del Reino Unido , 1992 Tras el descubrimiento de corrosión en los tendones de varios puentes en Inglaterra, la Agencia de Carreteras impuso una moratoria a la construcción de nuevos puentes postensados ​​con inyección interna y emprendió un programa quinquenal de inspecciones de su parque de puentes postensados ​​existente. La moratoria se levantó en 1996. [ 17 ] [ 18 ]
  • Puente peatonal, Charlotte Motor Speedway , Carolina del Norte, EE. UU., 2000. Estructura de acero y hormigón de varios tramos construida en 1995. Se añadió un producto químico no autorizado al mortero de los tendones para acelerar la construcción, lo que provocó la corrosión de los cables de pretensado y el colapso repentino de un tramo, hiriendo a muchos espectadores. [ 19 ]
  • Paso elevado de Hammersmith, Londres, Inglaterra, 2011. Estructura pretensada de dieciséis tramos construida en 1961. Se detectó corrosión por sales descongelantes en algunos de los tendones de pretensado, lo que obligó al cierre inicial de la carretera mientras se realizaban investigaciones adicionales. Posteriormente, se llevaron a cabo reparaciones y refuerzos mediante postensado externo, que finalizaron en 2015. [ 20 ] [ 21 ]
  • Viaducto de Petrulla ("Viadotto Petrulla"), Sicilia, Italia, 2014 Un tramo de un viaducto de doce tramos se derrumbó el 7 de julio de 2014, causando cuatro heridos, [ 22 ] debido a la corrosión de los tendones de postensado.
  • Colapso del puente de Génova , 2018. El Ponte Morandi era un puente atirantado caracterizado por una estructura de hormigón pretensado para los pilares, pilones y tablero, muy pocos tirantes (tan solo dos por tramo) y un sistema híbrido para los tirantes construido con cables de acero sobre los que se vertieron láminas de hormigón pretensado. El hormigón solo estaba pretensado a 10 MPa, lo que lo hacía propenso a fisuras e infiltraciones de agua, causando corrosión en el acero embebido.
  • Pasos elevados de Churchill Way, Liverpool , Inglaterra. Los pasos elevados se cerraron en septiembre de 2018 después de que las inspecciones revelaran hormigón de mala calidad, corrosión de los tendones y signos de deterioro estructural. Fueron demolidos en 2019. [ 23 ]

Aplicaciones

El hormigón pretensado es un material de construcción muy versátil debido a que es una combinación casi ideal de sus dos componentes principales: acero de alta resistencia, pretensado para permitir que se alcance fácilmente su máxima resistencia; y hormigón moderno, precomprimido para minimizar el agrietamiento bajo fuerzas de tracción. [ 1 ] : 12 Su amplio rango de aplicación se refleja en su incorporación a los principales códigos de diseño que abarcan la mayoría de las áreas de la ingeniería estructural y civil, incluyendo edificios, puentes, presas, cimentaciones, pavimentos, pilotes, estadios, silos y tanques. [ 7 ]

Estructuras de edificios

Las estructuras de los edificios suelen tener que satisfacer una amplia gama de requisitos estructurales, estéticos y económicos. Entre los más importantes se incluyen: un número mínimo de muros o columnas de soporte (que resulten intrusivos); un espesor estructural reducido (profundidad), que permita espacio para instalaciones o para plantas adicionales en edificios de gran altura; ciclos de construcción rápidos, especialmente en edificios de varias plantas; y un bajo coste por unidad de superficie, para maximizar la rentabilidad de la inversión del propietario.

El pretensado del hormigón permite introducir fuerzas de equilibrio de carga en la estructura para contrarrestar las cargas durante su uso. Esto proporciona numerosos beneficios a las estructuras de los edificios:

  • Mayores longitudes de vano para la misma profundidad estructural. El equilibrio de cargas da como resultado menores deflexiones en servicio, lo que permite aumentar los vanos (y reducir el número de apoyos) sin aumentar la profundidad estructural.
  • Reducción del espesor estructural: Para una luz determinada, unas deflexiones menores durante el servicio permiten utilizar secciones estructurales más delgadas, lo que a su vez resulta en alturas entre plantas más bajas o en más espacio para las instalaciones del edificio.
  • Tiempo de desencofrado más rápido. Por lo general, los elementos de hormigón pretensado alcanzan su plena capacidad de carga y se vuelven autoportantes en cinco días. En ese momento, se puede retirar el encofrado y reutilizarlo en la siguiente sección del edificio, lo que acelera los tiempos del ciclo de construcción.
  • Reducción de costes de materiales La combinación de un menor espesor estructural, una menor cantidad de refuerzo convencional y una construcción rápida suele dar como resultado que el hormigón pretensado muestre importantes ventajas en cuanto a costes en la construcción de estructuras en comparación con otros materiales estructurales alternativos.

Algunas estructuras notables construidas con hormigón pretensado incluyen: la Ópera de Sídney [ 24 ] y la World Tower , Sídney; [ 25 ] la St George Wharf Tower , Londres; [ 26 ] la CN Tower , Toronto; [ 27 ] la terminal de cruceros Kai Tak [ 28 ] y el International Commerce Centre , Hong Kong; [ 29 ] Ocean Heights 2 , Dubái; [ 30 ] la Eureka Tower , Melbourne; [ 31 ] la Torre Espacio , Madrid; [ 32 ] la Guoco Tower (Tanjong Pagar Centre), Singapur; [ 33 ] el Aeropuerto Internacional de Zagreb , Croacia; [ 34 ] y Capital Gate , Abu Dabi, Emiratos Árabes Unidos. [ 35 ]

Estructuras civiles

Puentes

El hormigón es el material estructural más popular para puentes, y el hormigón pretensado se adopta con frecuencia. [ 36 ] [ 37 ] Cuando se investigó en la década de 1940 para su uso en puentes de gran tonelaje, las ventajas de este tipo de puente sobre los diseños más tradicionales fueron que es más rápido de instalar, más económico y más duradero, siendo el puente menos dinámico. [ 38 ] [ 39 ] Uno de los primeros puentes construidos de esta manera es el Viaducto Adam , un puente ferroviario construido en 1946 en el Reino Unido . [ 40 ] Para la década de 1960, el hormigón pretensado había reemplazado en gran medida a los puentes de hormigón armado en el Reino Unido, siendo las vigas cajón la forma dominante. [ 41 ]

En puentes de tramo corto de entre 10 y 40 metros (30 a 130 pies) , el pretensado se emplea comúnmente en forma de vigas o tablones pretensados ​​prefabricados. [ 42 ] Las estructuras de longitud media de entre 40 y 200 metros (150 a 650 pies) suelen utilizar diseños segmentados prefabricados, de voladizos equilibrados in situ y de lanzamiento incremental . [ 43 ] Para los puentes más largos, las estructuras de tablero de hormigón pretensado suelen formar parte integral de los diseños atirantados . [ 44 ]  

Presas

Las presas de hormigón han utilizado el pretensado para contrarrestar la elevación y aumentar su estabilidad general desde mediados de la década de 1930. [ 45 ] [ 46 ] El pretensado también se instala frecuentemente como parte de las obras de rehabilitación de presas, por ejemplo, para el refuerzo estructural o al elevar la altura de la coronación o del aliviadero. [ 47 ] [ 48 ]

Lo más común es que el pretensado de una presa se realice mediante anclajes postensados ​​perforados en la estructura de hormigón de la presa, en los estratos rocosos subyacentes o en ambos. Estos anclajes suelen constar de tendones de acero de alta resistencia agrupados o de barras roscadas individuales. El tendón se fija al hormigón o a la roca en su extremo interno y presenta una longitud libre considerable en su extremo externo, lo que permite que se estire durante el tensado. Una vez tensados, los tendones pueden estar adheridos en toda su longitud al hormigón o a la roca circundante, o (más comúnmente) tener los cordones encapsulados permanentemente en grasa anticorrosiva en su longitud libre para permitir la monitorización de la carga a largo plazo y la posibilidad de retensado. [ 49 ]

Silos y tanques

Las estructuras de almacenamiento circulares, como silos y tanques, pueden utilizar fuerzas de pretensado para resistir directamente las presiones externas generadas por los líquidos o sólidos a granel almacenados. Se instalan tendones curvos horizontales dentro del muro de hormigón para formar una serie de aros, espaciados verticalmente a lo largo de la estructura. Al tensarse, estos tendones ejercen fuerzas axiales (de compresión) y radiales (hacia adentro) sobre la estructura, que pueden oponerse directamente a las cargas de almacenamiento posteriores. Si la magnitud del pretensado se diseña para que siempre supere las tensiones de tracción producidas por las cargas, existirá una compresión residual permanente en el hormigón del muro, lo que contribuye a mantener una estructura estanca y sin fisuras. [ 50 ] [ 51 ] [ 52 ] : 61

Nuclear y explosión

El hormigón pretensado se ha consolidado como un material de construcción fiable para estructuras de contención de alta presión, como recipientes de reactores nucleares, edificios de contención y muros de contención de explosiones en tanques petroquímicos. El uso del pretensado para someter dichas estructuras a un estado inicial de compresión biaxial o triaxial aumenta su resistencia al agrietamiento y las fugas del hormigón, a la vez que proporciona un sistema de contención de presión con carga de prueba, redundante y monitorizable. [ 53 ] [ 54 ] [ 55 ] : 585–594

Los reactores nucleares y los recipientes de contención suelen emplear conjuntos separados de tendones pretensados ​​curvados horizontal o verticalmente para envolver completamente el núcleo del reactor. Las paredes de contención de explosiones, como las de los tanques de gas natural licuado (GNL), normalmente utilizan capas de tendones circunferenciales curvados horizontalmente para la contención, en combinación con tendones curvados verticalmente para el pretensado axial de la pared.

Plataformas pavimentadas y pavimentos

Las losas y pavimentos de hormigón sometidos a cargas elevadas pueden ser propensos a agrietarse y sufrir el consiguiente deterioro provocado por el tráfico. Por ello, el hormigón pretensado se utiliza habitualmente en este tipo de estructuras, ya que su precompresión le confiere la capacidad de resistir las tensiones de tracción que inducen el agrietamiento, generadas por la carga en servicio. Esta resistencia al agrietamiento también permite construir secciones de losa individuales con mayores vertidos que en el hormigón armado convencional, lo que resulta en mayores separaciones entre juntas, menores costes de juntas y menos problemas de mantenimiento a largo plazo. [ 55 ] : 594–598 [ 56 ] También se han llevado a cabo con éxito trabajos iniciales sobre el uso de hormigón pretensado prefabricado para pavimentos de carreteras, donde se ha observado que la velocidad y la calidad de la construcción son beneficiosas para esta técnica. [ 57 ]

Algunas estructuras civiles notables construidas con hormigón pretensado incluyen: Puente Gateway , Brisbane, Australia; [ 58 ] Puente Incheon , Corea del Sur; [ 59 ] Presa Roseires , Sudán; [ 60 ] Presa Wanapum , Washington, EE. UU.; [ 61 ] Tanques de GNL , South Hook, Gales; Silos de cemento , Brevik, Noruega; Puente de la Autobahn A73 , Valle del Itzá, Alemania; Torre Ostankino , Moscú, Rusia; Torre CN , Toronto, Canadá; y Reactor nuclear Ringhals , Videbergshamn, Suecia. [ 53 ] : 37

Agencias de diseño y normativa

A nivel mundial, existen numerosas organizaciones profesionales que promueven las mejores prácticas en el diseño y la construcción de estructuras de hormigón pretensado. En Estados Unidos, entre estas organizaciones se encuentran el Post-Tensioning Institute (PTI) y el Precast/Prestressed Concrete Institute (PCI). [ 62 ] Organizaciones similares incluyen el Canadian Precast/Prestressed Concrete Institute (CPCI), [ 63 ] la Post-Tensioning Association del Reino Unido, [ 64 ] el Post Tensioning Institute of Australia [ 65 ] y la South African Post Tensioning Association. [ 66 ] Europa cuenta con asociaciones e instituciones similares a nivel nacional.

Estas organizaciones no son las autoridades en materia de códigos o normas de construcción, sino que existen para promover la comprensión y el desarrollo del diseño, los códigos y las mejores prácticas del hormigón pretensado.

Las normas y requisitos para el detallado de los tendones de refuerzo y pretensado se especifican en códigos y normas nacionales individuales, tales como:

  • Norma europea EN 1992-2 :2005 – Eurocódigo 2: Diseño de estructuras de hormigón;
  • Norma estadounidense ACI318 : Requisitos del código de construcción para hormigón armado; y
  • Norma australiana AS 3600-2009: Estructuras de hormigón.

Véase también

Referencias

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