En todas las soluciones con armaduras activas que se han analizado, el tesado de las armaduras se realizaba, apoyándose en el hormigón endurecido. Esta modalidad recibe el nombre de HORMIGÓN PRETENSADO CON ARMADURAS POSTESAS, es decir, traccionadas posteriormente al endurecimiento del hormigón.
Pero existe también la modalidad de HORMIGÓN PRETENSADO CON ARMADURAS PRETESAS, es decir, traccionadas previamente al endurecimiento del hormigón, en realidad, antes de su vertido.
De forma resumida, el procedimiento es el siguiente (Figura 2.8.):
Figura 2.8. Esquema del hormigón pretensado con armaduras pretesas.
En los extremos de una solera existen sendas bancadas con resistencia suficiente para soportar la tracción de las armaduras. Ancladas éstas a una de las bancadas, se pasan a través de la opuesta y son recogidas por un gato que tira de ellas hasta tesarlas al valor deseado. Se anclan luego a esta segunda bancada, con lo que las armaduras mantienen su tensión y alargamiento después que han sido soltadas del gato.
Sobre la solera y envolviendo las armaduras tesadas, se vierte el hormigón dentro de unos moldes, que pueden ser fijos o móviles.
Cuando el hormigón ha adquirido la resistencia necesaria, se sueltan las armaduras de sus anclajes, con lo que, al intentar acortarse, sin conseguirlo por su adherencia con el hormigón, lo comprimen transfiriéndole la fuerza que habían recibido del gato.
El hormigón pretensado con armaduras pretesas de alambres adherentes, es el usualmente utilizado para la fabricación de viguetas y otros elementos resistentes prefabricados. La razón de esta preferencia estriba en la sencillez del procedimiento, derivada del anclaje por adherencia que no precisa piezas de anclaje de ningún tipo.
En el hormigón pretensado con armaduras postesas, las armaduras deben poder deslizar dentro del hormigón, a fin de permitir el alargamiento originado por el tesado, sin el cual las armaduras no adquirirían tensión. La adherencia se produce entre el hormigón y las vainas, y puede luego conseguirse que las armaduras se adhieran a éstas mediante la inyección en las vainas de morteros especialmente destinados a este fin.
Obsérvese que en ambas modalidades se habla de hormigón “pretensado”, lo que quiere decir que el hormigón se encuentra, en uno y otro caso, sometido a un estado tensional previo a su entrada en servicio.
No debe confundirse “tensar” (producir tensiones), con “tesar”, equivalente a traccionar. Todo tesado es un tensado, pero no a la inversa.
EL PRETENSADO SEGÚN LA INSTRUCCIÓN EHE
Definición de pretensado
La Instrucción entiende por pretensado la aplicación controlada de una tensión al hormigón mediante el tesado de tendones de acero. Los tendones están fabricados con acero de alta resistencia y pueden estar constituidos por alambres, cordones o barras.
En la Instrucción EHE no se consideran otras formas de pretensado.
Tipos de pretensado
De acuerdo con la situación del tendón respecto de la sección transversal, el pretensado puede ser:
a) Interior. En este caso el tendón está situado en el interior de la sección transversal del hormigón.
b) Exterior. En este caso el tendón está situado fuera de la sección transversal del hormigón y dentro del canto de la misma.
De acuerdo con el momento del tesado respecto del hormigonado del elemento, el pretensado puede ser:
a) Con armaduras pretesas. El hormigonado se efectúa después de haber tesado y anclado provisionalmente las armaduras en elementos fijos. Cuando el hormigón ha adquirido suficiente resistencia, se liberan las armaduras de sus anclajes provisionales y, por adherencia, se transfiere al hormigón la fuerza previamente introducida en las armaduras.
b) Con armaduras postesas. El hormigonado se realiza antes del tesado de las armaduras activas que normalmente se alojan en conductos o vainas. Cuando el hormigón ha adquirido suficiente resistencia se procede al tesado y anclaje de las armaduras.
Desde el punto de vista de las condiciones de adherencia del tendón, el pretensado puede ser:
a) Adherente. Este es el caso del pretensado con armadura pretesa o con armadura postesa en el que después del tesado se procede a ejecutar una inyección con un material que proporciona una adherencia adecuada entre la armadura y el hormigón del elemento.
b) No Adherente. Este es el caso del pretensado con armadura postesa en el que se utilizan como sistemas de protección de las armaduras, inyecciones que no crean adherencia entre ésta y el hormigón del elemento.
EL HORMIGÓN PRETENSADO FRENTE AL HORMIGÓN ARMADO
El hormigón armado como caso particular del pretensado
El hormigón armado puede considerarse un caso particular del hormigón pretensado, en el que la fuerza de pretensado adopta valor nulo, P = 0. En este caso, debe disponerse armadura pasiva AS , pero no activa AP 0 = . Si además AS = 0, estaremos en el caso de hormigón en masa.
Hasta ahora no nos hemos ocupado de las armaduras pasivas en el hormigón pretensado, ya que se ha considerado la sección totalmente comprimida o sometida a pequeñas tracciones que el hormigón puede absorber. Pero puede ser conveniente o necesario, aceptar tensiones de tracción superiores a las que el hormigón puede resistir; en este caso la armadura pasiva puede cumplir su función de coser las fisuras que aparecerán.
Por ejemplo, cuando se desea aumentar la excentricidad de la fuerza de pretensado más allá de los límites del núcleo central de inercia. O cuando una pieza, pretensada para trabajar bajo momentos positivos, debe ser sometida a momentos negativos de alguna importancia, como es el caso de las viguetas pretensadas trabajando en voladizo. O también cuando es necesario ayudar al hormigón en su resistencia a compresión.
De acuerdo con lo dicho, puede establecerse la siguiente clasificación:
Como iremos viendo, si en las fórmulas de cálculo del hormigón pretensado hacemos P = 0, obtendremos las correspondientes al hormigón armado o en masa, siempre que se refieran a condiciones semejantes.
Cálculo en condiciones de servicio
En el hormigón armado la pieza se encuentra fisurada ya en servicio, y es necesario comenzar por determinar la sección eficaz.
En muchas condiciones de servicio el hormigón pretensado no está figurado y veremos la sencillez con que pueden abordarse, el estudio de la deformación o del comportamiento ante la fisuración, frente a la complejidad que estos temas presentan en el hormigón armado.
Sin embargo, ante el agotamiento, en que tanto la pieza de hormigón pretensado como la de hormigón armado se encuentran fisuradas, el análisis se realiza de igual modo en ambos casos.
Comportamiento ante la fisuración
Puede decirse que ésta es la principal diferencia entre el hormigón armado y el pretensado, que corresponde en definitiva a las diferentes formas de trabajo en flexión simple y en flexocompresión con esfuerzo normal predeterminado.
Sometido a tracción, el hormigón se deforma hasta alcanzar un alargamiento del orden del 0,2 por mil, para el cual se fisura.
El acero de la armadura pasiva, que acompaña al hormigón en su deformación, tiene entonces una tensión:
Para aumentar esta tensión, es necesario someter el acero a deformaciones superiores que el hormigón no puede seguir sin abrirse.
En servicio, la tensión que puede asignarse a un acero B 400 S es aproximadamente:
Se comprende que una utilización racional del acero obliga a aceptar como inevitable la fisuración del hormigón armado, con los inconvenientes de riesgo de corrosión, reducción de la sección eficaz y pérdida de rigidez de la pieza (mayor deformabilidad).
En el hormigón pretensado, en cambio, es posible eliminar las tracciones o reducirlas a valores que el hormigón puede resistir, con lo que se evita la fisuración.
Utilización de aceros de muy alta resistencia
Aceros con diferente límite elástico fyk tienen prácticamente el mismo módulo de elasticidad Es .
Para tensiones del acero σs ≤ fyk , las deformaciones relativas ∈s son proporcionales a las tensiones: ∈s = σs/Es
En la figura 2.9. vemos las deformaciones s ∈ que debe alcanzar un acero para desarrollar una tensión igual a su límite elástico, el cual minorado nos da la tensión de cálculo.
A un acero B 500 S, el de mayor resistencia utilizado en un hormigón armado, le corresponde una deformación en el límite elástico ∈s = 2,50 10−3, mientras que a un acero de pretensado, con límite elástico 1330 N / mm2 , le corresponde ∈p = 6,65 10−3, es decir,
2,66 veces mayor.
Las grandes deformaciones que impondría al hormigón armado la utilización de los aceros utilizados en el pretensado, resultaría incompatible con la necesidad de mantener la apertura de las fisuras dentro de los límites tolerables. Recuérdese que, a la altura de la armadura traccionada, la apertura de las fisuras es igual al alargamiento del acero menos el alargamiento del hormigón; al ser éste muy pequeño comparativamente, prácticamente todo el alargamiento del acero se distribuye entre las diferentes fisuras.
En cambio, el acero de las armaduras activas, se deforma en el tesado con total independencia del hormigón, incluso antes de su vertido, como en el caso de las armaduras pretesas. No existe inconveniente por tanto, para imponer a dicho acero alargamientos próximos al correspondiente a su límite elástico por alto que éste sea.
Ello posibilita la utilización como armaduras activas, en el hormigón pretensado, de aceros de tan alta resistencia como pueda suministrar la industria. Estos aceros son más económicos, a igualdad de capacidad mecánica, que los empleados en el hormigón armado, y permiten secciones de armadura más reducidas que ocupan menos espacio, con ventaja para las pequeñas dimensiones transversales de viguetas y otros elementos prefabricados.
En realidad, la utilización en las armaduras activas de aceros de muy alta resistencia, no sólo es posible sino necesaria. Como veremos, las armaduras activas sufren con el transcurso del tiempo, pérdidas de tensión del orden del 25 % de la inicialmente recibida, por lo que es imprescindible que dicha tensión inicial sea lo más alta posible, para que la remanente resulte suficiente.
Deformación
A igualdad de las restantes condiciones, una pieza de hormigón pretensado es menos deformable que otra equivalente de hormigón armado, debido a que, bajo las cargas de servicio habituales, la segunda se encontrará fisurada y la primera no.
La contraflecha que corrientemente presentan las piezas de hormigón pretensado, reduce su convexidad inferior bajo carga. De hecho, es posible estudiar la deformación que debe darse mediante el pretensado para que la pieza quede perfectamente recta bajo una carga determinada.
En ocasiones, la contraflecha de las viguetas de hormigón pretensado es tan acusada que la carga no puede anularla y los techos resultan cóncavos en exceso, lo que es casi tan indeseable como una convexidad excesiva.
Inconvenientes del hormigón pretensado
Los inconvenientes del hormigón pretensado respecto al hormigón armado, proceden de que el primero exige una técnica más precisa y compleja. Los cálculos deben ser más rigurosos y la ejecución más cuidada, además de necesitar medios más costosos.
Los materiales deben ser de alta calidad y controlados rigurosamente, ya que en el pretensado no se admite el control a nivel reducido.
Por estas razones, el hormigón pretensado es muy apropiado para la producción industrial de prefabricados, o para la realización “in situ” de grandes obras en que se pueda contar con una organización casi industrial.
En la edificación, su mayor utilización es, a través de elementos prefabricados, especialmente en los forjados.
Alfonso Cobo Escamilla y Luis Felipe Rodríguez Martín
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