Hormigón pretensado

Seis figuras que muestran las fuerzas y la desviación resultante de la viga. — Comparación de una viga no pretensada (arriba) y una viga de hormigón pretensado (abajo) bajo carga:
Viga no pretensada sin carga
Viga no pretensada con carga
Antes de que el hormigón se solidifique, los tendones incrustados en el hormigón se tensan.
Después de que el hormigón se solidifica, los tendones aplican tensión de compresión al hormigón.
Viga pretensada sin carga
Viga pretensada con carga

El hormigón pretensado es un tipo de hormigón que se utiliza en la construcción. Durante su producción, se "pretensa" ( comprime ) de forma que se fortalece contra las fuerzas de tracción que existirán cuando esté en servicio. ^[1]^[2]^{: 3–5}^[3] Fue patentado por Eugène Freyssinet en 1928. ^[4]

Esta compresión se produce por 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 individuales, cordones de múltiples alambres o barras roscadas que se fabrican más comúnmente a partir de aceros de alta resistencia , fibra de carbono o fibra de aramida . ^[1]^{: 52–59} La esencia del hormigón preesforzado 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 tensión . Esto puede dar como resultado una capacidad estructural y/o capacidad de servicio mejorada en comparación con el hormigón reforzado convencionalmente en muchas situaciones. ^[6]^[2]^{: 6} En un elemento de hormigón preesforzado, 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 edificios y estructuras civiles donde su rendimiento mejorado puede permitir luces más largas , espesores estructurales reducidos y ahorros de material en comparación con el hormigón armado simple . Las aplicaciones típicas incluyen edificios de gran altura , losas de hormigón residenciales , sistemas de cimentación , estructuras de puentes y presas , silos y tanques , 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 produce después de que se vierte el hormigón. Los sistemas de tensado pueden clasificarse como monocordón , donde el cordón o alambre de cada tendón se tensa individualmente, o multicordón , donde todos los cordones o alambres de un tendón se tensan simultáneamente. ^[6] Los tendones pueden estar ubicados 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 un lecho de colada verde más claro — Proceso de pretensado

El hormigón pretensado es una variante del hormigón pretensado en el que los tendones se tensan antes de verter el hormigón. ^[1]^{: 25} El hormigón se adhiere a los tendones a medida que se cura , tras lo cual se libera el anclaje final de los tendones y las fuerzas de tensión de los tendones se transfieren al hormigón como compresión por fricción estática . ^[6]^{: 7}

El pretensado es una técnica de prefabricación común , en la que el elemento de hormigón resultante se fabrica fuera del lugar de la estructura final y se transporta al lugar una vez curado. Requiere puntos de anclaje de extremo fuertes y estables entre los que se estiran los tendones. Estos anclajes forman los extremos de una "cama de colada" que puede tener muchas veces la longitud 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 permite obtener importantes beneficios de productividad y economías de escala. ^[6]^[8]

La cantidad de unión (o adhesión ) 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 la unión en el hormigón de edad temprana acelerará la producción y permitirá una fabricación más económica. Para promover esto, los tendones pretensados suelen estar compuestos de alambres o cordones individuales aislados, lo que proporciona una mayor superficie para la unión que los tendones de cordones agrupados. ^[6]

A diferencia de los del hormigón postensado (véase más abajo), los tendones de los elementos de hormigón pretensado forman generalmente 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 mantener el tendón en la alineación no lineal deseada durante el tensado. ^[1]^{: 68–73}^[6]^{: 11} Dichos desviadores suelen actuar contra fuerzas sustanciales y, por lo tanto, requieren un sistema de cimentación de lecho de colado robusto. Los tendones rectos se utilizan normalmente en elementos de hormigón prefabricado "lineales" , como vigas poco profundas y losas huecas ; mientras que los tendones perfilados se encuentran más comúnmente en vigas y vigas 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 , tanques de agua y tuberías de hormigón .

Hormigón postensado

El hormigón postensado es una variante del hormigón preesforzado en el que los tendones se tensan después de que se haya construido 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 vierte en la estructura de hormigón o se coloca adyacente a ella. En cada extremo de un tendón hay un conjunto de anclaje firmemente fijado al hormigón circundante. Una vez que el hormigón se ha colado y fraguado, los tendones se tensan ("se tensionan") tirando de los extremos del tendón 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 que se aplica al hormigón una vez que el tendón se "bloquea" en el anclaje. ^[1]^{: 25}^[6]^{: 7} El método de bloqueo de los extremos del tendón al anclaje depende de la composición del tendón, siendo los sistemas más comunes el anclaje de "cabeza de botón" (para tendones de alambre), el anclaje de cuña dividida (para tendones de cordones) y el anclaje roscado (para tendones de barra). ^[1]^{: 79–84}

Los sistemas de encapsulación de tendones se construyen a partir de materiales plásticos o de acero galvanizado , y se clasifican en dos tipos principales: aquellos en los que el elemento de tendón se adhiere posteriormente al hormigón circundante mediante el relleno interno del conducto después del tensado ( postensado adherido ); y aquellos en los que el elemento de tendón se despega permanentemente del hormigón circundante, generalmente por medio de una funda engrasada sobre los cordones del tendón ( postensado no adherido ). ^[1]^{: 26}^[6]^{: 10}

La colocación de los conductos o manguitos de los tendones en el hormigón antes de aplicarles tensión permite "perfilarlos" fácilmente para darles cualquier forma deseada, incluida la incorporación de una curvatura vertical y/o horizontal . Cuando se tensan los tendones, este perfilado da como resultado fuerzas de reacción que se imparten al hormigón endurecido y que se pueden utilizar de forma beneficiosa para contrarrestar cualquier carga que se aplique posteriormente a la estructura. ^[2]^{: 5–6}^[6]^{: 48}^{: 9–10}

Postensado adherido

En el postensado adherido, los tendones se adhieren permanentemente al hormigón circundante mediante el relleno in situ de los conductos que los encapsulan (después del tensado de los tendones). Este relleno se lleva a cabo con tres propósitos principales: proteger los tendones contra la corrosión ; "fijar" permanentemente el pretensado de los tendones, eliminando así la dependencia a largo plazo de los sistemas de anclaje en los extremos; y mejorar ciertos comportamientos estructurales de la estructura de hormigón final. ^[10]

El postensado adherido se caracteriza por utilizar tendones, cada uno de los cuales comprende haces de elementos (por ejemplo, cordones o alambres) colocados dentro de un único conducto de tendón, con la excepción de las barras, que se utilizan en su mayoría sin arneses. Este arneses permite realizar procesos de instalación y lechado de tendones más eficientes, ya que cada tendón completo requiere solo un juego de anclajes en los extremos y una operación de lechado. Los conductos se fabrican con un material duradero y resistente a la corrosión, como plástico (por ejemplo, polietileno ) o acero galvanizado , y pueden tener una sección transversal redonda o rectangular/ovalada. ^[2]^{: 7} Los tamaños de tendón utilizados dependen en gran medida de la aplicación, y van 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 se lleva a cabo generalmente en el lugar, comenzando con la colocación de los anclajes de los extremos en el encofrado , colocando los conductos de los tendones en los perfiles de curvatura requeridos y enhebrando (o enhebrando) los cordones o alambres a través de los conductos. Después del hormigonado y el tensado, los conductos se inyectan a presión y los extremos tensados de los tendones se sellan contra la corrosión . ^[6]^{: 2}

Postensado no adherido

Postensado de losa no adherida. (Arriba) Se ven los cordones instalados y los anclajes de borde, junto con los cordones enrollados prefabricados para el próximo vertido. (Abajo) Vista del extremo de la losa después de desencofrar, que muestra los cordones individuales y los huecos de los anclajes de tensado.

El postensado no adherido se diferencia del postensado adherido en que permite que los tendones tengan una libertad permanente de movimiento longitudinal con respecto al hormigón. Esto se consigue más comúnmente recubriendo cada elemento individual del tendón con una funda de plástico rellena con una grasa inhibidora de la corrosión , normalmente a base de litio . Los anclajes en cada extremo del tendón transfieren la fuerza de tensado al hormigón y son necesarios para realizar esta función de forma fiable durante la vida útil de la estructura. ^[10]^{: 1}

El postensado no adherido puede adoptar la forma de:

Tendones de cordones individuales colocados directamente en la estructura hormigonada (por ejemplo, edificios, losas de suelo)
Cables agrupados, engrasados y envainados individualmente, que forman un único tendón dentro de un conducto encapsulante que se coloca dentro o adyacente al hormigón (por ejemplo, anclajes retensables, postensado externo)

En el caso de tendones de cordones individuales, no se utilizan conductos adicionales para tendones ni se requiere una operación de 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 de 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 se inyecta lechada en los espacios libres interiores después del tensado. De esta manera, se proporciona protección adicional contra la corrosión mediante la grasa, el revestimiento de plástico, la lechada, el revestimiento externo y las capas de hormigón circundantes. ^[10]^{: 1}

Los tendones engrasados y revestidos individualmente suelen fabricarse fuera de la obra mediante un proceso de extrusión . El cordón de acero desnudo se introduce en una cámara de engrase y luego pasa a una unidad de extrusión donde el plástico fundido forma un revestimiento exterior continuo. Los cordones terminados se pueden cortar a medida y se pueden equipar con conjuntos de anclaje de "extremo muerto" según sea necesario para el proyecto.

Comparación entre postensado adherido y no adherido

Tanto las tecnologías de postensado adheridas 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 los dos es capaz de proporcionar estructuras duraderas que cumplan con los códigos y que cumplan con los requisitos de resistencia estructural y capacidad de servicio del diseñador. ^[10]^{: 2}

Los beneficios que puede ofrecer el postensado adherido frente a los sistemas no adheridos son:

Menor dependencia de la integridad del anclaje final. Después del tensado y la inyección, los tendones adheridos se conectan al hormigón circundante a lo largo de toda su longitud mediante una lechada de alta resistencia . Una vez curada, esta lechada puede transferir toda la fuerza de tensión del tendón al hormigón en una distancia muy corta (aproximadamente 1 metro). Como resultado, cualquier corte involuntario del tendón o falla de un anclaje final solo tiene un impacto muy localizado en el rendimiento del tendón y casi nunca da como resultado la expulsión del tendón del anclaje. ^[2]^{: 18}^[10]^{: 7}
Mayor resistencia última a la flexión . Con el postensado adherido, cualquier flexión de la estructura es resistida directamente por las tensiones de los tendones en esa misma ubicación (es decir, no se produce redistribución de tensiones). Esto da como resultado tensiones de tracción significativamente mayores en los tendones que si no estuvieran adheridos, lo que permite alcanzar su límite elástico completo y producir una mayor capacidad de carga última. ^[2]^{: 16–17}^[6]^{: 10}
Control mejorado de grietas. En presencia de grietas en el hormigón , los tendones adheridos responden de manera similar al refuerzo convencional ( barras de refuerzo ). Con los tendones fijados al hormigón a cada lado de la grieta, se ofrece una mayor resistencia a la expansión de la grieta que con los tendones no adheridos, lo que permite que muchos códigos de diseño especifiquen requisitos de refuerzo reducidos para el postensado adherido. ^[10]^{: 4}^[11]^{: 1}
Comportamiento frente al fuego mejorado. La ausencia de redistribución de la tensión en los tendones adheridos puede limitar el impacto que cualquier sobrecalentamiento localizado tiene sobre la estructura general. Como resultado, las estructuras adheridas pueden mostrar una mayor capacidad para resistir las condiciones de fuego que las no adheridas. ^[12]

Los beneficios que puede ofrecer el postensado no adherido frente a los sistemas adheridos son:

Capacidad de prefabricación . Los tendones no adheridos se pueden prefabricar fácilmente fuera del sitio, junto con los anclajes en los extremos, lo que facilita una instalación más rápida durante la construcción. Es posible que se deba prever un plazo de entrega adicional para este proceso de fabricación.
Productividad mejorada en la obra . La eliminación del proceso de inyección de postensado requerido en estructuras adheridas mejora la productividad de la mano de obra en la obra de postensado no adherido. ^[10]^{: 5}
Mayor flexibilidad de instalación . Los tendones monocordón no unidos tienen una mayor flexibilidad de manejo que los conductos unidos durante la instalación, lo que les permite una mayor capacidad de desviarse alrededor de penetraciones de servicio u obstrucciones. ^[10]^{: 5}
Reducción de la cobertura de hormigón . Los tendones no adheridos pueden permitir cierta reducción del espesor de los elementos de hormigón, ya que su menor tamaño y su mayor protección contra la corrosión pueden permitir su colocación más cerca de la superficie del hormigón. ^[2]^{: 8}
Reemplazo y/o ajuste más sencillo. Al estar permanentemente aislados del hormigón, los tendones no adheridos se pueden desestresar, volver a estresar y/o reemplazar fácilmente en caso de que se dañen o sea necesario modificar sus niveles de fuerza durante el servicio. ^[10]^{: 6}
Rendimiento superior frente a sobrecargas. Aunque tienen una resistencia última menor que los tendones adheridos, la capacidad de los tendones no adheridos para redistribuir las tensiones en toda su longitud puede otorgarles 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, dado su uso generalizado. Desde la década de 1960 se han llevado a cabo investigaciones sobre el rendimiento de durabilidad de las estructuras pretensadas en servicio ^[14] , y las tecnologías anticorrosión para la protección de tendones se han mejorado continuamente desde que se desarrollaron los primeros sistemas ^{[15] .}

La durabilidad del hormigón pretensado está determinada principalmente por el nivel de protección contra la corrosión que se proporciona a los elementos de acero de alta resistencia dentro de los tendones de pretensado. También es fundamental la protección que se brinda a los conjuntos de anclaje de los extremos de los tendones no adheridos o los sistemas de tirantes, ya que los anclajes de ambos son necesarios para retener las fuerzas de pretensado. La falla de cualquiera de estos componentes puede provocar la liberación de las fuerzas de pretensado o la ruptura física de los tendones de pretensado.

Los sistemas de pretensado modernos 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 dentro del hormigón circundante. Para garantizar la protección total de los haces de cordones, los conductos deben rellenarse a presión con una lechada inhibidora de corrosión , sin dejar ningún vacío, después del tensado de los cordones.
Recubrimiento de tendones (tendones no adheridos)
Los tendones no adheridos están compuestos por cordones individuales recubiertos con una grasa o cera anticorrosión y provistos de una funda o manguito de plástico duradero de longitud completa. El manguito debe estar intacto a lo largo del tendón y debe extenderse completamente hasta los accesorios de anclaje en cada extremo del tendón.
Encapsulación de doble capa Los tendones de pretensado que requieren un control
permanente y/o un ajuste de fuerza, como los tirantes y los anclajes de presas retensables, normalmente emplean una protección anticorrosión de doble capa. Dichos tendones están compuestos de cordones individuales, recubiertos con grasa y enfundados, reunidos en un haz de cordones y colocados dentro de un conducto exterior de polietileno encapsulante . El espacio vacío restante dentro del conducto se inyecta a presión, lo que proporciona un sistema de barrera de protección de múltiples capas de polietileno, lechada, plástico y grasa para cada cordón.
Protección de anclajes
En todas las instalaciones postensadas, la protección de los anclajes de los extremos contra la corrosión es esencial, y especialmente en sistemas no adheridos.

A continuación se enumeran varios eventos relacionados con la durabilidad:

Puente Ynys-y-Gwas, West Glamorgan, Gales, 1985
Una estructura de un solo tramo, prefabricada y segmentada, construida en 1953 con postesado longitudinal y transversal. La corrosión atacó los tendones, que no estaban protegidos, en el punto en que cruzaban las juntas in situ entre los segmentos, lo que provocó 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. La inadecuada cobertura de hormigón en los estribos laterales provocó la corrosión de los cables de amarre , lo que condujo a una falla progresiva del tramo principal del puente y a la muerte de una persona. ^[16]
Agencia de Carreteras del Reino Unido , 1992
Tras el descubrimiento de corrosión en los tendones de varios puentes de Inglaterra, la Agencia de Carreteras emitió una moratoria sobre la construcción de nuevos puentes postensados con lechada interna y emprendió un programa de cinco años 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 a la lechada del tendón para acelerar la construcción, lo que provocó la corrosión de los cordones 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 antihielo en algunos de los tendones de pretensado, lo que hizo necesario el cierre inicial de la carretera mientras se realizaban investigaciones adicionales. Se llevaron a cabo reparaciones y reforzamientos posteriores mediante postensado externo, que se completaron en 2015. ^[20]^[21]
Viaducto de Petrulla ("Viadotto Petrulla"), Sicilia, Italia, 2014
Un tramo de un viaducto de 12 tramos se derrumbó el 7 de julio de 2014, causando 4 heridos, ^[22] debido a la corrosión de los tendones de postesado.
Colapso del puente de Génova , 2018. El Ponte Morandi era un puente atirantado caracterizado por una estructura de hormigón pretensado para los pilares, pilonos y tablero, muy pocos tirantes, tan solo dos por tramo, y un sistema híbrido para los tirantes construidos a partir de cables de acero con carcasas de hormigón pretensado vertidas encima. El hormigón solo estaba pretensado a 10 MPa, lo que lo hacía propenso a grietas y a la intrusión de agua, lo que causaba corrosión del acero incrustado.
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 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, preestirado para permitir que se alcance fácilmente su máxima resistencia; y hormigón moderno, precomprimido para minimizar el agrietamiento bajo fuerzas de tracción. ^[1]^{: 12} Su amplia gama de aplicaciones se refleja en su incorporación a los principales códigos de diseño que cubren la mayoría de las áreas de ingeniería estructural y civil, incluidos edificios, puentes, presas, cimientos, 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 ellos, se incluyen: un número mínimo de paredes o columnas de soporte (intrusivas); un espesor estructural bajo (profundidad), lo que permite espacio para servicios o para pisos adicionales en construcciones de gran altura; ciclos de construcción rápidos, especialmente para edificios de varios pisos; y un bajo costo por unidad de superficie, para maximizar el retorno de la inversión del propietario del edificio.

El pretensado del hormigón permite introducir en la estructura fuerzas de "equilibrio de carga" para contrarrestar las cargas de servicio. Esto aporta numerosos beneficios a las estructuras de los edificios:

Mayores luces para la misma profundidad estructural
El equilibrio de carga da como resultado menores deflexiones en servicio, lo que permite aumentar las luces (y reducir el número de apoyos) sin aumentar la profundidad estructural.
Espesor estructural reducido
Para un tramo determinado, las deflexiones en servicio más bajas permiten utilizar secciones estructurales más delgadas, lo que a su vez da como resultado alturas de piso a piso más bajas o más espacio para los servicios del edificio.
Tiempo de desencofrado más rápido
Normalmente, los elementos de construcción de hormigón pretensado están totalmente tensados y son autoportantes en cinco días. En este punto, se puede desencofrar el encofrado y volver a colocarlo en la siguiente sección del edificio, lo que acelera los "ciclos" de construcción.
Costos de material reducidos
La combinación de un espesor estructural reducido, cantidades reducidas de refuerzo convencional y una construcción rápida a menudo da como resultado que el hormigón pretensado muestre importantes beneficios de costo en las estructuras de construcción en comparación con materiales estructurales alternativos.

Algunas estructuras de edificios notables construidas con hormigón pretensado incluyen: Sydney Opera House ^[24] y World Tower , Sydney; ^[25] St George Wharf Tower , Londres; ^[26] CN Tower , Toronto; ^[27] Kai Tak Cruise Terminal ^[28] y International Commerce Centre , Hong Kong; ^[29] Ocean Heights 2 , Dubai; ^[30] Eureka Tower , Melbourne; ^[31] Torre Espacio , Madrid; ^[32] Guoco Tower (Tanjong Pagar Centre), Singapur; ^[33] Aeropuerto Internacional de Zagreb , Croacia; ^[34] y Capital Gate , Abu Dhabi, Emiratos Árabes Unidos. ^[35]

Torre ICC , Hong Kong
484 m 2010
Torre Guoco, Singapur
290m 2016
Ópera de Sídney,
1973
Terminal Kai Tak
Hong Kong 2013
Torre del Mundo , Sídney,
230 m, 2004
Ocean Heights 2 , Dubái,
335 m, 2016
Torre Eureka , Melbourne,
297 m, 2006
Torre Espacio , Madrid
230m 2008
Capital Gate , Abu Dhabi,
18° de inclinación en 2010

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 servicio pesado, las ventajas de este tipo de puente sobre los diseños más tradicionales fueron que es más rápido de instalar, más económico y más duradero y el puente es menos animado. ^[38]^[39] Uno de los primeros puentes construidos de esta manera es el viaducto de Adam , un puente ferroviario construido en 1946 en el Reino Unido . ^[40] En la década de 1960, el hormigón pretensado reemplazó 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 alrededor de 10 a 40 metros (30 a 130 pies), el preesfuerzo se emplea comúnmente en forma de vigas o tablones pretensados prefabricados. ^[42] Las estructuras de longitud media de alrededor de 40 a 200 metros (150 a 650 pies), generalmente utilizan diseños prefabricados con segmentos, voladizos equilibrados in situ y lanzados de forma incremental . ^[43] Para los puentes más largos, las estructuras de tablero de hormigón preesforzado a menudo forman parte integral de los diseños atirantados . ^[44]

Presas

Las presas de hormigón han utilizado pretensado para contrarrestar el levantamiento y aumentar su estabilidad general desde mediados de la década de 1930. ^[45]^[46] El pretensado también se instala con frecuencia como parte de las obras de remediación de presas, como para el fortalecimiento estructural o al elevar las alturas de las crestas o los aliviaderos. ^[47]^[48]

En la mayoría de los casos, el pretensado de las presas se realiza mediante anclajes postensados perforados en la estructura de hormigón de la presa o en los estratos de roca subyacentes. Estos anclajes suelen estar compuestos por tendones de cordones de acero atados de alta resistencia o barras roscadas individuales. Los tendones se fijan al hormigón o a la roca en su extremo más alejado (interno) y tienen una longitud libre "desunida" significativa en su extremo externo que permite que el tendón se estire durante el tensado. Los tendones pueden estar adheridos en toda su longitud al hormigón o a la roca circundante una vez tensados o (lo que es más habitual) tener cordones encapsulados permanentemente en grasa inhibidora de la corrosión en la longitud libre para permitir el control de la carga a largo plazo y la capacidad de volver a tensarse. ^[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 curvados horizontalmente dentro de la pared de hormigón para formar una serie de aros, espaciados verticalmente hacia arriba en la estructura. Cuando se tensan, estos tendones ejercen fuerzas tanto axiales (compresoras) como radiales (hacia adentro) sobre la estructura, que pueden oponerse directamente a las cargas de almacenamiento posteriores. Si la magnitud del pretensado está diseñada para superar siempre las tensiones de tracción producidas por las cargas, existirá una compresión residual permanente en el hormigón de la pared, lo que ayudará a mantener una estructura hermética y libre de grietas. ^[50]^[51]^[52]^{: 61}

Nuclear y explosión

El hormigón pretensado se ha establecido como un material de construcción confiable para estructuras de contención de alta presión, como recipientes de reactores nucleares y edificios de contención, y muros de contención de explosiones de tanques petroquímicos. El uso de pretensado para colocar dichas estructuras en un estado inicial de compresión biaxial o triaxial aumenta su resistencia al agrietamiento y las fugas del hormigón, al tiempo que proporciona un sistema de contención de presión controlado, redundante y con carga de prueba. ^[53]^[54]^[55]^{: 585–594}

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

Pavimentos y aceras

Las losas de hormigón y los pavimentos sometidos a cargas elevadas pueden ser sensibles al agrietamiento y al consiguiente deterioro provocado por el tráfico. Por ello, el hormigón pretensado se utiliza habitualmente en este tipo de estructuras, ya que su precompresión proporciona al hormigón la capacidad de resistir las tensiones de tracción que inducen el agrietamiento generadas por las cargas en servicio. Esta resistencia al agrietamiento también permite que las secciones de losa individuales se construyan en vertidos más grandes que para el hormigón armado convencional, lo que da como resultado espaciamientos de juntas más amplios, menores costes de unión y menos problemas de mantenimiento de juntas a largo plazo. ^[55]^{: 594–598}^[56] También se han realizado 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: Gateway Bridge , Brisbane, Australia; ^[58] Incheon Bridge , Corea del Sur; ^[59] Roseires Dam , Sudán; ^[60] Wanapum Dam , Washington, EE. UU.; ^[61] Tanques de GNL , South Hook, Gales; Silos de cemento , Brevik, Noruega; Puente de la autopista A73 , Itz Valley, Alemania; Torre Ostankino , Moscú, Rusia; Torre CN , Toronto, Canadá; y el reactor nuclear Ringhals , Videbergshamn, Suecia. ^[53]^{: 37}

Puente Gateway
Brisbane, Australia.
Puente de Incheon
Corea del Sur
Autopista A73
Valle de Itzá, Alemania
Torre Ostankino
Moscú, Rusia
Torre CN
de Toronto, Canadá
Silos de Norcem
en Brevik, Noruega
Presa Roseires
Ad Damazin, Sudán
Presa Wanapum,
Washington, Estados Unidos
Tanques de GNL
en South Hook, Gales
Planta nuclear de Ringhals
Videbergshamn, Suecia

Agencias de diseño y normativas

En todo el mundo existen muchas organizaciones profesionales que promueven las mejores prácticas en el diseño y la construcción de estructuras de hormigón pretensado. En los Estados Unidos, entre estas organizaciones se incluyen el Post-Tensioning Institute (PTI) y el Precast/Prestressed Concrete Institute (PCI). ^[62] Entre los organismos similares se 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] En Europa existen asociaciones e instituciones similares en distintos países.

Estas organizaciones no son 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 preesforzado.

Las reglas y requisitos para el detallado de tendones de refuerzo y preesforzado están especificados por 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

Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Hormigón pretensado .

Referencias

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Enlaces externos

La historia del hormigón pretensado de 1930 a 1945: un paso hacia la Unión Europea
Directrices para el muestreo, la evaluación y la restauración de lechada defectuosa en conductos de postensado de puentes de hormigón pretensado Administración Federal de Carreteras
Patentes históricas y evolución de la construcción arquitectónica del siglo XX con hormigón armado y pretensado