ESTRUCTURAS IV
Hormigón Pretensado
Es una técnica que permite introducir tensiones en la estructura, antes de que entre en carga, para
mejorar el comportamiento estructural.
Se tracciona el acero para generar una precompresión en el hormigón, antes de que entre en
servicio, y así reducir, de manera total o parcial, las tensiones de tracción en el mismo.
Inconveniente del hormigón simplemente armado
1. El desaprovechamiento estructural del hormigón toda la zona traccionada
2. La imposibilidad de utilizar aceros de alta resistencia.
Porque todos los aceros que posean el mismo módulo de elasticidad. En consecuencia, al existir la
posibilidad de aumentar las tensiones en los aceros más resistentes, se producirá un aumento
proporcional de las deformaciones, y con ello las fisuraciones en el hormigón, con el consecuente
riesgo de corrosión y oxidación de las armaduras.
Ventajas del acero de alta resistencia
Su economía, aunque el costo sea el doble que los comunes, su límite elástico es de 5 a 7 veces más
alto, lo que permite una reducción considerable de su sección.
¿Como se resuelve el primer inconveniente?
Sometiendo al hormigón a una compresión previa de igual o mayor magnitud que la solicitación de
tracción posterior, de manera que toda la sección quede comprimida.
Para aplicar esta precompresión, se estira un cable de acero mediante una fuerza de tracción y luego
se retira la cara, el cable tratará de acortarse nuevamente hasta recuperar su longitud inicial.
Si se impide el acortamiento anclando el cable al hormigón después de tensado, presionará sobre
este comprimiéndolo con una carga inicial.
Esta primer teoría fracasó, pero ¿Por qué?
La barra de longitud lb, al ser comprimida, se acortará su valor Δb, obligando al acero a cortarse
también un valor Δsi = Δb, disminuyendo así Δs. Como N y Δs son proporcionales entre si por ser las
,únicas variables de la expresión, se deduce que si Δs se reduce, también lo hará N, reduciéndose la
precompresión.
Consecuencia
Si Δs disminuye excesivamente, se puede perder progresivamente la precompresión y hasta
anularse si desaparece Δs.
Se comprobó que al cabo de 1 a 3 años desaparecía por completo la precompresión. Esto se debe a
que la deformación instantánea provocada por la carga debía adicionarse las deformaciones por
contracción de endurecimiento y por fluencia lenta, las cuales en conjunto se pueden duplicar y
hasta triplicar la deformación inicial del hormigón.
En aceros muy tensionados durante largos periodos, sufren el fenómeno de relajamiento, el que
consiste en una disminución o descarga lenta de la tensión, aunque los alargamientos permanezcan
constantes.
Tiempos que demandan las pérdidas de tensión
15 días: 25%
60 días: 50%
2 a 3 años: 75%
Incidencia de los factores mencionados
o Deformación elástica instantánea del hormigón: 2 a 3%
o Deformación por contracción lenta del endurecimiento: 6 a 7%
o Deformación por fluencia lenta del hormigón: 5 a 6%
o Relajación del acero: 2 a 3%
o Caída de tensión por razones constructivas: 9 a 12%
o Porcentaje total: 24 a 31%
La caída de tensión se neutraliza sometiendo a los aceros a grandes alargamientos, muy superiores
a los acortamientos por contracción de endurecimiento y fluencia lenta, con el objeto de tener
siempre alargamientos que permitan asegurar la máxima tensión de compresión en el hormigón, lo
cual se logra aumentando las tensiones actuantes. Y solo es posible utilizando aceros de alta
resistencia.
,Limite elástico de aceros comunes: β = 2200kg/cm2
Caída de tensión: 2600kg/cm2
(2600kg/cmkg/cm2) . 100% = 118%
Limite elástico de aceros para hormigón: β = 4200kg/cm2
(2600kg/cmkg/cm2) . 100% = 62%
Valor que sigue siendo elevado comparado con la tensión total, pues solo se contaría con un 38%
de precompresión.
Utilizando aceros con límite de elástico de 12000kg/cm2 tensados a 10500kg/cm2, la caída de
tensión seria de:
(2600kg/cmkg/cm2) . 100% = 25%
Es decir, una cuarta parte del valor total.
Sin embargo, en el hormigón armado no es posible el uso de aceros de alta resistencia debido al
problema de fisuración, estos deben ser utilizados en el hormigón pretensado debido a la caída de
tensión.
Entonces, si por economía se utilizan aceros de alta resistencia, hay que pretensarlos, y si se quiere
aplicar técnicas de pretensado para eliminar la tracción en el hormigón, hay que emplear aceros de
alta resistencia. Por los dos caminos se llega al mismo resultado:
La necesidad de usar haceros de alta resistencia en hormigón precomprimido
Características del hormigón
Dado que los aceros altamente tensionados y de menor diámetro son mas sensibles a la corrosión,
deben protegerse con hormigones mas densos, con una relación agua cemento bajo, que disminuya
los canales capilares, generando una mayor resistencia.
El uso de hormigones mas resistentes permite aumentar las tensiones de precompresión y lograr
un mejor aprovechamiento de toda la sección.
Los hormigones de mayor resistencia poseen mayor modulo de elasticidad, lo que da lugar a
acortamientos mas reducidos y menor caída de tensión.
En precompresión deben utilizarse hormigones de alta resistencia, entre 300 y 400kg/cm 2
Estado tensional
La secuencia se inicia aplicando una carga N de precompresión, que da lugar a un diagrama
rectangular de tensiones, al que se agrega un diagrama triangular provocado por las cargas de
servicio, resultando un diagrama de compresión excéntrica lineal, que se desarrolla en estado I.
, La aplicación de N en el centro elimina la tracción en la parte inferior, pero aumenta excesivamente
la compresión en la parte superior.
Por lo tanto, se aplica N en el borde del núcleo central para que la compresión sea nula en la fibra
superior más alejada, provocando una reducción de esta solicitación en el diagrama final.
Es imprescindible considerar el peso propio de la viga, que da lugar al clásico diagrama triangular
que se suma a la precompresión, con lo que se obtiene finalmente:
Se comprueba que, para obtener una zona traccionada en la parte superior, la fuerza N debe estar
aplicada fuera del núcleo central.
Este análisis supone que el diseño de hormigón pretensado debe ir unido al concepto de ausencia
total de tensiones normales de tracción en el hormigón. Lo que se denomina pretensado total.
Esta postura fue puesta en crisis, debido a que, en general, para lograr un pretensado total es
necesario aplicar por debajo del eje neutro tensiones de precompresión muy elevadas, las que
disminuyen al actuar las cargas de servicio en su totalidad, lo que no siempre es así.
Hormigón Pretensado
Es una técnica que permite introducir tensiones en la estructura, antes de que entre en carga, para
mejorar el comportamiento estructural.
Se tracciona el acero para generar una precompresión en el hormigón, antes de que entre en
servicio, y así reducir, de manera total o parcial, las tensiones de tracción en el mismo.
Inconveniente del hormigón simplemente armado
1. El desaprovechamiento estructural del hormigón toda la zona traccionada
2. La imposibilidad de utilizar aceros de alta resistencia.
Porque todos los aceros que posean el mismo módulo de elasticidad. En consecuencia, al existir la
posibilidad de aumentar las tensiones en los aceros más resistentes, se producirá un aumento
proporcional de las deformaciones, y con ello las fisuraciones en el hormigón, con el consecuente
riesgo de corrosión y oxidación de las armaduras.
Ventajas del acero de alta resistencia
Su economía, aunque el costo sea el doble que los comunes, su límite elástico es de 5 a 7 veces más
alto, lo que permite una reducción considerable de su sección.
¿Como se resuelve el primer inconveniente?
Sometiendo al hormigón a una compresión previa de igual o mayor magnitud que la solicitación de
tracción posterior, de manera que toda la sección quede comprimida.
Para aplicar esta precompresión, se estira un cable de acero mediante una fuerza de tracción y luego
se retira la cara, el cable tratará de acortarse nuevamente hasta recuperar su longitud inicial.
Si se impide el acortamiento anclando el cable al hormigón después de tensado, presionará sobre
este comprimiéndolo con una carga inicial.
Esta primer teoría fracasó, pero ¿Por qué?
La barra de longitud lb, al ser comprimida, se acortará su valor Δb, obligando al acero a cortarse
también un valor Δsi = Δb, disminuyendo así Δs. Como N y Δs son proporcionales entre si por ser las
,únicas variables de la expresión, se deduce que si Δs se reduce, también lo hará N, reduciéndose la
precompresión.
Consecuencia
Si Δs disminuye excesivamente, se puede perder progresivamente la precompresión y hasta
anularse si desaparece Δs.
Se comprobó que al cabo de 1 a 3 años desaparecía por completo la precompresión. Esto se debe a
que la deformación instantánea provocada por la carga debía adicionarse las deformaciones por
contracción de endurecimiento y por fluencia lenta, las cuales en conjunto se pueden duplicar y
hasta triplicar la deformación inicial del hormigón.
En aceros muy tensionados durante largos periodos, sufren el fenómeno de relajamiento, el que
consiste en una disminución o descarga lenta de la tensión, aunque los alargamientos permanezcan
constantes.
Tiempos que demandan las pérdidas de tensión
15 días: 25%
60 días: 50%
2 a 3 años: 75%
Incidencia de los factores mencionados
o Deformación elástica instantánea del hormigón: 2 a 3%
o Deformación por contracción lenta del endurecimiento: 6 a 7%
o Deformación por fluencia lenta del hormigón: 5 a 6%
o Relajación del acero: 2 a 3%
o Caída de tensión por razones constructivas: 9 a 12%
o Porcentaje total: 24 a 31%
La caída de tensión se neutraliza sometiendo a los aceros a grandes alargamientos, muy superiores
a los acortamientos por contracción de endurecimiento y fluencia lenta, con el objeto de tener
siempre alargamientos que permitan asegurar la máxima tensión de compresión en el hormigón, lo
cual se logra aumentando las tensiones actuantes. Y solo es posible utilizando aceros de alta
resistencia.
,Limite elástico de aceros comunes: β = 2200kg/cm2
Caída de tensión: 2600kg/cm2
(2600kg/cmkg/cm2) . 100% = 118%
Limite elástico de aceros para hormigón: β = 4200kg/cm2
(2600kg/cmkg/cm2) . 100% = 62%
Valor que sigue siendo elevado comparado con la tensión total, pues solo se contaría con un 38%
de precompresión.
Utilizando aceros con límite de elástico de 12000kg/cm2 tensados a 10500kg/cm2, la caída de
tensión seria de:
(2600kg/cmkg/cm2) . 100% = 25%
Es decir, una cuarta parte del valor total.
Sin embargo, en el hormigón armado no es posible el uso de aceros de alta resistencia debido al
problema de fisuración, estos deben ser utilizados en el hormigón pretensado debido a la caída de
tensión.
Entonces, si por economía se utilizan aceros de alta resistencia, hay que pretensarlos, y si se quiere
aplicar técnicas de pretensado para eliminar la tracción en el hormigón, hay que emplear aceros de
alta resistencia. Por los dos caminos se llega al mismo resultado:
La necesidad de usar haceros de alta resistencia en hormigón precomprimido
Características del hormigón
Dado que los aceros altamente tensionados y de menor diámetro son mas sensibles a la corrosión,
deben protegerse con hormigones mas densos, con una relación agua cemento bajo, que disminuya
los canales capilares, generando una mayor resistencia.
El uso de hormigones mas resistentes permite aumentar las tensiones de precompresión y lograr
un mejor aprovechamiento de toda la sección.
Los hormigones de mayor resistencia poseen mayor modulo de elasticidad, lo que da lugar a
acortamientos mas reducidos y menor caída de tensión.
En precompresión deben utilizarse hormigones de alta resistencia, entre 300 y 400kg/cm 2
Estado tensional
La secuencia se inicia aplicando una carga N de precompresión, que da lugar a un diagrama
rectangular de tensiones, al que se agrega un diagrama triangular provocado por las cargas de
servicio, resultando un diagrama de compresión excéntrica lineal, que se desarrolla en estado I.
, La aplicación de N en el centro elimina la tracción en la parte inferior, pero aumenta excesivamente
la compresión en la parte superior.
Por lo tanto, se aplica N en el borde del núcleo central para que la compresión sea nula en la fibra
superior más alejada, provocando una reducción de esta solicitación en el diagrama final.
Es imprescindible considerar el peso propio de la viga, que da lugar al clásico diagrama triangular
que se suma a la precompresión, con lo que se obtiene finalmente:
Se comprueba que, para obtener una zona traccionada en la parte superior, la fuerza N debe estar
aplicada fuera del núcleo central.
Este análisis supone que el diseño de hormigón pretensado debe ir unido al concepto de ausencia
total de tensiones normales de tracción en el hormigón. Lo que se denomina pretensado total.
Esta postura fue puesta en crisis, debido a que, en general, para lograr un pretensado total es
necesario aplicar por debajo del eje neutro tensiones de precompresión muy elevadas, las que
disminuyen al actuar las cargas de servicio en su totalidad, lo que no siempre es así.
