Concreto pretensado1) Concepto de pretensado: Pretensar, como concepto general, consiste en introducirle a un elemento fuerzas artificialmente creadas, cuyas acciones generan en este mismo elemento, estados tensionales que, superpuestos a los estados tensionales provocados por las sobrecargas externas, le permiten resistir su peso propio y el de las sobrecargas que actan. Pretensado significa una creacin intencional de esfuerzos permanentes en una estructura o conjunto de piezas, con el propsito de mejorar su comportamiento y resistencia bajo condiciones de servicio y de resistencia. Los principios y tcnicas de pretensado se han aplicado a estructuras de muchos tipos y materiales, la aplicacin mas comn ha tenido lugar en el diseo de concreto estructural.

El concepto original del concreto pretensado consisti en introducir en vigas suficiente precompresin axial para que se eliminaran todos los esfuerzos de tensin que actuarn en el concreto. Con la prctica y el avance en conocimiento, se ha visto que esta idea es innecesariamente restrictiva, pues pueden permitirse esfuerzos de tensin en el concreto y un cierto ancho de grietas. El ACI (Instituto Norteamericano del Concreto por sus siglas en ingls) propone la siguiente definicin:

Concreto pretensado: Concreto en el cual han sido introducidos esfuerzos internos de tal magnitud y distribucin que los esfuerzos resultantes debido a cargas externas contrarrestadas a un grado deseado. En elementos de concreto reforzado el pretensado es introducido comnmente tensando el acero de refuerzo.2) Principios generales para el diseo de estructuras de concreto pretensado: 3) Resea histrica del concreto pretensado: La idea relativa al hormign pretensado es ya antigua. Doehring fue el que, en 1888, expuso claramente por primera vez el concepto de la precompresin. La aplicacin prctica de estos conocimientos no tuvo xito ya que no se disponan de materiales adecuados. Posteriormente, en 1907, Koenen volvi sobre el principio de precompresin, asentado anteriormente por Doehring y estudi su aplicacin en obras de ingeniera para sustituir el hormign armado. Un sector de aplicacin fue en los ferrocarriles para evitar la fisuracin y, consecuentemente, la oxidacin, pero debido a la baja tensin dada al acero no se pudo compensar la prdida de tensin dada al acero no se pudo compensar la prdida de tensin causada por la traccin y la deformacin plstica del hormign.

Como consecuencia de estos fracasos, fue abandonada la investigacin sobre el hormign pretensado y no fue hasta en el ao 1928 que Freyssinet (ingeniero francs) diera a conocer la necesidad de emplear materiales de alta calidad. Los aceros empleados hasta entonces tenan un lmite elstico muy bajo y la tensin quedaba anulada por los fenmenos antes citados. Los hormigones no tenan compacidad y se desconocan algunos principios bsicos sobre la granulometra, relacin agua-cemento, vibracin, etc. Fue esta gran ingeniero francs que dio las directrices a seguir para la nueva forma de construccin, y que dimanaron de los profundos estudios y experiencias llevados a trmino por l mismo. Freyssinet aclar, ante todo, el comportamiento plstico del hormign bajo el esfuerzo de pretensado. Tambin hizo importantes declaraciones sobre las deformaciones por contraccin y estudi ampliamente la deformacin diferida. Aconsej el empleo de hormigones de alta calidad y aceros de elevado lmite elstico.

Despus de Freyssinet aparecieron importantes investigadores, destacndose entre ellos Finsterwalder, Hoyer, Magnel, etc. Fue Hoyer el que introdujo el anclaje del acero en el hormign por adherencia mediante el empleo de alambres de cuerda de piano con lo que se consigue una mayor regularidad en la transmisin del esfuerzo terminal de la armadura. Los alambres empleados (cuerdas de piano) son de acero de alta resistencia de 050 a 2 mm. de dimetro y una resistencia a la rotura que oscila entre 12.000 y 22.000 kg/cm2. Los dispositivos tensores se sueltan una vez el hormign est suficientemente endurecido. El hormign pretensado con cuerdas de piano Hoyer resulta ideal para la fabricacin de vigas de cualquier longitud y forma, tuberas de agua a presin, depsitos para lquidos, postes elctricos, placas, traviesas de ferrocarril, y otras muchas ms aplicaciones.4) Precursores del uso del concreto pretensado: 5) Tipos de concreto pretensado: En el concreto presforzado existen dos categoras: pretensado o postensado. Los miembros del concreto pretensado presforzado se producen restirando o tensando los tendones entre anclajes externos antes de vaciar el concreto y al endurecerse el concreto fresco, se adhiere al acero. Cuando el concreto alcanza la resistencia requerida, se retira la fuerza presforzante aplicada por gatos, y esa misma fuerza es transmitida por adherencia, del acero al concreto. En el caso de los miembros de concreto postensado, se esfuerzan los tendones despus de que ha endurecido el concreto y de que se haya alcanzado suficiente resistencia, aplicando la accin de los gatos contra el miembro de concreto mismo.-Pretensado: En general pretensado es un mtodo en el cual los tendones se tensan antes de colocar el concreto. Los tendones que, generalmente son de cable torcido con varios torones de varios alambres cada uno, se re-estiran o tensan entre apoyos que forman parte permanente de las instalaciones de la planta. Se mide el alargamiento de los tendones, as como la fuerza de tensin aplicada por los gatos. Con la cimbra en su lugar, se vaca el concreto en torno al tendn esforzado. A menudo se usa concreto de alta resistencia a corto tiempo, a la vez que curado con vapor de agua, para acelerar el endurecimiento del concreto. Despus de haberse logrado suficiente resistencia, se alivia la presin en los gatos, los tendones tienden a acortarse, pero no lo hacen por estar ligados por adherencia, en su mayor parte cerca de los extremos de la viga, y no se necesita ningn anclaje especial.

Caractersticas:

Piezas prefabricadas o coladas en sitio.

Se aplica el presfuerzo despus del colado.

El anclaje requiere de dispositivos mecnicos.

La accin del presfuerzo es externa.

La trayectoria de los cables puede ser recta o curva. La pieza permite continuidad en los apoyos (elemento hiperesttico)

Pretensado: El trmino pretensado se usa para describir cualquier mtodo de presforzado en el cual los tendones se tensan antes de colocar el concreto.

-Postensado: Cuando se hace el presforzado por postensado, generalmente se colocan en los moldes de las vigas ductos huecos que contienen a los tendones no esforzados, y que siguen el perfil deseado, antes de vaciar el concreto. Los tendones pueden ser alambres paralelos atados en haces, cables torcidos en torones, o varillas de acero. El ducto se amarra con alambres al refuerzo auxiliar de la viga (estribos sin reforzar) para prevenir su desplazamiento accidental, y luego se vaca el concreto. Cuando ste ha adquirido suficiente resistencia, se usa la viga de concreto misma para proporcionar la reaccin para el gato de esforzado. La tensin se evala midiendo tanto la presin del gato como la elongacin del acero. los tendones se tensan normalmente todos a la vez bien utilizando el gato monotorn. Normalmente se rellenen de mortero los ductos de los tendones despus de que stos han sido esforzados. Se forza el mortero al interior del ducto en uno de los extremos, a alta presin, y se continua el bombeo hasta que la pasta aparece en el otro extremo del tubo. Cuando se endurece, la pasta une al tendn con la pared interior del ducto.

Mtodo del postensado: El uso de acero de alta resistencia para el presfuerzo es necesario por razones fsicas bsicas. Las propiedades mecnicas de este acero tal como lo revelan las curvas de esfuerzo-deformacin, son algo diferentes de aquellas del acero convencional usado para el refuerzo del concreto. Las varillas de refuerzo comunes usadas en estructuras no presforzadas, tambin desempean un papel importante dentro de la construccin del presforzado. Se usan como refuerzo en el alma, refuerzo longitudinal suplementario, y para otros fines. El concreto empleado en miembros presforzados es normalmente de resistencia y calidad ms alta que el de las estructuras no pres forzados. Las diferencias en el modulo de elasticidad, capacidad de deformacin y resistencia debern tomarse en cuenta en el diseo y las caractersticas de deterioro asumen una importancia crucial en el diseo.

Postensado: Generalmente se colocan en los moldes de la viga conductos huecos que contienen a los tendones no esforzados, y que siguen el perfil deseado, antes de vaciar el concreto, como se ilustra en la siguiente figura:

Caractersticas:

Piezas prefabricadas o coladas en sitio.

Se aplica el presfuerzo despus del colado.

El anclaje requiere de dispositivos mecnicos.

La accin del presfuerzo es externa.

La trayectoria de los cables puede ser recta o curva.La pieza permite continuidad en los apoyos (elemento hiperesttico).6) Ventajas y desventajas del uso del concreto pretensado:

Ventajas del hormign pretensado: Son numerosas y entre las ms importantes descuellan las siguientes:

Eliminacin de fisuras por estar sometido a esfuerzos de compresin bajo todas las hiptesis de carga.

Comportamiento elstico y utilizacin de la seccin total.

Permite salvar grandes luces con cantos muy reducidos.

Ahorro de acero debido a la posibilidad de utilizar totalmente la armadura hasta cerca de su lmite elstico y, como consecuencia, una reduccin en la cuanta.

Aligeramiento de la construccin y, por tanto, reduccin de las secciones de elementos sustanciales como pilares y cimientos.

Eleva la durabilidad de la construccin.

Salta a la vista, la importancia que tiene el hormign pretensado. No obstante, ofrece algunas desventajas como la aplicacin del pretensado en obras de pequea y mediana importancias, as como en la fabricacin de elementos pretensados en serie donde se necesitan grandes inversiones de capital para efectuar las instalaciones.

7) Obras realizadas en Venezuela en concreto pretensado: Puente General Rafael Urdaneta, Maracaibo: El puente General Rafael Urdaneta o puente sobre el Lago, como es llamado localmente, cruza la parte ms angosta del Lago de Maracaibo, en el Estado Zulia, al noroeste de Venezuela, y conecta la ciudad de Maracaibo con el resto del pas. Fue nombrado en honor del General Rafael Urdaneta, hroe zuliano de la independencia de Venezuela. Es de los ms grandes del mundo en su tipo, y el nmero 52 en el mundo. Fue diseado por el Ing. Riccardo Morandi y posteriormente modificado por El Consorcio Puente Maracaibo "CPM".

Diseado por el ingeniero italiano Riccardo Morandi y posteriormente modificado por el Consorcio Puente Maracaibo "CPM" (Precomprimido C.A. venezolana, Wayss & Freytag A.G. Julius Berger, Phillip Holtzman A.G.) Fue la primera estructura de concreto hormign pretensado del pas, con una extensin de 8.720 metros de largo por 17.40 metros de ancho, 134 pilas, con cuatro canales de 7.20 metros cada uno separados por una isla central de 1.20 metros y dos aceras de 0.90 metros cada una. En su parte central el puente es del tipo atirantado (el tablero est suspendido de varios pilones centrales mediante obenques), sus bases se encuentran ancladas en el fondo del Lago de Maracaibo, con una luz de 235 m y una profundidad de 60 metros para permitir que embarcaciones de hasta 45 m de altura puedan entrar al lago, soporta un trfico promedio de 45 mil vehculos diarios. Por la parte inferior permitira el paso de barcos de hasta 100 mil toneladas El proyecto del Puente sobre el Lago incluye tambin la creacin de un distribuidor con vas al norte y al sur de Maracaibo.

En el Puente se emplearon en su construccin 270000 m de concreto, 35660 m de pilotes de perforacin, 27170 m de pilotes de hinca de d=91.4 cm, 6260 m de pilotes de hinca 50/50 cm, 5000 t de cables de pretensado, 19000 t de cabillas y 2600 personas para su ejecucin. A comienzos del siglo XXI se realiz con la remodelacin una adecuacin de luces en sus seis pilares centrales de mayor dimensin, se utilizaron 96 luminarias de 600 watts cada una, que cambian de color, este sistema de iluminacin fue fabricado en Dinamarca, el diseo permite en las noches apreciar esta obra en su mayor esplendor. Actualmente es el trabajo de luces ms grande de Amrica Latina y el tercero a nivel mundial. El puente General Rafael Urdaneta entre sus reas actualmente cuenta con una Sala de Exposiciones (donde artistas plsticos exponen sus obras), un Museo Histrico (donde se exponen algunas fotos de la construccin del puente y videos de su construccin e historia), un Anfiteatro y un Complejo Cultural.

Durante la dictadura de Prez Jimnez el ministro de Obras Pblicas, Dr. Oscar Rodrguez Gragirena, anunci la construccin de un puente sobre el Lago de Maracaibo y su nombre sera Rafael Urdaneta, en honor al ilustre prcer zuliano, fue licitado internacionalmente y luego se nombr diseador al Ingeniero italiano Ricardo Morandi en (1957), quien se encarg de dirigir la imponente obra. No se pudo concluir la contratacin durante el perodo del Presidente Marcos Prez Jimnez a causa de su derrocamiento. Despus de esto se logr la contratacin y los constructores fueron Pre-comprimidos C.A (Venezolana) y Julius Berger A.G (Alemana), utilizando unos 2.500 obreros diarios, el costo para la poca fue de Bs. 350.105.830,46. Segn observadores tcnicos, el volumen de metros cbicos de concreto utilizados en el puente es mayor al volumen utilizado para la construccin de las torres del Centro Simn Bolvar.

Se construy en unos 40 meses y fue inaugurado el 25 de agosto de 1962 por el entonces presidente Rmulo Betancourt, con una extensin de aprox. 8 kilmetros es una de las obras de concreto armado ms grandes del mundo, es el puente ms grande de Amrica Latina, uno de los ms grandes del mundo en su tipo, y el nmero 50 en el mundo. Actualmente, este puente es administrado por el Servicio Autnomo Puente General Rafael Urdaneta (S.A.P.G.R.U.). En 1964, el buque Esso Maracaibo con una carga de 262 mil barriles de crudo (para un peso total de 36 mil toneladas), perdi el control de la direccin debido a fallas elctricas y la noche del 6 de abril de 1964 choc contra las pilas 31 y 32. Una parte de la plataforma se vino abajo y se hundi en el agua, otra cay sobre el Esso, el Lago se manch de petrleo y trescientas toneladas de concreto cayeron sobre la nave, la iluminacin del Puente qued cortada en el boquete abierto y aproximadamente siete vehculos que no pudieron detener su marcha cayeron al Lago. Esto ocasion el derrumbe de 350 m de la estructura y caus la muerte de algunas personas. Despus de esto el Puente fue reparado durante ocho meses y siete das, el costo lo asumi La Creole, aproximadamente 30 millones de bolvares para la fecha. En ese momento se habilitaron de nuevo ferris y piraguas para poder cruzar el Lago de Maracaibo, de esta forma se atravesaba hasta su reinauguracin, el 30 de octubre de 1964.

Aplicaciones: Son numerosas las aplicaciones del hormign pretensado, tanto en forma de elementos para la construccin de viviendas y edificios industriales como en las grandes y atrevidas obras de ingeniera. En el aspecto econmico, es cierto que el campo del hormign pretensado se extiende en detrimento del hormign armado. No obstante, la sustitucin por el hormign pretensado del hormign armado es un hecho que no tendr lugar en un futuro prximo. Existen todava numerosos problemas que resolver en cuanto a la aplicacin del hormign pretensado en obras de pequea importancia y su empleo resultara antieconmico.

Viguetas: Es la fabricacin ms importante y la que se ha desarrollado ms eficazmente. Su fabricacin se efecta en serie y requiere importantes inversiones de capital. Generalmente, las fbricas ms destacadas poseen instalaciones de calefaccin y curado, con lo cual se reduce a un mnimo el cilco de la fabricacin. El curado de las viguetas se hace comnmente por inmersin de las mismas en agua; para ello es necesaria la existencia de unas amplias balsas que, generalmente, se hallan al final de la nave de produccin para aprovechar los movimientos de los puentes gra. Una vez han sido curadas, pasan al parque o al almacn y de all se procede al suministro en las obras.

El curado de vapor es muy efectivo y rpido pero las instalaciones son excesivamente costosas. El movimiento de las piezas terminadas se realiza mediante puentes-gra que se desplazan a lo largo de la nave de produccin. Asimismo, la mayora de las fbricas poseen un laboratorio en el que se llevan a cabo ensayos de granulometra de los ridos, ensayos de viguetas a la rotura y fisuracin, y rotura de probetas para determinar la resistencia del hormign. Las dimensiones de estos elementos son variadas. Para edificios destinados a viviendas con crujas normales, se emplean las alturas de 16 a 23 centmetros. Para sobrecargas mayores almacenes, fbricas, garajes, etctera- se emplean alturas superiores. actualmente, la mayora de las fbricas dedicadas a la produccin de viguetas pretensadas, suministran jcenas con destino a cargaderos, divisin de crujas, etc. alcanzndose normalmente momentos flectores entre 3.000 y 10.000 kgm (fig.6)

Canales para regado: Hasta ahora su comportamiento ha resultado altamente satisfactorio, ya que se evita la fisuracin tan frecuente en los canales construidos de hormign armado. La seccin de los canales semicircular o muy parecida a sta, realizndose el pretensado en el sentido longitudinal.

Pistas para carreteras y aeropuertos: El empleo de hormign pretensado en estas obras presenta notables ventajas tcnicas. Se reduce el grosor del pavimento, se suprimen las juntas de dilatacin y proporciona una economa muy importante en lo que atae a la conservacin. El empleo del hormign pretensado en la construccin de carreteras todava est en una fase experimental, pero sin duda alguna, se prev una aplicacin en gran escala. Se fabrican tuberas con presiones de servicio variables. El dimetro oscila entre 0,30 y 1,50 metros. Las ventajas tcnicas y econmicas hacen que sean aceptadas en la mayora de obras importantes.

Traviesas para ferrocarril: Estas deben ser ligeras, manejables y lo bastante resistentes para soportar los esfuerzos de las percusiones transmitidas por los carriles al paso de los trenes. Asimismo deben resistir indefinidamente a los efectos de la intemperie. El enorme consumo de madera que tuvo lugar durante la pasada guerra, dio lugar a una serie de ensayos de traviesas de hormign que terminaron en la fabricacin industrial en gran escala. Al principio tuvieron lugar algunos fracasos, pero despus de las investigaciones llevadas a cabo por Freyssenet, se dedujo que la rotura era debida al esfuerzo cortante, como consecuencia del apoyo normal del carril, o por torsin debido a la mala distribucin del balasto. El alambre empleado en la fabricacin de traviesas es de armadura delgada (cuerdas de piano) y el anclaje es por adherencia con el hormign, pudindose tensar simultneamente varias traviesas. Corrientemente las fbricas dedicadas a la fabricacin de traviesas poseen notorias y efectivas instalaciones de curado a vapor. Estas consisten en unas cmaras con vapor a presin y con temperatura que oscila entre 70 y 80 grados centgrados. Las traviesas se encuentran en condiciones de ser expedidas al cabo de 7 u 8 das de permanecer en dichas cmaras. La fabricacin de traviesas est muy extendida en Inglaterra, Francia y Alemania. Concretamente, la firma alemana Thormann und Stiefel, A G., tiene una produccin anual de 200.000 traviesas pretensadas por ao.

Depsitos: La aplicacin del hormign pretensado se ha empleado ventajosamente en la construccin de grandes depsitos de agua. Como las tensiones de traccin del hormign producidas por la presin del lquido, no deben sobrepasar de un determinado valor, a fin de evitar la fisuracin, las armaduras se tensan. Mediante el pretensado se consigue una perfecta estanqueidad del depsito y, por tanto, la anulacin de fisuras. Los Estados Unidos van a la vanguardia en la construccin de depsitos de hormign pretensado, tcnica que han desarrollado ampliamente, mientras que en Europa se ha dado ms importancia a la fabricacin de elementos pretensados sometidos a flexin. La solera ms indicada para los depsitos es la formada por una losa monoltica de gunita, con una cuanta de armadura de 5% en cada direccin. Cuando el espesor del fondo no excede de 5 centmetros puede prescindir de las juntas de dilatacin.

Al hormigonar la pared del depsito se dejan unos huecos en el que se introducen posteriormente tirantes verticales que se fijan en sus extremos por anclajes embebidos en la masa del hormign. El tensado de estos tirantes se realiza con gatos hidrulicos. a continuacin se tensa la armadura perifrica. Con el tensado de los tirantes verticales, se eliminan las grietas horizontales originadas durante el pretensado circular. Si la pared se construye de gunita se levanta un encofrado, para el paramento exterior solamente, y sobre l se lanza el hormign con pistola (cement-gun). Seguidamente se dispone un zuncho pretensado de 5 mm. de dimetro anclado previamente a la pared. El espesor de la cubierta vara entre 5 y 15 centmetros segn las dimensiones del depsito. Encima de la cimbra se coloca un mallazo metlico y a continuacin se proyecta el hormign. Cuando el depsito se construye de hormign se forma un encofrado circular vertical y en l se vierte la masa. Antes de aplicar el pretensado a los alambres, el hormign tiene una edad mnima de siete das.

Puentes: Actualmente el hormign pretensado est desplazando al hormign armado en la construccin de puentes. Resaltan las ventajas de economa, canto reducido de las vigas y el aspecto agradable del conjunto. La construccin de puentes puede hacerse de dos maneras: in situ o mediante piezas fabricadas en taller que ms tarde se acoplan en la obra. El primer sistema ha alcanzado gran desarrollo en Alemania, mientras que en Francia y otros pases se ha optado por el segundo sistema. En la construccin de puentes se emplean cables de elevada resistencia. Una vez las piezas prefabricadas han sido colocadas en sus emplazamientos correspondientes, se hacen pasar los cables por los agujeros dejados en ellas previamente. El anclaje de los cables es terminal, es decir, que no existe adherencia entre el hormign y la armadura a lo largo de la viga. Los cables se tensan despus del endurecimiento del hormign (postensado).

Despus de tensar la armadura mediante el gato hidrulico, se introduce a la pieza de acero embebida en el hormign, el cono B. Despus de su fijacin se sueltan los hilos del cable enhebrados en el gato hidrulico. A continuacin se maciza con hormign todo el dispositivo de anclaje. Posteriormente al anclaje de la armadura, se inyecta en la vaina hormign a presin, macizndose as todo el conducto a lo largo de la pieza. En algunos puentes interesa volver a tensar los cables al cabo de cierto tiempo, debido a la prdida de tensin que han sufrido; en este caso no se realiza la inyeccin del hormign. Adems de la armadura longitudinal, existe otra secundaria (estribos) para absorber el esfuerzo cortante, armadura que tambin suele tensarse. Puede tambin existir una armadura horizontal tensada.

Otros elementos de hormign pretensado: Se fabrican tambin postes para la conduccin de energa elctrica, postes para vallas, pilotes, soportes de madera, placas, estructuras, etc.

Elementos pre y postensados: Hay ocasiones en que se desean aprovechar las ventajas de los elementos pretensados pero no existe suficiente capacidad en las mesas de colado para sostener el total del presfuerzo requerido por el diseo del elemento; en otras, por las caractersticas particulares de la obra, resulta conveniente aplicar una parte del presfuerzo durante alguna etapa posterior a la fabricacin. Al menos ante estas dos situaciones, es posible dejar ahogados ductos en el elemento pretensado para postensarlo despus, ya sea en la planta, a pie de obra o montado en el sitio.

Diferencia entre hormigon armado y hormigon pretensado: El hormign pretensado consta de los mismos materiales que el hormign armado: hormign y acero. En hormign armado solamente trabaja a compresin la parte de hormign que se halla por encima de la fibra neutra, siendo el acero el que soporta los esfuerzos de traccin. En cierto modo, la armadura puede considerarse como un hormign ficticio con elevada resistencia a la traccin y que tiene por funcin reemplazar al hormign sometido a causa de los alargamientos excesivos. En hormign pretensado la armadura es una fuerza creada artificialmente con el nico fin de conseguir que la seccin entera trabaje a compresin, eliminndose los esfuerzos de traccin y por tanto la fisuracin.