Cuándo una mayor pretensión no ayuda
La verificación del estado límite último indica qué carga puede soportar la estructura antes de que se produzca su fallo. Al igual que en las estructuras de hormigón armado, se cumple que los efectos de la carga son resistidos por un par de fuerzas internas en un brazo determinado. No importa si se trata de hormigón pretensado u hormigón armado. Con la misma cantidad de acero con el mismo límite elástico, las estructuras pretensadas y armadas resisten la misma carga. La tensión de compresión adicional en el hormigón pretensado no retrasa el colapso de la estructura. Entonces, ¿por qué se habla tanto del pretensado de estructuras?
Mediante el pretensado añadimos tensión de compresión al hormigón, cambiando significativamente el comportamiento del material. La formación de fisuras se retrasa porque la primera carga es resistida por una reserva de tensión. En incrementos posteriores de carga, el hormigón entra en estado de descompresión. Posteriormente, el hormigón resiste la tracción hasta que se supera la resistencia a tracción.
Por tanto, la formación de fisuras ocurre mucho más tarde en comparación con el hormigón armado. También el desarrollo de fisuras es más lento en el hormigón pretensado bajo la misma carga. Este desarrollo es ventajoso principalmente en cuanto a la corrosión del refuerzo. Sin embargo, también está relacionado con la rigidez de la estructura. La mayor rigidez de las estructuras pretensadas conduce a menores deformaciones.
Para una mejor comprensión lo representamos gráficamente. En la siguiente imagen se ve una comparación teórica de elementos pretensados y armados cargados con fuerza axial de tracción externa. Supongamos que las barras de pretensado y el refuerzo son del mismo acero con el mismo límite elástico. Las cantidades también se corresponden mutuamente. La única diferencia es que las barras están pretensadas.
¿Qué sucede en la estructura durante el aumento gradual de la carga?
- Estado 1 - Se aplica el primer incremento de carga. El hormigón pretensado utiliza la reserva de tensión. El hormigón armado también resiste hasta que se supera la resistencia a tracción.
- Estado 2 - Después de superar la resistencia a tracción en el hormigón armado aparecen fisuras. En ese momento aumenta la utilización del refuerzo junto con la tensión. Mientras que en el hormigón pretensado aún actúa contra los efectos la reserva de tensión.
- Estado 3 - Tan pronto como se supera la resistencia a tracción en el hormigón pretensado, se producen fisuras. En este momento la utilización del refuerzo aumenta junto con la deformación, igual que en el hormigón armado.
- Estado 4 - Se supera el límite elástico del acero. Se supera el estado límite último y la estructura colapsa.
De lo anterior se deduce que teóricamente el colapso ocurre simultáneamente en ambas estructuras. En otraspalabras, la tensión de compresión adicional no tiene influencia en las verificaciones del ELU.
Por supuesto, en la estructura armada aparecerían fisuras y deformaciones significativas bajo la misma carga mucho antes que en la estructura pretensada. La estructura no cumpliría con las verificaciones del estado límite de servicio.
También es necesario mencionar que además de las ventajas del hormigón pretensado mencionadas anteriormente, podemos influir en la distribución de fuerzas internas en la estructura mediante la posición de los elementos pretensados. Esto se utiliza ampliamente en el caso de estructuras postensadas.
Teoría en la práctica
Veamos si el razonamiento anterior corresponde a los resultados de la aplicación IDEA StatiCa. Seguiremos dos ejemplos en la aplicación IDEA StatiCa Detail. El primer ejemplo es una viga pretensada y la segunda viga es de hormigón armado simple.
A diferencia del caso teórico, ahora el elemento está cargado también por momento flector. Justo antes del colapso registraríamos una deformación mucho mayor. Por lo demás, el principio debería permanecer igual.
IDEA StatiCa Detail
En la imagen de abajo se muestra la utilización del hormigón y del refuerzo. Ambas estructuras transmiten la misma carga (nos encontramos justo antes del colapso de las estructuras). Como esperábamos, las verificaciones del ELU, incluso para la viga armada, resultaron con una utilización similar.
Una diferencia significativa aparece en la verificación del ELS.
Las fisuras están más desarrolladas en el hormigón armado y, como ya se mencionó, influyen en la rigidez de las estructuras y por tanto en la deformación.
¿Por qué debería saberlo?
Es imprescindible señalar que se trata de un ejemplo teórico. En la práctica no podríamos armar el elemento con refuerzo de las mismas propiedades. Tampoco cumplirían los criterios para el estado límite de servicio. ¿Por qué es entonces importante la comparación mencionada?
La comprensión correcta del comportamiento del hormigón pretensado simplifica el diseño del elemento y la optimización posterior. Es crucial que podamos decidir si es mejor añadir fuerza de pretensado o más cables/barras pretensados. O modificar la sección transversal o eventualmente el esquema estático. Y no perder tiempo cambiando parámetros que no tienen gran influencia en el resultado deseado.
Con los conocimientos correctos, el pretensado nos sirve entonces para superar mayores luces utilizando formas más elegantes con el uso de menor cantidad de material. Ya sea en ingeniería de puentes en el caso de puentes, o en el caso de vigas pretensadas y losas postensadas.
¿Qué aplicación es adecuada para el diseño de estructuras pretensadas?
Para el diseño de elementos pretensados generales (pretensados o postensados) puede utilizar la aplicación IDEA StatiCa Beam. Proporciona soluciones incluyendo fases constructivas y cálculo de pérdidas.
Recomendamos la aplicación IDEA StatiCa Detail para el diseño de elementos con zonas de discontinuidad.
