EL PRETENSADO EN PIEZAS HIPERESTATICAS. ESTUDIO DE LA VIGA CONTINUA.

Capítulo IX

EL PRETENSADO EN PIEZAS HIPERESTATICAS. ESTUDIO DE LA VIGA CONTINUA.

9.1  Introducción

  Los cursos universitarios que enseñan pretensado a nivel de pregrado dedican una gran cantidad de horas al estudio de estructuras hiperestáticas de hormigón armado, en la actualidad, incluso, en régimen no lineal. Sin embargo, evaden normalmente el estudio de las estructuras hiperestáticas pretensadas y reservan un espacio que generalmente no rebasa el alcance del pretensado de estructuras isostáticas.

  Esta realidad no debe desalentar a aquellos que necesiten adentrarse en el tratamiento y los procedimientos de esta técnica cuando se aplica a estructuras que por sus restricciones y condiciones de apoyo, no llegan a resolverse con el uso exclusivo de las condiciones de equilibrio, porque cuando se llega a dominar la esencia del pretensado aplicado a estructuras isostáticas, y se posee además una buena formación en el campo del análisis estructural de las estructuras hiperestáticas, se reúnen dos de las más necesarias condiciones para poder enfrentar el diseño del pretensado hiperestático.  

  No se debe perder de vista que el hiperestatismo y la continuidad traen aparejadas más fortalezas que debilidades, y aunque esto es más convincente en el campo del hormigón armado, para el pretensado el balance se inclina también a favor de las ventajas, de ahí que su uso sea cada vez más extendido, especialmente en el caso de soluciones de entrepiso y cubierta, vigas de forjados y de puentes continuos, etc.

  Baste señalar la mejoría que se introduce en el estado límite de deformación cuando se recurre a la estructura hiperestática. En ellas disminuyen las deformaciones y exigen menor rigidez para no sobrepasar sus límites, lo que permite emplear secciones más reducidas sin llegar a comprometer los límites de resistencia porque con esta reducción de la sección, disminuye también la carga muerta. Luego regresaremos sobre las ventajas y debilidades del pretensado aplicado a estructuras continuas.

9.2  Soluciones clásicas para el pretensado adherente en estructuras continuas.

  En la actualidad son diversas las tipologías de proyecto y ejecución que se utilizan para garantizar la continuidad de un elemento por medio del pretensado. La construcción de puentes y pasos a nivel son sólo dos ejemplos que confirman cuánto se ha realizado y avanzado en este campo. Incluso, nos atrevemos a asegurar que un mismo proyecto, resuelto en dos Oficinas diferentes, presentarán al final soluciones diferentes e igualmente competitivas. Se requiere pericia, experiencia y una cuota de creatividad que permita sacar el mayor provecho al desarrollo tecnológico que han experimentado los sistemas de pretensado a nivel mundial.

  En general esta técnica es conforme con el postesado, y más aun contribuye a atenuar una de las principales desventajas del la construcción prefabricada, al permitir introducir la continuidad de elementos construidos de manera independiente, eliminando así su fatal isostatismo de cara a sus indicadores económicos.

  En la Fig. 9.1 se ilustrarán algunas soluciones de continuidad para elementos construidos in situ o prefabricados, que no por tradicionales han perdido vigencia.  

[pic 1]

  En la Fig. 2.2 se muestran además algunos detalles sobre los apoyos de estas soluciones, sólo para estimular la creatividad del lector.

[pic 2]

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  En la solución 9.2 a) se debe prestar cuidado a la evaluación de las pérdidas, especialmente  a las pérdidas por fricción. Las curvaturas tan cerradas que se emplean en estos casos contribuye a incrementar la caída de tensión y dificulta además el enhebrado de cordones a partir de determinados diámetros. Es empleo de Barras debe ser minuciosamente estudiado.

  Con la solución 9.2 b) se disminuye apreciablemente la pérdida por fricción al reducir la longitud del tendón que se estira, y cuando sea posible diseñar perfiles del trazado con curvaturas suaves, el uso de barras no está contraindicado. Su principal desventaja es la cantidad de accesorios adicionales que se introducen (acopladores y más aparatos de anclaje), pudiendo encarecer el proyecto.

9.3  Fortalezas del pretensado empleado en estructuras continuas.

  En general, las ventajas de las estructuras continuas de hormigón armado, también lo son para el pretensado, aunque se adicionan otras que refuerzan su extendido uso. Las fortalezas que se enuncian se refieren a su comparación respecto de las piezas de hormigón armado y de las piezas isostática pretensadas:

POR SU CONTINUIDAD

• Alcanzan una adecuada redistribución de los esfuerzos, descargando a las secciones más esforzadas a costa de sobrecargar otras, logrando así un mejor balance de las solicitaciones de flexión. Esta incuestionable ventaja no es dable a los elementos isostáticos.

•  Mayor adaptabilidad a los fallos locales que pudieran acontecer. El fallo global de una estructura hiperestática se alcanza cuando se hayan producido (n + 1) articulaciones plásticas, siendo n el grado de hiperestaticidad de la estructura.

• Mayor capacidad de respuesta bajo la acción de acciones impredecibles, producto de la posibilidad que ellas poseen de redistribuir esfuerzos.

• Mejoran su comportamiento ante cargas horizontales.

• Tras un estudio cuidadoso de proyecto, es posible reparar alguna zona dañada de la estructura sin la necesidad de sacarla de servicio y devolverle su capacidad resistente. En la actualidad muchos proyectos originales conciben esta posibilidad, de tanta trascendencia en la recuperación de resistencia.

• Permite actuar por fases sobre una estructura para incrementarle su capacidad resistente, también con la posibilidad de no coartar el servicio que presta, como puede ocurrir, por ejemplo, en la red de puentes de una región al modificarse el parque de vehículos.

• Reducción de las deformaciones lineales, con lo cual se puede reducir la envergadura de la sección sin llegar a comprometer su capacidad de resistencia..

RESPECTO DE LOS ELEMENTOS ISOSTÁTICOS PRETENSADOS

• Con el empleo de determinadas soluciones de ejecución, es posible reducir la cantidad de aparatos de anclaje.

• Es posible dentro de algunas tipologías constructivas, reducir el número de operaciones de tesado.

• En ocasiones la continuidad se puede alcanzar con un mismo tendón, desviando su trazado convenientemente para llegar a situarlo hacia las zonas de tracción que originan las acciones externas.

• Los momentos negativos o una fracción de ellos pueden ser asumidos por una armadura pasiva cuidadosamente calculada.

1. Debilidades del pretensado empleado en estructuras continuas.

  Como toda solución, el pretensado aplicado a estructuras continuas presenta ciertas desventajas que deben ser reconocidas para, en la medida de los posible, atenuarlas y procurar que prevalezcan sobre ellas las fortalezas que permitan inclinar la balanza a su favor.

• La introducción del preesfuerzo luego de colocado y endurecido el hormigón (postesado) exige en la construcción in situ, literalmente continua, que se garantice la libre deformación de la pieza que se está queriendo preesforzar. Si se coarta el libre acortamiento del elemento durante la transferencia de la fuerza de compresión, tal preesfuerzo no llega a materializarse. Esto obliga a ser muy cuidadosos en la compatibilización del pretensado y el proceso de construcción de la estructura, especialmente en lo referente al detallado de las conexiones entre sus diferentes miembros.

•  La introducción del preesfuerzo en los dinteles de marcos continuos de hormigón, incorpora en la conexión de ellos con las columnas cargas laterales y momentos flectores que se adicionan a los producidos por la carga exterior.

• En las secciones de los apoyos interiores de Vigas continuas, coinciden los máximos esfuerzos de flexión y cortante, que aunque no impliquen una modificación sensible del comportamiento de la pieza bajo cargas de servicio, exige mayor cuidado al estudiar el estado límite de agotamiento de dichas secciones.

• Cuando en vigas continuas prismáticas, debido a la magnitud y carácter de las acciones externas y a la relación de las luces adyacentes, se originen momentos negativos y positivos de marcada diferencia en magnitud, las cuantías del refuerzo demandado en dichas secciones puede llegar a ser tan diferente, que dificulte el diseño global de la armadura de refuerzo. Esta desventaja se puede atenuar negando la sección constante (peraltando más aquellas secciones de mayor momento), o tomando con armadura pasiva la diferencia entre ambos momentos.

• La continuidad de piezas prefabricadas se dificulta lo mismo que en hormigón armado, aunque en el caso de piezas pretensadas se pueden definir para ellas diferentes fases de trabajo y de carga,  para alguna de las cuales las piezas aisladas trabajen bajo un esquema isostático, y que la continuidad se logre para el estado definitivo de carga. La Fig. 9.2 b) es un ejemplo de esta posibilidad.

• Comparado con piezas aisladas pretensadas, generalmente se dificultan más los siguientes procesos:

• Colocación de los tendones por el interior de los conductos.
• Inyección de los conductos.
• Tesado en tramos intermedios

• En la medida en que se recurra a tendones de mayor longitud para lograr la continuidad, mayores serán las caídas de tensión que experimenta la fuerza de pretensado producto de la fricción.

• La readaptación de las vigas continuas pretensadas ante el cambio de sentido de las solicitaciones de flexión, es menos loable que en una viga análoga de hormigón armado.

9.5  Modelo de Análisis para Vigas Continuas preesforzadas.

  El estudio del comportamiento de los elementos pretensados con armadura adherente sujetos a flexión, lo mismo a escala de laboratorio que resolviendo para cada escalón de carga a nivel de sección el equilibrio, la compatibilidad de los deformaciones y la introducción de las relaciones tensión – deformación de los materiales, confirma que su comportamiento es lineal y elástico para un amplio diapasón de la carga, y muy especialmente antes de que comience a agrietarse la pieza.  

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