¡Más pretensado no siempre significa más resistencia!

Como probablemente sepa, la verificación del Estado Límite Último indica cuánta carga puede soportar una estructura antes de fallar. Es válido que los efectos de carga sean resistidos por un par de fuerzas internas sobre un brazo de palanca.

No importa si se trata de hormigón pretensado o armado. Con la misma cantidad de acero y la misma resistencia a la fluencia, las estructuras pretensadas y las armadas soportan la misma carga antes de alcanzar la capacidad portante. La tensión de compresión adicional en el hormigón pretensado no ayuda a la estructura a resistir durante más tiempo. Entonces, ¿a qué se debe tanto revuelo?

Analicemos más de cerca

Mediante el pretensado, añadimos tensión de compresión al hormigón, cambiando significativamente el comportamiento del material. La formación de fisuras se retrasa ya que la reserva de tensión resiste la primera carga. Con incrementos de carga adicionales, el hormigón alcanza un estado de descompresión. Posteriormente, el hormigón resiste la tracción hasta que se supera la resistencia a tracción.

La formación de fisuras, por tanto, se produce mucho más tarde en comparación con el hormigón armado. Además, el desarrollo de fisuras es más lento para la misma carga y con anchuras de fisura menores en el hormigón pretensado. Esto es importante debido a la corrosión de la armadura. Pero también está relacionado con la rigidez de la estructura. Una mayor rigidez de las estructuras pretensadas conduce a menores deformaciones.

En la figura siguiente, puede ver una comparación teórica de los elementos pretensados y armados cargados por una fuerza de tracción axial exterior. Se supone que los torones de acero y la armadura son del mismo acero con la misma resistencia a la fluencia. La cantidad también se corresponde entre sí. La única diferencia es que los torones están tensados.

• Estado 1 - Se aplica el primer incremento de carga. El hormigón pretensado utiliza una reserva de tensión. El hormigón armado también resiste hasta que se supera la resistencia a tracción. 
• Estado 2 - Una vez superada la resistencia a tracción en el hormigón armado, se producen fisuras. En ese momento, la utilización de la armadura aumenta, junto con la deformación. Mientras que en el hormigón pretensado, la reserva de tensión sigue contrarrestando los efectos.
• Estado 3 - Una vez superada la resistencia a tracción en el hormigón pretensado, se producen fisuras. En ese momento, la utilización de la armadura aumenta, junto con la deformación, al igual que en el hormigón armado.
• Estado 4 - Se supera la resistencia a la fluencia del acero.

Esto implica que teóricamente obtendríamos los colapsos simultáneamente en ambas estructuras. En otras palabras, la tensión de compresión adicional no afecta a las verificaciones del ELU.

Por el contrario, fisuras significativas y deformaciones se producirían mucho antes con la misma carga en la estructura armada en comparación con la pretensada. Y por tanto, el diseño no satisfaría las verificaciones del Estado Límite de Servicio.

También es justo mencionar que, además de las ventajas anteriores del hormigón pretensado, podemos influir en la distribución de fuerzas internas mediante la posición de los elementos pretensados. Se utiliza ampliamente en el caso de estructuras postensadas.

La teoría en la práctica

Comprobemos cómo la lógica se corresponde con los resultados en la aplicación IDEA StatiCa. Observaremos dos ejemplos en IDEA StatiCa Detail. El primer ejemplo es la viga pretensada, y el segundo es idéntico excepto por el pretensado.

A diferencia del caso teórico, el elemento ahora también está cargado con un momento flector. Experimentaríamos una deformación mucho mayor justo antes del colapso. De lo contrario, el principio debería seguir siendo el mismo.

IDEA StatiCa Detail

La figura siguiente muestra la utilización del hormigón, la armadura y los torones. Ambas estructuras pueden transferir la carga aplicada. Como esperábamos, las verificaciones del ELU, incluso para la viga armada, se superaron con una utilización similar. 

Una diferencia significativa se produce con las verificaciones del ELS.

Las fisuras están más desarrolladas en el hormigón armado y, como se indicó anteriormente, afecta a la rigidez de las estructuras y, por tanto, a la deformación.

¿Por qué necesito saberlo? 

Es esencial mencionar que este es un ejemplo teórico. En uso práctico, no podríamos armar el elemento con armadura de las mismas propiedades. Además, no habría funcionado debido a los criterios de Servicio. Entonces, ¿por qué es importante?

Una comprensión adecuada del comportamiento del hormigón pretensado simplifica su utilización. Es crucial poder decidir si es mejor añadir fuerza de pretensado o más torones pretensados/tendones de postensado. O modificar el diseño.

Con el conocimiento adecuado, el pretensado nos sirve para superar mayores distancias utilizando menos material y con formas más elegantes. Ya sea en ingeniería civil, en el caso de puentes (principalmente diseños de hormigón postensado), o en ingeniería estructural, en el caso de vigas pretensadas y losas postensadas.

¿Qué aplicación es adecuada para el diseño del pretensado?

Para diseñar elementos pretensados generales (pretensados o postensados), puede utilizar la aplicación IDEA StatiCa Beam. Proporciona la solución, incluyendo las fases de construcción y el cálculo de pérdidas.

Recomendamos utilizar la aplicación IDEA StatiCa Detail y no solo para regiones de discontinuidad.