CAPÍTULO 1 CARACTERÍSTICAS DEL PRETENSADO EXTERIOR

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1 CAPÍTULO 1 CARACTERÍSTICAS DEL PRETENSADO EXTERIOR 1.1. INTRODUCCIÓN HISTÓRICA El pretensado exterior empezó a utilizarse esporádicamente en puentes en los años treinta. Se aplicó por primera vez en 1936 cuando el ingeniero alemán Franz Dischinguer lo aplicó en el puente de Adolf Hitler, en Aue (Alemania). Se construyeron muchos más puentes con este sistema, pero los problemas de corrosión de los tendones frenaron la aplicación de esta técnica durante los años sesenta y setenta. Sin embargo, el pretensado exterior se empieza de nuevo a aplicar para refuerzo de puentes construidos por la técnica de voladizos sucesivos con problemas de fisuración y deformaciones excesivas, o con problemas de corrosión de tendones. A principios de los ochenta, Jean Muller diseña el Long Key Bridge, en Florida, donde el pretensado exterior fue aplicado por primera vez a un puente de dovelas prefabricadas con juntas secas. Este puente está constituido por 101 vanos de 36 metros cada uno, con una longitud total de 3701 metros. Desde entonces se han construido muchos puentes con luces medias con pretensado exterior en Europa y Estados Unidos, la mayoría de ellos con dovelas prefabricadas. Otro de los grandes puentes diseñado por Figg y Muller y construido por dovelas prefabricadas de hormigón con pretensado exterior en 1987 es el Sunshine Skyway Bridge, en Florida, cuyo vano principal fue, en el momento de su construcción, el de mayor luz de un puente atirantado de hormigón en América, con una longitud del vano de 396 m y una longitud total de 6400 metros. 4

2 Figura 1.1. Sunshine Skyway Bridge DEFINICIÓN DE PRETENSADO Y TIPOLOGÍA Según la EHE (artículo 20.1) [10], se entiende por pretensado la aplicación controlada de una tensión al hormigón mediante el tesado de tendones de acero. Los tendones serán de acero de alta resistencia y pueden estar constituidos por alambres, cordones o barras. Los cordones son grupos de alambres (2, 3 ó 7 alambres). Un mismo elemento de hormigón pretensado puede estar formado por más de un tendón, agrupando el número de cordones necesarios en varios tendones para facilitar su tesado. (Por ejemplo, si el cálculo nos da que necesitamos 36 cordones, podemos agruparlos en 4 tendones de 9 cordones cada uno). Los sistemas de anclaje dependen de la disposición de tendones elegida (ver figura 1.2 y 1.3). 5

3 Figura 1.2. Anclaje para cordón formado por 7 alambres. Figura 1.3. Anclaje para tendón de 4 cordones. Hay distintas formas de pretensar un elemento de hormigón estructural pretensado, dando lugar a diversos sistemas que se clasifican según alguna de sus características: De acuerdo con la situación del tendón respecto de la sección transversal, el pretensado puede ser: (a) Interior. En este caso el tendón está situado en el interior de la sección transversal de hormigón. (b) Exterior. En este caso el tendón está situado fuera del hormigón de la sección transversal y dentro del canto de la misma. De acuerdo con el momento del tesado respecto del hormigonado del elemento, el pretensado puede ser: (a) Con armaduras pretesas. El hormigonado se efectúa después de haber tesado y anclado provisionalmente las armaduras en elementos fijos. Cuando el hormigón ha adquirido suficiente resistencia, se liberan las armaduras de sus anclajes provisionales y, por adherencia, se transfiere al hormigón la fuerza previamente introducida en las armaduras (ver figura 1.4). 6

4 Figura 1.4. Armaduras pretesas. (b) Con armaduras postesas. El hormigonado se realiza antes del tesado de las armaduras activas que normalmente se alojan en conductos o vainas. Cuando el hormigón ha adquirido suficiente resistencia se procede al tesado y anclaje de las armaduras (ver figura 1.5). Figura 1.5. Armaduras postesas. Desde el punto de vista de las condiciones de adherencia del tendón, el pretensado puede ser: (a) Adherente. Este es el caso del pretensado con armadura pretesa o con armadura postesa en el que, después del tesado, se procede a ejecutar una inyección con un material que proporciona una adherencia adecuada entre la armadura y el hormigón del elemento (Artículo 36.2). (b) No adherente. Este es el caso del pretensado con armadura postesa en el que se utilizan, como sistemas de protección de las armaduras, inyecciones que no crean adherencia entre ésta y el hormigón del elemento (Artículo 36.3). Este proyecto se centra en el estudio de pretensado exterior con armaduras postesas y tendones no adherentes. 7

5 1.3. EL PRETENSADO EXTERIOR Y DIFERENCIAS CON EL PRETENSADO INTERIOR El sistema de pretensado exterior se basa en tendones colocados tras haber hormigonado la pieza. Cuando ésta ha adquirido la resistencia necesaria, se tesan los tendones externos. A diferencia del sistema de pretensado interior, la trayectoria del tendón no se marca con las vainas, sino con los anclajes y desviadores, teniendo las vainas la única función de protección contra la corrosión. Además, esto hace que la trayectoria del tendón no sea parabólica sino poligonal y, por tanto, se diferencia del pretensado interior en que no hay compatibilidad en deformaciones entre acero y hormigón. Las fuerzas compensatorias del pretensado sólo se ejercen sobre los anclajes y desviadores. Debido a esto, las tensiones y deformaciones en el tendón entre anclajes son constantes, así como entre desviadores si se supone nulo el deslizamiento. Por tanto, la compatibilidad debe aplicarse a los desplazamientos del hormigón y de los tendones en los anclajes y en los desviadores que no permiten el desplazamiento (ver figura 1.6). Figura 1.6. Trazado de los tendones exteriores en una viga cajón de un puente. (Tomada del artículo de Tandler, J. [16]) 8

6 Otra diferencia importante es la variación de la excentricidad de los tendones exteriores con la carga, debido a que éstos no siguen las deformaciones del hormigón. Al aumentar la carga y por tanto las deformaciones en la pieza, la excentricidad en secciones críticas, como el centro del vano, disminuye, lo que implica la disminución de la carga última que resiste la pieza (ver figura 1.7). e e a) b) Figura 1.7. Variación de la excentricidad de un tendón externo: a) sin carga b) con carga. Para paliar este efecto, se incluyen los desviadores. Lo deseable sería que el trazado de los tendones fuera homotético a la ley de momentos, pero el peso que introducen los desviadores en la estructura es perjudicial. El número de desviadores que se colocan resulta un compromiso entre estos dos efectos VENTAJAS E INCONVENIENTES DEL PRETENSADO EXTERIOR La principal ventaja de este sistema es la posibilidad de reforzar o reparar una estructura ya existente, añadiendo o reemplazando tendones, y la facilidad para realizar las inspecciones y comprobar el estado de corrosión de los tendones, con respecto al pretensado interior. Las pérdidas de fuerza de pretensado debidas a la fricción y a la fluencia son menores. Como ni la protección contra la corrosión depende del recubrimiento del hormigón ni la aparición de grietas afecta a la tensión en los tendones, los requerimientos de servicio para el ancho de las grietas pueden ser relajados en el caso de los tendones externos. Además, la construcción es más rápida y sencilla. 9

7 Uno de los inconvenientes es la pérdida de excentricidad al aumentar la deformación. Además, el peso añadido de los desviadores que se incluyen para evitar este efecto también es un inconveniente. Otro inconveniente es que la fuerza y resistencia de la estructura completa depende de los anclajes. Cuando se aplican sobrecargas, las grietas que se producen son muy anchas. Este efecto puede reducirse si se combina el pretensado externo con interno o con armaduras no pretensadas. Con esta solución además se incrementa la capacidad de carga de la pieza. Al estar los tendones expuestos exteriormente son mucho más vulnerables a accidentes y, sobre todo, a la corrosión. A este último respecto habrá que tomar importantes medidas, especialmente en ambientes desfavorables. 10