Hormigón Pretensado

El hormigón ha sido uno de esos materiales a base de cemento más utilizados en el mundo de la construcción, y no es de sorprenderse porque cuenta con una versatilidad enorme, y su aplicación se extiende desde las cosas más pequeñas hasta las construcciones estructurales de gran envergadura.

En este espacio podrás conocer todo sobre el hormigón pretensado, que es uno de los modos mayormente utilizados por la ingeniería estructural, ya que funciona perfectamente para soportar y compensar todo tipo de fuerza de tracción ejercida sobre cualquier estructura.  

¿Qué es el hormigón pretensado?

Se denomina «hormigón pretensado» a aquel hormigón al cual se le han añadido tensiones o refuerzos con el fin de aportar rigidez. Este tipo de hormigón se obtiene tras verter el hormigón directamente sobre cables o barras ya tensadas (o pre-armadas).

Es por ello que las piezas pretensadas de hormigón suelen pre fabricarse en los talleres, para  posteriormente ser transportadas hasta el lugar donde se esté realizando la construcción.

Por ser un material prefabricado, suelen ser elementos pequeños (para así facilitar el transporte), como por ejemplo vigas fundacionales, dinteles, balcones o pilotes.

El propósito de utilizar hormigón pretensado a la hora de realizar una obra es agregar un estado de tensión antes de adicionar la carga de la estructura. De esta manera las tensiones de tracción del hormigón se ven disminuidas, lo cual favorece la construcción de una estructura sólida y resistente.

Se denomina hormigón pretensado (en algunos lugares de Hispanoamérica concreto preesforzado) a la tecnología de construcción de elementos estructurales de hormigón sometidos intencionadamente a esfuerzos de compresión previos a su puesta en servicio. Dichos esfuerzos se consiguen mediante barras, alambres o cables de alambres de acero que son tensados y anclados al hormigón.

El pretensado es una técnica (tecnología) de la ingeniería estructural mediante la cual, en un sistema estructural dado, se introducen (en forma previa) estados tensionales preliminares de manera de contrarrestar los ulteriores estados tensionales solicitantes en cierto grado (total, parcial o limitado.

En el hormigón armado convencional se proporciona resistencia a la tracción a los elementos estructurales colocando acero de refuerzo (pasivo) en las zonas de los elementos estructurales donde pueden aparecer tracciones. Esta forma de proporcionar resistencia a la tracción puede garantizar una resistencia poco adecuada al elemento y presenta el inconveniente de no impedir el agrietamiento del hormigón para ciertos niveles de carga. Una manera de evitar que aparezcan las fisuras, y por tanto eliminar el peso muerto de hormigón fisurado, es introducir unas fuerzas adicionales que compensen el efecto de las acciones exteriores de manera que, cuando actúan conjuntamente las acciones exteriores y esas fuerzas adicionales, sus efectos se compensen. De esta manera se llega al hormigón pretensado. En la manera más habitualmente utilizada hoy en día, el pretensado se materializa embebiendo en el hormigón unos cables de acero con un trazado adecuado que se ponen en tracción previamente a la puesta en servicio de la estructura.

A partir del año 1920 surge y se patenta la técnica de pretensado, o mejor conocido como el hormigón pretensado, el cual ha sido creado para compensar la fuerza de tracción que se ejerce sobre cualquier obra estructural, convirtiéndose en el pilar fundamental del sector de la construcción.

El hormigón pretensado se refiere a una técnica de construcción que consiste en tensar una armadura compuesta por cables o barras metálicas antes del proceso de hormigonado, la cual es contenida en un molde de vertido de hormigón.

En otras palabras, funciona perfectamente como resistencia interna de cualquier estructura, por ejemplo, en puentes. En este sentido, antes de la colocación del hormigón pretensado se tienen que colocar materiales que puedan ejercer comprensión interna de manera correcta.

La compresión al interior de la estructura de hormigón pretensado se genera mediante la colocación de diversos materiales, como alambres, barras, y cables de acero que deben tensarse fuertemente antes de vaciar la mezcla de hormigón. De esta manera, la tensión que se generará será la ideal para soportar las edificaciones.

Por otra parte, podemos encontrar también otra técnica con el hormigón pretensado, que se llama postesado, pero que a diferencia de la anterior, esta coloca todo el acero y metal de tensión luego que la mezcla de cemento y hormigón haya fraguado. Esto es posible gracias a las armaduras activas que se montan sobre vigas.

Cabe decir que ambas técnicas de hormigón pretensado aportan mucha resistencia a todo tipo de construcciones industriales, son mucho más sólidas, duraderas, y cuentan con mayor fuerza de tracción que otros hormigones.

La técnica fue patentada por Eugène Freyssinet y lo que se pretendía era superar una debilidad propia del hormigón contra esfuerzos de tracción.

Empresas especializadas en obras complejas de ingeniería son las que, normalmente, fabrican hormigón pretensado. Es decir, su uso está mayormente destinado a obras públicas, más que privadas o particulares.

¿Cómo se hace el hormigón pretensado?

Realizar el hormigón pretensado requiere la experiencia y los conocimientos de cualquier profesional de la construcción. Lo primero que se necesita para la fabricación de este hormigón es la creación de una especie de jaula o una estructura en la cual se pueda colocar los tendones de acero, viga, cable, reja, y otros tipos de materiales de soporte.

Luego, la tensión de todos estos materiales se realiza directamente en la fábrica o taller de construcción, ya que se necesita de la fuerza de una maquinaria especial para lograr la presión justa. Una vez que se tiene la compresión deseada, se procede a verter la mezcla de microcemento y hormigón a un nivel de resistencia de 35 – 55 MPa.

Cuando el hormigón pretensado ha fraguado entonces se puede obtener la tensión deseada. En cambio, con la técnica de postensado, se debe utilizar una estructura de acero con cables o tendones, los cuales se deben anclar a unas vigas.

Después, se tiene que vaciar la mezcla de hormigón, y cuando este ya está fraguado, es que se colocan los cables, que luego serán tensados con ayuda de un gato hidráulico. Es así como se logrará el efecto de fuerza de tensión correcto.

Características del hormigón pretensado

El hormigón pretensado es fabricado comúnmente con empresas especializadas en la construcción de obras de ingeniería complejas, ya que necesita conseguir una compresión sumamente grande que le permita resistir o soportar el peso de ciertas estructuras.

En este sentido, los materiales básicos del hormigón pretensado son el acero y el hormigón, el cual está conformado por una mezcla especial de microcementos. Es altamente utilizado para la construcción de puentes con gran flujo vehicular, suelos de rascacielos, estacionamientos, almacenes, y también viaductos, desniveles y reactores nucleares, debido a la capacidad para soportar terremotos y explosiones.

Podemos decir, que entre sus características más llamativas encontramos que el hormigón pretensado tiene una resistencia estructural única, gracias a que la combinación de los materiales metálicos con el hormigón provoca una mayor fuerza de tracción.

Asimismo, cuenta con un tiempo de vida mucho más prolongado que cualquier otro hormigón, debido a que la cantidad de fisuras y grietas son muy reducidas. Además, representa una técnica bastante económica, ya que utiliza una cantidad de materiales mucho menor a los métodos de construcción convencional.

Por otro lado, el hormigón pretensado es el preferido por muchos ingenieros, ya que resulta muy ligero y mucho más espacioso que otros hormigones, debido a que su tipo de estructuras permite un aprovechamiento del espacio más optimizado entre cada columna de carga.

De la misma manera, gracias a su rapidez y eficiencia se ahorra muchísimo en costes de mano de obra, materiales y maquinaria. Esto se debe a que el pretensado se fabrica rápidamente, por lo que su producción a gran escala es veloz, al igual que el montaje para el levantamiento de obras.

Finalmente, otra de las características por las cuales se elige siempre el hormigón pretensado es la posibilidad de construir diseños mucho más estéticos. En otras palabras, este tipo de hormigón permite la construcción de elementos, obras y estructuras arquitectónicas esbeltas, fuertes y hermosas.

¿Para qué sirve y dónde se utiliza el hormigón pretensado?

Por su durabilidad, resistencia y ligereza, uno de los usos más comunes que podemos encontrarle son en la construcción de puentes.

A través de la instalación de vigas fabricadas mediante la técnica del pretensado, se le da mayor solidez a la estructura, especialmente en aquellos puentes dónde pueden pasar miles de vehículos de forma diaria.

«El hormigón pretensado también puede verse en otras construcciones a gran escala, como edificios comerciales o pasos elevados de autopistas.»

El hormigón pretensado es imprescindible en la construcción de pasos elevados de autovías.

Del mismo modo, lo podemos encontrar en grandes rascacielos, dado que ofrece una gran resistencia a la tracción externa sin incrementar el peso de la propia estructura.

Sin embargo, su uso se vuelve fundamental para crear pilares o vigas para edificios dónde son frecuentes los terremotos muy habituales en Japón o, recientemente, en Granada, así como en cámaras de reactores nucleares como protección frente una posible explosión.

Diferencias entre el hormigón pretensado y el hormigón armado

El hormigón se obtiene a partir de la combinación de una serie de elementos como agua, grava, arena y cemento.

Sin embargo, las técnicas con las cuales utilicemos ese hormigón nos darán uno u otro tipo de hormigón como resultado.

El hormigón armado constituye una mezcla resultante de la combinación de unas armaduras (barras o mallas de acero) y hormigón común.

Y el hormigón pretensado emplea cables de acero instalados a presión gracias a la actuación de máquinas especiales.

Aunque compartan varios de sus componentes, estas son las 2 principales diferencias que tienen:

• Aplicación y uso

El hormigón armado se emplea en paredes, suelos de garajes, de terrazas o viviendas.

El hormigón pretensado tiene un uso específico, ya que está especialmente pensado para el levantamiento de grandes obras, como rascacielos o puentes.

«Podemos decir que el hormigón pretensado está destinado principalmente a ingeniería estructural, por su resistencia y durabilidad sin igual.»

• Forma de elaboración

El hormigón armado es más sencillo de obtener, pudiéndose conseguir de forma manual.

Pero el hormigón pretensado requiere de máquinas especiales, para aplicar la resistencia y presión necesarias para producir las láminas pretensadas correctamente.

Como muchos saben, el hormigón es una mezcla de varios compuestos para facilitar los procesos de todo tipo de construcciones, entre sus elementos destacan el cemento, la arena, grava y agua. Sin embargo, las técnicas con las cuales se utiliza es lo que da vida a todos los diferentes tipos de hormigones.

En este sentido, el hormigón armado es una mezcla que resulta de la combinación entre el hormigón común con unas armaduras, es decir, se trata de una técnica en la cual se utiliza un refuerzo de barras o mallas de acero dentro de toda la mezcla de hormigón armado.

En cambio, el hormigón pretensado utiliza cables de acero colocados a presión gracias a la fuerza de maquinarias especiales, para luego vaciar el hormigón y obtener una transferencia de la fuerza de tracción, ideal para el soporte de estructuras.

Se puede decir entonces, que aunque ambos tipos de hormigones compartan los mismos componentes, su diferencia radica en dos aspectos básicos, el primero en su forma de elaboración, ya que el hormigón armado es mucho más sencillo, y se puede hacer manualmente con la ayuda de materiales básicos.

Sin embargo, el hormigón pretensado necesita de maquinaria especial para poder producir las láminas pretensadas correctamente, con la presión y resistencia requeridas. Esto quiere decir que los cables de acero inmersos en este hormigón han sido con anterioridad prensados a una fuerza específica.

Bajo este argumento, se desprende el segundo aspecto el cual diferencia a estos dos hormigones, y se trata de su aplicación y uso. En el caso del hormigón armado, es perfecto para aplicarse en suelos de casas, terrazas, garajes, corredores, paredes y cualquier tipo de estructura que no requiera demasiado soporte.

El hormigón pretensado, por el contrario, está específicamente diseñado para la construcción de grandes obras arquitectónicas, como puentes vehiculares y rascacielos, que necesiten de una resistencia mucho mayor.

En otras palabras, este tipo de hormigón está hecho para la ingeniería estructural, ya que cuenta con una durabilidad y resistencia inigualable, la cual proviene de una presión adecuada ejercida sobre la estructura de metal y acero, y luego sobre el fraguado de hormigón.

Diferencia entre el hormigón pretensado y el hormigón postensado

La primera diferencia entre hormigón pretensado y hormigón postensado se basa en el momento en el cual los cables metálicos son tensados.

En el hormigón pretensado los cables metálicos son tensados antes del vertido y fraguado del material, de forma que para cuando el hormigón haya fraguado los cables sean destensados. El objetivo del pretensado es transferir esfuerzos de compresión al hormigón por medio de la fricción en estado fresco.

En cambio, en el hormigón postensado los cables son tensados después de que el material fragüe y empiece a endurecerse, permaneciendo tensados y anclados durante la vida útil del elemento estructural, para así transmitir ininterrumpidamente esfuerzos de compresión que anulen los esfuerzos de tracción producidos por las cargas de servicio en la estructura.

Además, a diferencia del proceso de pretensado del hormigón, en el proceso de postensado se hace uso de conductos huecos para contener los cables metálicos en la masa endurecida del hormigón, empleando adicionalmente sistemas de anclaje permanente.

De hecho, el producto final del postensado es generalmente un hormigón de mayor resistencia mecánica que el hormigón pretensado, ya que su fabricación requiere de hormigón de alta resistencia.

Por tanto, las aplicaciones del hormigón pretensado se solapan mínimamente con los usos del hormigón postensado. El hormigón pretensado generalmente se utiliza en losas, cimentaciones y pilotes, mientras que el hormigón postensado se emplea en estructuras complejas, como puentes, sistemas de voladizo, dovelas, etc.

La principal diferencia que existe entre el hormigón pretensado y postensado se sustenta en el momento cuando se tensan los cables metálicos.

Con el hormigón pretensado, los cables se tensan antes de producirse el vertido.

Entonces, en el momento en el que se fragüe, los cables se destensan. La finalidad de esto es transmitir esfuerzos de compresión al hormigón.

Por otro lado, con el hormigón postensado, los cables se tensan después del fraguado y endurecimiento del material, de forma que los cables se mantienen anclados y tensados durante toda la vida útil que tenga la estructura.

Así, se garantiza que los esfuerzos de compresión se transmiten de forma ininterrumpida para anular los esfuerzos de tracción.

Ventajas del hormigón pretensado

Vamos a ver algunas de las ventajas que tiene la fabricación e instalación de hormigón pretensado.

• Aumenta la durabilidad de la obra

El hormigón pretensado elimina la posibilidad de aparición de grietas o fisuras durante todas sus etapas de carga.

Gracias a esto, se dota de mayor capacidad de aguante a la estructura para resistir golpes, vibraciones e impactos.

Además, se reduce a mínimos la probabilidad de corrosión del acero. Todo esto son factores que alargan la durabilidad de la obra.

• Mayores posibilidades de diseño

Otra de las ventajas que ofrece es la oportunidad de diseñar obras o construcciones mucho más estéticas, como, por ejemplo, estructuras arquitectónicas fuertes y esbeltas.

• Resistencia estructural

Esta es la ventaja y, al mismo tiempo, razón de ser del hormigón pretensado: dotar de mayor resistencia al hormigón para contrarrestar el esfuerzo de tracción de las cargas de elementos estructurales.

Producción masiva de hormigón pretensado en forma de viguetas

• Brinda un mejor comportamiento bajo cargas de servicio.
• Los elementos pretensados logran ser eficientes y esbeltos utilizando menos material que otros procesos constructivos.
• Su producción en serie, al ser industrializada, brinda mayor ajuste en el tiempo.
• Cuando se usa adecuadamente y en los elementos que corresponde, se consigue disminuir los costos de la obra.
• Permite controlar deflexiones de manera más eficiente.
• Controla las fisuras y por lo tanto ofrece una mayor durabilidad.
  

1. Aporte de una mayor resistencia a la estructura: La técnica del pretensado en el hormigón aporta una mayor resistencia debido a que genera una mayor fuerza de compresión interna (producto de los cables o barras pre-armadas que se encuentran dentro de este material), y dicha fuerza soporta y contrarresta la fuerza externa que producen las cargas de los elementos estructurales. Por ello, las estructuras que poseen este material suelen ser más firmes y resistentes.
2. Una mayor durabilidad de la construcción: El uso de este tipo de hormigón favorece la eliminación de cualquier fisura o grieta que se pueda generar durante el proceso de construcción. Es por ello que la estructura tiene una mayor capacidad para soportar cargas, impactos y vibraciones, a la vez que la posibilidad de corrosión del acero se ve reducida, lo cual aumenta la durabilidad de la construcción.
3. Un ahorro en los costes de las cimentaciones: Debido a que la mayoría de las piezas de hormigón pretensado suelen ser de pequeño tamaño y elaboradas con materiales más ligeros (en comparación con otros elementos de la construcción), el uso de este tipo de hormigón supone un ahorro económico de material y una mayor ligereza a la hora de transportarlo. Por ejemplo, el uso de placas de hormigón pretensado en cerramientos para estacionamientos permite una mayor separación de columnas, por lo que se aprovecha mejor el espacio y se ahorra una cantidad importante de material. 
4. Aporte de una mayor velocidad en las construcciones: Ya que este hormigón está elaborado en base a elementos pre-armados, y debido a que también es fabricado en un taller, utilizando este material es posible ahorrar tiempo de obra en la construcción. Además, esta misma característica hace posible la construcción simultánea de varias partes de una misma estructura. En general, esto también supone un importante ahorro económico.
5. Capacidad de producir elementos en masa para grandes proyectos arquitectónicos: Por ser un elemento prefabricado, es posible disponer de maquinarías para producir en masa piezas pretensadas de hormigón. Un ejemplo de esto es la tecnología implementada por Tensyland, donde se producen grandes cantidades de vigas y placas de hormigón que permiten un mayor control de calidad y una alta producción, con lo que es posible realizar proyectos arquitectónicos grandes.
6. La posibilidad de construir una variedad de excelentes diseños arquitectónicos: Utilizando este tipo de hormigón es posible construir estructuras arquitectónicas más eficientes y esbeltas. Además, debido a que el uso de este material constituye un ahorro de tiempo y de materiales, es posible elaborar una amplia gama de diseños arquitectónicos.

Desventajas del hormigón pretensado

• Requiere una inversión inicial.
• El diseño de los elementos estructurales es más complejo y especializado.
• Es necesario contar con operarios especializados, tanto para la construcción de los elementos postesados como para el montaje de los elementos pretensados.
• Si no se emplea adecuadamente y en los elementos que corresponde, se pueden incrementar los costos de la obra.
• Las tareas de construcción y demolición son peligrosas de ejecutar y deben ser realizadas por personal especializado.
• Los sistemas de anclaje (y otros materiales necesarios) deben ser importados desde países que cuentan con este tipo de producción industrial.

¿Cómo se fabrica el hormigón pretensado?

Para obtener hormigón pretensado, se deben de seguir los siguientes pasos:

1. El hormigón se vierte sobre cables o barras tensadas, momento en el que se produce la unión.
2. Dicha unión impide la oxidación de la barra o cable, y posibilita la directa transferencia de tensión.
3. Cuando ya tenemos el hormigón prefabricado, se desplazan las piezas hasta su lugar de la instalación (ya sean puentes o edificios), dónde se colocan y sobre él se agregaron posteriormente otros elementos de construcción.

Se recomienda que el primer paso se realice en un taller o instalación específica para asegurar que todo se realiza correctamente y cumplen unos parámetros de calidad.