Una buena y dura mirada al pre

Dec 18, 2023

Desde el aspecto de un camino de entrada o acera promedio, puede parecer que el concreto está destinado a agrietarse. Pero si el hormigón es tan propenso a agrietarse, ¿cómo podemos utilizarlo en tantas aplicaciones de alta tensión como puentes y rascacielos? Esta pregunta surgió mientras investigaba termitas impresas en 3D para un artículo. La termita se usa a menudo para soldar vías de ferrocarril, y vinculé un video de vías nuevas soldadas que tenían traviesas de concreto. Sabía que tenía que descubrir cómo se podía fabricar hormigón para resistir la presión de los trenes de mercancías.

Por sí solo, el hormigón es quebradizo y no cede en absoluto. Pero eso no significa que no sea fuerte. Aunque el hormigón tiene buena resistencia a la compresión, la resistencia a la tracción es bastante pobre. Hacia finales del siglo XIX, alguien pensó en fortalecer los tramos de hormigón con barras de refuerzo de acero, más conocidas como barras de refuerzo. El acero se puede estirar, agregar barras de acero le da al concreto cierta resistencia a la tracción que va junto con su resistencia a la compresión. Las barras de refuerzo también permiten losas y otros miembros más delgados.

Las barras de refuerzo o el hormigón reforzado con malla son buenos para cosas como bloques de estacionamientos y carreteras, pero aun así fallan antes de lo debido. De hecho, normalmente tiene que agrietarse antes de que la barra de refuerzo pueda perder parte de su resistencia a la tracción.

En aplicaciones de hormigón de alta tensión, como puentes y rascacielos, es tremendamente importante evitar la deflexión, que es cuando un miembro de hormigón se flexiona y dobla bajo carga. La desviación puede provocar que las modernas cubiertas de vidrio de los rascacielos se desprendan, entre otros problemas.

Un puente sólido y rígido es mucho más agradable para caminar, conducir y andar en bicicleta que un puente que se balancea con la brisa. Pero, ¿cómo se hace un puente rígido? Una solución es aplicar tensiones al hormigón antes de que soporte la carga de automóviles y camiones o un horario constante de trenes de carga.

El concreto pretensado es como el concreto reforzado con barras de refuerzo, pero con el poder adicional de la tensión incorporada. Al agregar tensión al concreto antes de que entre en servicio, la deflexión se reducirá o tal vez se eliminará por completo. Con la adición de resistencia a la tracción, puede entrar en juego una mayor resistencia del hormigón.

El hormigón pretensado se fabrica colocando tendones a lo largo de un miembro de hormigón o adyacente a él, y luego tensando los tendones desde los puntos de anclaje para agregar tensión. Estos tendones suelen estar hechos de acero de alta tensión, fibra de carbono o fibra de aramida, que se utiliza en tejidos antibalísticos. Están dispuestas en una configuración de una sola hebra o de varias hebras y actúan un poco como bandas elásticas.

El resultado del hormigón pretensado es que las fuerzas de compresión futuras harán que el miembro del servicio actúe como súper hormigón, y las fuerzas de tracción futuras harán que actúe más como acero de alta tensión. En otras palabras, el hormigón pretensado puede resistir la presión e incluso la torsión mucho mejor que el hormigón normal. Es esencialmente programable porque está pretensado de una manera calculada que imita las tensiones que soportará una vez que esté en servicio.

El 'pre' en pretensado significa que ocurre antes de que el miembro de concreto entre en servicio. El tensado en sí se puede realizar antes de verter el hormigón o después de que haya fraguado. Hay varias razones para utilizar un método u otro, pero son bastante iguales en términos de resultados.

Este es el método más antiguo de pretensado del hormigón y se remonta a finales del siglo XIX. El pretensado se utiliza normalmente para fabricar vigas, losas de piso, balcones, tanques de agua y tuberías de concreto. Antes de verter el concreto, los tendones se aseguran entre los anclajes de los extremos, ya sea que los tendones terminen dentro del concreto o directamente al lado de él.

A medida que el concreto cura, se adhiere a los tendones y la tensión de los tendones se transfiere al concreto curado. Una vez desatornilladas, las varillas permanecen tensas, mantenidas en su lugar por el concreto. El pretensado a menudo se realiza antes de un proyecto de construcción y las piezas terminadas se envían al sitio. De esta manera, se pueden fabricar múltiples a la vez en un molde grande llamado lecho de fundición. Estos se instalan con tendones de varios miembros de largo y luego se cortan una vez que el concreto se ha curado.

Como se puede imaginar, el postensado se realiza después del curado del hormigón. En el postensado, los tendones están dentro de manguitos de plástico o acero galvanizado, y el hormigón se vierte con los manguitos puestos. Una vez colado el hormigón, los anclajes tensan los tendones tal como lo hacen durante el pretensado.

Hay dos formas de realizar el postensado: adherido y no adherido. En el postensado adherido, se aplica lechada al revestimiento del tendón antes del tensado, y esto los une permanentemente al concreto. Esto hace tres cosas: protege contra la corrosión, bloquea el tendón antes de que se produzca el tensado y mejora el comportamiento estructural del hormigón una vez que el miembro está haciendo su trabajo. En el postensado no adherido, los tendones están en una vaina rellena de grasa de litio y, por lo tanto, se les permite moverse longitudinalmente dentro del hormigón. Por lo general, estos se preparan fuera del sitio y con anticipación.

Mira el experimento concreto en el vídeo a continuación. Los miembros de concreto que fueron pretensados ​​y postensados ​​son capaces de soportar el doble de fuerza que los miembros con barras de refuerzo tradicionales. No es que el hormigón tensado sea mágicamente más fuerte, sólo que se le permite alcanzar una mayor parte de su potencial de resistencia. Asegúrese de quedarse después del experimento para disfrutar de una visión espectacular del proceso de fabricación de durmientes de hormigón para ferrocarril.