El Pretensado en Estructuras de Acero

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El pretensado en las estructuras de acero Autor: IgnacioCostales Calvo Arquitecto Director de tesis: Dr. Agust Obiol iSnchez Catedrtico de estructuras de la UPC Codirector de Tesis: Dr.J osep Gmez Serrano Catedrtico de estructuras de la UPC Fecha:Septiembre de 2012 Estudios: Tecnologia de lArquitectura, Edificacii Urbanisme (UPC) AGRADECIMI ENTOS: Agust Obiol i Snchez J osepGmez i Serrano Robert Brufau i Niub Anselmo Solas del Val () J aumeTorrents Ribas J oan Ramn Blasco Carles J an Gonzlez David Garcia iCarrera Pepa Gmez Bernab J osep Pratdessaba Fargas Xavier GimferrerVilaplana J ordi Payola Lahoz J ordi Coll Grifoll Rosa RamrezBurgos J oan Llecha i Capdevila Ana Zubelzu Viarje Carlos MarcosPadros Daniel Garca Escudero Arcadi de Bobes Picirnell J aumeAvellaneda Daz-Grande Laura Valverde Aragn Eduard Calafell LafuenteJ avier Lpez-Rey Laurens Marc Segu Pi Miguel Usandizaga CalpasoroPedro Oss Rebull J uan Lima Rafael Casals i Bohigas () FranciscoQuintero Moreno () A mis padres, Teo y Maribel, por darme la vida,por educarme, por darme una carrera a 1.000km de distancia, porsaber entender y por saber esperar. Por ayudarme en la tesis, porestar siempre A los profesores del departamento de estructuras enla arquitectura de la UPC. En especial a los profesores asociados.A los compaeros ms prximos de BOMAINPASA, aquellos que me hacen yme han hecho la vida y el trabajo ms fcil: J uanjo Martnez, LuisRodriguez, Lidia Montiel, Carmela Navarro, Carme Mallart, PaulinoVicente, Pere Vidal, Ricard Morillas, Willson Villareal, MartaMorales, Samuel Molist, Minerva Aparicio, Sergi Prez, Oriol Dalmau,Quim Brufau, Lidia Martn, J ess Arcos, Andrs Tovar, Carlos Muoz,Manuel Suazo, Vero Delgado, Miriam Pastor A todos los que hansabido esperar a que acabase la tesis. Con 18 aos un da le ped a mipadre su vehculo cuando recin me haba sacado la licencia. Trasvarias negativas pronto cedi. Mi alegra fue inmensa: no quiseentender ms. Cuando pas por el primer carril estrecho me di cuentaque aquel vehculo era bastante ms ancho que el de la escuela. Tirpara adelante y afortunadamente no hubo que hacer uso del seguro,aunque pas un mal trago. Hoy, despus de muchos aos sin ni siquieramencionrmelo, entiendo que mi padre sufri aunque hoy tengo lacerteza de que no era por el vehculo A todos aquellos que despus dela escuela me han prestado su vehculo, cuando yo apenas me habasacado la licencia. a lngrid El pretensado en las estructuras deacero by IGNACIO COSTALES CALVO is licensed under a CreativeCommons Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Unported License. Elpretensado en las estructuras de acero. 2012 Ignacio CostalesCalvo. U.P.C. Sumario AGRADECIMI ENTOS. 5 SUMARI O.. 9 RESUMEN.. 15ABSTRACT. 17 PARTE I : ESTADO DEL ARTE PROLOGO.. 19 ESTADO DELARTE…….. 20 HI STORI A DEL PRETENSADO METLI CO INTRODUCCIN. 25LOS INICIOS DEL HORMIGN 25 CRONOLOGA COMENTADA DEL PRETENSADOMETLICO.. 27 EJ EMPLOS DE ESTRUCTURAS METLI CAS PRETENSADAS. ELATRIO DEL HESPERIA TOWER. RI CHARD ROGERS. ALONSO I BALAGUER IARQUI TECTES ASSOCIATS PROYECTO ESTRUCTURAL A CARGO DE BOMA S.L.INTRODUCCIN.. 41 EL ATRIO DEL HESPERIA TOWER. . 41 EL EFECTO DELPRETENSADO. .. 44 LA CUBI ERTA DEL PABELLN DE BALONCESTO DEBADALONA. BONELL & RI US, ARQUI TECTES. PROYECTO ESTRUCTURAL ACARGO DE BOMA. INTRODUCCIN.. 47 EL PALACIO DE LOS DEPORTES DEBADALONA 47 EL ENTRAMADO PRINCIPAL 49 ANLISIS DE LA CUBIERTA. 52ANLISIS DEL EXTREMO DE LA VIGA TUBULAR.. 56 9El pretensado en lasestructuras de acero. 2012 Ignacio Costales Calvo. U.P.C. GI MNASIO CUBI ERTO DE BASKETBALL EN VENEZUELA. ESTEBAN TENREI RO, ARQUITECTOS. COLABORACI N ESTRUCTURAL ROBERT BRUFAU I ASSOCI ATS S.A.INTRODUCCIN 57 DESCRIPCIN DEL PABELLN. 57 ANLISIS DE LA CUBIERTA..58 CONCLUSIONES 59 PABELLN RECI NTO FERI AL Y DEPORTI VO ENTORTOSA. MARI O COREA Y EMI LI ANO LPEZ, ARQUI TECTOS. COLABORACI NESTRUCTURAL BI S ARQUI TECTES. INTRODUCCIN 61 EL PABELLN 61 ANLISISDE LA ESTRUCTURA. .. 62 ANLISIS DE LOS EXTREMOS .. 64 CONCLUSIONES65 PROPUESTA DE CUBI ERTA ALTERNATI VA PARA EL REAL CLUB DEPORTI VOESPANYOL. REI D FENWI CK, ESTEVE GASULLA Y J OAN TUSQUETS, ARQUITECTOS. PROPUESTA CUBI ERTA BOMA, S.L. INTRODUCCIN 67 DESCRIPCIN DELA PROPUESTA 68 ANLISIS 71 PABELLONES 2.0, 3.0 Y 4.0 DE LA FI RA DELHOSPI TALET. RAMN FARR-ESCOFET E I SI DRE VINYES, ARQUI TECTOS.COLABORACI N ESTRUCTURAL ROBERT BRUFAU I ASSOCI ATS, S.A.INTRODUCCIN Y DESARROLLO. 73 I GLESI A ROMANA-CATLI CA ST J OHNBREBEUF EN NI LES. DI SEO ESTRUCTURAL A CARGO DEROGERS-COHEN-BARRETO-MARCHERTAS, CONSULTI NG STRUCTURAL ENGI NEERS,CHI CAGO. INTRODUCCIN 77 EXPLICACIN DEL EDIFICIO 77 ESTRUCTURA DECUBIERTA 77 EXPLICACIN DEL PROCESO CONSTRUCTIVO 78 ANLISIS DE LAESTRUCTURA 79 10El pretensado en las estructuras de acero. 2012Ignacio Costales Calvo. U.P.C. PROPUESTA DE ANI LLO DE TRACCIN PARALA CPULA DE LAS ARENAS. ALONSO-BALAGUER, RICHARD ROGERS ARQUITECTOS. COLABORACI N ESTRUCTURAL RAFAEL CASALS I BOHIGAS, INGENIERO. BREVE RESEA 80 PABELLN DE LOS DESCUBRI MI ENTOS (EXPO-92) J .FEDUCHI Y A. LOZANO, ARQUI TECTOS. COLABORACI N ESTRUCTURALESTEYCO. INTRODUCCIN 81 EXPLICACIN DEL PABELLN 81 ANLISIS DELPRETENSADO 82 EL CASO DEL EDI FI CI O FORUM 2004 HERZOG &deMEURON ARQUI TECTOS. COLABORACI N ESTRUCTURAL ROBERT BRUFAU IASSOCI ATS, S.A, WGGSP INTRODUCCIN 85 EXPLICACIN DEL PRETENSADO 85LAS VI GAS KI PPER TRUSS RI CHARD ROGERS, C. LAMELA Y P. MOYA ARQUITECTOS. COLABORACI N ESTRUCTURAL: ANTHONY HUNT ASSOCIATES.INTRODUCCIN 89 EXPLICACIN DE LA ESTRUCTURA DEL VENTANAL 89 ANLISISESTRUCTURAL DEL SISTEMA 90 EL SKYLON DEL FESTI VAL OF BRI TAI N,1951. HI DALGO MOYA, PHI LI P POWELLY. COLABORACI N ESTRUCTURAL:FELI X SAMUELY. INTRODUCCIN 93 UN TENSEGRITY 93 CALCULO DE LAESTRUCTURA 94 11El pretensado en las estructuras de acero. 2012Ignacio Costales Calvo. U.P.C. PARTE 2: I NVESTI GACI N FORMAS DEPRETENSAR PERFI LES METLI COS INTRODUCCIN.. 97 PRETENSADO DETORNILLOS DE ALTA RESISTENCIA 97 MODELO DE CLCULO PARA ANALIZARTORNILLOS PRETENSADOS. . 101 PRETENSADO DE VIGAS SIMPLES.PRETENSADO DE VIGAS FINK. . 101 PRDIDAS POR ROZAMIENTO.. 106PRETENSADO DE TIRANTES….. 111 PRETENSADO INTERIOR LINEAL DEVIGAS….. 110 PRETENSADO INTERIOR POLIGONAL DE VIGAS…. 112PRETENSADO EXTERIOR POLIGONAL DE VIGAS… 113 PRETENSADO PARA VIGASCONTINUAS.. 113 PRETENSADO PARA ESTRUCTURAS ESPACIALES DE BARRAS..114 PRETENSADO DE ANILLOS DE TRACCIN… 115 REFUERZO DE ESTRUCTURASEXISTENTES Y RECUPERACIN DE LA FORMA. . 116 PRETENSADO DEESTRUCTURAS METLICAS POR CONTRAPESADO.. 116 CAMBIO DELCOMPORTAMIENTO DE LA ESTRUCTURA A VOLUNTAD … 116 PRETENSADOMIXTO… 117 PRETENSADO DE PIEZAS PREFABRICADAS ANTES DE SERMONTADAS. 118 VIGAS PREFLEX. ………. 119 PRETENSADO DE VIGASPARA ANULAR LA COMPRESIN.. 119 OUTRIGGER STRUCTURES. .. 119PRETENSADO DE TENSEGRITIES.. 121 EJ EMPLO DE PRETENSADO: PORTICOTRIANGULADO CON CRUZ DE SAN ANDRS. 123 EJ EMPLO DE PRETENSADO: VIGAFINK 124 EJ EMPLO DE PRETENSADO: TIRANTE PRECOMPRIMIDO.. 128DIFERENCIA ENTRE PRETENSADO Y POSTENSADO EN ACERO. 130 EJ EMPLO DEPRETENSADO: CALCULO DE VIGA EN CELOSA CON ALTA CARGA PERMANENTE. … 132 EJ EMPLO DE PRETENSADO: CALCULO DE VIGA-CONTINUA. 133 12Elpretensado en las estructuras de acero. 2012 Ignacio CostalesCalvo. U.P.C. I NFLUENCI A DE LA DEFORMACI N EN EL CLCULO DE UNA VIGA METLI CA INTRODUCCIN 137 VIGA SIMPLE SOMETIDA A UNA CARGA LINEAL137 VIGA SIMPLE SOMETIDA A UNA CARGA CONCENTRADA EN SU CENTRO.. 142CONCLUSIONES DEL CAPITULO.. 147 CLCULO MANUAL DE VI GAS FI NKINTRODUCCIN 149 COMPORTAMIENTO TENSIONAL DE LA VIGA FINK SIMPLE 150VIGAS FINK RESUELTAS CON ELEMENTOS DE DBIL RIGIDEZ.. 152 OBTENCINDE LOS ESFUERZOS EN FUNCIN DE LA RIGIDEZ. VIGA SIMPLE CON CARGACONCENTRADA CENTRAL SIN PRETENSAR. 153 PREDIMENSIONADO DE VIGASFINK SIMPLES CON CARGA CONCENTRADA CENTRAL, SIN PRETENSAR… 155OBTENCIN DE LOS ESFUERZOS EN FUNCIN DE LA RIGIDEZ. VIGA SIMPLE CONCARGA UNIFORMEMENTE DISTRIBUIDA, SIN PRETENSAR… 162PREDIMENSIONADO DE VIGAS FINK SIMPLES CON CARGA REPARTIDA, SINPRETENSAR. .. 164 CONCLUSIONES AL CAPTULO.. 167 CLCULO MATRICI ALDE VI GAS FI NK INTRODUCCIN 169 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. 169COMPOSICIN DE MATRICES 170 ENSAMBLADO Y RESOLUCIN DE LA MATRIZ 173DIAGRAMAS DE LA ESTRUCTURA.. 179 PRETENSADO DEL CORDN INFERIOR..181 DIAGRAMAS DE LA ESTRUCTURA PRETENSADA 186 GRUPOS DE VI GAS CONPRETENSADO INTRODUCCIN.. 189 DOS VIGAS QUE SE CRUZAN, UNA DE ELLASPRETENSADA.. 189 ENTREVIGADO CON UN PARTELUZ PRETENSADO CENTRAL 191TRES SISTEMAS DE ENTREVIGADO 191 13El pretensado en las estructurasde acero. 2012 Ignacio Costales Calvo. U.P.C. PRTICO UNI DOMEDIANTE TENDONES PRETENSADOS EXPLICACIN DEL SISTEMA. 199DESARROLLO DE UN EJ EMPLO 201 SOLUCIN ISOSTTICA SIN PRETENSADO 203SOLUCIN ISOSTTICA CON PRETENSADO. 207 DETALLES DE LA SOLUCIN 210UNA ALTERNATIVA SIN ARRIOSTRAMIENTO. 214 ANLISIS DE VIBRACIONES.215 MEJ ORAS A LA SOLUCIN 219 CONCLUSIONES.. 221 LI NEAS DE CONTINUIDAD.. 229 ANEXOS INDICE DE LAS ILUSTRACIONES.. 231BIBLIOGRAFIA… 235 DICCIONARIO INGLS-CASTELLANO, CASTELLANO-INGLSDE TRMINOS TCNICOS. . 243 TRADUCCIN PR ENV-1993 PARTE 1-11 249TRADUCCIN PRESTRESSED STEEL STRUCTURES.. 291 TRADUCCIN DE BUCKLINGOF PRESTRESSED STEEL GIRDERS. 309 TRADUCCIN PRESTRESSED STEEL SPACEFRAME. 319 TRADUCCIN DE WHICH DESIGN CONCEPT FOR PRESSTRESED STEEL323 ANEXO INFLUENCIA DE LA DEFORMACIN EN EL CLCULO DE UNA VIGAMETLICA.. 345 14El pretensado en las estructuras de acero. 2012Ignacio Costales Calvo. U.P.C. Resumen En 1879 nace EugneFreyssinet, padre reconocido del hormign pretensado. Cuarenta aosantes de su nacimiento, ingenieros americanos ya haban empezado apretensar perfiles de hierro fundido, para evitar que cuando stosentrasen en traccin, se quebraran. Ciento setenta aos despus elhormign armado pretensado se estudia en centenares de artculos,revistas especializadas y tesis doctorales diversas, mientras queel acero pretensado no ha tenido el mismo desarrollo desde unoscincuenta aos atrs. Raras son las ocasiones dnde se llega ajustificar que pretensar una estructura metlica es necesario yrazonable econmicamente. Si nos centramos en estructuras deedificacin, an sern menos estas ocasiones. La presente tesisestudia la historia de las estructuras metlicas pretensadas, lamayora de edificacin, algunas de ellas a fondo, como lasrecientemente construidas en Catalunya. Tambin se repasan lasposibilidades que el pretensado metlico ofrece al consultor deestructuras, completndolo con algunos ejemplos. Se ofrece unanlisis pormenorizado de la viga Fink, con especial cuidado en supredimensionado y en el clculo tanto manual, como matricial. Seincluye un anlisis de refuerzo de techos formados por viguetasreforzadas transversalmente por una viga que cambia su rigidez segncriterio del proyectista. Al final se desarrolla una solucin deunin de viga y pilar metlico unidos mediante tendones pretensados,para facilitar el montaje en obra, resolviendo las holguras graciasa la unin mediante nudos semirrgidos. Palabras Clave Arquitectura,Estructuras, Tipologas Estructurales, Estructuras Metlicas,Estructuras Metlicas Pretensadas, Estructuras Ligeras, ClculoMatricial, Clculo no Lineal, Construccin, Historia de lasEstructuras, Grandes Luces, Uniones Semirrgidas, Clculo en SegundoOrden, Prefabricado Pretensado. 15El pretensado en las estructurasde acero. 2012 Ignacio Costales Calvo. U.P.C. 16El pretensado enlas estructuras de acero. 2012 Ignacio Costales Calvo. U.P.C.Abstract Eugne Freyssinet, born in 1879, is the acknowledged fatherof prestressed concrete. Forty years before his birth, AmericanEngineers had begun to prestress cast iron profiles to prevent themfrom breaking after entering in tension. One hundred and seventyyears after prestressed concrete is studied in hundreds ofarticles, journals and diverse dissertations, while prestressing ofsteel has not had the same development since about fifty years ago.Rare are the occasions where the technician is able to justify thatprestressing steel structures is necessary and economicallyreasonable. If we are considering building structures, theseoccasions to presstress the structure will be even less. Thisthesis studies the history of prestressed steel structures, some ofthem in depth, as some of thoses recently built in Catalonia. Italso reviews the possibilities that metallic prestressed structuresoffer to the consultant, including some examples. It provides adetailed analysis of the Fink truss beam, with special care intheir pre-dimensioning and calculation both manually as matrix. Itincludes an analysis of strengthening reinforced slabs, with a beamthat changes its stiffness at the discretion of the designer.Eventually it develops a joint solution of a beam and a steelcolumn, connected by prestressed tendons, to make assembly easier,meeting the gaps with the connection by means of semi-rigid joints.Keywords Architecture, Structures, Structural Types, SteelStructures, Prestressed Steel Structures, Lightweight Structures,Stiffness Matrix, Nonlinear Analysis, Construction, History of theStructures, Large Span Structures, Semi-rigid J oints,Second-order, Precast Prestressed. 17El pretensado en lasestructuras de acero. 2012 Ignacio Costales Calvo. U.P.C. 18Elpretensado en las estructuras de acero. 2012 Ignacio CostalesCalvo. U.P.C. PARTE I : ESTADO DEL ARTE PROLOGO En el ao 1994,despus de pasar tercero de arquitectura, pens que era el momentopara empezar a profundizar en mis conocimientos adquiridos en launiversidad, con otros de tipo laboral. Durante varios meses habaestudiado los tres volmenes de la asignatura de resistencia demateriales, incluyendo casi la totalidad de los ejercicios, hechosuno a uno, una y otra vez. Desde segundo de carrera me rondaba porla cabeza dedicarme a esto de las estructuras por varios motivos.Desde que empec la carrera mi padre me transmiti que en Ingeniera,al menos en su poca y en su facultad, la asignatura de Resistenciade Materiales era el hueso de las asignaturas, as que todo presumaque lo iba a pasar mal. Yo afortunadamente tuve la suerte decursarla en el antiguo plan de la mano de J oan Ramn Blasco y deRobert Brufau que, sin duda, ayudaron a poner las cosas en susitio, cuando las asignaturas te acompaaban como mnimo diez meses.As que aprovech aquel empujn inicial para continuar sin parar hastahoy. Recuerdo que cuando estbamos en segundo o tercero de carrerauno de los temas ms frecuentes de conversacin era acerca de esatendencia que cada vez amenazaba ms a nuestra profesin, que era lade la especializacin. No entendamos cmo estando en una carrera tancreativa, en la que podamos saber de todo, debamos acabar sabiendonicamente de una: instalaciones, urbanismo, estructuras,legalizaciones el que menos, o poco ms. Afortunadamente habatrabajo bastante para muchos aos. La conversacin generalmente seacababa pensando en que sin duda ese panorama tardara en llegar yque nosotros nos libraramos como de otras muchas cosas de las quenuestra generacin se libr, entre ellas la del antiguo plan deestudios. Empec en esto de las estructuras gracias al maestroRobert Brufau i Niub, que por aquel entonces diriga la sociedadRobert Brufau i Associats. Seguramente si no hubiese sido por sucontinua paciencia conmigo y con mi trabajo, hoy no estara en laposicin que profesionalmente tengo. Despus de dieciocho aoscompartiendo proyectos, sigo ilusionado con el trabajo quedesempeo, y creo que su forma de ver las estructuras tiene muchoque ver. Una vez elegida la especialidad de estructuras, lasconversaciones ya no se centraban en si era posible que en unfuturo me especializase: ahora el tema de conversacin era dudar desi haba merecido la pena haber estudiado arquitectura para acabarhaciendo lo que un ingeniero, porque estara en desventaja conellos. Generalmente el conflicto se resolva opinando que era unasituacin de preparacin transitoria, que no sera definitiva, pero siinteresante a nivel formacional: en breve dejara esta prctica paraacabar siendo arquitecto. No cabe duda que algunos de los mejoresarquitectos estructuristas, no slo de Espaa, sino del planeta, estnen Catalunya, seguramente porque son raras las escuelas queexpliquen tan a fondo estructuras como las escuelas catalanas. Losarquitectos tenemos creatividad y los ingenieros constancia en losnmeros. Y como en todo, conviene tener un poco de los dos, por nodecir mucho de ambos. A veces la creatividad sobrepasa lotcnicamente posible, como a veces los nmeros te impiden avalar unasolucin que es razonable. J usto al acabar la carrera me matriculen el programa de doctorado, porque el primer ao de arquitecto fuede subida y de bajada. Gracias a haberme matriculado en eldoctorado, pude conocer a los profesores del departamento deestructuras de Barcelona y otras maneras de ver las estructuras,que me complementaron profesionalmente. Durante cinco o seis aosestuve completando los cursos poco a poco, a la vez que ibaprogresando profesionalmente. Haba poco tiempo para estudiar ymucho trabajo, afortunadamente. Ms adelante pas a formar parte dela empresa BOMA, junto con los otros socios de OMA. Fue entoncescuando contact con el maestro Agust Obiol i Sanchez al que lesolicit que me ayudase en mi tesis doctoral porque trataba sobreestructuras metlicas, aunque yo todava no saba en qu direccin.Entenda que la materia se ajustaba ms a sus conocimientos, apartede yo poder contar as con otras maneras de entender lasestructuras. 19El pretensado en las estructuras de acero. 2012Ignacio Costales Calvo. U.P.C. En el ao 2007 comenc a buscar, conms dedicacin, informacin sobre el tema que haba elegido paradesarrollar la tesis tan slo un ao antes. Debo decir que elegir untema para la tesis me supuso muchas dudas iniciales y, desde luego,fue un acierto tomar un camino y dejar de dudar. La materia no meera nueva: unos aos atrs, con apenas 28 aos, ya haba tenidooportunidad de pretensar la viga de la Fira de LHospitalet. La vigano era inicialmente pretensada, sin embargo la constructora solicituna variante para reducir los kilos de acero de la estructurametlica. La viga en cuestin estaba dimensionada por deformacin, asque el pretensado era un posible camino. El ahorro se cerr en unos5kg/m2, que a razn de 5Ha y a 2,2/kg, no sali del todo mal. En ellibro La estructura metlica hoy que ha sido gua de muchosestudiantes de ingeniera y de arquitectura, del maestro RamnArgelles, encontr algunas respuestas, pero tambin nuevas dudas. Lametodologa era clara y un gran equipo de la constructora, lideradopor el ingeniero Don Francisco Quintero, al que ojal hoy pudieseenviarle una copia de mi tesis, hizo que el trabajo resultase msllevadero. Siempre me surga la duda de porqu pretensar unaestructura metlica. Pocos son los edificios que tienen en su haberuna solucin pretensada de acero. Cuando empec con esto de la tesisme encontr con el mismo problema: muy poca informacin, todo y quehaban pasado ocho aos de cambios en Internet y por lo tanto enapertura de fuentes y de bsqueda. Ante este contratiempo undoctorando puede tomar dos actitudes: si pocos profesionales hanescrito sobre este tema es porque no es interesante y he de cambiarde tema. La otra postura puede ser de total optimismo: tengo lo quepocos aspirantes a doctores buscan y un tema dnde se pueda abrircamino o dnde se pueda hacer una patente. Decid continuar el caminoemprendido. Interrumpir la tesis por una semana o un mes no ayuda,aunque muchas veces era necesario: trabajo, vacaciones, familia,amigos, compromisos, universidad, salud. Una tesis no se hace en unda, pero hasta que no te das cuenta de que ha de ser un trabajocasi diario, con ms o menos dedicacin, no empiezas a notar que tutrabajo da frutos. Pasados unos aos descubr otras fuentes queampliaron a 18 manuscritos ms la bibliografa, gracias a la ayudaimprescindible para cualquier doctorando de la biblioteca de laETSAV. Quiero mencionar la importancia que han tenido en mi trabajolas sesiones que recib en esta escuela de arquitectura, por partede la profesora Llusa Amat: si esta formacin la hubiese recibidoantes, con toda seguridad puedo decir que me hubiese evitado muchotrabajo posterior. Algunos ajustes en la maquetacin han quedado sincorregir, pues venan de haca dos o tres aos atrs y actualizarloshubiese supuesto casi como volver a empezar. Llegados a este puntodebo agradecer al maestro J osep Gmez Serrano su apoyo profesionaldentro del departamento de estructuras del Valls, como tambin poraceptar codirigir esta tesis. Quiero as mismo agradecer a MiguelUsandizaga, profesor del departamento de Composici Arquitectnica dela ETSAV, la mano que me tendi para poder acabar la tesis. As mismodebo agradecer a todos los profesionales que me aceptaron en susprogramas de universidad, sin apenas conocerme. ESTADO DEL ARTE LaRevolucin Industrial comienza hacia 1760 en Inglaterra. Este trminoconlleva al menos tres aspectos de cambio: mejora en los procesosindustriales, incremento de la natalidad y reduccin en lamortalidad, y por ltimo, incremento de la produccin industrial. Essabido que en Inglaterra en 1801, cuando se hace el primer censo depoblacin, los habitantes son un poco menos de 9 millones depersonas. Treinta aos despus esta cifra casi llega a 14 millones.No se detecta aumento en la natalidad en esa poca en comparacin conlas anteriores, sin embargo se demuestra que la mortalidad pasa deun 36 a un 20%, en tan slo diez aos. La causa sin duda es la mejoraen las condiciones higinicas y sanitarias del pas. En setenta aosel pas pasa de una produccin anual de hierro de 20.000 toneladas, amultiplicarla por 35 en 1830. Algo parecido sucede con la industriadel algodn y con la del carbn. En lo que se refiere a laconstruccin, la Revolucin Industrial lleva consigo una mejorracionalizacin en los modos de construccin, as como en elconocimiento de los materiales (investigacin de sus resistencias),la introduccin de nuevos materiales (vidrio, fundicin y ms tardehormign armado) y la eliminacin de otros menos duraderos y seguros(paja, madera). 20El pretensado en las estructuras de acero. 2012Ignacio Costales Calvo. U.P.C. En 1747 se inaugura en Francia laque sera primera escuela de ingeniera conocida, la cole nationaledes ponts et chausses. Un ao despus lo hara la cole royale du gniede Mzires. Estas dos universidades son sin duda impulsoras directasde lo que vendra despus, y de que por primera vez se distinguiesela figura del arquitecto con la del ingeniero. Por aquella poca lostcnicos trabajan en varias disciplinas diferentes: diseo de barcosa vapor y de edificios, construccin de puentes de piedra y dehierro, edificacin y jardinera, por citar unos ejemplos reales. 1Si bien es cierto que nadie sabe precisar quin empez a utilizar elhierro por primera vez, tambin lo es que antes y durante la llamadaRevolucin Industrial, destacan unos nombres que deben serrecordados: Raumur, un cientfico francs nacido en 1683, del que hoynos queda una escala de temperatura en desuso, y un mtodo de estaarel hierro que todava es empleado. Dedic buena parte de su vida alconocimiento y desarrollo del denominado acero cementado, sinembargo fue el primero que descifr que tanto el hierro colado, comoel acero, como el hierro forjado, tenan una cantidad de carbonodiferente. Este hallazgo le vali una pensin de 12.000 libras. DudDudley, metalrgico ingls que a los 20 aos toma la direccin de lafbrica de su padre, Lord Edward, situada en la ciudad de Dudley. Enesta ciudad lleg a haber casi 20.000 fraguas. Fue el primero enconseguir reducir2 con xito mineral de hierro con coke. Primero fueusando madera vegetal, lo que represent un verdadero problema parala comarca que vea que sus bosques estaban siendo talados en todasu extensin. Despus usara la madera de otras comarcas cercanas,hasta que el transporte le limit la materia prima. Finalmente pudousar carbn como combustible de fundicin. En 1618 tom comoreferencia el carbn vegetal, que es madera tratada para despus serquemada. As entendi que se poda hacer lo mismo con el carbnobteniendo coke, puesto que si el carbn no era tratado previamente,desprenda azufre que arruinaba el hierro y por tanto la mezcla. Sinembargo no sera Dud quien pasase a la posteridad por este inventoya que tuvo mala suerte en sus empresas, por los recelos quesuscitaba entre sus colegas, arruinndose hasta tres veces.Finalmente se llevar consigo el descubrimiento. Los Darby, que sontres Abraham: primero, segundo y tercero, correspondientes a tresgeneraciones de una misma familia. Abraham I, pas por ser elprimero en conseguir fundir hierro colado con carbn. Sin embargo elexcesivo celo de su logro, hizo que cuando muriese, Abraham IItuviese que volver a empezar. En 1735, despus de seis largos dashaciendo pruebas en sus altos hornos, al sptimo da consigui lamezcla para no perderse nunca ms. Abraham III pas por ser el primerconstructor de un puente en hierro, y por alcanzar el primer puestoen industrias de toda Inglaterra. Sin embargo el acero de los Darbyno era acero propiamente dicho: era un material entre hierrofundido, hierro colado y acero, de no excesiva calidad. 3 Huntsman,oculista y cirujano, que en realidad se ganaba la vida comorelojero. Cansado del acero ingls de mala calidad, pas aconvertirse en el primero en limpiarlo a base de una fusinrepetida. A da de hoy no se sabe con certeza qu proceso segua. Secree que pona el acero en un crisol4 de arcilla que se poda cerrary despus ser colocado sobre un fuego de carbn, consiguiendo que sefundiese, pudindose luego verter. Lo bsico era entender que era lallama la que deba calentar al acero, no el mismo carbn ardiendo. Lafrmula es robada por Mr. Walter, un fabricante de acero que se hacepasar por un mendigo. Le pide a Huntsman en una noche lluviosa,pasarla a cubierto en su fbrica. Tambin un plato de sopa. Mientrascena, puede observar cmo 1 BENVOLO, LEONARDO. Historia de laarquitectura moderna. Barcelona. Gustavo Gili. 2 Reducir, del inglssmelt: Beneficiar un material. Extraer el metal o metales de unmineral en un horno por reduccin, generalmente por medio dematerias slidas carbonosas, tales como la hulla, coque o carbnvegetal que a la vez suministran el calor necesario. No debeconfundirse con melt (fusin). 3 En realidad se le denominaba acerocementado por su mala calidad. 4 En ingls crucible steel 21Elpretensado en las estructuras de acero. 2012 Ignacio CostalesCalvo. U.P.C. trabajaba Hunstman, y copiarle as un proceso que nisiquiera estaba patentado. Sin embargo, en 1760 la demanda de aceroera tal que Hunstman no lleg a notar prdidas econmicas por el robode su descubrimiento. Henry Cort, que con un socio que le financiala construccin de una fbrica de acero, consigue obtener un buenmaterial, gracias a pasar el hierro sobre los gases que produca unhorno de llama. As se formaba una masa pastosa5 a la que se leaaden despus barras de acero. Se consigue que en esta pasta elcarbono y el acero salgan a la superficie, pudiendo entonces variarla mezcla. Como en otras tantas historias de empresa, hubo un malfinal, pues una vez muerto el socio, se demostr que ste, obtenaparte del dinero mediante procesos fraudulentos, lo que acab con laexitosa carrera de Henry Cort, denunciado por sus rivales, sinpoder hacer frente a sus cuantiosas deudas. Slo el parlamento inglspudo sacarle del hambre mediante una pensin anual vitalicia. Cortjunto con Watt representan para Inglaterra los cimientos de laindustrializacin. Henry Bessemer, quin en 1855 consigue por primeravez reducir la mezcla de carbono en el acero, gracias a la inyeccinde aire. As consigui que el material vertido en un molde no formaserpidamente un lingote, sino que permaneca lquido por un tiempo,ganando trabajabilidad. Bessemer pidi una libra por cada toneladaproducida a sus socios, solucin que le hizo inmensamente rico. ySidney Gilchrist Thomas, que fue el ltimo en descifrar uno de lospocos misterios que quedaban: eliminar el azufre de la torta deBessemer, pues haba ms hierro con azufre que sin l. Aplic unrevestimiento de piedra en el convertidor que era capaz de adherirel azufre en la escoria, consiguiendo adems un excelente abono.Thomas muere a los 35 aos (1885), despus de invertir siete de ellosen descifrar el ltimo enigma necesario para conseguir acero.6Thomas junto con Bessemer, dan nombre a uno de los convertidores msusados en la historia del acero. En 1968 sera finalmente desplazadopor el convertidor LD, por su mayor rapidez y menor coste. El unode enero de 1781 se inauguraba el Coalbrookdale, que es un puentede hierro de fundicin (Cast iron7) sobre el rio Severn. Son elarquitecto Thomas Farnolls Pritchard y el ingeniero J ohnWilkinson, quienes firman esta construccin. Este puente que apenasalcanza los treinta metros en su arco central, pasa por haber sidoel primer puente metlico que se conoce. Tambin porque es uno de lospocos puentes que quedan en pi de aquella fecha. Su forma deensamblar los perfiles como si fuesen secciones de madera, denotanla falta de tradicin en esta materia.8 La fundicin de sus piezas secomplet en la factora de Abraham Darby III. Wilkinson es a su vezuno de los impulsores de la mquina de vapor. As comienza larevolucin industrial en la construccin de puentes, en este casopara trfico rodado, hace ahora ms de 230 aos. Este material, el defundicin, haba sido antes empleado con xito en caones (1315) y entuberas (1455), pero su utilizacin en la edificacin y en laingeniera era todava demasiado costosa para entender sucomercializacin tal como hoy la conocemos. En 1786, Tom Paine ideaun nuevo sistema de construccin de puentes metlicos, ayudado porunas cimbras temporales construidas sobre el lecho del ro. Con estesistema se construiran diversos puentes, entre ellos el deSunderland, sobre el ro Wear. El constructor era Rowland Burdon.9La siguiente referencia de la que hoy tenemos constancia, es elpuente que hay en Pars que tiene por nombre Pons des Ars, que datadel ao 1801. Fue reconstruido en los ochenta con el mismo carcterque inicialmente tena, que es el de absoluta ligereza, seguramenteincluso sobrepasando los lmites razonables de seguridad. 5 En inglspuddle es revolver. Este trmino da nombre al material obtenido segneste mtodo: Acero pudelado. 6 Como referencia bibliogrfica paraestos inventores: MUTHESIUS, VOLKMAR. T y el acero. EditorialLabor. 1 Edicin. Barcelona. Y Wikipedia, la Enciclopedia libre. 7Para las traducciones del ingls: TIEMANN, HUGH P. Hierro y Acero.(Iron and Steel) Instituto del hierro y el acero. 1 Edicin. Madrid1950. 8 SCHULITZ; SOBEK; HABBERMANN. Steel Construction Manual.Birkhuser Edition detail. 1 Edicin, 2000. 9 BRUFAU I NIUB, ROBERT.Rehabilitar con Acero. Publicaciones APTA. 1 Edicin, 2010. 22Elpretensado en las estructuras de acero. 2012 Ignacio CostalesCalvo. U.P.C. En edificacin debemos de irnos hasta 1811 paraencontrar en la Bourse de Commerce de Paris; una gran cpula formadapor meridianos de hierro forjado, que resulta de una reconstruccinde una primera solucin para la cpula que queda destruida. No escasualidad este salto de Inglaterra a Francia: Napolen (1769-1821),gran entusiasta del acero, hizo mucho porque la proyeccin de lafabricacin siderrgica creciese en su pas. Sin embargo el uso delhierro en las construcciones hay que buscarlo en Grecia, dnde seempleaban colas de milano de acero entre sillares de piedra. Estosuceda ya en el siglo V A.C. Siglos ms tarde esta tcnica fue tambinempleada en Roma. En la construccin de Santa Sofa en Estambul,fueron usados por los aos 532-537, redondos de hierro para laconstruccin del templo. El hierro fue igualmente empleado en lapoca del romnico y del gtico, para resolver ventanas y barandillasque no podran haber sido solucionadas de otra manera. Para acabareste breve resumen del uso del hierro, conviene citar laspropuestas que hacen Filippo Brunelleschi en la cpula de laCatedral de Santa Mara dei Fiore (1445), y Michelangelo en la cpulade Roma (1546). Posteriormente a estas construcciones, el uso dehierro en cpulas se generaliz para reforzarlas radialmente. Losmtodos para fabricar perfiles de acero han variado en estos dossiglos de construccin metlica. Desde la fundicin (Cast iron) yacomentada, dnde se consiguen secciones muy resistentes a compresin,pero menos a traccin y a cortante. El segundo proceso a comentar esla laminacin (Rolling) donde el producto alcanza los 1.250Cfcilmente, para pasar a deformarse con los rodillos de desbastehaciendo presin y girando en sentido contrario, consiguiendoreducir las secciones a las mnimas razonables. Esta forma deobtener acero es posible gracias a la ductilidad que posee, graciasa la correccin del carbn de constitucin del material. La Forja(Forging) es el tercer proceso importante para obtener secciones deacero resistentes. El material se calienta y gracias a dos moldescon formas diferentes y al golpeo repetido, se consigue una seccinque no puede obtenerse mediante el sistema anterior de laminacin.Algunos de los captulos de la Arquitectura e Ingenieracontempornea, no pueden ser entendidos sin la introduccin delacero. Por ejemplo la escuela de Chicago10 que utiliza estematerial para conseguir alturas de ms de catorce plantas, gracias auna ingeniera de nudos no conocida hasta el momento. Otro episodioque puede ser incluido en estas referencias es la carrera en laconstruccin de puentes, que inicia a final del siglo XIX,intentando trabajar con secciones cada vez ms esbeltas. La carrerapor llegar a cotas cada vez ms altas en edificios urbanos, tampocopuede ser entendida sin el uso razonado del acero. La corrientearquitectnica que en el siglo XX fue denominada High-Tech11, nopodra haber llegado al mismo lenguaje sin el uso del acero. Paraacabar estos pasajes podemos mencionar el triunfo del ingenieroEiffel sobre el proyecto de la torre solar de piedra de Bourdais,que era inicialmente el autor de la idea de la construccin de latorre, que representara a Pars desde entonces. Se puede aprovechareste ltimo pasaje, tomando por referencia la construccin delmonumento a Washington y haciendo una comparacin con la de la TorreEiffel12. La primera, que inicia su construccin en 1846, tardaracasi 30 aos en finalizarse, puesto que sus cimientos comenzaron aceder cuando apenas haba alcanzado los 50 metros. El materialempleado era piedra y mrmol, consiguiendo ser la estructura ms altaen el mundo entre 1884 y 1889, llegando a los 170m. El edificio quetoma el relevo es precisamente la torre Eiffel, que tan slo cincoaos despus, casi duplica la anterior cifra: 330m. Pretensar unaestructura metlica puede resultar arrogante. Durante la tesis sedemuestran las ocasiones en las que un consultor encuentra licenciapara usarlo, sin resultar un capricho, pero casi siempre con uncoste similar al no pretensado: tan solo conseguir un lenguaje msfino puede ser un motivo si nos alejamos de soluciones que tenganque ver con el objetivo de limitar la deformacin. La primeraaplicacin del pretensado metlico en un edificio nacional y recienteque encontr, fuera de mi lugar de trabajo, fue la torre Espacio deMadrid: una viga en celosa metlica que apeaba la totalidad de lasplantas del gran rascacielos, uno de los ms altos de la 10FRAMPTON, KENNETH. Historia Crtica de la arquitectura moderna.Gustavo Gili. 6 Edicin, 1993. Pg. 52. El crtico contemporneoMontgomery Schuyler observ en 1899 que el ascensor dobl la alturadel edificio de oficinas y la estructura de acero volvi a doblarla.11 High-Tech significa Alta tecnologa, del libro: KRON. J .;SLESIN, S. The Industrial Style and Source Book for The Home, 1978.12 LEMOINE, BERTRAND. Gustave Eiffel. Akal Arquitectura. 1 Edicin,2002. Pgs. 78 a 102. 23El pretensado en las estructuras de acero.2012 Ignacio Costales Calvo. U.P.C. pennsula. Despus encontr unaiglesia en EEUU, el pabelln de los descubrimientos, unpolideportivo de Mario Corea y poco ms. A veces aparecancomentarios que hacan dudar de las soluciones empleadas. Uno de losdocumentos que ha servido de referencia en esta tesis ha sido elEurocdigo 3.11, que hace referencia a estructuras metlicas entraccin. Es interesante mencionar que este documento apenas llega a33 hojas y que presenta bastantes vacos que seguramente deben sercubiertos con el paso del tiempo. En ese sentido conviene destacarque, hasta hace poco, Checoslovaquia era el nico pas Europeo quetena normativa referente a estructuras metlicas en traccin13. Desdeel presente ao 2012, AENOR publica todas las normativas de aceroagrupadas en un CD. Tambin incluye casi la totalidad de losEurocdigos, no habiendo entre ellos el correspondiente al 3.11, deun tema tan especfico como es el que trata el acero en traccin14.En realidad la versin ms reciente de esta normativa en ingls es delao 2003 con la introduccin de algunos ligeros cambios en el ao2006. Distinguir una estructura metlica pretensada de otra que nolo est, pero que tiene elementos que trabajan no linealmente con suesfuerzo axil, es decir, aceptan tracciones pero no compresiones,no es fcil, pues la mayora de los cables o barras se activan desdeun inicio para no hacerlos combar excesivamente, perdiendo unadeformacin que no puede ser observada en un clculo inicial global.Al activar estos elementos se generan tensiones que generalmentetienen el mismo signo que generan las gravitatorias: no sirven paraanular las de succin del viento, pero provocan una contraflecha quefcilmente se puede conseguir previendo una contraflecha en elmontaje. Los documentos que he encontrado en general no sonconcluyentes. Generalmente explican las cualidades del tcnico quelos desarrolla y las virtudes del sistema, sin resultar unageneralizacin imprescindible para futuros casos. En 1861 A.V.Gadolin empieza mejorando el comportamiento de sus municionescolocando anillos metlicos a los recipientes que los contenan. Lostornillos y los roblones funcionan por pretensado entre sus partes.Algunos vagones de tren, a mitad del siglo XIX, eran pretensadosmediante un redondo interior para conseguir reducir su deformacintransversal. Shukov comenz el pretensado de arcos mediante hacessimtricos de tendones interiores. En mstiles y en torres decomunicacin, donde se precisa alcanzar cotas altas con poco peso,el pretensado es una solucin adecuada. El empleo del pretensado fueutilizado en mquinas de excavacin de materiales en minas donde conpoco peso era necesario llegar a largas distancias, moviendo losminerales de un lado a otro. Se han escrito lneas para reducir lacantidad del material como las emprendidas por Trofimovich,Sopotko, Tolmachev y Chepurnoy entre otros. Otros investigadorescomo Magnel y Belenya fueron continuadores de estas lneas aos mstarde, que llegaron a estimar en una reduccin de un 40% la cantidadde acero ahorrado en ciertos tipos de estructuras. Incluso hayalgunos autores que afirman que las estructuras de aluminio sevuelven ms rgidas pretensndose mediante tendones de acero. Losavances del pretensado metlico han llegado no slo a prticos planosy sistemas suspendidos, sino que han sido incorporados aestructuras espaciales, diafragmas, etc. Tambin se han llevado acabo aplicaciones en depsitos para estabilizarlos. De una manera msrazonable ha sido empleado como recurso en procesos constructivos,edificios industriales, hangares, para dar continuidad a piezasprefabricadas, incluso en edificios con anillos de estabilizacin yforjados suspendidos.15 El resto de la historia, as como lasprestaciones que este sistema ofrece al proyectista, se describenen los dos siguientes captulos: historia del pretensado metlico yejemplos de estructuras metlicas pretensadas. 13 TOGHACEK,MILOSLAV; GENE AMRHEIN; FRANCIS. Which Design Concept forPrestressed Steel? 14 Acero estructural. Instruccin EAE y NormasUNE. AENOR. CD-ROM ISBN: 978-84-8143-744-7. 15 BELENYA, E.Prestressed Load-Bearing Metal Structures. MIR publishers Moscow.24El pretensado en las estructuras de acero. 2012 Ignacio CostalesCalvo. U.P.C. Historia del pretensado metlico INTRODUCCIN Hace yams de cien aos que el ingeniero alemn M. Koenen propuso, aunque sinpoder resolver los aspectos tcnicos ms importantes, pretensarbarras de acero para mejorar el comportamiento del hormign. Estapropuesta, que data de 1903, se efectu antes de que el propio EugneFreyssinet, hoy en da el padre ms reconocido del pretensado,abriese el camino correcto. Desde entonces, los avances y lassoluciones tcnicas de las estructuras pretensadas en obra civil yen edificacin han avanzado mucho, siendo hoy en da una especialidadmuy desarrollada y reconocida. {1} En 1927 Eugne Freyssinetdesarroll por primera vez las bases del hormign prestensado(FREYSSINET, E.; GUYON, F.; RUIWAMBA, J .; FERNNDEZ ALBA, A.,2003). Uno de los primeros trabajos que Eugne Freyssinetdesarrollar como profesional son unos postes elctricos de hasta 16m de altura,1 con paredes de 18 mm de grosor y con recubrimientosde 5 mm. Los postes se colocaron en 1928 y hoy siguen enfuncionamiento. Es bien sabido que la obra que le dio ms prestigioy reconocimiento mundial a Freyssinet fue el refuerzo de lacimentacin que desarroll en la presa de Le Havre, en el Sena,siendo el nico ingeniero capaz de presentar una solucin adecuada aun problema que llevaba a la presa irrevocablemente al colapso. Sinembargo, el pretensado de acero no ha tenido el mismo recorrido,precisamente porque encuentra un campo ms limitado que el delhormign armado, al menos en la especialidad de edificacin, dondelas 1 En todo el apartado, datos obtenidos del libro FREYSSINET,E.; GUYON, F.; RUIWAMBA, J .; FERNNDEZ ALBA, A. Eugne Freyssinet,un ingeniero revolucionario. Madrid, Fundacin Esteyco. 2003. Pg.48. luces suelen ser ms domsticas y donde raras veces se puedejustificar un pretensado para hacer una viga o vigueta de menorcanto entre un 5 o 10%, sin mejorar significativamente el coste.Para empezar a enfocar el desarrollo de la tesis, se presenta undesarrollo cronolgico de los trabajos ms importantes en el campodel acero pretensado, junto con otras fechas, tambin destacables,en el campo del hormign pretensado. LOS INICIOS DEL HORMIGNGeneralmente, cuando se intenta hacer historia del pretensado dehormign, se hace referencia a Considre como precursor delpretensado moderno. Sin embargo, Considre se apartaba de la lneaque Freyssinet y la mayora de los padres modernos del hormignestructural aceptaban, tal como Eugne explica en sus artculos sobresu vida profesional. El trabajo que desarroll Considre es unembarcadero realizado en granito en Francia (Finisterre). Losbloques de piedra se iban uniendo entre s con barras pretensadas atravs de una tuerca en vertical, tal como podra hacerse hoy en da.En 1886 un americano llamado J ackson, P. H. patent un sistema parapretensar hormign armado y arcos de piezas prefabricadas, mediantetuercas y cuas. Tan solo dos aos despus, en Alemania, C. E.Dochring intent pretensar hormign sin xito, debido a que ni elhormign ni los alambres alcanzaban unas resistencias adecuadas. Yaen el siglo XX, un francs, Charles Rabut, tutor del propioFreyssinet, construy en 1903 mnsulas pretensadas de hormign armado.Este ingeniero es autor del tnel de Batignolles. En 1906 el alemnM. Koenen registr una nueva patente con refuerzos pretensados queresult fallida debido a que las fuerzas se perdieron, porque lacontraccin del hormign no fue considerada. Para recuperar lasprdidas del pretensado, C. R. Steiner, desde Amrica, proponeefectuar dos fases de pretensado. Era el ao 1908. Haba pasado mediosiglo desde que Monier pens que, para reforzar sus tiestos dehormign, era conveniente introducir barras de acero en su interior:los inicios del hormign armado. 25El pretensado en las estructurasde acero. 2012 Ignacio Costales Calvo. U.P.C. Antes de mencionar aFreyssinet, todava habra que aludir a dos norteamericanos y a unaustriaco: en 1923 F. Emperger es el primer ingeniero que proponeen Europa introducir las fuerzas mediante alambres de altaresistencia. En Estados Unidos, W. H. Hewet propone pretensarhorizontalmente cientos de tanques de hormign armado; mientras, R.H. Hill consigue tensar las armaduras y anclarlas posteriormente alhormign una vez endurecido. Corra el ao 1925, poco antes de que unfrancs cambiase el rumbo del pretensado. En el ao 1928 EugneFreyssinet registra unos mtodos que describen a la perfeccin elsistema de pretensin del hormign armado. En los aos siguientesaprovecha estas patentes para prefabricar, industrializar ycomercializar vigas, viguetas, tubos y losetas de hormign armadopretensado. En 1934 es el nico ingeniero capaz de presentar unasolucin eficaz para conseguir recuperar la estacin martima de LeHavre. {2} Consolidacin de las cimentaciones de la estacin martimade Le Havre, 1934. E. Freyssinet (FREYSSINET, E.; GUYON, F.;RUIWAMBA, J .; FERNNDEZ ALBA, A., 2003). Aunque no es el tema quese trata en esta tesis; sin embargo, parece prudente escribir unosprrafos sobre el pretensado de hormign, para poder establecerparalelismos o divergencias con respecto a su homlogo en acero. Essabido que el hormign armado trabaja bien a compresin y nada o pocoa traccin. Es por este motivo por el que se le incorporaron barrasde acero principalmente en aquellas zonas que iban a intentartrabajar a traccin. Los estribos se colocan para mejorar elcomportamiento a cortante, aunque podran no ser necesarios; porquela capacidad que el hormign tiene frente a acciones verticales essuficientemente razonable como para ser considerada en el clculo,algo que no sucede con su capacidad a traccin. Es as como se haconseguido defender el mtodo de clculo de tensiones para seccionesde hormign armado denominado parbola-rectngulo: la fibra neutradiferencia el bloque de fibras que trabajan a compresin de las queno, porque son susceptibles de sufrir fisuracin. El bloque acompresin tiene un reparto tensional equivalente a una parbola desegundo grado, en la zona ms cercana a la lnea neutra, y a unrectngulo, en la zona ms alejada de la misma. Este reparto esposible gracias al conocimiento de la plastificacin de lassecciones, que no fue aprovechado hasta la dcada de los sesenta,aunque los estudios primeros datasen del siglo XIX. As pues, sisomos capaces de hacer trabajar a la totalidad de las fibrasprecomprimindolas, podremos reducir el canto de la seccin entre un10 y un 20% (y hasta un 30% en algunos casos). Esta reduccin afectade forma directa al peso propio del material, que tambin repercutea la seccin de los pilares y al tamao de la cimentacin. Con elpretensado podemos mejorar tambin el comportamiento del hormignfrente a solicitaciones de cortante. Otro camino que el pretensadonos ofrece es la posibilidad de plantear luces mayores a lashabituales de hormign armado, reduciendo el nmero de pilares ylimitando la deformacin de la estructura, porque se controla mejorla fluencia del material, as como su fisuracin. Podemos distinguirentre el pretensado mediante armadura pretensada adherente previaal hormigonado y el pretensado sobre hormign endurecido contendones envainados no adherentes al hormign. Esta ltima tcnica escomnmente conocida como hormign postensado, para diferenciarlo delanterior. En ambas tcnicas se emplean tendones de alta resistenciaque fcilmente alcanzan valores ltimos de 1.800 N/mm2. Un tema quees necesario analizar en profundidad en el clculo del hormignpretensado es el de las prdidas que tienen lugar cuando inducimoslas fuerzas. Son bsicamente las que se producen en las cuas y lasque resultan por efecto de la fluencia. Las primeras se deben alajuste de las cuas en los casquillos y las segundas estn causadaspor las caractersticas propias del material. Estas prdidas sepueden cuantificar en un 15% de la carga total aplicada, que sueleser un 80% de la carga de rotura, a las que hay que aadirgeneralmente las prdidas causadas por las propias cuas; unos 5 mmms. 26El pretensado en las estructuras de acero. 2012 IgnacioCostales Calvo. U.P.C. {3} Trazado tpico de una vigaapoyada-empotrada. En el extremo izquierdo, la cabeza se sita en elcentro de gravedad; mientras que, a la derecha, pasa lo ms cercaposible a la fibra superior (imagen del autor). Tambin esimportante analizar las tensiones que originan las trompetas en elhormign, porque precisamente son las zonas ms susceptibles deromperse cuando ste tiene un par de das de edad. Existen terminalesactivos, que son sobre los que se aplica la fuerza, o pasivos, quese utilizan cuando no es posible dejarlos vistos y quedan embebidose impracticables dentro del hormign. Otro tema importante esdominar el diseo de los trazados{3}, poniendo especial cuidado enque los terminales activos o pasivos queden correctamente situados,generalmente en la lnea neutra, y presentando tambin atencin en elpunto de inflexin o de cambio de curvatura, que suele situarse a unsexto de la luz entre pilares. Los trazados pueden tener doblecurvatura en el espacio, puesto que pueden sortear huecos o pilaresmetlicos, si es que se estudia convenientemente. Las aplicacionesen hormign armado son variadas, aunque su principal uso se encuadraen el clculo de vigas y losas cuando se trabaja a flexin simple. Sepuede pretensar un tensor de hormign para que trabaje destensndosesin que las descompresiones del hormign lleguen a convertirse entracciones, evitndole por tanto fisurarse; se puede pretensar unalosa de cimentacin, de modo que se evite as la fisuracin y, por lotanto, la posible entrada de agua, reduciendo no solo la excavacin,sino tambin el empuje hidrosttico; se pueden unir en seco piezasprefabricadas de hormign armado mediante pretensado, sin necesidadde otro sistema de conexin, y se pueden construir mstiles muyesbeltos de hormign trabajando a flexin, por citar las solucionesms representativas.2 2 MURCIA VELA, J .; AGUADO DE CEA, A.; MARBERNAT, A. R. Hormign armado y pretensado. Barcelona, EdicionesU.P.C., 1996. SNCHEZ AMILLATEGUI, F.; GONZLEZ PERICOT, C. Curso dehormign pretensado. Vol 1. Fundamentos. Madrid, Qualitas Ingenieray Construccin, 2002. CRONOLOGA COMENTADA DEL PRETENSADO METLICO Elinicio del pretensado metlico no est claro. Seguramente fue casualy, con el paso del tiempo, se empez a entender que aquellarecuperacin de deformacin que apareca al pretensar los puentes olas vigas poda ser una herramienta que haba que tener en cuenta enel clculo estructural. Si se considera que Freissynet todava no hanacido y que los conocimientos del hormign pretensado no sirven dereferencia, muchos autores atribuyen a Polanceau o a Fink esteprivilegio, mientras que algunos estudiosos se atreven a proponer aWhipple como percursor3. Lo cierto es que hacia 1840 en EstadosUnidos muchos ingenieros empiezan a cambiar el hierro forjado, quetan buenos resultados obtiene en compresin, en los elementostraccionados, como es el caso de William Howe y Thomas Pratt. {4}Un puente de Squire Whipple, U.S. Patent 2.064, April 24, 1884(HAMILTON, G. S. Rodrick Bridge, Licking County, Ohio. 2005. Photo2004). Pensilvania se erige como un microcosmos donde empiezan asurgir soluciones para puentes, debido a la necesidad de conectarlos diferentes estados mediante lneas frreas. As llegamos hasta1880, cuando las soluciones se generalizan por todo el estado. Nocabe duda de que el inicio del 3 Whipple, S. A Work On BridgeBuilding, Utica. H. H. Curtiss, 1847. 27El pretensado en lasestructuras de acero. 2012 Ignacio Costales Calvo. U.P.C.pretensado est ligado a Estados Unidos y a los inicios delferrocarril.4 1837. Squire Whipple propuso pretensar elementosmetlicos de fundicin; pues se haba detectado que, cuando unelemento de fundicin trabajaba a traccin, presentaba problemas derotura frgil. Para evitarlo, alojaba redondos metlicospretraccionados dentro de los cordones de fundicin, para despus sertraccionados. Esta contradiccin puede entenderse como la necesidad,por un lado, de tener traccin y, por el otro, de tener rigidez;solo as se puede entender que la solucin no hubiese sido colocarnicamente un redondo. 1847. Un ingeniero ferroviario francs,llamado Barthlemy Camille Polanceau (1813-1859), inventa la vigaque lleva su nombre, antes incluso de que la viga Fink haya sidopatentada. En ella se pueden apreciar dos vigas Fink inclinadas,unidas por un tensor inferior. Sorprende que la viga Polanceu sedescubra antes que la Fink, pues parece que para comprender laprimera haya que entender antes la segunda.5 {5} Vigas Polanceau dediferentes tipos (SCHULITZ, H. C.; SOBEK, W.; HABERMANN, K. L. J .,2000) 1847-1850. H. Rider disea vigas tipo Howe pretensadasutilizando elementos de fundicin tanto en el cordn superior como enlas barras de relleno verticales. En las diagonales y en el cordninferior utilizaba hierro pudelado, que es el antecesor del acero,con el que se consiguieron construir estructuras como la torreEiffel o la estatua de la Libertad. El efecto del pretensado fueintroducido nicamente en las diagonales, que eran dobles: uno delos dos extremos tena un terminal cerrado unido mediante unpasador; el otro terminal contaba con 4 HISTORIC AMERICANENGINEERING RECORD. Baltimore & Ohio Railroad, Bollman TrussBridge, Spanning Little Patuxent River, Savage, Howard County, MD.Library of Congress, 1984. 5 BRUFAU I NIUB, R. Columnas en el aire,Geometra y proporcin en las estructuras: ensayos en honor deRicardo Aroca. Madrid, Outer Ediciones, 2010-2011. una barraroscada que se activaba a travs de una tuerca. Una variante de esteltimo tipo se us en Checoslovaquia en la segunda mitad del sigloXIX. Esta variante consista en utilizar diagonales ms robustas ymontantes verticales resueltos mediante barras redondas que sepretensaban. El pretensado tena una doble funcin: armar la pieza yconseguir que todas las diagonales desde un inicio estuvierancomprimidas; de esta manera, unas se descomprimiran y las otrasaumentaran su compresin. Este tipo de celosa es comnmente usado enmadera y se le conoce como Brown Truss. {6} Izquierda: detalle deuna viga en celosa pretensada. Solucin por H. Rider (imagen delautor). Derecha: solucin utilizaba en Checoslovaquia (TROITSKY, M.S.; VAN NOSTRAND, R., 1990). 1850. Se utiliza por primera vez ladenominada viga Bollman; una viga en celosa que es parecida a laFink y con la que se suele confundir {7}. En realidad es unasucesin de vigas Fink simples no simtricas. Los extremos inferioresde los montantes se unen con una viga que forma el tablero.6 {7}Viga Bollman (SCHULITZ, H. C.; SOBEK, W.; HABERMANN, K. L. J .,2000). La viga Bollman se aplic por primera vez en el ferrocarrilde Baltimore a Ohio.7 El ingeniero que la proyect fue WendelBollman de Baltimore. La viga incorpora hierro fundido en losmiembros de compresin y hierro forjado en los elementos a traccin.Circa 1850. B. Schnirch proyect un puente que autorregulaba lastensiones. El sistema era sencillo: un nico tramo resuelto con unaviga Pratt con el 6 GRIGGS, F. Wendel Bollman (1814-1884). ASelft-Taught Engineer. Structure Magazine. February 2006. 7 BRUFAUI NIUB, R. Columnas en el aire, Geometra y proporcin en lasestructuras: ensayos en honor de Ricardo Aroca. Madrid, OuterEdiciones, 2010-2011. 28El pretensado en las estructuras de acero.2012 Ignacio Costales Calvo. U.P.C. cordn inferior en forma dearco, sobre dos pilonas. En cada extremo, haba dos voladizos cortosde forma triangular; en las puntas, unos cables que se unan con lasbases de las pilas, que permitan hacer que el puente estuviese ms omenos deformado. {8} El Crystal Palace de J oseph Paxton (FRAMPTON,K., 1993). 1851. Fue erigido, en el Hyde Park londinense, elpabelln denominado Crystal Palace, obra del arquitecto J osephPaxton.8 Este edificio, que hoy seguramente nos llamara la atencinal igual que otros muchos de arquitectos de primera lnea, en su dafue un hito de lo que se llam la revolucin industrial: era unaconstruccin sin precedentes. Sus medidas descomunales, 600 x 120 men planta y una altura de hasta 34 m, la haca una de las mayoresconstrucciones de acero de la poca. Se dice tradicionalmente quelas vigas Fynk interiores estaban pretensadas, unos aos antes de suaplicacin en el hormign armado. En el Crystal Palace se usaronnumerosas vigas Fink de uno y dos tramos. Es significativo destacarque el fin de este edificio lo causara el fuego, incluso tras sercambiado de ubicacin. Es el comienzo de una historia, an sin fin,de diferencias entre las estructuras de acero y las de hormign.1857. Albert Fink (1827-1897) proyect el puente sobre Green Riveren la lnea ferroviaria de Louisville a Nashville, en el sureste deEstados Unidos. Era un puente de unos 300 m de longitud total,soportado por seis pilastras de piedra {9}. Desgraciadamente, afinales de 1961 se da orden de derribar el puente, por serconsiderado un punto estratgico militar, para no ser reconstruidohasta la fecha.9 8 FRAMPTON, K. Historia crtica de la arquitecturamoderna. Barcelona, Gustavo Gili, 1993. En realidad J oseph Paxtonera jardinero y famoso por sus invernaderos. En tan solo ocho daspudo hacer un proyecto gracias a sus modelos estandarizados. 9OFFICIAL RECORDS. The Preserve: L&N Railroad Bridge. BowlingGreen. September 19, 1861. Vol. 52, pt. 2, p. 152. {9} Viga Fink.(BRUFAU I NIUB, R., 2010-2011). Hacia mediados del siglo XI X. ElBritannia Tubular Bridge es un interesante puente de acero paraferrocarriles, situado en el estrecho de Menai. Actualmente soloexisten dos puentes para pasar de Gales a la isla de Anglesey. Pordesgracia, en 1970 un incendio hizo que todo su tablero tuviese quereconstruirse, deformando por completo su aspecto para siempre. Sinembargo, el esquema que se reconstruy, con el fin de aadir un pasopara peatones, fue diferente; aunque hoy en da conservamos algunaimagen que lo recuerda en sus inicios. {10} El Britannia TubularBridge de Robert Stephenson (postal, coleccin privadadeJ OCHEMHOLLESTELLE). En esa misma poca, otro ingeniero afamado, JohnRoeblin,10 que firm puentes tan importantes como el de Brooklyn oel del Nigara, afirm11 que o bien el diseo de Stephenson o bien lossuyos eran una gran metedura de pata. Stephenson, que haba diseadosu puente tubular con la idea de que era el ms econmico, vivi elresto de su vida pensando que su puente haba sido un fracaso. Elesquema original era el de un cajn de acero roblonado. Haba cuatrovanos: uno de 230 pies, otros dos de 460 pies y el ltimo de 230pies otra vez (70 m / 140 m / 140 m / 70 m), as que el esquema erasimtrico. Las piezas metlicas fueron 10 FERNNDEZ TROYANO, L. BridgeEngineering: a Global Perspective (Tierra sobre el agua). London,Thomas Telford Ltd., 2003. 11 PETROSKY, H. Los altibajos de lospuentes, La ingeniera es humana. Madrid, Cinter, 2007. Por aquellapoca se haba emprendido una carrera para hacer los puentes cada vezms y ms delgados. En realidad, los puentes de J ohn Roeblin no erantampoco un ejemplo de delgadez. La carrera acab con el puente deTacoma, que oblig a reforzar muchas construcciones que se habanpasado de esbeltez. 29El pretensado en las estructuras de acero.2012 Ignacio Costales Calvo. U.P.C. montadas de una maneraisosttica, por lo que el diagrama de momentos de su peso propio notena negativos. Para no perder la condicin de continuidad, seintrodujeron gatos sobre dos de los apoyos elevando ligeramente laspiezas. Una vez las vigas estaban unidas por roblones, se retiraronlentamente los gatos, originando, por un lado, unos grandesvoladizos que devolvieron la continuidad al puente y, por otro,consiguiendo las distribuciones de esfuerzos y las deformaciones deuna viga continua. Otro sistema igual de ingenioso que el anterior,para pretensar estructuras metlicas de una forma natural es elconsistente en incluir apoyos no horizontales sobre los soportes.Si ste es ligeramente inclinado, para resistir una carga verticaldebe aparecer otra horizontal, que, en caso de haber dos apoyossimtricos, pueden llegar a contrarrestarse en una compresin de unode los dos cordones{11}. Es necesario tener presente que estasfuerzas horizontales de gran magnitud hacen que, generalmente, nosea una solucin adecuada para muchos casos. Sin embargo, en el casode pilonas para puentes puede usarse sin muchos problemas.12 {11}Tres diagramas diferentes para una misma solucin: en el casosuperior, los apoyos son verticales. En el intermedio, los apoyosson inclinados. El ltimo tiene un pndulo a la izquierda. Elesfuerzo axil del cordn inferior traccionado se reduce en elsegundo y en el tercer caso en beneficio de un cortante en losapoyos (imgenes del autor). Una variante de esta solucin es elsistema de apoyo pendular ideado por Bhrecke{11}. 1861. A. V.Gadolin, un constructor de armas finlands, hizo una propuesta debarriles pretensados mediante alambres calientes que, cuandoenfriaban, pretensaban el barril. De este modo, consigui que, alexplotar, se redujera la tensin de las cargas y aumentara el poderde explosin sin incrementar por ello el peso de la 12 TROITSKY, M.S. Prestressed Steel Bridges: Theory and Design. New York, VanNostrand Reinhold, cop., 1990. carga: en definitiva, cargas msligeras y econmicas.13 1867. John Kibble construye el Kibble Palaceen los jardines botnicos de Glasgow. Es un edificio de hierro y devidrio con mejor fortuna que el Cristal Palace de Paxton. En una delas intersecciones de las naves, adems de observar un bonito arcoespacial de hierro forjado como si se tratara de una boca, podemosadivinar un refuerzo inferior a modo de viga Fink. Seguramente, suautor conoca el trabajo del padre de esta solucin estructural y esposible que fuese un refuerzo posterior a la estructura. {12} VigaFink (GOTTGETREU. Manual deconstruccin, citado en SCHULITZ, H. C.;SOBEK, W.; HABERMANN, K. L. J ., 2000). 1868. Albert Fink cierra laviga, que llevaba su nombre, por su parte inferior en el puente deZoarville Station. Esta solucin, al igual que en la viga Bollman deBaltimore, permita que el tren pasase por dentro, transmitiendo lacarga al cordn inferior, como una viga cajn muy ligera. 1871. James Starley (1830-1881) saca al mercado una bicicletarevolucionaria que, entre otras mejoras, presentaba unos radiosmetlicos que se pretensaban mediante un fcil giro de llave.14 Hastaentonces, la rueda de bicicleta se resolva mediante pesados radiosslidos de madera o acero, diseados para trabajar a compresin y quele daban mucho peso propio a la mquina. 1893. V. G. Shukhov propusouna bveda de 15 m de dimetro, compuesta por cerca de 50.000tirantes y unos 20.000 vidrios, para cubrir las galeras GUMsituadas en la plaza Roja de Mosc, que haban sufrido un incendiounos aos antes. La estructura, que hoy en da sigue en pie, es delautor del hiperboloide ms famoso: la torre de radio Shabolovka, quetambin se conserva. 13 BELENIA, E. I. Prestressed Load-BearingMetal Structures. Moscow, Mir, 1977. 14 WEIGHTMAN, G. Losrevolucionarios industriales, La creacin del mundo moderno.1776-1914. Barcelona, Ariel, 2008. BRUFAU I NIUB, R. La roda debicicleta coma model estructural. Quaderns dArquitectura iUrbanisme, nm. 250, pgs 86-91, 2006. RAUCK, M. J . B.; VOLKE, G.;PATURI, F. R. Historia de la bicicleta. Barcelona, Blume, 1981.30El pretensado en las estructuras de acero. 2012 Ignacio CostalesCalvo. U.P.C. {13} Detalle de la cubierta de las galeras GUM enMosc, de G. Shukov (Photo by Ariescwliang). La solucin para cubrirel patio central de las galeras consiste en un arco con tresparejas de tirantes que salen de cada apoyo de una manera simtrica,dividiendo as un arco en siete partes. 1893. En el BroadburyBuilding de Los ngeles, George Herbet Wyman utiliza un sistema deviga Fink, que despus recogera el Manual de construccin deGottgetreu15{12}. En los extremos se puede apreciar cmo lostirantes no se unen a la viga en su eje de gravedad, sino que van abuscar el ala superior de la viga, posiblemente tratando de salvarel apoyo. Esta solucin no es tcnicamente correcta, aunque solamenteproduce una ligera disminucin de capacidad de resistencia. {14} Lagran sala de mquinas del Centro de Exposiciones de Todas las Rusias(SCHULITZ, H. C.; SOBEK, W.; HABERMANN, K. L. J ., 2000). 1895. Sefinaliza la primera construccin tensada que se conoce: el OvalPavillion. Los autores son Vladimir Shukhov y Nizhny Novgorod.1895. Se completa la gran sala de mquinas del Centro deExposiciones de Todas las Rusias, de los arquitectos NiznijNovgorod y A. N. Pomerancev, 15 Citado en SCHULITZ, H. C. ; SOBEK,W.; HABERMANN, K. L. J . Steel Construction Manual. BirkhuserEdition Detail, 2000. con una solucin de arco atirantado del estilode la utilizada en las galeras GUM en Mosc. 1912. Se inaugura lacasa Mil de Antoni Gaud en Barcelona, ms comnmente conocida como laPedrera. En el stano propone una viga metlica a modo de rueda debicicleta, que transmite las tensiones gracias a un tambor central.Parece que Gaud utiliz un sistema ingenioso de tornillos que hacatraccionar las diagonales inferiores. Se suele decir que estaestructura est pretensada; sin embargo, no hay escritos del autorque lo justifiquen.16 {15} La rueda de bicicleta horizontal deAntoni Gaud en la casa Mil (BRUFAU I NIUB, R. 2006). 1912. Seinaugura el Pushkin Museum, obra, una vez ms, de Vladimir Shukhov yNizhny Novgorod. La solucin de la cubierta es parecida a la de lasgaleras GUM. 1920. Karl Longanson inventa un sistemaproto-tensegrity en Rusia denominado Gleichgewicht-konstruktion(estructura en equilibrio), que es percursora de las tensegrities.{16} Leonidov Lenin Institute(http://en.wikipedia.org/wiki/File:Leonidov_ lenin_institute.jpg).1927. Ivan Leonidov gana un concurso con una solucin visionaria ymuy adelantada en su tiempo, para el instituto Lenin y unabiblioteca en Mosc que no lleg a ejecutarse. Esta obra ha sido 16BRUFAU I NIUB, R. La roda de bicicleta coma model estructural,Quaderns dArquitectura i Urbanisme, nm. 250, pgs. 86-91, 2006. 31Elpretensado en las estructuras de acero. 2012 Ignacio CostalesCalvo. U.P.C. referente para otros proyectos posteriores, como latorre de Collserola de sir Norman Foster.17 1935. Un conocido yexcelente ingeniero alemn, Franz Dischinger, que experiment conlminas y hormign armado pretensado, comenz a utilizar soluciones deacero pretensado para puentes de autopista y para ferrocarrilesformados por cajas.18 1948. Kenneth D. Snelson empieza a investigarcon estructuras ligeras que, mediante pilares y tirantes, consiguenun equilibrio gracias al tensado de los cables. Estos sistemas sernbautizados ms tarde por Fller como tensegrities. Kenneth es elautor de una de las tensegrities ms conocidas: la torre Neddle.1949. Baes y Abraham Lipski desarrollan la tcnica de la preflexin.Las vigas Preflex fueron usadas en Espaa gracias a Rubiera en lasegunda mitad del siglo XX. El sistema de vigas Preflex parte deuna viga en doble T que ya tiene cierta contraflecha. En el alainferior se le sueldan unos conectores y unas barras metlicas amodo de estribos y de armado longitudinal. Se le aplican fuerzasverticales mediante gatos, generalmente dos iguales, a L/4 de losapoyos. As se consigue que la viga quede plana. Entonces se lehormigona la aleta inferior en forma de C, tal como se puedeobservar en la imagen {17}. Cuando el hormign se ha endurecido, sele retiran las fuerzas. La viga recupera parte de la deformacin,quedando un poco menos contraflechada que en el inicio, debido a larigidez del nuevo hormign. El hormign quedar precomprimido, por loque podr descomprimirse, y proteger el ala contra el fuego.Finalmente se coloca en obra consiguiendo una viga de menor seccinque una estndar. 1950. Magnel propuso pretensar vigas en celosametlicas, introduciendo armadura activa dentro de uno de loscordones abiertos de la viga. Tambin emple una solucin parecida enunos hangares belgas para aircrafts; sin embargo, nicamente pudoreducir un 9% de coste, cifra relativamente baja si se compara conel caso del hormign armado.19 17 Extrado de la serie de TelevisinIcones. Captulo: La torre de de Collserola: Un pes lleuger Emitidoel 19-11-2011 en BTV. 18 MIKHAITISHCHEV, V. YA. Synthesis ofPrestressed Metallic BeamSystems, International Applied Mechanics,Rovno, Ukrainian Institute of Hydraulic Engineers, 1975. 19 BARAJAS VALDS, U.; PORTELA, G.; STANTON, T.; VARELA, W.; VELZQUEZ, G.Mtodo de anlisis para vigas pre-flexionadas basado en estndares deNorte Amrica, Revista Internacional de Desastres Naturales,Accidentes e Infraestructura Civil, vol 10, nm. 2, 2010. {17} Unaviga Preflex en construccin (Cement, nm. 25, pg. 12, 2008). 1950.Leo Coff patent en Estados Unidos un sistema de vigas metlicaspretensadas mixtas {18} que utilizaban dos tipos de activacin: unointerno en forma poligonal y uno inferior recto. {18} La patente deLeo Coff (www.freepatentsonline.com). 1951. En el festival ofBritain, se construye el Skylon, de los arquitectos inglesesHidalgo Moya y Philip Powelly. La torre, que fue derribada alacabar la feria, deba ser pretensada para reducir las deformacionescausadas por el viento. Hace poco se ha puesto en marcha una campaapara la reconstruccin del Skylon, sin que se sepa, en el momento enque se redactan estas lneas, dnde estar su ubicacin final20 (vercaptulo Ejemplos de estructuras metlicas pretensadas). 1955. Seconstruye el Lauffen Bridge sobre el canal Neckar en Alemania.21 Esun puente metlico, de 34 m de distancia, entre soportes de 5 m deancho, 20 Para algunos autores esta estructura signific el saltodefinitivo de la estructura plana a la espacial. NEWBY, F. Hi-Techor Mys-tech, citado en BERNABU LARENA, A. Estrategias de diseoestructural en la arquitectura contempornea. El trabajo de CecilBalmond. Tesis doctoral, Universidad Politcnica de Madrid, 2007.21NUNZIATA, V. Teoria e pratica delle strutture in acciaio.Palermo, Dario Flaccovio Editore, 2011. 32El pretensado en lasestructuras de acero. 2012 Ignacio Costales Calvo. U.P.C. resueltopor dos vigas de alma llena, pretenasadas en su ala inferior por 52hilos de 5,3 mm cada una. 1956. Frank LLoyd Wright propone unavisionaria torre de una milla de altura, que no llegara a ver laluz jams. Hasta el momento no se ha llegado a esa altura y esprobable que jams suceda. Para resolver este proyecto, Wright y suscolaboradores propusieron un ncleo central de hormign con forjadosen voladizo y un atirantado en el plano de fachada pretensado, conel fin de reducir las oscilaciones del edificio.22 1957. Barnettrecuper la viga Queen, introducindole un pretensado inferior quehaca ahorrar hasta un 30% de material. Dcada de 1960. Robert leRicolais y Buckminster Fller introducen la viga Polyten,23 que esuna secuencia de vigas Fynk de tres tramos sucesivos a diferenteescala, con lo que pueden alcanzar luces muy elevadas. 1960. Seinaugura el Memorial Auditorium en tica, obra de los arquitectosGehron & Seltzer, con diseo estructural de Lev Zetlin. Es undiseo inspirado en la estructura de una rueda de bicicleta, con doscapas de cables de acero pretensado, estabilizado por un anilloperimetral de hormign armado. Zetlin us dos anillos a diferentealtura para crear distintas tensiones entre las capas. 1961. J . D.Naillon, en Estados Unidos, desarroll una patente de pretensado deperfiles metlicos. En ella recoga tres soluciones: una viga envientre de pez invertida, un sistema de mnsula pretensada y unaviga laminada con pretensado inferior recto, tal como se muestra enla imagen {19}. {19} La patente de J . D: Naillon(www.freepatentsonline.com). 1961. Se construye en Alemania elpuente Ischl, que es el primero construido en ese pas con acero 22MARTN SAINZ, D. El GuggenheimMuseumde New York. Interpretacin delpapel de la estructura a travs de la colaboracin entre Frank LloydWright y J aroslav J . Polivka, tesis doctoral, ETSAV, UniversidadPolitcnica de Catalunya, 2012, pg. 157. 23 LE RICOLAIS, R. Columnassuspendidas en el aire, Visiones y paradojas. Madrid, FundacinCOAM-EA. Ediciones de Arquitectura, 1997. pretensado. Tiene unancho de 5,2 m y una luz de 47 m. El puente est precomprimido en suparte inferior mediante cuatro lneas de tendones.24 1962.Buckminster Fller25 formula el trmino tensegrity que proviene de lacombinacin de los trminos integrity y tensional. Sin embargo,muchos autores explican que, aunque Fller invent el trmino, elsistema ya estaba inventado aos antes.26 {20} Gimnasio de Yoyogi deKenzo Tange(MARGOLIUS, I. 2002). 1964. Se inaugura el estadioolmpico de Yoyogi, edificio del arquitecto japons Kenzo Tange y delingeniero Yoshikatsu Tsuboi. El edificio, con capacidad para unas10.000 personas, consta de un atirantamiento de la cubierta en elque se pueden distinguir dos familias: la principal, de unas 13 dedimetro, y la secundaria, que cubre el edificio transversalmente.271964. David Georgess Emmerich empieza a investigar con lastensigrities, dos aos despus de la explicacin de Fller. 1964. E. V.Finn y F. H. Needham utilizaron el pretensado metlico en puentes deautopistas para peatones; sin embargo, los materiales fallaronmuchas veces en las pruebas. 1964. Cedric Price, Lord Snowdon yFrank Newby construyen el aviario de Londres. En realidad no setrata de una estructura de acero, sino de aluminio. Es unaestructura que se basa en las tensigrities de B. Fuller.28 24NUNZIATA, V. Teoria e pratica delle strutture in acciaio. Palermo,Dario Flaccovio Editore, 2011. 25 KRAUSSE, J .; LICHTENSTEIN,C.Your Private Sky. R. Buckminster Fuller. The Art of Design Science.Zrich, Lars Mller Publishers, 1999. 26 Entre otros, GMEZ J UREGUI,V. Tensegrity Structures and their Application to Architecture,tesis doctoral, School of Architecture Queens University Belfast,2004. 27 MARGOLIUS, I. Architects + Engineers = Structures.Wiley-Academy, 2002. 28 BERNABU LARENA, A. Estrategias de diseoestructural en la arquitectura contempornea. El trabajo de CecilBalmond, tesis doctoral, Universidad Politcnica de Madrid, 2007.33El pretensado en las estructuras de acero. 2012 Ignacio CostalesCalvo. U.P.C. {21} El aviario de Londres de Price y Newby(es.wikipedia.org). 1964. Philip J onson, junto con Zetlin,construye el pabelln de Nueva York para la feria Tent of Tomorrow,celebrada en la misma ciudad. Se trata de una estructura similar ala de tica, formada por cables y un anillo de hormign armadoperimetral. 1966. La iglesia catlica romana St. J ohn Brebeuf enNiles, Chicago, de los arquitectos Rogers, Cohen, Barreto yMarchertas, encuentra como nica solucin, para colocar un lucernariosobre una cubierta cnica, pretensar el anillo exterior traccionado,precomprimindolo (ver captulo Ejemplos deestructuras metlicaspretensadas). {22} El Oakland Colliseumde SOM (http://elintrepidosaltomortal delexcentrismo. blogspot.com.es/).1966. Se construye el Oakland Colliseum, obra de SOM, un cilindrode 128 m de dimetro sujeto por 96 cables de acero. 1968. La torreNeedle, una tensegrity de 18 m de altura, es construida enWashington, en aluminio. El autor es Kenneth Snelson. 1970.Ferjencik, M. Tochacek y F. G. Amrhein analizan a fondo el estadodel pretensado metlico en Checoslovaquia. {23} Sistema de vigas dehormign mixtas predeformadas (patenteespaola E04C3/26). Dcada de1970. Se construye el North Bridge Approaches en Dusseldorf,Alemania. Es un puente metlico pretensado, con trazados con cambiode direccin, a modo de viga Fink de tres tramos. Est resuelto pordos vigas de alma llena, una a cada lado. Los trazados estndescentrados de su eje, provocando as una precompresintransversal.29 1971. El fabricante asturiano de viguetaspretensadas de hormign, Rubiera, anuncia en el peridico ABCmadrileo unas viguetas metlicas denominadas Preflex. Con estesistema de vigas y viguetas, haba conseguido cubrir luces de hasta35 m con sistema de vigas biapoyadas y de hasta 15 m en voladizo.Anteriormente, en 1969, Rubiera haba patentado unos sistemas depretensar vigas de hormign con alma metlica interna {23}. Hoy enda, Rubiera se dedica nicamente al sector de prefabricados deelementos de hormign, lo que indica que el mercado del aceropretensado no encontr un buen camino. 1972. Frei Otto concluye elestadio olmpico de Mnich para las olimpiadas del siguiente ao,donde se incorpora una serie de vigas Fynk, que completan lacubierta tensada ms interesante que se haya construido hasta lafecha.30 1974. Zetlin, el ingeniero de tica, realiza un proyecto deuna estructura de 1.000 pies en Milwaukee, que usara tendonespretensados 29 NUNZIATA, V. Teoria e pratica delle strutture inacciaio. Palermo, Dario Flaccovio Editore, 2011. 30 NERDINGER, W.Frei Otto. Complete Works. Construction Natural Design. Basel,Birkhaser, 2011. SCHLAICH, J .; BERGERMANN, R. Leicht weit. LightStructures. Mnchen, Prestel, 2003. 34El pretensado en lasestructuras de acero. 2012 Ignacio Costales Calvo. U.P.C.controlados automticamente. El proyecto no llega a construirse.31{24} Sistemas en aspensin (dibujos deESCRIG, F. La cpulaautotensada o el triunfo dela levitacin. Hormign y acero, nm. 187,pgs. 95-112, 1993). 1974. Fller patenta la cpula de aspensin, queconsiste en celosas de cables y barras, similares a los poliedrostambin investigados por el propio Fller. Estas celosas, cuando sonespaciales, eliminan el cordn inferior traccionado, cambindolo poranillos y consiguiendo as cpulas muy interesantes.32 1976. AnthonyPugh de la Universidad de Berkeley, California, escribe un librodenominado An introduction to Tensegrity, donde se recoge la mayorade las tensegrities que hoy conocemos. 31 MARGOLIUS, I. Architects+ Engineers = Structures. Wiley-Academy, 2002. 32 ESCRIG, F.Estructuras en traccin. Estructuras tensadas II. STAR StructuralArchitecture, nm. 6, 2002. ESCRIG, F. Estructuras en traccin.Estructuras tensadas I. STAR Structural Architecture, nm5, 2005.ESCRIG, F. Estructuras en traccin. Mallas de barras. STARStructural Architecture, nm. 7, 2006. {25} GOLD, W., Pretensado deprticos simples. U.S. Patent 4144686, Filing date: J une27, 1977,Issuedate: March 20, 1979. 20 de marzo de 1979. William Gold, uncalculista de Nueva York, patent en Estados Unidos una forma depretensar vigas metlicas en celosa y prticos simples.33 La patente,que se puede encontrar en pginas electrnicas de registro desistemas, muestra unas soluciones parecidas a las explicadas enesta tesis, pero para conseguir resolver las uniones acude a piezasde fundicin. {26} GOLD, W. Pretensado de estructuras metlicas encelosa, U.S. Patent 4144686, Filing date: J une 27, 1977, Issuedate: March 20, 1979. 1980. J rg Gribl concluye el aviario del zoode Hellabrunn, en Mnich. Se trata de una malla pretensada, resueltaestructuralmente por Frei Otto y el ingeniero Ted Happold con unasmallas de 60 x 60 mm2 que cubren una superficie total de 4.600 m2.La malla est soportada por diez mstiles que generan unas formasanticlsticas en toda su superficie.34 1986. Se completa el conjuntode Sel para las olimpiadas. La estructura, del arquitecto Geiger,es un sistema de aspensin con cuatro anillos y cubierta textil.33http://www.freepatentsonline.com34 NERDINGER, W. Frei Otto.Complete Works. Construction Natural Design. Basel, Birkhaser,2011. 35El pretensado en las estructuras de acero. 2012 IgnacioCostales Calvo. U.P.C. 1990. VSL construye en Suiza el viaductoBois de Rosset, que es una viga cajn metlica, con pretensadointerior accesible para su reparacin frente a la corrosin. 1990.Geiger construye tambin el Suncoast Dome en St. Petersburgo,Florida. Es la cubierta de un estadio de bisbol para 43.000espectadores, con un dimetro de 210 m. El sistema sigue siendo deaspensin, al igual que el anterior, con cuatro anillos interiores,y uno exterior comprimido de unos 5 m de ancho. {27} Pabelln degimnasia y de lucha en Sel (http://www.columbia.edu/cu/gsapp/BT/DOMES/SEOUL/s-struc.html). 1992. VSL otorga supremio anual a Armand Frst, un ingeniero alemn que propone en sutesis doctoral un puente pretensado que combina acero y hormign, ascomo otros materiales, consiguiendo una mayor economa en suconstruccin. Son dos vigas en celosa en forma de vientre de pez.Entre ellas se suspende una pasarela que crea un segundo nivel. Latesis estaba dirigida por el profesor Dr. Peter Marti.35 1992. E.Bonell y F. Rius proponen una cubierta para el pabelln debaloncesto de Badalona, con una solucin pretensada en dosdirecciones (ver captulo Ejemplos deestructuras metlicaspretensadas). 1992. El pabelln de los Descubrimientos, de losarquitectos J . Feduchi y A. Lozano, presenta en Sevilla unaestructura metlica que incluye unos tirantes pretensados queacortan la luz (ver captulo Ejemplos deestructuras metlicaspretensadas). 1992. Se construye en Italia el viaducto n. 10 de lava rpida en la variante de la S. S. 18 entre la estacin yPolicastro Bussentino Vallo della Lucania. Obra del ingeniero LuigiMusumeci, son dos puentes de 100 m de luz, resueltos por vigas dealma llena. El pretensado se sita en la cara inferior del cajn en12 tramos que no tienen la misma 35 VSL News-1993-01 longitud, enfuncin de los esfuerzos que la flexin genera en su cara inferior.361994. Se inaugura el Crown Coliseum en Fayetteville, Norte deCalifornia, proyecto de Odell Associates Inc. de Charlotte,Carolina del Norte. La estructura est formada por un sistema deaspensin estabilizado por un anillo de compresin espacial exterior.El dimetro de la cubierta casi alcanza los 100 m. {28} Esquemaestructural del Crown Coliseumen Fayetteville (esquema deValentnLpez J uregui, 2004). 1996. El Georgia Dome en Atlanta propone unamalla de base elptica de 192 x 240 m2, soportada sobre 52 pilares.Toda la cubierta se completa con paneles textiles una vez que elproceso de tesado se haba acabado. {29} Proceso constructivo delGeorgia Dome (dibujos deESCRIG, F. La cpula autotensada o eltriunfo dela levitacin. Hormign y acero, nm. 187, pgs. 95-112,1993). 1997. El arquitecto portugus Siza Vieria proyecta uninteresante pabelln, sujeto mediante decenas de barras de acero.Esta estructura, que fue calculada por Cecil Ballmond, utilizaba elpretensado como mtodo de desapuntalado, consiguiendo as que lalmina se separase del encofrado y se pudiese 36 NUNZIATA, V. Teoriae pratica delle strutture in acciaio. Palermo, Dario FlaccovioEditore, 2011. 36El pretensado en las estructuras de acero. 2012Ignacio Costales Calvo. U.P.C. retirar fcilmente. Tambin sirvi comoprueba de carga. La cubierta tiene un rea de 3.900 m2. 1998. Seinaugura la cubierta retrctil de la plaza de toros de Jan. Laestructura se desarrolla mediante una malla de cables radialespretensados sobre un anillo de hormign armado, situado sobre elgradero, y cuyos puntos altos se generan por ocho mstiles apoyadossobre el gradero existente y otro mstil situado en el centro de laplaza sin apoyo en el suelo. En realidad la cubierta central podraentenderse como una rueda de bicicleta plana. 1999. Se inaugura elLondon Eye, una gran noria de 132 m de altura. Se ha convertido enel smbolo de Londres, lo que vendra a ser su torre Eiffel. Pese aestar apoyada en su base, fue necesario pretensar los radios de 60m para conseguir que siempre trabajaran a traccin. {30} Detalle delcentro de la noria MillenniumEye (fotografa deDOM WILLSON). En esteproyecto las cargas de viento eran bastante significativas; por loque se introdujeron 64 amortiguadores TMD de masa sincronizada, quese instalaron a lo ancho de los dos anillos exteriores de laarmadura de cubierta de la rueda y quedan bien integrados a ojosdel espectador. Son tubos huecos de paredes interiores de bajafriccin, que contienen una puntilla unida a una masa con ruedas denailon y que facilitan el movimiento y la reduccin del ruido.372000. Se inaugura en Roma la multisala Lucchina, que resuelve eltecho a base de perfiles metlicos laminados pretensados,consiguiendo as una gran ligereza. 2000. Se inaugura el MillenniumDome, obra de Norman Foster y del estudio de ingeniera BuroHappold. La construccin, de 365 m de dimetro, cuenta con docemstiles de 100 m de altura, que sirven para sujetar un sistema decables que soportan la cubierta. El concepto estructural se basa enunos radios tensados, que soportan la lona y se extienden sobre 37LYALL, S. Maestros de las estructuras. La ingeniera en lasedificaciones innovadoras. Barcelona, Blume, 2003. el anillointerior y la curva cncava del borde de la lona. En cada uno de los12 segmentos est posicionado un estay, sujeto al anillo interior, ydos refuerzos posteriores, unidos a anclajes

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