Un ducto PT es una vaina o conducto que envuelve los tendones de postensado en el hormigón, creando un vacío para el movimiento del tendón durante el tensado y proporcionando una vía para la inyección de lechada protectora. Los tipos de ducto incluyen metálico corrugado, plástico liso y ovalado plano. La calidad de la lechada, la entrada de agua y la detección de corrosión son críticas para la durabilidad del tendón.
Un ducto de postensado (ducto PT) es una vaina o conducto que envuelve los tendones de postensado dentro de estructuras de hormigón. Crea un vacío ingenieril que permite que el tendón de acero de alta resistencia se instale después de que el hormigón haya fraguado y se mueva libremente durante la operación de tensado. Después de que el tendón se tensa a la fuerza especificada, el ducto proporciona una vía sellada para la inyección de lechada cementicia, que llena el espacio anular entre el tendón y la pared del ducto, estableciendo una adherencia permanente entre el acero y el hormigón circundante.
El ducto PT cumple cinco funciones críticas en un sistema de postensado adherido:
Creación de vacío y alojamiento del tendón. El ducto debe mantener un paso claro y continuo a través del hormigón desde un anclaje hasta el otro, siguiendo el perfil de tendón diseñado con tolerancias precisas de alineación vertical y horizontal. El área de la sección transversal interna del ducto debe ser suficiente para alojar el conjunto completo del tendón —múltiples cordones o barras— más el espacio libre para el flujo de lechada durante la inyección. Según las AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, el área mínima de la sección transversal interna del ducto debe ser al menos 2,0 veces el área neta del acero de pretensado, y PTI recomienda un factor de 2,0 a 2,5 para garantizar un flujo de lechada adecuado y la encapsulación completa de todos los espacios intersticiales de los cordones.
Vía de tensado. El ducto permite que el tendón se mueva libremente durante la operación de gato hidráulico. La fricción entre el tendón y la pared del ducto es un parámetro de diseño crítico que influye en la magnitud de las pérdidas de pretensado y la fuerza de gato requerida. Se consideran dos componentes de fricción: el efecto de fricción por curvatura (μ), causado por la curvatura intencional del perfil del tendón, y el efecto de fricción por ondulación (k), causado por desviaciones menores no intencionadas en la alineación del ducto. Según AASHTO LRFD, los valores típicos para ductos de acero son μ = 0,15–0,25 y k = 0,0002/pie, mientras que los ductos plásticos generalmente tienen valores más bajos de μ = 0,05–0,12 y k = 0,0001–0,001/pie dependiendo del perfil del ducto y la separación entre soportes.
Contención de lechada. Después del tensado, el ducto debe ser hermético para contener la lechada cementicia bajo presión de bombeo sin fugas. La lechada se inyecta en el punto más bajo del perfil del tendón y fluye hacia arriba, desplazando el aire a través de ventilaciones en los puntos altos. El ducto debe soportar la presión de bombeo de la lechada —típicamente un mínimo de 0,5–1,0 MPa en la salida más alta— sin reventar ni separarse en los empalmes. La contención de la lechada es crítica: un ducto con fugas resultará en una encapsulación incompleta del tendón, creando vacíos que se convierten en sitios de iniciación de corrosión.
Mecanismo de transferencia de adherencia. En sistemas de postensado adherido, las corrugaciones o nervaduras en la superficie exterior del ducto proporcionan enclavamiento mecánico con el hormigón circundante, mientras que la superficie interior del ducto se enclava con la lechada endurecida. Este mecanismo de doble enclavamiento permite la transferencia de la fuerza de pretensado desde el tendón a través de la lechada y el ducto hacia la sección de hormigón —un requisito para el desarrollo de la resistencia última a flexión bajo condiciones de sobrecarga. Según ACI 318 y AASHTO LRFD, la longitud de desarrollo para cordones de pretensado adheridos depende de la calidad de la adherencia entre el cordón y la lechada y entre la lechada y el ducto.
Barrera de protección contra la corrosión. El ducto proporciona una barrera física contra la humedad, los cloruros y otros agentes corrosivos que podrían alcanzar el acero de pretensado. En combinación con la lechada alcalina (pH 12,5–13,0) y el recubrimiento de hormigón externo, el ducto forma parte de un sistema de protección contra la corrosión de múltiples capas. Para entornos agresivos —exposición marina, aplicación de sales de deshielo, zonas industriales— se especifican ductos plásticos porque proporcionan una resistencia a la corrosión superior en comparación con los ductos de acero galvanizado, que pueden corroerse y perforarse con el tiempo.
Los ductos de postensado se fabrican en tres configuraciones principales, cada una adecuada para aplicaciones específicas y requisitos de rendimiento. La selección del tipo de ducto depende del tamaño del tendón, la curvatura del perfil del tendón, las limitaciones de espesor estructural, la exposición ambiental y el nivel de protección contra la corrosión requerido.
Los ductos metálicos corrugados son el tipo de ducto tradicional y más utilizado para postensado adherido. Se fabrican enrollando en espiral banda de acero galvanizado —típicamente de 0,3–0,6 mm (0,012–0,024 pulgadas) de espesor— en un tubo flexible pero resistente al aplastamiento con corrugaciones helicoidales externas. Las corrugaciones proporcionan adherencia mecánica entre el ducto y el hormigón circundante, asegurando la acción compuesta después de la inyección.
Especificaciones de material. La banda de acero cumple con ASTM A653/A653M con un recubrimiento de zinc G60 o G90 (60 o 90 g/m² total en ambos lados). El recubrimiento de zinc proporciona protección contra la corrosión durante el almacenamiento, la manipulación y la construcción, aunque no es suficiente para la protección a largo plazo en entornos agresivos. El espesor mínimo de pared se especifica según los requisitos del proyecto, utilizándose paredes más gruesas para ductos de mayor diámetro y radios de curvatura más severos.
Características de rendimiento. Los ductos metálicos ofrecen alta rigidez radial que resiste el colapso durante la colocación del hormigón, buena estabilidad dimensional y un costo de material relativamente bajo. Se pueden curvar en obra para seguir perfiles de tendón curvos, aunque una curvatura excesiva puede causar acodaduras o aplanamientos que obstruyen la instalación del tendón. El radio de curvatura mínimo para ductos metálicos es típicamente 100 veces el diámetro interior (R ≥ 100 Øi), lo que significa que un ducto de 85 mm de diámetro interior tiene un radio de curvatura mínimo de 8,5 m.
Limitaciones. Los ductos metálicos son susceptibles a la corrosión en entornos con alto contenido de cloruros. El recubrimiento de zinc puede consumirse con el tiempo y el acero galvanizado puede perforarse, creando vías para el agua y los cloruros. También existe la posibilidad de acoplamiento galvánico entre el recubrimiento de zinc y los cordones de acero de alta resistencia en presencia de un electrolito, lo que puede acelerar la corrosión del acero de pretensado. Por estas razones, muchas agencias de transporte —incluyendo Caltrans y FDOT— ahora exigen ductos plásticos para todos los tendones internos en la construcción de puentes.
Los ductos plásticos corrugados se fabrican de polietileno de alta densidad (HDPE) o polipropileno (PP) mediante procesos de extrusión que producen un perfil corrugado con nervaduras externas. Se especifican cada vez más para postensado adherido, particularmente en entornos agresivos y para estructuras que requieren una vida útil de diseño extendida.
Ensayo de rendimiento según fib Bulletin 7. La Fédération International du Béton (fib) Bulletin 7, publicada en 2000, estableció los primeros estándares integrales de rendimiento para ductos plásticos corrugados. Se requieren siete ensayos:
| Ensayo | Propósito | Criterios de Aceptación |
|---|---|---|
| Comportamiento a flexión | Verifica que el ducto sea suficientemente rígido para limitar las deflexiones entre soportes debido a la temperatura y las cargas del hormigonado | Deflexión dentro de límites especificados a 100°C |
| Flexibilidad | Confirma que el ducto y el acoplador permitan una curvatura fácil hasta el radio mínimo sin deformación excesiva de la sección transversal | Sin acodadura ni aplanamiento > 10% en el radio especificado |
| Resistencia a cargas laterales | Confirma que el ducto soporta cargas laterales concentradas de soportes y construcción | Deformación dentro del límite especificado con carga de 500 N |
| Resistencia a cargas longitudinales | Confirma que el ducto soporta cargas de restricción térmica | Sin fallo con la carga de tracción especificada |
| Estanqueidad | Confirma la hermeticidad del ducto y acopladores en el radio de curvatura mínimo | Sin fugas bajo presión de aire de 0,1 bares |
| Resistencia al desgaste | Confirma que el ducto resiste la abrasión del acero de pretensado durante el tensado en el radio mínimo | Espesor de pared residual ≥ 1,0 mm (fib) o ≥ 1,5 mm (FDOT) |
| Comportamiento de adherencia | Confirma que el ducto puede transferir fuerzas de pretensado a través de las corrugaciones | Fuerza de arrancamiento ≥ valor especificado |
Ventajas sobre los ductos metálicos. Los ductos plásticos ofrecen varias ventajas críticas. Son inherentemente resistentes a la corrosión sin potencial de acoplamiento galvánico con el acero de pretensado. Proporcionan un recinto hermético cuando las uniones se fusionan térmicamente o se conectan adecuadamente con acopladores mecánicos. Tienen coeficientes de fricción más bajos que los ductos de acero, reduciendo las pérdidas de pretensado y permitiendo perfiles de tendón más eficientes. Son más ligeros —aproximadamente una quinta parte del peso de ductos de acero equivalentes— reduciendo la mano de obra de manipulación. Pueden acomodar radios de curvatura más cerrados mediante el uso de materiales compuestos especialmente formulados, permitiendo perfiles de tendón más severos en bulbos de anclaje y desviadores.
Formulaciones de materiales. El material estándar para ductos plásticos es HDPE, pero se han desarrollado materiales compuestos especialmente formulados para aplicaciones de radio cerrado. Estas mezclas patentadas incorporan aditivos que mejoran la resistencia al desgaste sin comprometer la flexibilidad. General Technologies Inc. (GTI) produce ductos de radio cerrado que alcanzan radios de curvatura mínimos 30–50% más cerrados que el ducto plástico estándar mediante mezclas de polímeros optimizadas. El factor de cable k en la ecuación de resistencia al desgaste de fib Bulletin 7 tiene en cuenta el número de cordones que actúan sobre el ducto, con valores que van desde aproximadamente 1,8 para 5 cordones hasta 6,3 para 37 cordones.
Los ductos ovalados planos son un perfil especializado que se utiliza donde el espacio vertical es limitado pero el ancho horizontal está disponible. Tienen una sección transversal aplanada con dos lados planos paralelos conectados por extremos semicirculares —esencialmente una forma rectangular con esquinas redondeadas. El perfil maximiza la disposición horizontal de cordones mientras minimiza el espesor estructural consumido por el ducto.
Aplicaciones. Los ductos ovalados planos se utilizan en losas delgadas de hormigón, tableros de estacionamientos, losas de transferencia en edificios y tableros de puentes segmentales donde el espesor estructural disponible está limitado por la altura libre o restricciones arquitectónicas. En tableros de puentes, los ductos planos permiten colocar el postensado transversal dentro del espesor típico de losa de 200–275 mm sin requisitos excesivos de recubrimiento de hormigón.
Consideraciones de diseño. La dimensión vertical reducida limita el número de capas de cordones que se pueden alojar. Los ductos planos también tienen características de fricción diferentes a las de los ductos redondos, típicamente con coeficientes de ondulación más altos debido a la sección transversal no circular. La rigidez a flexión transversal de un ducto plano es menor que la de un ducto redondo de área equivalente, requiriendo una separación de soportes más estrecha durante la colocación del hormigón. El flujo de lechada en ductos planos puede ser menos uniforme en la dirección transversal, requiriendo un diseño cuidadoso de las ubicaciones de entrada y salida.
Protección contra la corrosión. Los ductos planos plásticos son ahora preferidos sobre los ductos planos metálicos por las mismas razones de resistencia a la corrosión que los ductos redondos. Hay disponibles ductos planos preensamblados con acopladores y piezas de transición fijados en fábrica, reduciendo la mano de obra en obra y mejorando el control de calidad.
La instalación del ducto es una operación de precisión que afecta directamente el rendimiento estructural y la durabilidad del sistema de postensado. El FHWA Post-Tensioning Tendon Installation and Grouting Manual (FHWA-NHI-13-026, Versión 2.0) proporciona una guía detallada sobre los procedimientos de instalación de ductos.
Los ductos deben estar firmemente apoyados dentro del encofrado para mantener el perfil de tendón diseñado durante la colocación del hormigón. La separación entre soportes se especifica según los estándares del proyecto:
| Tipo de Ducto | Separación Máxima entre Soportes |
|---|---|
| Tubos de acero (rígidos) | 48 pulgadas (1,22 m) |
| Ducto plástico redondo | 24 pulgadas (0,61 m) |
| Ducto plástico plano | 12 pulgadas (0,30 m) |
| En ubicaciones de empalme | Ambos lados del empalme |
Los soportes se fabrican típicamente con silletas de barra de armadura deformada (rebar) o soportes de acero prefabricados que se atan a la jaula de armadura principal. Los soportes deben ser suficientemente rígidos para evitar el desplazamiento del ducto durante la colocación y vibración del hormigón. Cualquier desviación del perfil diseñado cambia la excentricidad del tendón y puede reducir la capacidad estructural o causar concentraciones de tensión no intencionadas en los anclajes.
Las tolerancias de alineación del ducto según las AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications son típicamente:
Los empalmes del ducto deben ser herméticos y proporcionar una alineación interior suave sin labios, escalones ni acodaduras que puedan obstruir la instalación del tendón o dañar la superficie del cordón durante el tensado.
Empalmes de ductos metálicos. Las secciones de ductos metálicos se unen utilizando acopladores externos —manguitos cilíndricos que se ajustan sobre los extremos del ducto. El acoplador se engarza o auto-bloquea sobre el ducto, y la unión se sella con cinta impermeable. Para aplicaciones críticas, los manguitos termorretráctiles proporcionan una estanqueidad adicional.
Empalmes de ductos plásticos. Las secciones de ductos plásticos se pueden unir mediante varios métodos: la soldadura por fusión térmica crea una unión monolítica con estanqueidad total; los acopladores mecánicos con juntas tóricas proporcionan conexiones herméticas que se pueden desmontar si es necesario; y las conexiones roscadas están disponibles para algunos sistemas patentados. El método de acoplamiento debe mantener la misma estanqueidad y resistencia que el propio ducto.
Las entradas de lechada se instalan en los puntos más bajos del perfil del tendón, y las salidas de lechada (ventilaciones) se instalan en los puntos más altos. Según FHWA-NHI-13-026:
Los ductos son vulnerables a daños durante la colocación del hormigón. Se especifican las siguientes medidas de protección:
Después de la colocación del hormigón y antes de la instalación del tendón, cada ducto debe ser verificado —comprobado que esté libre y sin obstrucciones— utilizando un mandril de acero cilíndrico. El mandril tiene un diámetro 3 mm menor que el diámetro interior nominal del ducto y una longitud igual a la longitud práctica mínima para la aplicación (típicamente 150–300 mm). El mandril debe pasar a través de la longitud completa del ducto desde un anclaje hasta el otro sin obstrucción. Si el mandril no puede pasar, la obstrucción debe ser localizada y corregida antes de la instalación del tendón. La verificación se documenta en los registros de construcción.
La inyección es el proceso de inyectar lechada cementicia en el ducto después del tensado para llenar todos los vacíos alrededor del tendón y crear una adherencia permanente. La operación de inyección es la actividad de control de calidad más crítica en la construcción de postensado adherido.
Según PTI M55.1-19 (Specification for Grouting of Post-Tensioned Structures), la lechada debe cumplir los siguientes requisitos:
| Propiedad | Requisito |
|---|---|
| Relación agua/cemento (a/c) | ≤ 0,44 para lechadas premezcladas |
| Resistencia a compresión a 28 días (ASTM C109) | ≥ 35 MPa (5000 psi) |
| Agua de exudación (ASTM C940) | Cero exudación después del mezclado inicial |
| Expansión plástica (ASTM C1741) | 0–10% después de 3 horas |
| Tiempo de fluidez (cono de flujo ASTM C939) | 11–30 segundos |
| Contenido máximo de iones de cloruro | ≤ 0,08% en masa del material cementicio |
| Retención de fluidez | ≥ 30 minutos después del mezclado |
Las lechadas premezcladas son fuertemente preferidas porque están mezcladas en fábrica con proporciones precisamente controladas de cemento, materiales cementicios suplementarios (humo de sílice, cenizas volantes), agentes de expansión, plastificantes e inhibidores de corrosión. Las lechadas mezcladas en obra requieren ensayos de control de calidad rigurosos para cada lote y ya no están permitidas por la mayoría de las agencias de transporte para la construcción de puentes.
Las lechadas tixotrópicas están formuladas para permanecer rígidas en reposo pero fluir fácilmente cuando se someten a presión de bombeo. Esta propiedad reversible las hace ideales para tendones verticales y tendones de alma inclinados donde la lechada convencional se asentaría o drenaría. Las lechadas tixotrópicas son requeridas por muchas especificaciones para tendones con pendientes superiores a 45 grados desde la horizontal.
La operación de inyección debe realizarse dentro de un tiempo limitado después del tensado —típicamente ≤ 20 días, con intervalos más cortos especificados para entornos agresivos. La secuencia de operaciones según FHWA-NHI-13-026 es:
Para tendones largos (mayores de 50 m), perfiles verticales y entornos agresivos, se especifica la inyección al vacío. El proceso de inyección al vacío:
Los vacíos en la lechada son el defecto de durabilidad más común y más grave en el postensado adherido. Un vacío es un volumen dentro del ducto que no está lleno de lechada, creando un espacio lleno de aire o agua donde el acero de pretensado está expuesto al ambiente interno del ducto en lugar de estar embebido en lechada alcalina.
Los vacíos se forman a través de varios mecanismos, a menudo en combinación:
Evaporación del agua de exudación. La lechada convencional de cemento y agua produce naturalmente agua de exudación —típicamente 3–5% del volumen total de lechada para mezclas estándar de cemento/agua y hasta 10–15% en mezclas mal controladas. El agua de exudación asciende a los puntos altos del perfil del tendón, acumulándose detrás de los anclajes y en puntos altos intermedios. Cuando el agua de exudación se evapora con el tiempo, queda un vacío. Este fue el mecanismo principal de vacíos en puentes construidos antes de 2001, antes de que se desarrollaran las lechadas resistentes a la exudación.
Inyección incompleta. Las malas prácticas de inyección —presión de bombeo insuficiente, secuenciación incorrecta del cierre de ventilaciones, parada prematura del bombeo— dejan porciones del ducto sin llenar. Las obstrucciones en el ducto debidas a escombros, secciones aplastadas o lechada segregada pueden impedir que la lechada llegue a porciones remotas del tendón.
Ventilación inadecuada. Si los tubos de ventilación en los puntos altos están aplastados, obstruidos u omitidos, el aire atrapado en el punto alto no puede escapar durante la inyección y se forma un vacío debajo de la bolsa de aire atrapada. En zonas de armadura congestionada, los tubos de ventilación son vulnerables a daños durante la colocación del hormigón.
Fugas de lechada. Si el ducto no es hermético —en empalmes, acopladores o puntos de daño del ducto— la lechada puede filtrarse durante la inyección, dejando porciones sin llenar. La lechada filtrada también compromete la protección contra la corrosión del tendón en la ubicación de la fuga.
Segregación de la lechada. Las lechadas premezcladas con exceso de agua añadida en obra pueden segregarse —las partículas de cemento más pesadas se asientan, mientras que el agua más ligera asciende, creando una zona de lechada porosa con alta relación agua-cemento en la parte superior del ducto. La segregación se detecta mediante análisis petrográfico de muestras de lechada que muestran estratificación.
Los vacíos se encuentran más comúnmente en:
Los vacíos en la lechada crean condiciones para la corrosión localizada acelerada del acero de pretensado. Dentro de un vacío:
La velocidad de corrosión en un vacío puede ser órdenes de magnitud mayor que en regiones correctamente inyectadas. Las investigaciones del FDOT han documentado corrosión de tendones del 10% o más de la sección transversal del cordón dentro de vacíos en puentes de menos de 20 años de antigüedad —estructuras diseñadas para una vida útil de 75–100 años.
La entrada de agua en los ductos de postensado es la segunda amenaza de durabilidad más significativa después de los vacíos en la lechada. El agua que ingresa al sistema de ductos transporta cloruros, sulfatos y otros agentes corrosivos que atacan el acero de pretensado.
Anclajes. El anclaje es el punto de entrada más vulnerable. Los bolsillos de tensado mal sellados, las tapas de encapsulación falladas, las cavidades de tapas sin inyectar y los huecos entre la placa de apoyo y la trompeta proporcionan vías directas para que el agua llegue a las cuñas y las colas de los cordones. El agua que entra por el anclaje puede migrar a lo largo del tendón distancias considerables a través de los espacios intersticiales entre los alambres individuales de los cordones —un fenómeno conocido como migración de agua por efecto mecha.
Ductos dañados. Los ductos aplastados o rasgados durante la construcción —por sobrevibración, movimiento del encofrado o congestión de armaduras— crean aberturas para la entrada de agua. En servicio, la corrosión de los ductos metálicos puede perforar la vaina, creando puntos de entrada adicionales.
Empalmes y acopladores fallados. Los empalmes que no se sellaron adecuadamente durante la construcción o que se degradan con el tiempo permiten la entrada de agua en la unión.
Ventilaciones y entradas. Las ventilaciones y entradas de lechada que no se sellan adecuadamente después de la inyección, o donde los sellantes fallan con el tiempo, proporcionan puntos de entrada de agua en los puntos más altos del tendón —exactamente donde es más probable que existan vacíos.
Los iones de cloruro de las sales de deshielo, el rocío marino o los entornos industriales penetran el recubrimiento de hormigón mediante difusión y absorción capilar. Una vez que los cloruros alcanzan el ducto, pueden entrar a través de cualquier abertura y acumularse en la superficie del acero. El umbral crítico de cloruros para el acero de pretensado es aproximadamente 0,2% en masa de cemento —significativamente más bajo que el umbral de 0,4–1,0% para el acero de armadura convencional— porque el mayor nivel de tensión hace que el acero de pretensado sea más susceptible a la corrosión por picaduras inducida por cloruros.
La entrada de agua se detecta mediante:
La corrosión del ducto afecta a los ductos metálicos y, en casos extremos, puede comprometer la función protectora del ducto. Los ductos plásticos son inherentemente resistentes a la corrosión, eliminando este modo de fallo.
Los ductos de acero galvanizado se corroen a través de varios mecanismos:
Consumo de zinc. El recubrimiento de zinc galvanizado proporciona protección de sacrificio —el zinc se corroe preferentemente respecto al acero subyacente. En entornos agresivos (alto cloruro, bajo pH, alta humedad), el recubrimiento de zinc puede consumirse en 10–20 años.
Perforación del acero. Después del agotamiento del zinc, el acero base se corroe. La perforación de la pared del ducto crea una vía directa para que el agua y los cloruros lleguen al tendón. La corrosión por picaduras puede producir agujeros de perforación en 5–15 años en entornos agresivos.
Acoplamiento galvánico. En presencia de un electrolito (agua con cloruros), se forma una celda galvánica entre el recubrimiento de zinc y los cordones de acero de alta resistencia. El zinc, siendo más anódico, se corroe preferentemente —pero el potencial galvánico también puede impulsar la corrosión del cordón si el zinc se consume localmente.
La corrosión del ducto se detecta mediante:
La inspección de ductos de postensado se basa en una combinación de métodos de ensayos no destructivos (NDT) e investigación destructiva dirigida. El protocolo de inspección progresiva recomendado por la práctica de la industria (según FPrimeC, FDOT y PTI DC80.3-12) sigue cuatro pasos.
El GPR utiliza ondas electromagnéticas de alta frecuencia (antenas de 900–1600 MHz para inspección PT) transmitidas al hormigón. Se producen reflexiones en las interfaces donde cambia la permitividad dieléctrica. El GPR mapea rápidamente la disposición completa de los tendones a lo largo del elemento, identifica ductos metálicos versus plásticos basándose en la polaridad de la reflexión de la señal y detecta la acumulación de humedad alrededor de los ductos. Un levantamiento GPR de un vano de puente típico puede completarse en 2–4 horas con una preparación mínima de la superficie. La limitación clave: el GPR no puede distinguir de manera fiable la lechada sólida de la lechada blanda o los vacíos pequeños porque el contraste dieléctrico entre la lechada fraguada y el aire seco puede ser insuficiente.
El Eco de Impacto es un método NDT unilateral que utiliza un impacto mecánico para generar ondas de tensión (2–50 kHz) en el hormigón. Las ondas se propagan hacia el interior del elemento y se reflejan en los límites internos —vacíos, delaminaciones, ductos o la superficie posterior. Un transductor registra el desplazamiento superficial causado por las ondas reflejadas, y la señal en el dominio del tiempo se transforma al dominio de la frecuencia utilizando la Transformada Rápida de Fourier (FFT).
La frecuencia dominante f se relaciona con la profundidad d de la interfaz reflectante mediante:
d = β × Vp / (2f)
donde Vp es la velocidad de la onda P en el hormigón (típicamente 3600–4200 m/s para hormigón de buena calidad) y β es un factor de forma (típicamente 0,96 para una placa). Un vacío de lechada en un ducto produce un cambio de frecuencia distinto —típicamente una frecuencia más baja— en comparación con un ducto sólidamente inyectado. El ensayo IE es rápido, rentable y solo requiere acceso unilateral.
Avances recientes combinan IE con aprendizaje profundo —un método de dos etapas que utiliza eco de impacto y redes neuronales convolucionales para la detección automatizada de la compacidad de la inyección, logrando >90% de precisión en la identificación de vacíos en ensayos controlados.
La tomografía UPE utiliza matrices de transductores ultrasónicos de baja frecuencia (25–100 kHz) para producir imágenes tomográficas 3D de las características internas. Múltiples transductores se disparan en secuencia, y las señales reflejadas se procesan utilizando Técnicas de Enfoque por Apertura Sintética (SAFT) o algoritmos de Captura de Matriz Completa con Método de Enfoque Total (FMC/TFM).
La UPE proporciona información detallada de sección transversal sobre la condición del ducto —distinguiendo lechada sólida, lechada blanda, vacíos y vacíos llenos de agua basándose en los contrastes de impedancia acústica. Los sistemas modernos (por ejemplo, Proceq Pundit PD8050) se integran con visualización de realidad aumentada, proporcionando a los inspectores representaciones 3D intuitivas de las ubicaciones de los vacíos.
La limitación es una velocidad de levantamiento más lenta en comparación con el cribado con GPR y la necesidad de interpretación capacitada. Sin embargo, cuando la UPE se utiliza en combinación con GPR para la localización precisa del ducto, la precisión de detección de vacíos en lechada supera el 85%.
La inspección con boroscopio proporciona confirmación visual directa de las condiciones internas. Un boroscopio de fibra óptica o video de pequeño diámetro (típicamente 6–10 mm de diámetro) se inserta a través de las entradas de lechada, salidas o puertos de inspección perforados. Los boroscopios con puntas articuladas pueden inspeccionar en múltiples direcciones desde un solo punto de acceso, y aquellos con cabezales de cámara proporcionan video de alta resolución e imágenes fijas.
El inspector observa directamente:
En el estudio de caso del puente de la Columbia Británica (Haixue, PTI Journal 2017), se perforaron agujeros de 3/4 de pulgada en las ubicaciones de vacíos sospechosos confirmados por eco de impacto. La inspección con boroscopio reveló productos de corrosión a lo largo de los cordones dentro de los vacíos, confirmando que existían vacíos de 25–33 pies de longitud y habían iniciado la corrosión.
Según la práctica de la industria, un mínimo del 5% de las ubicaciones de ensayo debe ser validado con métodos invasivos —extracción de testigos a través del hormigón de recubrimiento para exponer el ducto, o inspección con boroscopio a través de puertos perforados. Esta validación calibra los resultados de NDT y proporciona evidencia definitiva de la condición del ducto. El FDOT y la FHWA recomiendan protocolos progresivos de múltiples métodos donde los resultados de GPR informan las ubicaciones de ensayo IE/UPE, y los resultados de NDT informan las ubicaciones de boroscopio y testigos.
Las consecuencias de los defectos en los ductos —vacíos, entrada de agua, corrosión— van desde el deterioro localizado del cordón hasta el fallo estructural completo.
Dentro de un ducto con vacíos o lleno de agua, tres mecanismos de corrosión afectan al acero de pretensado:
Corrosión uniforme. La pérdida general de sección transversal ocurre en la superficie expuesta. La velocidad de corrosión en un vacío con mojado y secado cíclico puede alcanzar 0,1–0,5 mm/año —suficiente para reducir un alambre de 5 mm de diámetro a 4 mm en 2–5 años. Dado que el cordón está tensado al 70–80% de su resistencia máxima a tracción, una reducción del 20% en la sección transversal reduce el factor de seguridad de 1,25 a 1,0, y cualquier carga adicional puede causar fractura.
Corrosión por picaduras. El ataque localizado produce picaduras profundas y estrechas que actúan como concentradores de tensión. Una picadura de solo 1 mm de profundidad en un alambre de 5 mm puede reducir la sección transversal neta y crear un factor de concentración de tensión de 3–5, iniciando una fractura frágil con tensiones nominales muy por debajo del límite elástico.
Corrosión bajo tensión (SCC). La acción combinada de la tensión de tracción sostenida y un entorno corrosivo produce grietas frágiles que se propagan perpendicularmente a la dirección de la tensión. La SCC en acero de pretensado ocurre con concentraciones de cloruro superiores al 0,07% en peso de lechada y puede causar fallos en cuestión de meses desde su iniciación.
Fragilización por hidrógeno. El hidrógeno atómico producido por las reacciones de corrosión se difunde en la red del acero, reduciendo la ductilidad y causando fractura frágil repentina. Los aceros de alta resistencia (>1200 MPa de resistencia a tracción) son los más susceptibles —todos los cordones de pretensado Grado 270 (1860 MPa) se encuentran en esta categoría.
Puente Mid-Bay, Florida (inspección de los años 1990). La inspección reveló una cabeza de anclaje postensada en la superficie del hormigón con todos los cordones conectantes severamente corroídos. El tendón fallado representaba una pérdida del 16% de la capacidad estructural. Una investigación adicional encontró ducto plástico partido, mala calidad de la lechada y extensa corrosión relacionada con vacíos.
Puente Sunshine Skyway, Florida. Los tendones de bucle vertical en columnas de puente exhibieron corrosión que superaba el 10% de la longitud total del cordón en menos de 20 años de servicio —una estructura diseñada para una vida útil de 100 años. La entrada de agua en los anclajes y el llenado inadecuado de lechada fueron las causas raíz.
Viaducto ferroviario de Huntingdon, Reino Unido (proyecto Structures Moonshot). La investigación NDT mediante GPR, pulso eco ultrasónico y eco de impacto reveló múltiples vacíos en la lechada, armadura transversal colocada incorrectamente, falta de armadura horizontal sobre los ductos y vacíos localizados alrededor de barras de armadura dobles. La investigación demostró que los enfoques NDT con múltiples tecnologías proporcionan la mayor confianza en la identificación de defectos en los ductos.
El impacto económico de los problemas en los ductos es sustancial. Los costos de detección de vacíos y reparación de lechada típicamente oscilan entre $5,000–$20,000 por tendón dependiendo del acceso y la extensión del vacío. El reemplazo de tendones (para sistemas no adheridos) cuesta $50,000–$200,000 por tendón. La rehabilitación estructural completa de puentes PT dañados por corrosión puede superar los $10 millones. El costo preventivo de una inyección adecuada y control de calidad durante la construcción es una fracción del costo de reparación.
Cuando se detectan y confirman vacíos, la reparación es esencial para restaurar la protección contra la corrosión y la adherencia estructural.
La inyección al vacío es el método de reparación más eficaz para vacíos existentes. El procedimiento según PCI y la práctica de la industria:
Para vacíos largos (que excedan 5–10 metros), el proceso de inyección al vacío se realiza secuencialmente —el vacío se divide en segmentos perforando agujeros de acceso a intervalos, y cada segmento se inyecta al vacío de forma independiente. Esto asegura el llenado completo de toda la longitud del vacío sin riesgo de atrapar bolsas de aire.
TarmacView ofrece servicios expertos de evaluación no destructiva para puentes postensados e infraestructura de hormigón, incluyendo ensayos de eco de impacto, GPR y ultrasonidos para la evaluación de la condición de ductos PT. Contáctenos para programar un estudio de vacíos en lechada o una inspección de tendones.
El postensado (PT) es un método de pretensado de hormigón en el que tendones de acero de alta resistencia se tesan después del endurecimiento del hormigón, apli...
La inyección de lechada es el proceso de inyectar lechada cementicia en los conductos de tendones de postensado después del tesado, proporcionando adherencia en...
Un tendón de pretensado es un elemento de acero de alta resistencia — típicamente un cordón de siete alambres, alambre o barra — utilizado en hormigón pretensad...
