Postensado en Estructuras de Hormigón

Principios del Pretensado

El hormigón pretensado es aquel en el que se introducen intencionadamente tensiones internas de compresión — típicamente mediante el tesado de elementos de acero de alta resistencia — para contrarrestar las tensiones de tracción que se desarrollarán bajo cargas de servicio. La resistencia a la tracción del hormigón es aproximadamente solo el 10% de su resistencia a la compresión, variando de 2 a 5 MPa (300–700 psi) según la calidad, en comparación con resistencias a la compresión de 20 a 80 MPa (3000–12,000 psi). Sin pretensado, el hormigón se fisuraría bajo tensiones de tracción relativamente bajas, limitando las luces y requiriendo secciones más profundas. El pretensado retrasa o elimina eficazmente estas fisuras, produciendo un material estructural que se comporta elásticamente bajo cargas de servicio.

El principio fundamental consiste en aplicar compresión a las regiones de un elemento que posteriormente experimentarán tracción bajo las cargas aplicadas. Un gato hidráulico tesa el tendón de acero (cordón o barra) aproximadamente al 70–80% de su resistencia última a la tracción — típicamente 0.75 fpu para aplicaciones normales, donde fpu es la resistencia a la tracción especificada del acero de pretensado. Después de anclar el tendón contra el hormigón mediante anclajes mecánicos, el tendón intenta acortarse elásticamente. Esta fuerza de acortamiento se transfiere como compresión a la sección de hormigón. Cuando se aplican las cargas de servicio, las tensiones de tracción inducidas deben primero superar esta compresión preexistente antes de que se desarrolle alguna tracción neta en el hormigón.

La “analogía del libro” se utiliza a menudo para explicar el principio: apile libros uno al lado del otro y apriételos firmemente desde ambos extremos. La compresión crea suficiente fricción para que la pila pueda levantarse como una sola unidad e incluso soportar carga adicional encima sin que los libros se desarmen. El elemento de hormigón se comporta de manera similar bajo pretensado — la fuerza de compresión mantiene unido el material contra los momentos flectores aplicados.

Estados tensionales clave en un elemento postensado incluyen tres condiciones críticas. Condición inicial en el momento de la transferencia de fuerza: el hormigón está comprimido y el tendón soporta la fuerza de tesado menos las pérdidas inmediatas. Las pérdidas inmediatas incluyen la pérdida por fricción entre el tendón y el conducto (caracterizada por el coeficiente de ondulación k y el coeficiente de curvatura μ según AASHTO LRFD), el acortamiento elástico del hormigón a medida que se comprime bajo la fuerza de pretensado, y la pérdida por asentamiento al asentarse las cuñas en el anclaje tras la liberación del gato. Condición de servicio bajo cargas de diseño completas: las cargas aplicadas inducen tracción, reducida por la compresión existente. El objetivo es tensión cero (totalmente pretensado — Clase U según ACI 318) o tensión limitada dentro de la capacidad de tracción del hormigón (parcialmente pretensado — Clase T o C). Condición última en la falla: el pretensado contribuye a la resistencia última a flexión, y la sección se analiza de manera similar al hormigón armado utilizando compatibilidad de deformaciones y equilibrio.

Pretensado vs postensado representa las dos categorías fundamentales de hormigón pretensado. En el pretensado, los tendones se tesan entre apoyos fijos en una planta de prefabricados antes de vaciar el hormigón. Después de que el hormigón alcanza suficiente resistencia (típicamente 24–48 horas al 70% de la resistencia a la compresión especificada), los tendones se liberan, transfiriendo la fuerza al hormigón mediante la adherencia entre el acero y el hormigón circundante. El pretensado es eficiente para la producción en masa de elementos prefabricados estandarizados como losas alveolares, dobles T y vigas de puente AASHTO, con rangos de luz de hasta aproximadamente 60 m. En el postensado, los tendones se tesan después de que el hormigón ha endurecido. Los conductos se colocan en el encofrado antes del vaciado, el hormigón se vierte y cura, y luego los tendones se enhebran a través de los conductos y se tesan contra el hormigón endurecido. La fuerza se transfiere mediante anclajes mecánicos que apoyan directamente sobre el hormigón en lugar de mediante adherencia. El postensado permite luces desde 20 m hasta más de 200 m y es el método dominante para puentes construidos in situ, construcción segmental y losas de edificios.

Pretensado interno y externo abordan diferentes configuraciones estructurales. El pretensado interno utiliza tendones embebidos dentro de la sección transversal de hormigón, que es la disposición más común. El pretensado externo sitúa los tendones fuera del hormigón — por ejemplo, dentro de los huecos de vigas cajón — y se utiliza frecuentemente para el refuerzo de estructuras existentes. El pretensado lineal se aplica a vigas, losas y viguetas, mientras que el pretensado circular envuelve tendones alrededor de la circunferencia de tanques, tuberías y silos para resistir la tracción circunferencial de la presión interna.

Componentes del Sistema de Postensado

Acero de Pretensado — Cordones y Barras

El tipo predominante de acero de pretensado en el postensado moderno es el cordón de 7 alambres que cumple con ASTM A416/A416M. Cada cordón consiste en seis alambres exteriores enrollados helicoidalmente alrededor de un alambre central recto (alambre rey) en una configuración 1×7. El enrollamiento helicoidal proporciona trabazón mecánica con la lechada (en sistemas adheridos) y permite que el cordón sea sujetado eficazmente por las cuñas. El cordón Grado 270 (resistencia a la tracción especificada de 1860 MPa) con características de baja relajación es el estándar para la mayoría de las aplicaciones PT, donde la relajación a las 1000 horas está limitada a ≤ 2.5% según ASTM A416.

El cordón de 0.6 in (15.24 mm) ha reemplazado en gran medida al cordón de 0.5 in (12.7 mm) como estándar de la industria para la construcción de puentes porque su mayor área transversal reduce el número de cordones necesarios para una fuerza de pretensado dada, simplificando las zonas de anclaje y reduciendo la congestión en los conductos. Las tolerancias de tamaño del cordón significan que las dimensiones reales varían de las nominales; PTI hace referencia a la Resistencia Última Mínima a la Tracción (MUTS) como criterio de aceptación en lugar de las dimensiones nominales.

Barras de alta resistencia que cumplen con ASTM A722/A722M Tipo II proporcionan una alternativa a los cordones para aplicaciones específicas. Las barras están disponibles en Grado 150 (resistencia a la fluencia mínima de 1035 MPa) con diámetros desde 16 mm (5/8 in) hasta más de 50 mm (2 in). Las aplicaciones típicas en puentes utilizan barras de 32 mm (1-1/4 in) o 35 mm (1-3/8 in) de diámetro para postensado transversal, postensado vertical en almas y confinamiento de zonas de anclaje. Las barras son inherentemente menos susceptibles a la corrosión que los cordones debido a su menor resistencia, mayor diámetro transversal y menor relación superficie-volumen. Los sistemas de barras también se utilizan para anclajes de suelo, anclajes de roca y amarres de cimentación donde se requieren altas fuerzas en longitudes cortas.

Anclajes

Anclajes activos (de tesado) están ubicados en el extremo donde el gato hidráulico apoya contra el hormigón. El conjunto completo de anclaje incluye varios componentes. La placa de apoyo transfiere la fuerza del tendón al hormigón; puede ser una placa plana básica para tendones más pequeños o una pieza fundida especial con armadura de confinamiento integral para tendones de múltiples cordones. La tensión de apoyo bajo la placa está limitada por las disposiciones de ACI 318, típicamente a 0.85 fci’ √(A₂/A₁) donde fci’ es la resistencia a la compresión del hormigón en la transferencia y A₂/A₁ es la relación entre la superficie de soporte y el área de apoyo, limitada a un máximo de 2. La placa de cuñas (sistemas de múltiples cordones) aloja las cuñas individuales para cada cordón. Las cuñas son componentes de acero tratado térmicamente, de dos o tres partes, con forma cónica y serraciones internas (dientes) que agarran el cordón cuando se libera la tensión. El ángulo de la cuña y el patrón de serraciones están diseñados para proporcionar un agarre seguro sin dañar los alambres del cordón ni causar concentraciones de tensión. La trompeta forma la transición entre la placa de apoyo y el conducto, proporcionando un camino suave para el tendón y sellando el extremo del conducto. La armadura de confinamiento — típicamente armadura en espiral — rodea la zona de anclaje local para resistir las fuerzas de estallido y descascarillado que se desarrollan a medida que la fuerza de pretensado concentrada se extiende hacia la sección de hormigón. La tapa de encapsulación proporciona protección contra la corrosión sellando el anclaje expuesto después del tesado.

Anclajes pasivos (fijos) son el extremo no tesado. Para tendones no adheridos de un solo cordón, el extremo pasivo se ensambla típicamente en fábrica con un accesorio engastado en forma de bala que apoya contra un cono de hormigón. Para tendones adheridos de múltiples cordones, el extremo pasivo consiste típicamente en una placa de apoyo similar al extremo activo pero sin la placa de cuñas.

Anclajes intermedios están ubicados en juntas de construcción para permitir el tesado por etapas de porciones de un tendón. Esto es común en la construcción de puentes segmentales donde los tendones en voladizo se tesan en cada segmento antes de vaciar o erigir el siguiente segmento.

Zonas de anclaje se dividen en dos regiones según la terminología de PTI. La zona local es la región prismática que rodea inmediatamente la placa de apoyo, incluyendo la armadura de confinamiento y el recubrimiento mínimo de hormigón. La zona general (región de Saint-Venant) se extiende desde el anclaje una distancia igual a la profundidad total del elemento, a través de la cual la fuerza de pretensado concentrada se distribuye hasta una distribución lineal de tensiones.

Conductos PT

Los conductos forman el vacío en el que se coloca el tendón y, para sistemas adheridos, contienen la lechada. Se utilizan dos tipos de conductos.

Conductos de acero corrugado se enrollan en espiral a partir de chapa de acero galvanizado con un espesor de pared mínimo de aproximadamente 0.6 mm (0.024 in). Las corrugaciones proporcionan adherencia mecánica entre el conducto y el hormigón circundante, y entre el conducto y la lechada, asegurando la acción compuesta. Según las Especificaciones de Diseño de Puentes AASHTO LRFD, el área transversal interior mínima del conducto debe ser 2.0 a 2.5 veces el área neta del tendón. Para un tendón de 19 cordones de 0.6 in con un área total de acero de 2660 mm², el área mínima del conducto es de 5320 mm², correspondiente a un diámetro interior de conducto de aproximadamente 82 mm. En la práctica, los diámetros interiores de los conductos varían desde aproximadamente 60 mm para tendones pequeños hasta más de 200 mm para tendones grandes de múltiples cordones. Los conductos de acero deben galvanizarse para resistir la corrosión y deben estar adecuadamente soportados dentro del encofrado para evitar desplazamientos durante la colocación del hormigón.

Conductos de HDPE (plástico) se fabrican de polietileno de alta densidad con superficies exteriores corrugadas o nervadas para la adherencia con el hormigón. Los conductos plásticos ofrecen varias ventajas: son inherentemente resistentes a la corrosión sin acoplamiento galvánico con el acero, proporcionan un recinto estanco cuando se conectan adecuadamente, tienen coeficientes de fricción más bajos que los conductos de acero y son lo suficientemente flexibles para adaptarse a perfiles curvos sin doblarse. Los conductos plásticos requieren protección UV si se almacenan a la luz solar antes de la instalación y deben conectarse adecuadamente en las juntas para evitar fugas de lechada. Los conductos plásticos son cada vez más preferidos para entornos agresivos y son requeridos para el Nivel de Protección de Tendones PL-3 de FHWA.

Lechada

La lechada cementosa es el material bombeado al conducto después del tesado para crear adherencia entre el tendón y el hormigón circundante (para sistemas adheridos) y para proporcionar protección contra la corrosión mediante un ambiente alcalino. Según PTI M55.1 (Especificación para la Inyección de Lechada en Estructuras Postensadas), la lechada debe cumplir requisitos estrictos: relación agua/cemento ≤ 0.44; resistencia a la compresión a 28 días ≥ 35 MPa (5000 psi) según ASTM C109; cero agua de sangrado después del mezclado inicial según ASTM C940; expansión plástica de 0–10% después de 3 horas según ASTM C1741; tiempo de fluidez de 11–30 segundos según ASTM C939; contenido máximo de iones cloruro < 0.08% en masa del material cementoso; y retención de fluidez durante ≥ 30 minutos después del mezclado. Las lechadas preenvasadas son fuertemente preferidas por su consistencia y control de calidad. Las lechadas tixotrópicas — que se espesan en reposo pero fluyen cuando se agitan — se utilizan para tendones verticales donde el descuelgue o drenaje serían una preocupación.

Sistemas de Encapsulación

Un tendón encapsulado está completamente encerrado en un recubrimiento estanco de extremo a extremo. El sistema incluye un revestimiento plástico (para no adherido) o conducto plástico (para adherido), recubrimiento inhibidor de corrosión, una tapa de encapsulación sobre cada anclaje, y conexiones selladas de trompeta y acoplador. FHWA define cuatro Niveles de Protección de Tendones: PL-1A (interior estándar), PL-1B (exterior estándar), PL-2 (mejorado para exposición moderada) y PL-3 (protección máxima para entornos agresivos, con sistemas completamente encapsulados, conductos plásticos y anclajes sellados).

Postensado Adherido versus No Adherido

Sistemas PT Adheridos

En el postensado adherido, el acero de pretensado se coloca dentro de un conducto corrugado (acero o plástico) que se vacía dentro del hormigón. Después de que el hormigón alcanza suficiente resistencia y los tendones se tesan, se bombea lechada cementosa al conducto bajo presión, llenando completamente todos los vacíos alrededor de los tendones. Una vez que la lechada endurece, crea una adherencia mecánica y química permanente entre el tendón y el hormigón circundante.

El tendón adherido no puede moverse respecto al hormigón después de la inyección — la transferencia de fuerza ocurre mediante tensión de adherencia en una corta longitud de transferencia. La lechada proporciona un ambiente alcalino (pH 12.5–13) que pasiva la superficie del acero, formando una capa estable de óxido de hierro que resiste la corrosión. En la carga última, los cordones adheridos pueden alcanzar su tensión de fluencia porque la adherencia permite la compatibilidad de deformaciones con el hormigón adyacente. Los sistemas adheridos proporcionan resistencia al colapso progresivo — si un cordón se fractura, el cordón adherido puede desarrollar su fuerza en una distancia corta dentro de la lechada, evitando la propagación catastrófica.

Aplicaciones incluyen puentes (segmentales, in situ, vigas empalmadas), vigas de transferencia grandes en edificios, estructuras de carga pesada y estructuras en entornos marinos o agresivos donde la protección superior contra la corrosión es esencial.

Desventajas incluyen la necesidad de operaciones de inyección de lechada con mano de obra calificada y riguroso control de calidad y ensayos, mayores pérdidas por fricción (los coeficientes de ondulación y curvatura para conductos de acero son k = 0.0002/pie y μ = 0.15–0.25 según AASHTO), el hecho de que los tendones adheridos internos no pueden ser reemplazados, y la necesidad de conductos estancos para evitar fugas de lechada.

Sistemas PT No Adheridos

En el postensado no adherido, cada cordón se recubre individualmente con grasa inhibidora de corrosión y se extrusiona con una vaina plástica continua (HDPE) a través de la cual el cordón puede moverse libremente respecto al hormigón. La fuerza se transfiere solo a través de los anclajes extremos y, para tendones externos, desviadores intermedios.

En la carga última, la tensión del cordón no adherido está limitada porque la deformación no es compatible con el hormigón adyacente. La tensión en la resistencia nominal a flexión (fps) para tendones no adheridos se calcula según ACI 318 usando ecuaciones simplificadas que consideran la relación luz-profundidad y la cuantía de armadura adherida. Los sistemas no adheridos tienen menores pérdidas por fricción que los sistemas adheridos porque no hay contacto de lechada a lo largo de la longitud. El monocordón (monostrand) es la configuración más común para aplicaciones en edificios.

Aplicaciones incluyen losas de edificios (elevadas y sobre terreno), estacionamientos, cimentaciones tipo losa, vigas y viguetas en edificios, y estructuras donde pueda ser necesaria una modificación futura.

Ventajas incluyen instalación rápida (sin inyección de lechada ni tiempo de curado), reemplazabilidad (los cordones no adheridos pueden destensarse y extraerse), menores pérdidas por fricción que requieren menos cordones para la misma fuerza de pretensado, deflexión reducida en comparación con secciones adheridas equivalentes, y creación más fácil de aberturas futuras.

Desventajas incluyen menor protección contra la corrosión (solo grasa y vaina plástica), vulnerabilidad en los anclajes donde el agua puede ingresar en el bolsillo, potencial de colapso progresivo si fallan los anclajes, menor resistencia última a flexión en comparación con sistemas adheridos equivalentes, mayor deflexión a largo plazo bajo cargas sostenidas, y más armadura no pretensada requerida según el código.

Tabla Comparativa

Sistemas Híbridos

Los sistemas adheridos y no adheridos pueden combinarse dentro de una misma estructura. Por ejemplo, tendones monocordón no adheridos en niveles de piso típicos con tendones adheridos de múltiples cordones en vigas de transferencia y columnas. Este enfoque optimiza las ventajas de cada sistema — instalación rápida y reemplazabilidad para las losas, y alta resistencia última con protección superior contra la corrosión para elementos estructurales críticos.

Inyección de Lechada y Protección contra la Corrosión

Requisitos de la Lechada Cementosa

La inyección de lechada es la operación de control de calidad más crítica en el postensado adherido. PTI M55.1-12 (actualizado a M55.1-19) define la especificación para la inyección de lechada en estructuras postensadas. La lechada debe cumplir propiedades frescas y endurecidas estrictas.

Las lechadas preenvasadas son fuertemente preferidas por su consistencia, ya que se mezclan en fábrica con proporciones precisamente controladas de cemento, materiales cementosos suplementarios (humo de sílice, ceniza volante), agentes de expansión, plastificantes e inhibidores de corrosión. Las lechadas mezcladas en campo requieren ensayos de control de calidad rigurosos para cada lote.

Lechadas tixotrópicas están formuladas para permanecer rígidas en reposo (evitando el descuelgue o drenaje en tendones verticales o inclinados) pero fluir fácilmente cuando se someten a presión de bombeo. Esta propiedad reversible las hace ideales para elevaciones verticales y tendones de alma inclinados en puentes segmentales.

Inyección al Vacío

Para tendones largos (mayores de 50 m), perfiles verticales o inclinados, y entornos agresivos, se especifica la inyección al vacío. Una bomba de vacío genera una presión negativa de aproximadamente −0.08 MPa (−0.8 bar) en la salida más alta antes de que la lechada se bombee desde la entrada más baja. El vacío elimina el aire del conducto, evitando bolsas de aire atrapadas que de otro modo permanecerían como vacíos. La lechada es aspirada hacia el conducto tanto por la presión de bombeo como por la presión negativa, asegurando el llenado completo de los espacios anulares delgados entre los alambres individuales de los tendones de múltiples cordones. La inyección al vacío reduce significativamente el riesgo de vacíos de lechada, el defecto de durabilidad más común en sistemas PT adheridos.

Operaciones de Inyección

La inyección debe realizarse dentro de un tiempo limitado después del tesado — típicamente ≤ 20 días, con intervalos más cortos especificados para entornos agresivos donde los tendones están expuestos a humedad o cloruros. La lechada se bombea continuamente desde la entrada más baja hasta la salida más alta. Todas las salidas deben descargar lechada de la misma consistencia que la entrada antes de cerrarse secuencialmente. La presión mínima de la tapa de lechada en la salida más alta es típicamente de 0.5–1.0 MPa. Después de la inyección, las entradas y salidas se sellan con válvulas de cierre positivo, y las tapas permanecen presurizadas durante el período de fraguado inicial.

Estrategia de Protección contra la Corrosión

La protección contra la corrosión en estructuras PT sigue una estrategia de tres niveles. Nivel 1 — Lechada proporciona pasivación alcalina (pH 12.5–13), formando una capa estable de óxido de hierro pasivo en la superficie del acero. Nivel 2 — Conducto y encapsulación proporcionan una barrera física contra la entrada de agua y cloruros. Nivel 3 — Recubrimiento de hormigón proporciona protección terciaria. Para entornos agresivos (marinos, sales de deshielo, industriales), la protección mejorada incluye sistemas completamente encapsulados con conductos plásticos, anclajes sellados con tapas de encapsulación, cordón recubierto de epoxi según ASTM A882, y cordón de acero inoxidable para entornos extremos.

Postensado para Puentes

Métodos de Construcción Segmental

Construcción en voladizo equilibrado es el método más utilizado para puentes postensados de luz media a larga. Los segmentos se erigen simétricamente alrededor de cada pila — ya sean segmentos prefabricados de hormigón colado contra colado o in situ utilizando carros de avance. Los segmentos prefabricados se cuelan contra los segmentos adyacentes en el patio de prefabricación para asegurar un ajuste perfecto en las juntas, que se encolan con epoxi antes de aplicar el postensado. El voladizo equilibrado in situ utiliza encofrados viajeros que soportan cada segmento recién vaciado hasta que los tendones del voladizo se tesan. Los rangos de luz van de 50 a 230 m para prefabricado y hasta más de 230 m para in situ. El sistema de tendones incluye tendones en voladizo en la losa superior o almas que resisten la carga muerta durante la construcción, y tendones de continuidad en la losa inferior que se tesan después del colado de la junta de cierre para resistir los momentos positivos de carga viva.

Construcción vano por vano utiliza una celosía de erección o pórtico para soportar un vano completo. Los segmentos se unen con epoxi y se postensan en una sola operación, logrando típicamente un ciclo de construcción de un vano por semana. El rango de luz es típicamente ≤ 45 m (150 pies). Los tendones externos ubicados dentro del hueco de la viga cajón son comunes, desviados en sillas intermedias para crear el perfil requerido. Los tendones externos son inspeccionables y reemplazables durante toda la vida de la estructura.

Construcción en voladizo progresivo comienza en un estribo y avanza incrementalmente hacia el estribo opuesto, con segmentos entregados a lo largo de la porción completada y añadidos en el extremo de avance. Se requieren apoyos temporales a mitad del vano. Este método se utiliza donde el acceso es limitado, como en el Viaducto Linn Cove en Blue Ridge Parkway.

Puentes Postensados In Situ

Para luces más cortas (20–50 m), los puentes postensados in situ sobre cimbra son económicos. La superestructura se vacía sobre apoyos temporales, típicamente utilizando secciones transversales macizas o celulares. Los perfiles de tendones curvados son bajos en el centro del vano y se elevan hacia la parte superior en los apoyos interiores para vanos continuos, creando la excentricidad variable que proporciona capacidad tanto para momentos positivos como negativos a lo largo del vano. El postensado transversal en la losa superior de vigas cajón, espaciado a 0.6–0.9 m, distribuye las cargas de rueda transversalmente y controla el agrietamiento longitudinal. El postensado vertical en almas y diafragmas proporciona confinamiento en las zonas de anclaje.

Puentes de Vigas I Empalmadas

Las vigas AASHTO o bulb-T prefabricadas se pretensan para el peso propio, se erigen como vanos simples, y luego se hacen continuas mediante juntas de cierre in situ. Los conductos de postensado longitudinal en las almas se empalman en los cierres, y el postensado se aplica en fases — algunos tendones se tesan en la sección no compuesta, el resto después de que la losa del tablero cure.

Cables de Atirantamiento y Puentes Extradosados

Los cables de atirantamiento en puentes atirantados son esencialmente tendones externos no adheridos con revestimiento de HDPE y relleno de cera o lechada. Las configuraciones incluyen arpa (paralelos), abanico (convergentes en la parte superior del pilono) y disposiciones semiabanico. Los planos de cables pueden ser central único o planos de borde gemelos. El rango de luz se extiende de 90 a 760 m para cruces importantes. Los puentes extradosados hibridan conceptos de puentes atirantados y postensados, con pilonos más cortos, inclinación de cables más plana, y el tablero actuando como el elemento portante principal. Son útiles donde la altura del pilono está restringida.

Postensado para Estructuras Aeroportuarias

Pavimentos de Hormigón Pretensado

Los pavimentos de hormigón pretensado (PCP) para aeropuertos se postensan con cordones de acero de alta resistencia y son significativamente más delgados que los pavimentos armados convencionales. El espesor típico es de 150–250 mm en comparación con 350–450 mm para pavimento de hormigón armado con juntas. La principal ventaja es la gran longitud de losa sin juntas — 150 a 300 m entre juntas — lo que elimina la mayoría de juntas y sus requisitos de mantenimiento asociados. La reducción del mantenimiento de juntas es particularmente valiosa para pavimentos aeroportuarios donde las fallas del sellador de juntas crean peligros de objetos extraños (FOD) y permiten la entrada de agua que acelera el deterioro del pavimento.

Normas de diseño de la FAA se definen en AC 150/5320-6E (Diseño y Evaluación de Pavimentos Aeroportuarios). El programa de diseño FAARFIELD utiliza análisis de elementos finitos 3D (NIKE3D_FAA) y análisis elástico por capas (LEAF) para calcular tensiones y deflexiones. El criterio de diseño para pavimentos rígidos es la tensión horizontal máxima en el borde inferior de la losa de PCC bajo carga de borde del tren de aterrizaje de aeronaves. La vida útil de diseño de 20 años utiliza la regla del factor de daño acumulativo (CDF) de Miner. Las presiones de neumáticos de aeronaves de hasta 1.5 MPa (221 psi) se consideran en el análisis. Las configuraciones del tren de aterrizaje se clasifican como Simple (S), Doble (D), Doble Tándem (2D), Triple Tándem (3D) y Cuádruple Tándem (4D).

Losas de Hangares y Estructuras Terminales

Las losas postensadas de alta resistencia en hangares soportan cargas de gatos de aeronaves y equipos pesados de mantenimiento. El espesor típico varía de 200 a 350 mm según el tipo de aeronave. Los grandes paneles con juntas mínimas proporcionan superficies de rodadura suaves para el movimiento de aeronaves. Los sistemas PT adheridos se utilizan comúnmente para protección contra la corrosión debido a la posible exposición a fluidos hidráulicos y productos químicos de deshielo. Las estructuras terminales postensadas utilizan sistemas de monocordón no adheridos para losas elevadas, permitiendo grandes espacios libres de columnas para la circulación de pasajeros.

Manual de Diseño de Aeródromos OACI (Doc 9157 Parte 3)

El Doc 9157 Parte 3 de la OACI proporciona orientación sobre las características de diseño de pavimentos y el sistema de Número de Clasificación de Pavimentos (PCN) para informar la resistencia portante. La distribución del peso de las aeronaves asigna aproximadamente el 95% del peso de la aeronave al tren de aterrizaje principal y el 5% al tren de morro. La nomenclatura de disposición de ruedas sigue configuraciones Simple (S), Doble (D), Triple (T) y Cuádruple (Q) con designaciones tándem (2S, 2D, 3D, etc.). El manual de la OACI se centra principalmente en la metodología de diseño convencional de pavimentos rígidos y flexibles, abordándose el diseño de pavimentos de hormigón pretensado a través de normas nacionales (FAA AC 150/5320 en los Estados Unidos) y el marco de la OACI proporciona la caracterización de la carga de aeronaves.

Problemas de Durabilidad del PT

Mecanismos de Corrosión

Corrosión inducida por cloruros es la causa más extendida del deterioro de los tendones. Los iones de cloruro (Cl⁻) de las sales de deshielo, la exposición marina o los entornos industriales penetran el recubrimiento de hormigón y rompen localmente la capa de óxido pasivo en el acero de pretensado. La corrosión por picaduras localizada se inicia y propaga bajo la alta tensión de tracción en el tendón. El umbral crítico de cloruros para el acero de pretensado es de aproximadamente 0.2% en masa de cemento — significativamente más bajo que para el acero de refuerzo convencional — porque el mayor nivel de tensión y la microestructura más fina del acero de alta resistencia lo hacen más susceptible. Las picaduras reducen el área transversal localmente, concentrando la tensión y potencialmente provocando una fractura frágil repentina sin advertencia visible previa.

Fisuración por Corrosión Bajo Tensión (SCC) resulta de la acción combinada de la tensión de tracción sostenida y un entorno corrosivo. La SCC produce fractura frágil a tensiones por debajo del límite elástico, sin deformación plástica significativa. Las especies agresivas comunes incluyen cloruros, nitratos, sulfatos y fosfatos. Una mayor dureza del acero aumenta la tasa de crecimiento de la fisura por SCC.

Fragilización por Hidrógeno es definida por PTI como el agrietamiento frágil en aceros de alta resistencia causado por la acción conjunta de la tensión de tracción y la presencia de hidrógeno atómico. El hidrógeno atómico se difunde en la red del acero, reduciendo la ductilidad y causando fractura frágil. Las fuentes incluyen sistemas de protección catódica sobreprotegidos, acoplamiento galvánico entre metales disímiles y reacciones de corrosión que producen iones de hidrógeno. La fragilización por hidrógeno es más peligrosa para aceros con resistencia a la tracción que excede los 1200 MPa — lo que incluye el cordón de pretensado Grado 270 (1860 MPa). La falla puede ser repentina y catastrófica sin indicación visible previa.

Vacíos de Lechada

Los vacíos de lechada son el defecto de durabilidad más común en sistemas PT adheridos. Los vacíos se forman en puntos altos de tendones curvados, anclajes y transiciones trompeta-conducto. Los mecanismos de formación incluyen evaporación del agua de sangrado (especialmente en tendones verticales e inclinados), mala práctica de inyección (presión de bombeo insuficiente, secuencia inadecuada de cierre de ventilaciones), ventilación inadecuada que atrapa aire en puntos altos, conductos con fugas que permiten la pérdida de lechada y llenado incompleto por bombeo unidireccional. Los vacíos proporcionan un espacio para la acumulación de agua y el reabastecimiento de oxígeno, creando condiciones para la corrosión localizada acelerada. La tasa de corrosión en un vacío puede ser órdenes de magnitud mayor que en regiones correctamente inyectadas porque el ambiente alcalino pasivo está ausente y el vacío puede ser periódicamente lavado con agua oxigenada.

Entrada de Agua en Anclajes

El anclaje es la zona más vulnerable para la entrada de agua. Los bolsillos de tesado mal sellados y las tapas de encapsulación sin inyectar proporcionan vías directas para que el agua llegue a las cuñas de acero y las colas de los cordones. Las vías secundarias incluyen fisuras en el hormigón alrededor de las placas de apoyo, selladores fallidos y formadores de bolsillos con fugas. La acumulación de agua en el anclaje provoca la corrosión de las cuñas y las colas de los cordones, pudiendo causar la pérdida de capacidad de anclaje y la falla del tendón.

Daños en Conductos y Fatiga por Rozamiento

Los daños en los conductos durante la construcción — conductos aplastados o rasgados por congestión de armaduras, sobreconsolidación del hormigón o movimiento del encofrado — crean aberturas para fugas de lechada y entrada de agua. Durante el servicio, los conductos de acero pueden corroerse en entornos con alto contenido de cloruros, eventualmente perforándose y creando vías para que los cloruros lleguen al tendón. Los tendones externos en sillas de desviación experimentan fatiga por rozamiento debido al movimiento cíclico del tendón contra la silla bajo carga viva. Este rozamiento reduce la sección transversal del cordón en la silla y puede iniciar fisuras por fatiga que se propagan bajo carga cíclica continua.

Inspección y END de Estructuras PT

Inspección Visual

La inspección visual es el primer paso en cualquier evaluación del estado de una estructura PT. Los inspectores examinan las regiones de anclaje en busca de fisuras, manchas o eflorescencias cerca de los bolsillos de anclaje; manchas de óxido a lo largo de los perfiles de los tendones; hormigón descascarado o delaminado sobre los conductos; tapas de encapsulación dañadas o faltantes; y manchas de agua en las juntas. Sin embargo, la inspección visual por sí sola no puede detectar corrosión interna de tendones, vacíos de lechada o cordones rotos. El daño comienza internamente y puede progresar significativamente antes de que aparezcan síntomas superficiales.

Ensayo de Impacto-Eco

Impacto-Eco (IE) es un método END unilateral que utiliza un impacto mecánico (típicamente un solenoide con resorte o una pequeña esfera de acero) para generar ondas de tensión de baja frecuencia (típicamente 2–50 kHz) en el hormigón. Las ondas se propagan hacia el interior del elemento y se reflejan en los límites internos — vacíos, delaminaciones, conductos o la superficie opuesta. Un transductor adyacente al punto de impacto registra el desplazamiento superficial causado por las ondas reflejadas. La señal resultante en el dominio del tiempo se transforma al dominio de la frecuencia utilizando una Transformada Rápida de Fourier (FFT). La frecuencia dominante (f) se relaciona con la profundidad de la interfaz reflectante (d) mediante d = β × Vp / (2f), donde Vp es la velocidad de la onda P y β es un factor de forma. Los vacíos de lechada en los conductos producen un desplazamiento de frecuencia distinto en comparación con conductos sólidamente inyectados. El ensayo IE es rápido, rentable y solo requiere acceso unilateral, lo que lo hace ideal para tableros de puentes y losas.

Georradar

Georradar (GPR) utiliza ondas electromagnéticas de alta frecuencia (típicamente antena de 900–1600 MHz para inspección PT) transmitidas al hormigón. Las reflexiones ocurren en interfaces donde cambia la permitividad dieléctrica — entre el hormigón y las paredes del conducto, entre el acero y la lechada, y entre la lechada y los vacíos de aire. El GPR localiza rápidamente los conductos de tendones, mapea su perfil a lo largo del elemento, identifica conductos metálicos versus plásticos y detecta acumulación de humedad alrededor de los conductos que puede indicar vacíos de lechada o entrada de agua. El GPR proporciona un cribado rápido con mínima preparación de superficie. La limitación principal es que el GPR no puede distinguir de manera fiable entre lechada sólida y lechada blanda, o entre pequeños vacíos y material sólido, porque el contraste dieléctrico entre la lechada fraguada y los vacíos de aire seco puede ser insuficiente para una detección fiable.

Tomografía de Pulso-Eco Ultrasónico

Tomografía de Pulso-Eco Ultrasónico (UPE) utiliza matrices de transductores ultrasónicos de baja frecuencia (típicamente 25–100 kHz para hormigón) para producir imágenes tomográficas 3D de características internas. Múltiples transductores se disponen en una matriz de escaneo y se disparan en secuencia. Las señales reflejadas (eco) se procesan utilizando técnicas de enfoque de apertura sintética (SAFT) o algoritmos de captura de matriz completa con método de enfoque total (FMC/TFM). La tomografía UPE proporciona información detallada de sección transversal sobre el estado del conducto — distinguiendo lechada sólida, lechada blanda, vacíos y vacíos llenos de agua basándose en contrastes de impedancia acústica. La limitación es la velocidad de prospección más lenta en comparación con el cribado GPR y la necesidad de un agente de acoplamiento (o transductores de contacto seco) e interpretación especializada.

Monitorización Acústica

Monitorización de Emisión Acústica (AE) detecta roturas de cordones en tiempo real. Las ondas de tensión elástica liberadas cuando un cordón se fractura se propagan a través del hormigón o el acero y son detectadas por sensores piezoeléctricos montados en anclajes o a lo largo del tendón. La monitorización AE proporciona vigilancia continua de tendones críticos — especialmente tendones externos y cables de atirantamiento — y puede localizar la ubicación de la rotura a pocos metros a lo largo del tendón. El espaciado típico de sensores es de 50–100 m. El desafío es distinguir las señales de rotura de cordones del ruido ambiental (tráfico, construcción, movimiento térmico) utilizando detección de eventos basada en umbrales y análisis de formas de onda.

Inspección con Boroscopio

Endoscopia proporciona confirmación visual directa de las condiciones internas. Un boroscopio de fibra óptica o video de pequeño diámetro (típicamente 6–10 mm) se inserta a través de entradas de lechada, salidas o puertos de inspección perforados. El inspector puede observar directamente el estado interior del conducto, el nivel de llenado de lechada, el estado de corrosión y la presencia de humedad. La inspección con boroscopio proporciona verificación definitiva de los hallazgos END, pero se limita a extremos de conductos accesibles y no puede inspeccionar secciones largas sin múltiples puntos de acceso.

Protocolo de Validación

Según la práctica industrial (FPrimeC, FDOT), se recomienda un protocolo de inspección progresivo: Paso 1 — Escaneo GPR para localizar todos los conductos y mapear perfiles. Paso 2 — IE o UPE en ubicaciones sospechosas (puntos altos, desviadores, anclajes). Paso 3 — Referenciación cruzada de hallazgos END de todos los métodos. Paso 4 — Confirmar en ≥ 5% de las ubicaciones de prueba con métodos invasivos (perforación, boroscopio) para calibrar y validar los resultados END.

Reparación y Refuerzo de Estructuras PT

Reemplazo de Tendones

El reemplazo de tendones es factible para sistemas no adheridos donde los tendones monocordón individuales pueden destensarse de manera controlada y extraerse, luego reemplazarse con un nuevo cordón engrasado y enfundado. El procedimiento implica localizar y exponer los anclajes, instalar el equipo de destensado (un gato especializado o procedimiento de corte con dispositivos de seguridad), liberar la fuerza de pretensado de manera controlada, retirar el tendón antiguo, instalar el nuevo cordón, retesar a la fuerza especificada y sellar la encapsulación. Para sistemas adheridos, los tendones internos generalmente no pueden retirarse, y deben utilizarse métodos de refuerzo alternativos.

Postensado Externo

El postensado externo es el método de refuerzo activo más utilizado para estructuras existentes. Según lo define PTI, el postensado externo puede aumentar y/o restaurar la capacidad de casi cualquier elemento estructural, incluyendo vigas, viguetas, losas unidireccionales, losas bidireccionales, hormigón pretensado y no pretensado, acero estructural y miembros de madera. El sistema incluye cordones o barras de alta resistencia, desviadores externos (sillas) fijados a la estructura, tendón protegido contra la corrosión (engrasado y enfundado o colocado dentro de tuberías de HDPE con lechada) y conjuntos de anclaje extremo. El postensado externo es un sistema activo — a diferencia de los métodos de refuerzo pasivo como el envoltorio con FRP o la adhesión de placas de acero, aplica una fuerza de compresión medible que contrarresta las cargas de servicio inmediatamente. Las ventajas incluyen un peso añadido mínimo, inspeccionabilidad y reemplazabilidad totales, alteración mínima durante la instalación y ninguna reducción de la altura libre.

Tendones de CFRP

Los tendones de polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP) ofrecen una alternativa al acero para aplicaciones de refuerzo donde la resistencia a la corrosión es primordial. El CFRP no presenta susceptibilidad a la corrosión, una alta relación resistencia-peso (aproximadamente 5 veces más resistente que el acero por peso) y una excelente resistencia a la fatiga. Las limitaciones incluyen un módulo de elasticidad más bajo (aproximadamente el 40% del acero), lo que reduce la eficiencia del desarrollo de la fuerza de pretensado, preocupaciones por fluencia bajo tensión sostenida alta y un mayor costo del material. El postensado con CFRP se utiliza para reforzar estructuras dañadas por corrosión, aumentar la capacidad para cargas vivas más altas y la rehabilitación sísmica.

Reparación de Vacíos de Lechada

Cuando se detectan vacíos mediante END y se confirman con boroscopio, pueden repararse inyectando lechada cementosa o epoxi de baja viscosidad. Se perforan agujeros de acceso hasta la ubicación del vacío, evitando el contacto con los cordones de pretensado. Se inyecta lechada o epoxi de baja viscosidad a baja presión (típicamente < 0.5 MPa para evitar la rotura del conducto) hasta que el vacío se llena. La inspección posterior con boroscopio verifica el llenado completo. Luego se sellan los puertos de inyección.

Normas y Especificaciones

Post-Tensioning Institute (PTI)

Instituto Americano del Hormigón (ACI)

Especificaciones de Puentes AASHTO LRFD

FHWA (Administración Federal de Carreteras)

Normas de Materiales y Ensayos

Programas de Certificación

PTI y ASBI administran programas de certificación para el personal involucrado en la construcción e inspección de PT: Instalador de PT No Adherido Nivel 1 de PTI (personal de campo), Inspector de PT No Adherido Nivel 1 y 2 de PTI, Reparación, Rehabilitación y Refuerzo de PT No Adherido Nivel 1 y 2 de PTI, y Certificación de Inyección ASBI para inyección de PT adherido en puentes. Estos programas requieren exámenes escritos y competencia de campo demostrada, con recertificación en intervalos especificados.

Glosario de Términos Clave de Postensado

Compilado de FHWA-NHI-13-026 Manual de Instalación e Inyección de Tendones de Postensado (2013), PTI TAB.3-13 Terminología de Postensado (2013), PTI M55.1-12, Especificaciones de Diseño de Puentes AASHTO LRFD, FAA AC 150/5320-6E, OACI Doc 9157 Parte 3, ACI 222.2R-14, ACI 318-19 y recursos técnicos de la industria.