La construcción segmentada es un método de construcción de puentes donde la superestructura se ensambla a partir de segmentos de concreto prefabricados o colados en sitio, unidos entre sí y postensados longitudinalmente. Común en viaductos largos y cruces importantes. Abarca tipos de segmentos, métodos de erección (voladizos balanceados, vano por vano, lanzamiento incremental), juntas de segmentos e inspección de puentes segmentados para evaluar el estado de las juntas y la corrosión de tendones.
La construcción de puentes por segmentos es un método de construcción de puentes de concreto en el cual la superestructura — el tablero portante y el sistema de vigas — se divide en segmentos individuales, típicamente de 2 a 5 metros de longitud a lo largo del eje longitudinal del puente. Estos segmentos se fabrican ya sea como elementos de concreto prefabricados en un patio de colado controlado o colados en sitio mediante cimbra viajera. Los segmentos se ensamblan en una secuencia predeterminada, se unen en sus interfaces usando adhesivo epóxico (para segmentos prefabricados colados por acople) o colados de cierre de concreto fresco (para segmentos colados en sitio), y luego se postensan longitudinalmente para crear una estructura continua y monolítica capaz de resistir cargas muertas, cargas vivas y fuerzas ambientales.
El principio fundamental detrás de la construcción segmentada es la conversión de una estructura compuesta por muchas piezas discretas en un todo unificado mediante la aplicación de fuerza de compresión. Cada segmento se cuela con uno o más ductos — tubos de acero corrugado o HDPE que atraviesan el segmento de una cara de junta a la otra. Después de que todos los segmentos de un vano o brazo en voladizo se ensamblan y alinean, tendones de postensado de alta resistencia — típicamente torones de 7 alambres que cumplen con ASTM A416 Grado 270 (1860 MPa) — se enhebran a través de estos ductos. Gatos hidráulicos tensan los tendones aproximadamente al 75% al 80% de su resistencia máxima a la tracción, y los tendones se anclan contra el concreto usando conjuntos de anclaje mecánicos en los extremos de los segmentos. Los tendones intentan acortarse elásticamente, comprimiendo el concreto y fijando las juntas de los segmentos. Después del tensionado, los ductos se llenan con lechada cementicia según las especificaciones PTI M55.1-12 para proteger los tendones de la corrosión y crear adherencia entre el tendón y la estructura circundante.
La construcción de puentes por segmentos se originó en Europa en la década de 1950 y se desarrolló rápidamente durante las décadas de 1960 y 1970. Los primeros puentes segmentados prefabricados importantes fueron el Puente Choisy-le-Roi sobre el Sena (1962) y el Puente de Oleron en Francia (1966), ambos utilizando el método de voladizos balanceados. En los Estados Unidos, el primer puente segmentado prefabricado fue el John E. Kennedy Memorial Causeway en Texas (1973), seguido por los Puentes Long Key y Seven Mile en los Cayos de Florida (1980-1982). Hoy en día, se han construido puentes segmentados en todos los continentes, con luces que van desde 25 metros hasta más de 760 metros para construcción en voladizo colada en sitio y 120 metros para construcción en voladizo con segmentos prefabricados.
El ASBI (American Segmental Bridge Institute) identifica las siguientes características definitorias de la construcción segmentada: procedimientos de construcción repetitivos que se benefician de la industrialización y los efectos de la curva de aprendizaje, impacto mínimo al tráfico y al medio ambiente durante la construcción debido a la eliminación de la cimbra, construcción económica para puentes largos mediante estandarización, y estructuras duraderas con bajos costos de mantenimiento de ciclo de vida. Los puentes segmentados también ofrecen versatilidad geométrica — pueden construirse en curvatura horizontal cerrada (como rampas de acceso a autopistas curvas con radios tan ajustados como 50 metros), en pendientes longitudinales pronunciadas (hasta 4-5% sin mayor dificultad), y sobre terrenos variados donde la cimbra tradicional sería impráctica o ambientalmente perjudicial.
En la construcción segmentada prefabricada, los segmentos individuales se fabrican en un patio de colado tipo planta mientras los trabajos de cimentación y subestructura avanzan concurrentemente en el sitio del puente. Esta producción paralela es una gran ventaja de programación. Los segmentos se producen mediante dos métodos:
El colado por acople de línea corta es el método más común para puentes segmentados prefabricados. Se utiliza una sola celda de colado, que consiste en un cabezal fijo en un extremo (la máquina de colado), un cabezal móvil en el otro extremo (el cabezal de parada), y encofrados laterales. La característica clave es que cada nuevo segmento se cuela directamente contra el segmento anterior (o contra un dummy de colado por acople para el primer segmento). La cara de la junta del segmento previamente colado se recubre con un compuesto desmoldante para que el nuevo segmento pueda separarse después del curado. El método de línea corta requiere un control preciso de la posición y orientación relativa de cada segmento durante el colado utilizando un sistema de control de geometría de colado que calcula las correcciones de posición requeridas para cada segmento en función de la alineación teórica. Este método es eficiente en espacio — una sola celda de colado puede producir un segmento por día — y proporciona la mayor precisión, con tolerancias de ajuste de la cara de la junta de ±1 mm.
El colado de línea larga utiliza un lecho de vano completo con encofrado fijo para cada posición de segmento a lo largo del vano. Todos los segmentos de un vano se cuelan simultáneamente. Cada segmento se cuela contra un cabezal rígido en lugar de contra el segmento adyacente. El método de línea larga es geométricamente más simple pero requiere más espacio y encofrado. Se utiliza cuando la geometría del puente es repetitiva (longitud de vano constante, curvatura constante) y cuando se necesita una alta tasa de producción.
| Propiedad | Método de Línea Corta | Método de Línea Larga |
|---|---|---|
| Requerimiento de espacio | Pequeño (celda única) | Grande (lecho de longitud de vano completo) |
| Costo de encofrado | Bajo (un solo juego) | Alto (múltiples juegos por vano) |
| Precisión geométrica | Muy alta (ajuste de junta ±1 mm) | Moderada (cabezales independientes) |
| Tasa de producción | ~1 segmento/día | Múltiples segmentos/ciclo |
| Adaptabilidad a curvatura | Excelente (controlada por sistema de control de geometría) | Limitada (requiere ajuste del lecho) |
| Rango típico de peso de segmentos | 30-150 toneladas | 30-150 toneladas |
| Longitud típica de segmento | 2.0-5.0 m | 2.0-4.0 m |
Los segmentos prefabricados ofrecen varias ventajas inherentes. El control de calidad de fábrica garantiza una resistencia constante del concreto, precisión dimensional y colocación adecuada del refuerzo y los ductos de postensado. El ambiente de colado protege contra retrasos climáticos y temperaturas extremas. Los segmentos pueden curarse usando métodos acelerados (curado con vapor o calor) para alcanzar el 70% de la resistencia a la compresión especificada (típicamente fci’ ≥ 28 MPa o 4000 psi en la transferencia) dentro de 12 a 24 horas. La estandarización significa que cientos de segmentos idénticos pueden producirse a partir de la misma celda de colado, con solo ajustes geométricos menores para curvatura y pendiente. El almacenamiento de segmentos permite acumular una reserva antes de comenzar la erección, desacoplando la producción de la erección y permitiendo que el programa de construcción absorba retrasos en cualquier etapa.
Las limitaciones principales de la construcción prefabricada son el costo de capital de la instalación de prefabricación (celdas de colado, grúas pórtico, patio de almacenamiento, equipos de manipulación), las restricciones de transporte (el tamaño y peso del segmento deben ser compatibles con el transporte por carretera, ferrocarril o barcaza desde el patio hasta el sitio, con anchos máximos típicamente limitados a 4.3 m para transporte por carretera a menos que se obtengan permisos especiales), y los costos del equipo de erección (se requieren pórticos autolanzables, marcos de izado o grúas terrestres grandes). El ASBI señala que las superficies de tablero alrededor de 20,000 m² pueden justificar análisis de viabilidad para construcción segmentada prefabricada versus métodos alternativos.
La construcción segmentada colada en sitio (CIP) utiliza carros de avance o sistemas de cimbra móvil (MSS) que soportan el encofrado en el extremo de cada brazo en voladizo o en la posición del vano. Cada nuevo segmento se cuela directamente contra el segmento previamente completado, con el concreto colocado in situ. Después de que el concreto alcanza suficiente resistencia (típicamente 70% de fci’ después de 3 a 5 días), el carro de avance se desplaza a la siguiente posición del segmento y el ciclo se repite. El ciclo de construcción para un segmento CIP típico es de 3 a 7 días, dependiendo de la longitud del vano, el tamaño del segmento, el desarrollo de resistencia del concreto y las condiciones climáticas.
La construcción segmentada CIP es particularmente adecuada para luces que superan los 120 metros donde los segmentos prefabricados serían demasiado pesados para transportar o erigir. Los puentes segmentados CIP más largos de los Estados Unidos incluyen el Puente del Canal de Navegación de Houston (luz principal de 230 m) y el Puente John James Audubon (luz principal de 230 m en Luisiana). La construcción CIP elimina la necesidad de transporte de segmentos, lo que es una gran ventaja para sitios remotos con acceso vial limitado, y para sitios donde el peso del segmento supera las 200 toneladas.
| Factor de Comparación | Segmentos Prefabricados | Segmentos Colados en Sitio |
|---|---|---|
| Rango de luces | 30-120 m (hasta 160 m con marcos de izado) | 40-230+ m |
| Tiempo de ciclo por segmento | 1 día (patio de colado) + tiempo de erección | 3-7 días (en sitio) |
| Calidad del concreto | Excelente (condiciones de planta controladas) | Buena (controlada en sitio, dependiente del clima) |
| Control geométrico | Precisión de colado por acople (±1 mm) | Tolerancia de colado en sitio (±3-5 mm) |
| Costo de transporte | Significativo (patio a sitio) | Ninguno |
| Equipo de erección | Pórtico autolanzable, marco de izado, grúas | Carros de avance, MSS |
| Longitud económica mínima | ~20,000 m² de superficie de tablero para amortización | Puentes más cortos pueden ser económicos |
| Carga sobre cimentación durante construcción | Segmentos colocados por grúa/pórtico | Los carros de avance imponen cargas temporales menores |
La elección entre construcción segmentada prefabricada y CIP depende de factores específicos del proyecto: longitud del puente, distribución de vanos, accesibilidad del sitio, limitaciones de tamaño y peso de los segmentos, programa de construcción, costos de mano de obra, disponibilidad de instalaciones de prefabricación locales y restricciones ambientales. Muchos programas de infraestructura grandes utilizan ambos métodos — prefabricado para viaductos de acceso largos con vanos repetitivos y CIP para los vanos de navegación principales.
El colado por acople es la técnica de fabricación característica de los puentes segmentados prefabricados. Cada segmento, después del colado, se convierte en el encofrado de colado por acople para su segmento adyacente. Esto asegura que las caras de las juntas sean geométricamente complementarias — cuando los dos segmentos se unen durante la erección, encajan perfectamente a pesar de las posibles variaciones geométricas acumulativas de segmento a segmento. El proceso de colado por acople compensa los pequeños errores angulares que inevitablemente ocurren durante el colado, distribuyéndolos a lo largo de toda la longitud del puente en lugar de permitir que se acumulen en una sola junta.
En el método de línea corta, el proceso de colado por acople comienza con un segmento de pila (también llamado segmento “cero” ), que se cuela primero. Este segmento suele ser más largo que los segmentos típicos (3.5-5.0 m frente a 2.5-3.5 m) y contiene el diafragma de la pila con aberturas de acceso. Todos los segmentos subsiguientes se cuelan contra el segmento precedente utilizando el sistema de control de geometría. Antes de cada colado, el segmento previamente colado se posiciona en la celda de colado con respecto al cabezal fijo. La posición se ajusta en seis grados de libertad — tres traslacionales (x, y, z) y tres rotacionales (cabeceo, guiñada, balanceo) — basándose en cálculos de los datos de alineación del diseñador del puente. Los ajustes tienen en cuenta la geometría planificada del puente (curvatura horizontal, pendiente vertical, sobreelevación) y las correcciones necesarias para mantener la alineación a lo largo de múltiples segmentos. Cada segmento colado contra el precedente crea una llave de colado por acople — un conjunto de llaves de cortante macho y hembra en la cara de la junta que se entrelazan durante la erección para proporcionar transferencia de cortante a través de la junta sin depender únicamente de la compresión del postensado.
El proceso de colado por acople se apoya en tablas de geometría de colado detalladas generadas por el diseñador del puente o el ingeniero de construcción segmentada. Estas tablas especifican, para cada segmento del puente, la posición y orientación exactas del segmento de colado por acople con respecto al cabezal fijo. Un puente típico de 1,000 metros con segmentos de 3.0 metros requiere 333 entradas de geometría individuales, cada una teniendo en cuenta el efecto acumulativo de la curvatura, la pendiente y las correcciones geométricas deseadas. Se instalan monumentos topográficos en cada segmento durante el colado, y la geometría final colada se documenta para su uso durante la erección.
Las juntas epóxicas — también llamadas juntas Tipo A en la clasificación AASHTO/ASBI — son el tipo de junta estándar para puentes segmentados prefabricados. El epóxico cumple múltiples funciones:
Relleno de huecos y distribución de tensiones: Cuando las caras de la junta del segmento se unen, una capa delgada de epóxico (típicamente de 0.5 a 1.5 mm de espesor después de la compresión) llena cualquier irregularidad superficial entre las caras coladas por acople. Incluso con la precisión del colado por acople, existen variaciones microscópicas de la superficie de 0.1 a 0.3 mm en toda la cara de la junta. El epóxico llena estos huecos, asegurando un apoyo uniforme en toda la sección transversal cuando se aplica la fuerza de postensado. Sin el epóxico, los puntos altos en la cara de la junta soportarían tensiones concentradas, pudiendo causar aplastamiento local del concreto.
Transferencia de cortante: Antes de que el epóxico cure, proporciona resistencia al corte inicial que evita el movimiento relativo entre segmentos durante la manipulación y el postensado temporal. Después del curado, el epóxico desarrolla una resistencia al corte que típicamente supera los 10 MPa, complementando la capacidad de corte de las llaves de colado por acople y la resistencia por fricción de la compresión del postensado.
Sello hidráulico: El epóxico curado forma una barrera continua e hidráulica en toda la sección transversal del puente — incluyendo tablero, almas y trasdós. Esto evita que el agua y la humedad cargada de cloruros penetren la junta y alcancen los tendones de postensado, anclajes y ductos. En ambientes agresivos (marinos, sales de deshielo), esta estanqueidad es crítica para la durabilidad a largo plazo. El Manual de Diseño de Vigas Cajón Postensadas de la FHWA y la norma PTI/ASBI M50.3-12 enfatizan la importancia de una aplicación de epóxico completa y sin vacíos para el sellado de juntas.
Prevención de corrosión: Al sellar la junta contra el ingreso de humedad, el epóxico previene las condiciones que conducen a la corrosión de los tendones — la causa más común de deterioro en puentes segmentados.
El epóxico utilizado para juntas de puentes segmentados es un sistema epóxico de dos componentes (resina y endurecedor) formulado específicamente para aplicaciones de construcción de puentes. El epóxico debe cumplir los siguientes requisitos de rendimiento según las directrices del ASBI: una vida útil (tiempo trabajable) de 30 a 60 minutos a temperatura ambiente, una resistencia a la compresión mínima de 30 MPa después de 24 horas según ASTM C109 (modificado para epóxico), una resistencia mínima de adherencia a tracción de 2 MPa sobre concreto húmedo, baja fluencia bajo compresión sostenida y resistencia a la degradación por humedad y rayos UV.
Procedimiento de aplicación para juntas epóxicas: Las caras de la junta de ambos segmentos se limpian a fondo mediante chorro de arena o chorro de agua a alta presión para eliminar la lechada, la suciedad y cualquier compuesto desmoldante del proceso de colado. La superficie debe estar saturada superficialmente seca (SSD) — húmeda pero sin agua estancada. La resina epóxica y el endurecedor se mezclan usando un mezclador eléctrico, y luego se aplican a una cara de la junta usando rodillos, brochas o equipo de pulverización. El espesor de aplicación es de 1.5 a 2.0 mm. Los segmentos se unen utilizando el equipo de erección (pórtico, marco de izado o grúa), y barras de postensado temporal (típicamente barras de alta resistencia de 32 mm o 36 mm de diámetro) se tensan para aplicar una compresión temporal de aproximadamente 0.3 a 0.5 MPa en la junta. Esta compresión exprime el exceso de epóxico, asegurando una línea de unión delgada y continua. El proceso de exprimido se monitorea cuidadosamente — la “exudación” de epóxico alrededor de todo el perímetro de la cara de la junta confirma que se ha logrado el contacto completo. Después de que el epóxico cura (típicamente 6 a 12 horas, dependiendo de la temperatura y la formulación del epóxico), los tendones de postensado longitudinal se tensan. Luego se retiran las barras temporales.
Las juntas húmedas (cierres colados en sitio) se utilizan en lugar de juntas epóxicas en ubicaciones específicas como el cierre a medio vano entre dos brazos en voladizo (el colado de cierre) y en los segmentos de pila donde se requiere continuidad con la subestructura. Las juntas húmedas utilizan concreto de alto rendimiento y baja contracción con un tamaño máximo de agregado de 10 mm para asegurar el llenado completo del espacio estrecho (típicamente 0.5 a 1.0 m). El concreto fresco se coloca contra las caras endurecidas de los segmentos prefabricados, que se rugosifican y humedecen para la adherencia. Las juntas húmedas son inherentemente más débiles y más permeables que las juntas epóxicas coladas por acople y requieren un control de calidad cuidadoso. Según AASHTO LRFD, la resistencia por fricción de las juntas húmedas debe verificarse explícitamente en el diseño.
Las juntas secas — también llamadas juntas Tipo B — se utilizan cuando las caras de la junta no están epóxicas y dependen completamente de las llaves de colado por acople y la compresión permanente del postensado para la transferencia de cortante. Las juntas Tipo B son menos comunes que las Tipo A en puentes segmentados modernos, pero se encuentran en algunas estructuras más antiguas y en ciertas aplicaciones donde la velocidad de erección es primordial. Las juntas secas deben diseñarse con llaves de cortante más profundas (típicamente 40-60 mm de profundidad frente a 20-30 mm para juntas epóxicas) porque las caras de la junta pueden deslizarse entre sí bajo cortante si el postensado es insuficiente. La tabla de factores de sistema de AASHTO (MBE Tabla 6A.5.11.6-1) distingue específicamente entre juntas Tipo A y Tipo B, con diferentes factores de reducción de sistema para tener en cuenta la redundancia reducida de las juntas secas.
Los métodos de erección de puentes segmentados se clasifican en cuatro categorías principales, cada una adecuada para rangos de luces, condiciones del sitio y requisitos de proyecto específicos.
El método de voladizos balanceados es la técnica de erección más utilizada para puentes segmentados prefabricados y colados en sitio con luces medias a largas. El principio es sencillo: comenzando desde una pila, los segmentos se erigen simétricamente en ambas direcciones — formando una cabeza de martillo — con cada nuevo segmento en un lado contrapesado por un segmento en el lado opuesto. Los brazos en voladizo se extienden igualmente en ambas direcciones hasta que se encuentran con los voladizos adyacentes en el centro del vano, donde un colado de cierre los conecta.
Para voladizos balanceados prefabricados, los segmentos se erigen típicamente utilizando: un pórtico autolanzable que se extiende entre pilas completadas, soportando el segmento en el extremo del voladizo; marcos de izado que elevan los segmentos desde el nivel del suelo o barcazas directamente hasta la punta del voladizo; o grúas terrestres que izan segmentos cuando la altura del tablero es moderada y hay acceso al terreno. Cada segmento se une con epóxico y se postensa temporalmente al segmento precedente utilizando tendones de voladizo ubicados en la losa superior — típicamente 4 a 12 tendones por brazo en voladizo. Los tendones de voladizo se tensan progresivamente a medida que se añade cada segmento, proporcionando la fuerza necesaria para soportar la carga muerta del voladizo durante la construcción. El rango de luces para voladizos balanceados prefabricados es de 50 a 120 metros para luces de profundidad constante y hasta 160 metros para luces de profundidad variable con equipo de izado especial.
Para voladizos balanceados colados en sitio, se utiliza un carro de avance en el extremo de cada voladizo. El carro soporta el encofrado, el concreto fresco y las cargas de construcción para cada nuevo segmento. El concreto se coloca, cura (típicamente 3 a 5 días), y los tendones de postensado de voladizo se tensan — usualmente una combinación de tendones en la losa superior y tendones en el alma. El carro de avance avanza entonces a la siguiente posición del segmento. El voladizo balanceado CIP se ha utilizado para luces de hasta 760 metros en EE. UU. (Puente del Canal de Navegación de Houston) y más de 300 metros a nivel internacional. El tiempo de ciclo por segmento es de 3 a 7 días.
| Parámetro | Voladizo Balanceado Prefabricado | Voladizo Balanceado CIP |
|---|---|---|
| Rango de luces | 50-160 m | 40-760 m |
| Longitud del segmento | 2.5-5.0 m | 3.0-6.0 m |
| Tiempo de ciclo | 1-3 segmentos erigidos por día | 3-7 días por segmento |
| Equipo | Pórtico, marco de izado o grúa | Carro de avance |
| Sistema de tendones | Tendones de voladizo en losa superior | Tendones de voladizo + tendones de continuidad |
| Altura máxima de pila | Limitada por equipo de izado | Limitada por carro de avance y bombeo de concreto |
Consideraciones críticas de diseño para la construcción en voladizos balanceados incluyen la estabilidad del voladizo bajo cargas de construcción (viento, cargas de entrega de segmentos, cargas de equipo), el control de deflexiones en la punta del voladizo (que se acumulan y deben compensarse mediante ajustes de contraflecha), la distribución de tensiones en el segmento de pila (donde ocurren los momentos flectores negativos más altos durante la construcción), y los efectos de gradiente térmico en los brazos en voladizo expuestos.
El método vano por vano es la técnica de erección más común para viaductos largos y carreteras elevadas con vanos repetitivos. Un vano completo se ensambla, se une con epóxico, se postensa y se hace autoportante antes de erigir el siguiente vano. El método es particularmente eficiente para luces de 25 a 45 metros y longitudes de puente que superan los 300 metros.
Un pórtico autolanzable es el equipo de erección principal para la construcción vano por vano. El pórtico consiste en una armadura principal o viga cajón soportada sobre patas que se apoyan en el tablero completado del puente y en la pila delantera. Los segmentos se transportan a lo largo del tablero completado, se bajan a posición dentro del pórtico y se colocan en secuencia de un extremo del vano al otro (típicamente de una pila hacia la pila opuesta). Después de que todos los segmentos se colocan y se unen con epóxico, los tendones de postensado longitudinal — a menudo tendones externos ubicados dentro del hueco de la viga cajón — se tensan. El pórtico se lanza entonces al siguiente vano extendiendo sus patas delanteras a la siguiente pila y deslizándose hacia adelante sobre rodillos.
Los tipos de pórtico incluyen pórticos superiores que soportan los segmentos desde arriba (el segmento cuelga del pórtico mediante vigas de izado) y pórticos inferiores que soportan el segmento desde abajo (el pórtico pasa a través o por debajo de la viga cajón). Los pórticos superiores son más comunes para puentes rectos, mientras que los pórticos inferiores ofrecen ventajas para alineaciones curvas donde los segmentos deben colocarse en una trayectoria curva.
El ciclo típico de vano para la construcción vano por vano es:
| Actividad | Duración |
|---|---|
| Lanzamiento del pórtico al siguiente vano | 4-8 horas |
| Posicionamiento de segmentos (10-20 segmentos) | 1-2 días |
| Aplicación de epóxico y unión temporal | 1 turno |
| Tensionado de PT longitudinal | 1 turno |
| Inyección de lechada (si son tendones internos) | 1 turno + 24 horas de curado |
| Ciclo total de vano | 3-7 días |
Para vanos simplemente apoyados, el ciclo puede ser tan corto como 3 días (2.5 vanos por semana). Para vanos continuos que requieren tendones de continuidad en los diafragmas de pila, los ciclos semanales son típicos.
La construcción vano por vano es más económica para diez o más vanos consecutivos con la misma sección transversal y longitud de vano. La longitud económica mínima del puente es típicamente de 300 a 500 metros, dependiendo de los costos de movilización del pórtico y el patio de colado.
El método de lanzamiento incremental (también llamado ILM o lanzamiento por empuje) implica ensamblar la superestructura en secciones detrás de un estribo y luego empujar o tirar de las secciones completadas hacia adelante incrementalmente a medida que se añaden nuevas secciones en la parte trasera. El método se ha utilizado extensamente para puentes de concreto colados en sitio, pero también puede aplicarse a puentes segmentados prefabricados en casos específicos.
Para el lanzamiento incremental colado en sitio, se establece un patio de colado detrás del estribo, típicamente de 15 a 25 metros de largo. Un sistema de encofrado cuela cada segmento del tablero (generalmente igual a una longitud de segmento estándar de 15 a 25 metros, correspondiente a un ciclo de colado típico de una semana). Después de que el concreto alcanza suficiente resistencia (típicamente 70% de fci’), los tendones de lanzamiento longitudinal se tensan — tendones rectos ubicados a través de toda la sección transversal — y el segmento se lanza hacia adelante mediante gatos hidráulicos. Los gatos empujan contra una nariz de lanzamiento unida al frente de la superestructura, con la nariz extendiéndose desde el borde delantero del tablero hasta la siguiente pila. La nariz reduce el momento en voladizo durante el lanzamiento.
Para el lanzamiento incremental con segmentos prefabricados, los segmentos individuales se ensamblan en secciones de vano completo detrás del estribo, se postensan temporalmente y se lanzan hacia adelante. La combinación de tecnología de segmentos prefabricados con lanzamiento incremental es relativamente poco común porque el costo del patio de colado y el equipo de lanzamiento puede exceder el costo de un pórtico autolanzable para erección vano por vano. Sin embargo, el método se ha utilizado con éxito para puentes donde: el terreno debajo del puente es inaccesible (aguas profundas, áreas ambientalmente sensibles), el puente tiene una sección transversal y alineación constantes (simplificando el lanzamiento), y la altura libre baja impide la erección con pórtico.
El lanzamiento incremental es más adecuado para puentes rectos o puentes con curvatura horizontal constante (radio ≥ 500 m) y pendiente constante (≤ 3%). El método requiere que toda la superestructura esté postensada en ambas direcciones — tendones de lanzamiento longitudinales para resistir las fuerzas de lanzamiento, y postensado transversal completo para controlar la flexión transversal durante el lanzamiento. Apoyos de neopreno recubiertos de teflón en la parte superior de las pilas soportan la superestructura durante el lanzamiento, con coeficientes de fricción de aproximadamente 0.02 a 0.05.
La erección de vano completo (también llamada erección de vano) utiliza un lanzador de vigas o grúa para colocar vanos prefabricados completos — típicamente vigas I o vigas U prefabricadas — en un solo izado. Aunque no es un método segmentado en sentido estricto, a veces se confunde con la construcción segmentada vano por vano. La erección de vano completo se utiliza para luces de hasta 50 metros con pesos de vigas de hasta 200 toneladas.
La colocación progresiva (también llamada erección extremo a extremo o voladizo progresivo) comienza en un estribo y erige los segmentos secuencialmente hacia el estribo opuesto. Cada nuevo segmento se coloca en el extremo de avance de la superestructura en crecimiento. El método es útil para áreas ambientalmente sensibles donde el acceso al terreno está restringido a uno o ambos extremos, y para puentes sobre gargantas profundas donde no se pueden construir pilas intermedias. La colocación progresiva típicamente requiere pilas temporales en ubicaciones a medio vano (para luces de 30 a 90 metros) o un sistema de soporte temporal atirantado para luces más largas. La tasa de erección es la más lenta entre los cuatro métodos porque solo hay un frente de trabajo.
El postensado longitudinal es la “columna vertebral” estructural de un puente segmentado — el sistema de tendones de acero de alta resistencia que comprime los segmentos ensamblados en una estructura continua.
Los tendones de voladizo se tensan progresivamente durante la erección en la construcción de voladizos balanceados. Estos tendones se ubican típicamente en la losa superior de la viga cajón, posicionados lo más cerca posible de la fibra superior según lo permitan los requisitos de recubrimiento (típicamente recubrimiento mínimo de 40-60 mm según AASHTO LRFD). Se tensan en etapas — una porción de la fuerza total se aplica después de añadir cada segmento, proporcionando la compresión necesaria para resistir el momento en voladizo. El número de tendones de voladizo por brazo en voladizo varía de 4 a 12 para vanos típicos, con cada tendón compuesto por 12 a 22 torones de 0.6 pulgadas (15.24 mm) de diámetro. La fuerza total del tendón por brazo en voladizo puede alcanzar 4,000 a 12,000 kN.
Los tendones de continuidad se tensan después de que el colado de cierre conecta dos voladizos adyacentes. Estos tendones se colocan en la losa inferior (para continuidad de momento positivo) y a veces en las almas (para continuidad de cortante). Los tendones de continuidad proporcionan la fuerza de presfuerzo requerida para resistir los momentos de carga viva, los efectos de gradiente térmico y las cargas muertas superimpuestas. Los tendones de continuidad son típicamente más largos que los tendones de voladizo, extendiéndose a través del colado de cierre y hacia los segmentos de vano adyacentes.
| Tipo de Tendón | Ubicación | Cuándo se Tensa | Propósito |
|---|---|---|---|
| Tendones de voladizo | Losa superior | Después de cada segmento (etapado) | Resistir carga muerta durante construcción |
| Tendones de continuidad | Losa inferior | Después del cierre a medio vano | Resistir momentos positivos de carga viva |
| Tendones de vano | Losa superior o almas | Después del ensamblaje completo del vano | Resistir carga muerta y viva (vano por vano) |
| Tirantes | Pilón a tablero | Durante la construcción | Soportar el tablero en puentes atirantados |
Los tendones externos son una innovación clave en los puentes segmentados modernos, particularmente para la construcción vano por vano. Los tendones externos se ubican dentro del hueco de la viga cajón — no están embebidos en el concreto sino que se colocan en tuberías de HDPE o se dejan expuestos dentro del cajón. Se desvían en puntos intermedios usando bloques desviadores (típicamente colados en el segmento en los puntos a 1/3 y 2/3 del vano) para crear el perfil curvo requerido. Los tendones externos ofrecen varias ventajas: pueden inspeccionarse visualmente directamente caminando dentro de la viga cajón; pueden destensarse, retirarse y reemplazarse si se detecta corrosión; tienen menores pérdidas por fricción porque no hay contacto con el concreto a lo largo de su longitud; y simplifican la fabricación de segmentos porque no se necesitan ductos internos en las almas del segmento. La limitación principal es que los tendones externos proporcionan menor resistencia última a flexión que los tendones internos adheridos porque la deformación no es compatible con el concreto adyacente en el estado último.
Los tendones internos adheridos siguen siendo el estándar para la construcción de voladizos balanceados y para puentes en ambientes agresivos donde se necesita la máxima protección contra la corrosión. Los tendones internos están embebidos en el concreto de las almas y alas, con cada tendón en un ducto de acero corrugado o HDPE que se inyecta con lechada después del tensionado. La lechada proporciona adherencia completa y protección contra la corrosión.
El procedimiento de postensado para un puente segmentado sigue una secuencia estricta. La secuencia de tensionado es diseñada por el ingeniero del puente para: (1) controlar las tensiones durante la construcción dentro de los límites permitidos según AASHTO LRFD (tensión de tracción ≤ 0.19√f’c para miembros totalmente pretensados, tensión de compresión ≤ 0.60 f’c en la transferencia), (2) asegurar que las juntas de los segmentos estén adecuadamente comprimidas (compresión mínima de 0.5-1.0 MPa en las juntas bajo todas las combinaciones de carga), (3) controlar las deflexiones y mantener la geometría planificada del puente, y (4) evitar la sobretensión de cualquier segmento durante la construcción.
La operación real de tensionado utiliza un gato hidráulico conectado a una bomba hidráulica con un manómetro calibrado y una celda de carga. El gato se posiciona contra el concreto en la trompeta de anclaje. Los torones se insertan individualmente en las cuñas del anclaje multitorn. El gato aplica fuerza al conjunto de torones, alargando el tendón en la cantidad calculada. El alargamiento objetivo y la fuerza de gato se especifican en los planos de taller — por ejemplo, un tendón de 19 torones de 0.6 pulgadas tensionado a 0.75 fpu (75% de la resistencia última) tendría una fuerza de gato de aproximadamente 3,700 kN y un alargamiento de 200 a 400 mm dependiendo de la longitud del tendón.
El alargamiento medido debe coincidir con el alargamiento calculado dentro de ±5% según PTI/ASBI M50.3-12. Si la diferencia supera el 5%, el tensionado se detiene y se investiga la causa — típicamente debido a fricción mayor que la supuesta (coeficiente de ondulación k = 0.0002/pie para ductos de acero y μ = 0.15-0.20 según AASHTO), enganche de torones en el ducto, o un ducto bloqueado por intrusión de concreto durante el colado. Si el alargamiento está dentro de la tolerancia, las cuñas se asientan y el gato se libera. La fuerza se transfiere del gato al anclaje.
Después de que todos los tendones de una etapa de construcción están tensionados, los ductos deben inyectarse con lechada dentro de los 20 días (o antes en ambientes agresivos según PTI M55.1-12). La inyección de lechada se realiza utilizando una mezcladora coloidal que produce una lechada homogénea con una relación agua-cemento ≤ 0.44, cero agua de exudación según ASTM C940, y un tiempo de flujo (ensayo de cono de flujo según ASTM C939) de 11 a 30 segundos. Para tendones largos (más de 50 m) o perfiles verticales, se especifica inyección al vacío — una bomba de vacío extrae presión negativa de −0.08 MPa en el punto alto mientras la lechada se bombea desde el punto bajo.
La durabilidad de las juntas es uno de los aspectos más críticos del rendimiento a largo plazo de los puentes segmentados. Las juntas son las interfaces entre segmentos individuales y representan vías potenciales para que la humedad, los cloruros y otros agentes agresivos alcancen los tendones de postensado.
El deterioro de las juntas epóxicas puede ocurrir mediante múltiples mecanismos. El ingreso de humedad a través de una cobertura epóxica incompleta o vacíos en la línea de unión permite que el agua alcance la interfaz de la junta. Con el tiempo, el agua puede transportar sales de deshielo (cloruros) a través de la junta y hacia los ductos de los tendones. La degradación por rayos UV del epóxico expuesto en las superficies externas de la junta (el trasdós y las caras laterales del alma) puede causar fragilización y microfisuración. El ciclado térmico — variaciones diarias y estacionales de temperatura — induce movimiento relativo a través de las juntas debido a la expansión térmica diferencial, pudiendo fatigar la línea de unión epóxica. La sobrecarga de cortante por vehículos (particularmente en puentes con altos volúmenes de camiones) puede causar daños en las llaves de cortante de la junta.
El deterioro de juntas húmedas en colados de cierre es más común que los problemas de juntas epóxicas. El concreto colado en sitio en los cierres a menudo tiene mayor permeabilidad que el concreto del segmento prefabricado debido a la menor relación agua-cemento y la dificultad de una compactación adecuada en el espacio estrecho. La fisuración por contracción en la interfaz entre el concreto prefabricado y el colado en sitio crea una vía para el ingreso de humedad.
El deterioro de juntas secas (juntas Tipo B, sin epóxico) depende completamente de las llaves de cortante de colado por acople y la tensión de compresión del postensado. Si la fuerza de postensado se reduce debido a fluencia, contracción o relajación del tendón con el tiempo (pérdidas a largo plazo del 15-25% del presfuerzo inicial), la compresión de la junta puede caer por debajo del umbral requerido para evitar el movimiento relativo bajo carga viva. Esto puede conducir al desgaste progresivo de las llaves de cortante y a la abertura visible de la junta.
La Sección 4.3.6.5 del Manual de Evaluación de Puentes (MBE) de AASHTO proporciona orientación específica para la inspección de puentes segmentados pretensados. Se indica a los inspectores examinar:
Combaduras o abombamientos localizados en las juntas — Un desplazamiento vertical notable entre segmentos adyacentes indica que la junta ha experimentado movimiento relativo, ya sea por falla de la llave de cortante, postensado inadecuado o asentamiento de la cimentación. La tolerancia aceptable es típicamente de ±2 mm de desplazamiento relativo entre segmentos adyacentes.
Corrosión de los tendones de pretensado debido a la humedad en los ductos — El riesgo de durabilidad más severo. Los inspectores buscan manchas de óxido en las juntas (decoloración marrón en la superficie del concreto cerca de la junta, que corre verticalmente desde el tablero u horizontalmente a lo largo del alma), eflorescencias (depósitos blancos en polvo que indican migración de agua a través de la junta) y extremos de tendones expuestos en los anclajes que muestren signos de corrosión.
Llaves en las almas de las vigas — Las llaves de cortante en las caras de la junta deben examinarse en busca de fisuración, descascaramiento o aplastamiento. Las llaves dañadas indican una transferencia de cortante inadecuada y una posible sobretensión del sistema de postensado.
Fisuración — Las juntas se inspeccionan para detectar fisuras superficiales que se extienden desde la línea de junta hacia el concreto adyacente. Las fisuras de más de 0.3 mm en la superficie indican típicamente tensión de tracción en la región de la junta, posiblemente por efectos térmicos, presfuerzo insuficiente o sobrecarga estructural.
Inspección del tablero y el trasdós — La superficie del tablero en las juntas se examina en busca de fisuración longitudinal sobre las líneas del alma (que indica flexión transversal o movimiento de la junta), y el trasdós se examina en busca de signos de separación de juntas o descascaramiento del concreto.
Para la inspección detallada de juntas, los inspectores utilizan equipos de acceso que incluyen unidades de inspección bajo puente (camiones snooper), plataformas elevadoras, andamios o acceso por cuerda para alcanzar todas las caras de las juntas tanto en superficies externas como dentro de la viga cajón. Dentro del cajón, las caras de las juntas son directamente accesibles y pueden examinarse en busca de eflorescencias internas (que indican humedad que ha viajado a lo largo del ducto), exudación de lechada (pasta de cemento que ha emanado del ducto durante la inyección) y exposición de torones en los anclajes.
Los métodos de ensayo no destructivos para juntas incluyen Impacto-Eco (IE) para detectar delaminaciones o vacíos dentro de la zona de la junta, Radar de Penetración Terrestre (GPR) para localizar ductos de tendones y detectar humedad cerca de las juntas, y tomografía ultrasónica para imágenes internas de las condiciones de las juntas.
La FHWA y AASHTO recomiendan los siguientes intervalos mínimos de inspección para juntas de puentes segmentados: Inspección rutinaria — cada 24 meses (ciclo bienal estándar NBIS); Inspección detallada — cada 5 años, incluyendo inspección interna dentro de las vigas cajón y una revisión detallada de todas las juntas accesibles; Inspección especial — después de eventos extremos (sísmico, inundación, socavación, impacto de embarcaciones, sobrecarga) o cuando la inspección rutinaria identifica deficiencias en CS-3 o CS-4.
La corrosión de tendones es el problema de durabilidad más crítico en los puentes segmentados postensados. La FHWA ha documentado múltiples casos de fallas de tendones en puentes segmentados desde la década de 1990, lo que ha impulsado investigaciones significativas y especificaciones actualizadas para la protección contra la corrosión.
La corrosión inducida por cloruros es la causa más común de deterioro de tendones en puentes segmentados expuestos a sales de deshielo o ambientes marinos. Los iones de cloruro (Cl⁻) penetran el recubrimiento de concreto a través de fisuras, concreto poroso y juntas con fugas, alcanzando eventualmente los ductos de postensado. En la superficie del tendón, los cloruros descomponen localmente la capa de óxido pasivo que se forma naturalmente en el acero en el ambiente alcalino del concreto (pH 12.5-13.0). Una vez que la capa pasiva se compromete, la corrosión por picadura se inicia en el sitio expuesto. Bajo la alta tensión de tracción sostenida en el torón de presfuerzo, las picaduras crecen rápidamente, reduciendo el área de sección transversal y aumentando la tensión local. El umbral crítico de cloruros para el acero de presfuerzo es aproximadamente 0.2% en masa de material cementicio — significativamente menor que para el acero de refuerzo convencional.
El agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) resulta de la acción combinada de la tensión de tracción sostenida y un ambiente corrosivo, causando fractura frágil a tensiones por debajo del límite elástico del acero. El torón de presfuerzo es particularmente susceptible al SCC porque opera continuamente al 60-75% de su resistencia máxima a la tracción.
La fragilización por hidrógeno afecta a los aceros de alta resistencia (resistencia a la tracción superior a 1,200 MPa, que incluye el torón Grado 270 a 1,860 MPa). El hidrógeno atómico ingresa a la red del acero a partir de reacciones de corrosión, reduciendo la ductilidad y causando fractura frágil repentina. Las fuentes de hidrógeno incluyen sistemas de protección catódica sobreprotegidos, acoplamiento galvánico con metales disímiles en la zona de anclaje y reacciones de corrosión en condiciones ácidas.
La corrosión relacionada con la lechada se ha documentado en puentes con lechada defectuosa. El estudio de la FHWA “Corrosion-Induced Major Tendon Failures in Post-Tensioned Bridges” (2022) identificó tres tipos distintos de deficiencia de lechada:
| Tipo de Deficiencia | Descripción | Mecanismo |
|---|---|---|
| Vacíos de lechada | Llenado incompleto del ducto con lechada, dejando espacios llenos de aire o agua | El agua se acumula en los vacíos, proporcionando electrolito para la corrosión con libre acceso de oxígeno |
| Segregación de lechada | Separación de los componentes de la lechada — las partículas densas de cemento se asientan, dejando una capa blanda, porosa y con alto contenido de agua en la parte superior | La capa segregada tiene menor pH, mayor porosidad y proporciona una vía preferencial para la corrosión |
| Lechada contaminada con cloruros | Contenido de cloruros superior al 0.08% en masa de material cementicio | Inicio directo de corrosión por picadura sin requerir ingreso externo de cloruros |
Una encuesta de las Academias Nacionales (NCHRP Proyecto 12-119) encontró que en puentes segmentados prefabricados construidos antes del año 2000, aproximadamente el 15% de los ductos de tendones mostraban evidencia de vacíos de lechada, con los vacíos concentrados en puntos altos de perfiles de tendones curvos y en anclajes.
La inspección de tendones en puentes segmentados requiere un protocolo progresivo. La inspección visual dentro de la viga cajón examina todos los anclajes de tendones accesibles en cada junta de segmento. Los inspectores buscan: manchas de óxido en la trompeta de anclaje o la placa de cuñas, torones expuestos con corrosión visible, fisuración del concreto alrededor del anclaje, y acumulación de humedad o agua en los bolsillos de anclaje. El Radar de Penetración Terrestre (GPR) escanea las superficies del tablero y las almas para localizar ductos de tendones y detectar anomalías de humedad. El GPR es rápido pero no puede distinguir de manera confiable entre lechada sólida y lechada blanda. El ensayo de Impacto-Eco (IE) a intervalos de 1 pie a lo largo de la trayectoria del ducto detecta vacíos analizando los cambios de frecuencia en las reflexiones de ondas de tensión. La tomografía ultrasónica proporciona imágenes 3D de las condiciones del ducto. La inspección con boroscopio a través de orificios de acceso perforados (típicamente de 10 mm de diámetro) proporciona confirmación visual directa de la condición de la lechada y la corrosión del torón.
| Método END | Capacidad | Limitación |
|---|---|---|
| Inspección visual | Manchas de óxido superficiales, fisuración, descascaramiento | No puede detectar condiciones internas |
| GPR (900-1600 MHz) | Localización de ductos, detección de humedad | No puede distinguir lechada sólida vs. blanda |
| Impacto-Eco | Detección de vacíos en ductos | Requiere interpretación especializada |
| Tomografía ultrasónica | Imágenes 3D de la condición de la lechada | Velocidad de exploración lenta |
| Boroscopio | Confirmación visual directa | Limitado a extremos de ductos accesibles |
El protocolo de validación respaldado por la FHWA recomienda: escaneo GPR para localización de ductos, IE en ubicaciones sospechosas (15-20% de la longitud total), referenciación cruzada de hallazgos y confirmación invasiva en ≥ 5% de las ubicaciones de ensayo para calibración.
La inspección de puentes segmentados presenta desafíos únicos que no se encuentran en los puentes de concreto monolítico convencionales.
El principal desafío de inspección es el acceso al interior de las vigas cajón y al trasdós externo y las caras de las almas. El acceso dentro de la viga cajón se realiza a través de aberturas de acceso en los diafragmas de pila, típicamente de 0.6 × 1.2 m de tamaño. Una vez dentro, el inspector puede caminar toda la longitud del puente dentro del hueco. Sin embargo, los puentes continuos de múltiples vanos con un ancho típico de cajón de 3 a 6 m presentan desafíos de inspección debido a: el espacio oscuro y confinado que requiere iluminación y equipo de seguridad especializados, la acumulación de polvo y escombros en la losa inferior que puede ocultar signos de eflorescencias o corrosión, la altura libre limitada en superestructuras poco profundas (tan solo 1.2-1.8 m de altura interna en segmentos de profundidad constante), y la presencia del sistema de ventilación y posibles nidos de aves o animales. Los inspectores deben seguir protocolos de entrada a espacios confinados según OSHA 29 CFR 1910.146.
El acceso externo al trasdós y las caras de las almas requiere vehículos de inspección bajo puente (camiones snooper) para puentes de hasta 15 m de altura, plataformas elevadoras o acceso por cuerda para pilas más altas, y barcazas para puentes sobre agua. Muchos puentes segmentados tienen pilas altas que superan los 50 m, lo que hace que el equipo convencional de acceso para mantenimiento sea insuficiente y requiera equipos especializados de rappel o escalada.
Los tendones internos adheridos están embebidos en el concreto y no pueden inspeccionarse directamente sin métodos destructivos. Los inspectores deben confiar en técnicas END que detectan condiciones internas a través del recubrimiento de concreto. Incluso con END avanzados, la precisión de la detección de vacíos en tendones de múltiples torones en almas gruesas (600-800 mm) sigue siendo un área de investigación activa. Los tendones externos ubicados en el hueco del cajón son completamente accesibles y pueden inspeccionarse visualmente a lo largo de toda su longitud — una ventaja significativa para la evaluación de la condición a largo plazo.
Las juntas de segmentos deben inspeccionarse en toda la sección transversal — tablero, almas y trasdós — tanto en las caras externas como internas. Una inspección completa de juntas requiere tanto acceso interno al cajón como acceso externo bajo el puente. El número total de juntas en un puente segmentado puede ser sustancial — un puente de 1,000 m con segmentos de 3 m tiene 333 juntas, cada una requiriendo un examen detallado.
Los puentes segmentados son sensibles a los gradientes térmicos — la diferencia de temperatura entre el tablero superior (calentado por el sol) y el trasdós inferior (sombreado). Un gradiente térmico positivo (parte superior más cálida que la inferior) hace que el tablero se expanda más que el trasdós, induciendo tensiones de compresión en la losa superior y tensiones de tracción en la losa inferior. Según el Artículo 3.12.3 de AASHTO LRFD, el gradiente térmico estándar para vigas cajón de concreto incluye un diferencial de 25°C (45°F) para zonas de radiación solar. Este gradiente induce momentos que deben considerarse en el diseño y afecta la condición medida de la junta durante la inspección. Una inspección en las tardes de verano puede mostrar juntas bajo mayor compresión, mientras que las inspecciones de invierno pueden mostrar compresión reducida.
Los puentes segmentados se califican utilizando estados de condición a nivel de elemento (CS) en el Manual Guía de Inspección de Elementos de Puentes de AASHTO y las calificaciones de condición del Inventario Nacional de Puentes (NBI) .
El Manual Guía de Inspección de Elementos de Puentes de AASHTO define estados de condición para elementos específicos de puentes segmentados:
| Elemento | CS-1 (Bueno) | CS-2 (Aceptable) | CS-3 (Pobre) | CS-4 (Severo) |
|---|---|---|---|---|
| Juntas de Segmentos | Decoloración menor, sin fisuración | Fisuras visibles < 0.3 mm, eflorescencias menores | Fisuras de 0.3-1.0 mm, eflorescencias activas, manchas de óxido | Separación de junta > 1 mm, fugas, concreto descascarado |
| Tendones de Postensado | Sin corrosión visible, lechada en buen estado | Corrosión superficial en cuñas, manchas menores | Pérdida de sección < 10%, alambres rotos en tendones externos | Tendones fallados, torones expuestos, pérdida severa de sección |
| Concreto de Viga Cajón | Sin delaminación, descascaramiento | Descascaramiento menor (< 2% del área superficial) | Descascaramiento del 2-10% del área superficial, refuerzo expuesto | Descascaramiento > 10%, pérdida de sección, tendones expuestos |
| Anclajes | Secos, sin corrosión | Corrosión menor en superficie de placa de apoyo | Corrosión activa, corrosión de cuñas, pérdida de sección | Anclaje fallado, cuñas rotas |
Los estados de condición se utilizan para calcular índices de condición de elementos para sistemas de gestión de puentes. Un elemento de puente segmentado calificado como CS-3 o CS-4 desencadena una acción de reparación o reemplazo dentro de un plazo definido.
La calificación de condición de la superestructura del Inventario Nacional de Puentes (NBI) (Ítem 59) utiliza una escala del 0 al 9, siendo 9 la condición excelente. Los datos de la FHWA indican que los puentes segmentados construidos según los estándares ASBI típicamente alcanzan una calificación NBI promedio de superestructura de 7.1 a los 30 años de edad — significativamente más alta que los puentes de concreto reforzado convencionales de edad comparable. Esto refleja la durabilidad inherente de los puentes segmentados postensados adecuadamente diseñados y construidos.
El MBE de AASHTO proporciona factores de sistema (φs) para la calificación de carga de puentes segmentados (Tabla 6A.5.11.6-1). Estos factores tienen en cuenta la redundancia y el modo de falla de la estructura según el tipo de puente (voladizo balanceado prefabricado, vano por vano prefabricado, CIP), tipo de junta (Tipo A o B), tipo de vano (interior, extremo, estáticamente determinado), número de tendones por alma y número de articulaciones hasta la falla.
| Tipo de Puente | Tipo de Junta | Tipo de Vano | 2 Tendones/Alma | 3 Tendones/Alma |
|---|---|---|---|---|
| Voladizo Balanceado Prefabricado | Tipo A | Interior | 1.05 | 1.15 |
| Voladizo Balanceado Prefabricado | Tipo A | Extremo | 1.00 | 1.10 |
| Vano por Vano Prefabricado | Tipo A | Interior | 1.00 | 1.10 |
El factor de sistema se multiplica por la resistencia nominal en la ecuación de calificación de carga. Los factores de sistema más altos reflejan configuraciones más redundantes (múltiples tendones por alma, múltiples vanos en una unidad continua).
La construcción de puentes por segmentos ofrece ventajas específicas que la convierten en el método preferido para viaductos largos y puentes de acceso aeroportuario.
Economía mediante la repetición: Para puentes de más de 300 a 500 metros, los ahorros de costos de la construcción industrializada se vuelven significativos. Los costos fijos del patio de colado, el equipo de erección y la movilización del equipo se distribuyen entre muchos segmentos, reduciendo el costo unitario por m² de superficie de tablero. La productividad aumenta mediante el efecto de la curva de aprendizaje — los contratistas típicamente alcanzan el 80-90% del tiempo de ciclo óptimo después de los primeros 10 a 20 vanos.
Beneficios ambientales: La construcción segmentada elimina la necesidad de cimbra que perturbaría los entornos sensibles debajo del puente. Esta es una gran ventaja para puentes sobre humedales, vías fluviales, hábitats protegidos, gargantas profundas y tráfico existente. La construcción puede realizarse sin despejar vegetación, sin construir caminos de acceso para cimbra y sin interrumpir el tráfico fluvial o vial debajo.
Estética esbelta: Las vigas cajón segmentadas permiten luces más largas con superestructuras menos profundas en comparación con los puentes de vigas convencionales. La relación profundidad-luz para puentes segmentados es típicamente de 1:18 a 1:22 para cajones de profundidad constante (en comparación con 1:12 a 1:15 para puentes de vigas I convencionales) y de 1:40 a 1:50 a medio vano para cajones de profundidad variable. Esto produce una apariencia más elegante y abierta.
Alineaciones curvas: Los puentes segmentados se adaptan naturalmente a alineaciones horizontales curvas, lo cual es crítico para intercambios de autopistas e intercambios complejos. Los segmentos colados por acople pueden ajustarse con precisión para seguir curvas horizontales con radios tan ajustados como 50 a 100 metros, lo cual sería difícil o imposible con vigas prefabricadas estándar.
Bajo costo de ciclo de vida: Los puentes segmentados postensados requieren menos intervenciones de mantenimiento que los puentes de concreto con juntas porque no tienen juntas de expansión (para vanos continuos de hasta 600 m) y el concreto pretensado tiene fisuración controlada. La eliminación de las juntas del tablero previene la causa más común de deterioro del tablero de puentes — juntas con fugas que permiten que el agua y los cloruros ataquen la subestructura debajo.
Construcción sobre áreas operativas: La construcción segmentada mediante pórticos autolanzables permite construir puentes sobre calles de rodaje, pistas, carreteras de servicio y plataformas activas sin interrumpir las operaciones aeroportuarias. El pórtico se extiende de pila a pila sin necesidad de soportes temporales en el terreno debajo. Los segmentos pueden entregarse a lo largo del tablero completado o desde un lado, evitando interferencias con los movimientos de aeronaves.
Construcción rápida: El ciclo rápido de erección de la construcción segmentada minimiza la duración de los trabajos dentro del área de operaciones aéreas (AOA), reduciendo la necesidad de cierres temporales, redireccionamiento de aeronaves y coordinación de seguridad. Un ciclo típico vano por vano de una semana por vano significa que un viaducto de 500 metros puede completarse en aproximadamente 4 meses.
Mantenimiento mínimo: Para las autoridades aeroportuarias, el alto costo de los cierres de mantenimiento en el lado aire — que pueden requerir cierres de calles de rodaje o pistas coordinados con los horarios de vuelo — hace que los diseños de bajo mantenimiento sean particularmente valiosos. Los puentes segmentados postensados con vanos continuos de hasta 300 a 400 metros entre juntas de expansión minimizan las necesidades de mantenimiento de juntas.
Durabilidad en ambientes químicos: Los aeropuertos utilizan productos químicos de deshielo (líquidos a base de glicol y acetato de potasio) en pavimentos y puentes durante las operaciones invernales. Estos productos químicos pueden atacar el concreto convencional mediante reacciones químicas con la pasta de cemento. Los puentes segmentados con concreto de alto rendimiento (baja relación a/c, humo de sílice, cenizas volantes) y sellado efectivo de juntas resisten mejor el ataque químico que los puentes convencionales.
Capacidad de carga para aeronaves pesadas: Los puentes segmentados en aeropuertos deben soportar cargas de aeronaves según la FAA AC 150/5320-6E, incluyendo combinaciones de carga para aeronaves de diseño como el B-777-300ER (peso máximo en plataforma de 352 toneladas) y el A-380 (peso máximo en plataforma de 590 toneladas). La sección transversal de viga cajón proporciona alta rigidez torsional para cargas excéntricas de aeronaves, y el sistema de postensado puede diseñarse para el envolvente de carga específico del tráfico aeroportuario.
El Manual de Diseño de Aeródromos de la OACI (Doc 9157 Parte 3) proporciona orientación sobre las características de diseño de pavimentos y el sistema de Número de Clasificación de Pavimentos (PCN) para informar la resistencia portante de pavimentos y tableros de puentes. Si bien la OACI se centra principalmente en la metodología de diseño de pavimentos, la misma caracterización de carga de aeronaves se aplica a las estructuras de puentes dentro del aeródromo. La distribución del peso de la aeronave asigna aproximadamente el 95% del peso de la aeronave al tren de aterrizaje principal y el 5% al tren de morro. Las configuraciones de ruedas se clasifican como Simple (S), Doble (D), Doble Tándem (2D), Triple Tándem (3D) y Cuádruple Tándem (4D). Los puentes segmentados en aeropuertos se diseñan utilizando cargas de aeronaves de la FAA/OACI con las disposiciones de diseño de puentes de AASHTO LRFD.
Proyectos notables de puentes segmentados aeroportuarios incluyen el Aeropuerto Internacional Felipe Ángeles (AIFA) en México (2021), donde VSL proporcionó construcción de puentes segmentados prefabricados para viaductos de acceso; las carreteras elevadas del Aeropuerto Internacional Seattle-Tacoma, donde la construcción segmentada prefabricada minimizó la interrupción de las operaciones aeroportuarias; y el programa de puentes del Aeropuerto Internacional Phoenix Sky Harbor, donde se evaluó la construcción segmentada para puentes aeroportuarios que requieren grandes luces sobre calles de rodaje.
Compilado de las Guías de Construcción Segmentada del ASBI (2023), Especificaciones de Diseño de Puentes AASHTO LRFD (9.ª Edición), Manual de Evaluación de Puentes de AASHTO (3.ª Edición), FHWA-HRT-13-028 Guía de Muestreo de Lechada, Informe de Fallas Mayores de Tendones Inducidas por Corrosión de la FHWA (2022), Especificación Guía PTI/ASBI M50.3-12, Informe NCHRP sobre Calificación de Carga de Puentes Segmentados (2024), FAA AC 150/5320-6E, OACI Doc 9157 Parte 3, y Manual de Diseño de Puentes del PCI.
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