I. Introducción
El presfuerzo tiene varias ventajas en comparación con las losas tradicionales de concreto reforzado. Una de ellas es el incremento de la capacidad a tensión y flexión de los elementos de concreto. Los elementos presforzados pueden ser pretensado o postensados, siendo la mayor diferencia entre ellos que los tendones de presfuerzo en el primero son tensionados antes de la fundición de concreto, mientras que para los segundos se lleva a cabo después de la fundición del mismo. Así mismo, existen dos sistemas utilizados para los elementos de concreto con tendones postensados: sistema adherido y sistema no adherido. El sistema adherido consiste en cables de siete hebras insertadas en un ducto plástico o de metal en el cual, después de haber sido tensados, se inyecta Grout(relleno estructural). El sistema no adherido consiste en cables de siete hebras cubiertos por una grasa especial y un revestimiento plástico (Osama y Yazeed, 2021). Sin embargo, la mayor diferencia entre ambos sistemas es la manera en la que los esfuerzos son trasferidos al elemento de concreto. Los tendones no adheridos tienen varias ventajas sobre los adheridos, dentro de los cuales se encuentra: mejor resistencia a la corrosión, facilidad constructiva, flexibilidad y rapidez en el ritmo de construcción.
II. Sistemas
A. Tendones no adheridos
Los tendones no adheridos usualmente consisten en cables (de siete hebras) individuales que, a lo largo de su vida útil, permanecen no adheridos al concreto circundante. Esta característica les permite moverse libremente en una posición local en relación con el miembro estructural. Las hebras del sistema monotorón están recubiertas con una grasa especialmente formulada que a su vez se ve cubierta por una capa exterior de plástico sin costura extruida en una operación continua con el objetivo de proporcionar protección contra la corrosión (Crigler, 2007). Dependiendo de la aplicación y el nivel de protección necesaria, los anclajes del sistema no adherido monotorón pueden ser encapsulados o no. La encapsulación de los anclajes, por su parte, consiste en cubrir la cavidad del anclaje con un tapón hermético relleno con material de recubrimiento anticorrosivo (misma grasa o recubrimiento P/T) (PTI, 2006). El sistema no adherido monotorón es típicamente utilizado en nuevas construcciones en losas de piso, losas de contrapiso, viguetas de transferencia, armaduras, muros de corte y losas de cimentación. Debido a que son livianos, los tendones no adheridos pueden ser instalados de manera fácil y rápida, proveyendo así una solución económica.
Imagen 1. Componentes del sistema no adherido de postensado
La característica que distingue a los tendones no adheridos es que, por diseño, estos no forman un enlace a lo largo de su longitud con el concreto que se encuentra a su alrededor. La fuerza del tendón tensado es transferida al elemento estructural de concreto principalmente por medio de los anclajes en los extremos del tendón. Variaciones en las fuerzas a lo largo del tendón son afectadas por la fricción presente entre el cable recubierto y el perfil de este dentro del miembro de concreto. Debido a que la fuerza en un tendón no adherido se transfiere por medio de los anclajes, la integridad de estos a lo largo de la vida útil del presfuerzo es crucial (Aalami, 1994).
1. Instalación
La instalación de sistema de tendones no adheridos de manera resumida se da de la siguiente manera:
- Colocación de encofrado
- Fijación de anclajes al lado interno del encofrado
- Instalación de silletas según el perfil de altura indicado en los planos de taller de postensado
- Instalación de refuerzo necesario en zonas de anclaje e instalación de tendones de presfuerzo
Imagen 2. Instalación de tendones no adheridos.
2. Inspección
Durante la instalación del postensado se debe tener en cuenta que el acero de refuerzo sea colocado según las indicaciones de los planos de taller de postensado. Y a la hora de la fundición de concreto las vibraciones se hagan alrededor de los anclajes, se evite el daño a los tendones de presfuerzo y se lleve a cabo un el curado correcto del concreto.
3. Tensado
Para el tensado del acero de presfuerzo se deben tomar en cuenta los siguientes pasos:
- Remover el enconfrado
- Preparar los tendones para el tensado
- Revisar la resistencia del concreto
- Tensar los cables utilizando equipo calibrado para cables monotorones
- Rellenar registro de elongaciones
- Aprobación de elongaciones por ingeniero estructural
- Cortar cables y rellenar las cavidades
B. Tendones adheridos
El sistema adherido está compuesto por tendones individuales o múltiples, en este caso los cables de acero de presfuerzo se encuentra desnudos y encapsulado en un ducto de acero corrugado o plástico. Después de que el acero ha sido tensado, una lechada de cemento es inyectada en el ducto para adherirlo con el concreto circundante. Adicionalmente, la lechada genera un ambiente alcalino que provee protección en contra de la corrosión al acero de presfuerzo. Un sistema avanzado de ducto encapsula los cables de acero en un ducto corrugado y un sistema de acoplamiento de plástico. Un sistema adherido de postensado puede variar desde un solo cable hasta cincuenta o más cables en un solo tendón, mientras que el ensamblaje del anclaje consiste en refuerzo de confinamiento de la zona local, placa de apoyo, cabeza de anclaje, cuñas y tapón de lechada (Crigler, 2007). El sistema adherido, aunque extensamente utilizado en la construcción de nuevos puentes y estructuras de transporte, ha sido utilizado de manera efectiva en edificios comerciales. Cuando es utilizado en elementos estructurales grandes como vigas, dentro de las ventajas de diseño se incluye el incremento de luces libres, mayor capacidad de carga y reducción de las deflexiones.
Imagen 3. Componentes de sistema adherido de postensado.
La característica que distingue a los tendones adheridos es que, por diseño, estos sí forman un enlace a lo largo de su longitud con el concreto que se encuentra a su alrededor. La adherencia se logra a través de la matriz de cemento (lechada) que cubre al cable desnudo. Esta lechada actúa con el ducto, que está cubierto por el concreto del elemento, para completar la trayectoria de la adherencia desde el acero de presfuerzo hasta el concreto circundante. A manera de resumen, el cable desnudo se adhiere a la lechada, esta se adhiere al ducto, que por su parte se encuentra adherido al concreto del elemento estructural. Debido a que una vez la lechada se endurece bloquea el movimiento del cable, la fuerza en este tendón se vuelve una función de la deformación del concreto circundante.
1.Instalación
La instalación de sistema de tendones no adheridos de manera resumida se da de la siguiente manera:
- Colocación de encofrado y cortina lateral
- Fijación placas de apoyo
- Colocación de ductos y refuerzo necesario
- Perfilación de ductos según planos de taller de postensado
- Colocación de cables adentro de ducto (puede ser antes o después de la fundición de concreto)
Imagen 4. Instalación de tendones adheridos.
2. Inspección
Durante la instalación del postensado se debe tener en cuenta que el acero de refuerzo sea colocado según las indicaciones de los planos de taller de postensado. Y a la hora de la fundición de concreto las vibraciones se hagan alrededor de los anclajes, se evite el daño a los tendones de presfuerzo y se lleve a cabo un el curado correcto del concreto.
3. Tensado
Para el tensado del acero de presfuerzo se deben tomar en cuenta los siguientes pasos:
- Remover el encofrado
- Preparar los tendones para el tensado
- Revisar la resistencia del concreto
- Tensar los cables utilizando equipo calibrado
- Rellenar registro de elongaciones
- Aprobación de elongaciones por ingeniero estructural
4. Inyección del Grout o lechada
Para la correcta inyección de lechada se debe de tomar en cuenta lo siguiente:
- Chequear los ductos para verificar que no existan bloqueos
- Inyectar el relleno estructural o lechada y sellar las entradas
- Registrar los resultados de la Grout (velocidad, volumen, etc.)
- Comprobar en los respiraderos que el relleno sea adecuado
III. Comparación de sistemas
El PTI presenta un resumen general acerca de las diferencias de ambos sistemas (PTI, s.f.):
| Características | Sistema no adherido | Sistema adherido |
| Adherencia con el concreto circundante | El tendón no se encuentra adherido al concreto circundante y puede moverse libremente | El tendón se encuentra adherido al concreto circundante |
| Sistema de transferencia de fuerza/esfuerzo | La fuerza de postensado se transmite a la estructura por medio de los anclajes | La fuerza de postensado se transmite a la estructura en toda la longitud del tendón por medio de la lechada que se adhiere al ducto corrugado, y este a su vez se adhiere al concreto circundante La fuerza en cada sección se encuentra en función de la deformación del concreto |
| Aplicación | Edificios y estructuras civiles Más común en edificaciones comerciales Puede ser utilizado en postensado externo | Edificios y estructuras civiles Más común en estructuras civiles (puentes, etc.) Puede ser utilizado en postensado externo |
| Fabricación de tendones en planta (extrusión y cortado a longitudes específicas) | Necesario | No necesario pero posible |
| Colocación | Práctico y flexible. Su manejo es más sencillo y no necesita de equipo pesado | Práctico y flexible. Dependiendo de la aplicación y el sistema a utilizar, puede necesitar de equipo pesado y reducir la flexibilidad |
| Lechada | No aplica | Necesario |
| Tensado | Se tensa un solo cable por tensado | Típicamente se tensan múltiples cables en cada tensado, en algunos sistemas se tensa uno por uno |
| Demolición | Requiere cuidados especiales | Directo, similar a refuerzo convencional |
| Reparación | Un cable deteriorado o dañado puede ser fácilmente extraído de su revestimiento y ser reemplazado por uno nuevo Cables cortados también pueden ser restaurado por medio de distintas técnicas | Debido a la adherencia en toda su longitud, este sistema no ofrece la posibilidad de reemplazar los tendones |
| Impacto de una falla localizada en el desempeño de la estructura | En este sistema, la función recae en la integridad del cable en toda su longitud y en los anclajes. La pérdida de fuerza en algún punto a lo largo del tendón lleva a la pérdida de fuerza en toda su longitud. Lo que conlleva a que el tendón es efectivo en toda su longitud o no es efectivo en absoluto La protección continua de un tendón no adherido en toda su longitud es crítica | Un tendón adherido es capaz de desarrollar su fuerza en su longitud a una distancia aproximada de cincuenta veces el diámetro del cable. Por lo que, si falla un anclaje o existe una falla local, la pérdida de la fuerza sería local y el resto del tendón retiene su fuerza y, por lo tanto, sigue siendo funcional |
Las ventajas que presenta el sistema adherido sobre el no adherido son:
- Hay una reducción en la deflexión de una viga no adherida en comparación con una viga adherida.
- Hay una reducción en el esfuerzo cortante de la viga no adherida en comparación con la viga adherida
- Hay una reducción de la tensión superior de una viga no adherida en comparación con una viga adherida
- Se reduce la tensión inferior de una viga no adherida en comparación con una viga adherida
- Se reduce el momento de flexión de una viga no adherida en comparación con una viga adherida
Por otro lado, algunas ventajas que el sistema adherido presenta sobre el no adherido son:
- En ambientes corrosivos, los sistemas adheridos ofrecen importantes ventajas de diseño que suponen un ahorro en el ciclo de vida
- El postensado adherido ofrece una resistencia al colapso progresivo superior a la del postensado no adherido
- El tendón de postensado adherido tiene la capacidad de desarrollar su fuerza en una distancia relativamente corta a lo largo de su longitud en comparación con el postensado no adherido
- Los sistemas de postensado adheridos ofrecen flexibilidad cuando se necesitan futuras modificaciones en el diseño del edificio más que el postensado no adherido
Sin embargo, se debe tomar en cuenta que el requisito de presfuerzo para el sistema adherido es comparativamente mayor que el necesario en un sistema no adherido. Esto puede atribuirse a las pérdidas de fricción las cuales son mayores en tendones adheridos (especialmente los que posean un perfil bastante pronunciado) (Aalami, 1994). Esto da lugar a una pérdida de tensión efectiva en los tendones que, a su vez, se traduce a una pérdida de fuerza de pretensado efectiva en la sección del elemento. Por lo tanto, el número de tendones necesarios para un sistema de postensado adherido en comparación con un sistema de no adherido es mayor considerando una misma fuerza de tensado.
Además, el requisito de refuerzo (pasivo o tradicional) para los sistemas postensado-adheridos en comparación a los sistemas no adheridos resulta ser mayor. Esto se debe a que, en el caso del sistema adherido, la cantidad mínima de refuerzo pasivo según código es del 0.12% de la sección. Por otro lado, para un sistema postensado no adherido, la armadura de refuerzo pasivo es reducida, y las barras son únicamente de refuerzo superior o inferior.
Ambos sistemas proveen un rendimiento y durabilidad satisfactoria. La selección del sistema a utilizar se encuentra definido por la disponibilidad, economía y las necesidades específicas de cada proyecto.
Referencias
Aalami, B.O. (1994) Unbonded and bonded Post-tensioning Systems in Building Construction, A Design and Performance Review. PTI Technical Notes, (5) p. 1-10. Extraído de: https://www.post-tensioning.org/Portals/13/Files/Pdfs/Education/Technote5.pdf
Osama Abdelhalim, J.; Yazeed Sayed-Ahmed, E. (2021) Testing Post tensioned slabs with bonded and unbonded tendons. Proceedings of the 6th International Conference on Civil Structural and Transportation Engineering (ICCSTE’21). Extraído de: https://avestia.com/ICCSTE2021_Proceedings/files/paper/ICCSTE_117.pdf
Post-tensioning Institute (2006) Manual constructivo para el entrenamiento y certificación de personal de campo para postensado sin tendones adherentes: Nivel 1, Aspectos básicos en campo. Estados Unidos.
Crigler, J. (julio 2007) Post-tensioning revisited. Structure magazine, p. 64-67. Extraído de: https://www.structuremag.org/wp-content/uploads/2014/09/D-Product_Watch_Crigler_Post_Tension_Revisit1.pdf
Post-tensioning Institute (s.f.) Secton 2: PT Systems. Extraído de: https://www.post-tensioning.org/Portals/13/Files/PDFs/Education/140204-2-PTI%20EDC-130-PT%20Systems-40.pdf