Encofrados flexibles textiles

Figura 1. Casa Pascual de Juan en La Moraleja, (Madrid), obra de Miguel Fisac. Fuente: https://arquitecturaviva.com/obras/casa-pascual-de-juan-en-la-moraleja-madrid

En los encofrados flexibles, el hormigón se confina mediante una combinación de elementos rígidos de soporte y una membrana que únicamente resiste tracciones. Mediante la fijación de un material textil sobre un soporte de madera, el hormigón vertido adopta la forma preestablecida por el material. Así, al recibir el hormigón fresco, la membrana la contiene y adopta una forma gravitacional.

En este contexto, lo particular de esta tecnología radica en el uso de una tela que puede resistir el hormigón hasta que este complete su curado. En la actualidad, en el mercado de la construcción, se encuentran disponibles los geotextiles, los cuales poseen alta resistencia y coste competitivo, convirtiéndolos en una opción para emplearse como encofrados flexibles. Estos textiles se distinguen además por su ligereza y su reducido volumen, lo que los hace adecuados emplearse en proyectos que requieran largos desplazamientos.

Al reemplazar los tradicionales encofrados prismáticos con un material flexible compuesto por láminas textiles de alta resistencia y bajo costo, es posible aprovechar la fluidez del hormigón para construir formas altamente optimizadas y de interés arquitectónico.

A partir de finales de la década de 1960, Miguel Fisac empleó los encofrados flexibles sujetos con elementos que alteran su superficie, moldea el hormigón, el cual al fraguar adquiere una apariencia lisa con una textura singular. Esta técnica encuentra aplicación especialmente en las fachadas de numerosos edificios. El material, que evoluciona en formas y acabados con el tiempo, se convierte desde entonces en un elemento distintivo y destacado que define su identidad arquitectónica. Este tipo de encofrado proporciona al hormigón una apariencia redondeada y suave, evocando la sensación de un material aún fluido.

Los encofrados textiles permiten obtener estructuras que requieren hasta un 40% menos de hormigón que una sección prismática equivalente, lo que representa un ahorro notable en términos de sostenibilidad. Existen áreas prometedoras para futuros desarrollos, tales como modelos informáticos de cálculo, el uso de textiles avanzados como encofrados colaborativos, el pretensado y la implementación de estructuras aligeradas con huecos.

En el vídeo que podéis ver a continuación vemos una forma innovadora de usar este tipo de encofrados.

Os dejo a continuación un par de documentos de interés sobre este tipo de encofrados.

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Referencias:

AFECI (2021). Guía sobre encofrados y cimbras. 3ª edición, Asociación de fabricantes de encofrados y cimbras, 76 pp.

ANDECE (2020). Guía técnica. Elementos prefabricados de hormigón para obras de ingeniería civil, 86 pp.

CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

PEURIFOY, R.L. (1967). Encofrados para estructuras de hormigón. McGraw-Hill y Ediciones Castillo, Madrid, 344 pp.

RICOUARD, M.J. (1980). Encofrados. Cálculo y aplicaciones en edificación y obras civiles. Editores Técnicos Asociados, S.A. Barcelona, 312 pp.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

YEPES, V. (2024). Estructuras auxiliares en la construcción: Andamios, apeos, entibaciones, encofrados y cimbras. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València. Ref. 477 (en prensa)

Cursos:

Curso de estructuras auxiliares en la construcción: andamios, apeos, entibaciones, encofrados y cimbras.

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Sistemas de forjado con prelosas

Figura 1. Prelosa armada empleada en la construcción de forjados de edificación. Fuente: https://weckenmann.com/es/infoteca/productos-prefabricados-de-hormig%C3%B3n/prelosas

La prelosa es un componente prefabricado que consta de una lámina inferior de hormigón con un espesor uniforme y nervios dispuestos longitudinalmente. Su función principal es servir como encofrado para el forjado que posteriormente se hormigonará en obra. Una vez que el hormigón ha fraguado, la prelosa se convierte en una placa compuesta junto con el hormigón vertido. Estos elementos representan una evolución industrializada de la vigueta, ya que tienen una sección prefabricada más grande y requieren menos hormigón y armadura durante la instalación en la obra. Es importante destacar que la prelosa actúa como un encofrado y, por lo tanto, debe ser cimbrada, por el hecho de que no es un forjado autoportante.

Estos elementos prefabricados no deben confundirse con las prelosas empleadas en los tableros de puentes, que tienen dimensiones considerablemente mayores y una capacidad resistente más elevada.

Las prelosas se diseñan para utilizarse como parte de los forjados en situaciones donde las luces no sean excesivas, hasta unos 8 m. Pueden ser armadas o pretensadas, pueden tener nervios rigidizadores o armaduras básicas electrosoldadas, y pueden ser macizas o aligeradas. Las dimensiones, refuerzos y piezas especiales se fabrican según las especificaciones del cliente.

  • Las prelosas armadas son losas de hormigón con armaduras básicas electrosoldadas en celosía, generalmente dispuestas longitudinalmente, para lograr una conexión adecuada con el hormigón vertido in situ, completando así su capacidad resistente (Figura 1). El espesor de la losa varía entre 6 y 20 cm, con una anchura normalizada de 120 cm, diseñada para forjados de hasta 50 cm de espesor. Las placas de hormigón que se utilizan como encofrado suelen equiparse con una parrilla que arma la losa de hormigón prefabricado. También se pueden incorporar nervios rigidizadores, especialmente cuando se requiere que la prelosa sea autoportante, evitando la necesidad de sopandas durante el montaje y el vertido de hormigón en la obra. La prelosa presenta una cara superior rugosa con armaduras en celosía salientes para garantizar una buena adherencia del hormigón vertido “in situ”, mientras que la cara inferior es lisa, proporcionando un buen acabado a la vista.
  • Las prelosas pretensadas cuentan con dos o más nervios rigidizadores, generalmente dispuestos longitudinalmente para ofrecer resistencia y rigidez durante la ejecución (Figura 2). Los anchos típicos varían entre 600 mm o 1200 mm. Estas prelosas llevan armadura transversal de fábrica y, en ocasiones, se complementan con armaduras adicionales en la obra. Para permitir el apoyo, las prelosas cuentan con armaduras salientes, ya que no se ajustan completamente a las vigas, dejando un espacio de solo unos centímetros.
Figura 2. Prelosas pretensadas. Fuente: https://www.hermo.net/producto/prelosa-pretensada-2/

Tanto en las prelosas armadas como en las pretensadas, es posible insertar bloques de poliestireno expandido entre los nervios para reducir el peso del forjado final (Figura 2), además de proporcionar un aislamiento térmico parcial adicional. Las prelosas pueden componerse con diversos materiales, como una lámina intermedia de arlita (árido ligero de arcilla expandida) en la losa inferior, diseñada para mejorar la resistencia al fuego y el aislamiento térmico del forjado.

Estos elementos prefabricados se fabrican mediante moldeo, producción en pistas o extrusión. Se utilizan pistas metálicas con cantos biselados en los laterales para proporcionar un acabado óptimo en la superficie visible del elemento, en comparación con una construcción ‘in situ’ con encofrados. La cara inferior de los elementos es completamente plana y lisa. Además, es posible integrar elementos como cajas eléctricas, puntos de luz, registros, etc., lo que permite obtener un techo liso sin necesidad de falsos techos.

La prelosa representa un sistema más avanzado que el tradicional método de vigueta y bovedilla, caracterizándose por un nivel medio de industrialización. Entre sus ventajas, destacan su ejecución rápida y sencilla, al menos en lo que respecta a la sección prefabricada, y la eliminación de la necesidad de encofrar la planta en el caso de prelosas pretensadas.

Otras ventajas adicionales son las siguientes:

  • Simplificación de la construcción al eliminar en gran medida el encofrado y las cimbras (aunque algunas áreas de juntas y transiciones aún pueden requerir trabajo in-situ). En ocasiones, puede ser necesario mantener un cimbrado parcial.
  • Incremento de la precisión geométrica gracias a la utilización de procesos industrializados en entornos más controlados, lo que incluye el acabado.
  • Mejora en la calidad y variedad del hormigón utilizado, gracias a las opciones de mezcla, vertido y curado en un entorno más controlado. Esto incluso puede incluir técnicas de curado al vapor para prevenir la evaporación del agua.
  • Inclusión de pretensado localizado por zonas, lo que optimiza los recursos y mejora el rendimiento estructural.
  • Empleo de calidades superiores de hormigón en áreas de alta demanda, tanto en términos de capacidad estructural como de durabilidad. Dado que las prelosas son la parte siempre expuesta a la intemperie, pueden utilizar un hormigón de mayor compactación e impermeabilidad, o con un diseño optimizado para resistir los ciclos de hielo y deshielo, incluso incluyendo aire en los parámetros óptimos de la mezcla.

Os dejo algunos vídeos donde se ve el montaje de unas prelosas pretensadas.

Referencias:

AFECI (2021). Guía sobre encofrados y cimbras. 3ª edición, Asociación de fabricantes de encofrados y cimbras, 76 pp.

ANDECE (2022). Guía técnica. Forjados prefabricados de hormigón, 89 pp.

CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Cimbras, andamios y encofrados. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.441.

PEURIFOY, R.L. (1967). Encofrados para estructuras de hormigón. McGraw-Hill y Ediciones Castillo, Madrid, 344 pp.

RICOUARD, M.J. (1980). Encofrados. Cálculo y aplicaciones en edificación y obras civiles. Editores Técnicos Asociados, S.A. Barcelona, 312 pp.

Cursos:

Curso de estructuras auxiliares en la construcción: andamios, apeos, entibaciones, encofrados y cimbras.

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Premio EMA (Excelencia y Mérito Académico) de estructuras de edificación 2023

Iván Negrín ha ganado la primera edición del Premio EMA (Excelencia y Mérito Académico) de estructuras de edificación 2023. Se trata de un premio otorgado por la Asociación de consultores de estructuras de edificación (ACIES), una convocatoria dirigida a estudiantes e investigadores con interés en el cálculo de estructuras de edificación. Tengo el honor de dirigir su tesis doctoral junto con el profesor Moacir Kripka. Iván es un estudiante de nuestro Programa de Doctorado, de nacionalidad cubana y que tiene una beca predoctoral para realizar su trabajo de investigación. El estudio se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. ¡Enhorabuena, Iván!

Este galardón, impulsado por la Junta Directiva de ACIES, persigue los siguientes fines:

  • Dar a visibilidad y reconocimiento la labor de estudiantes e investigadores en el campo de la consultoría de estructuras de edificación
  • Promocionar el interés de las nuevas generaciones en la consultoría de estructuras de edificación
  • Fomentar la incorporación de estudiantes con formación e interés en el mundo laboral del gremio de la consultoría de estructuras de edificación.
  • Poner en valor la importancia de la consultoría de estructuras de edificación dentro de la construcción a través de las nuevas generaciones.

Su trabajo, Optimización metaheurística enfocada en el diseño sostenible basado en fiabilidad y robusto de estructuras híbridas para marcos de edificaciones, presentaba una innovación técnica notable que proponía edificaciones aporticadas que mejoren los índices de sostenibilidad de las tipologías actuales.

“Mediante la aplicación de la novedosa metodología de diseño propuesta se busca formular problemas de optimización que exploren en profundidad la posibilidad de construir estructuras mixtas o híbridas. Esto con el objetivo de obtener diseños más económicos, respetuosos con el medio ambiente, de gran impacto social, fáciles de construir y duraderos”, especifica en su trabajo Negrín.

En el siguiente enlace se puede ver a los otros finalistas y a los miembros del jurado: https://www.acies.es/actividades/premios-ema

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Encofrados especiales

Figura 1. Encofrado a medida en tres dimensiones. https://www.peri.es/productos/encofrados/soluciones-para-obra-civil/encofrado-especial/freeform-formwork.html

En este apartado se incluyen aquellos encofrados no incluidos en los habituales encofrados verticales y horizontales. Algunas características de estos encofrados especiales serían las siguientes:

  • Geometrías complejas: Se trata de formas que no pueden lograrse mediante encofrados estándar o tradicionales. Suelen ser construcciones con diversas curvaturas, que requieren modelos tridimensionales (Figura 1).
  • Altas presiones o cargas: Requieren encofrados con un mayor refuerzo.
  • Acabados singulares: Son encofrados que buscan una terminación de una calidad especial (Figura 2).
  • Condiciones especiales de obra: En el caso de que la obra no permita usar encofrados convencionales. En estos casos se diseñan encofrados a medida o se instalan estructuras auxiliares o de apoyo, siendo comunes en obras marítimas (Figura 3).
Figura 2. Museum of Tomorrow. https://www.peri.es/proyectos/cultural-buildings/museum-of-tomorrow.html

Para aumentar la rentabilidad y la reutilización de los elementos, los encofrados especiales aprovechan al máximo las piezas normalizadas de las estructuras auxiliares existentes en el mercado. La madera es el material que más se adapta a cualquier tipología, siendo reforzada con correas metálicas. Otras veces los encofrados son de acero o incluso de aluminio, lo que permiten unas 1000 puestas. Es habitual el uso en proyectos con unidades repetitivas, como es el caso de las viviendas sociales en países en desarrollo.

En otros artículos anteriores se pueden ver algunos de estos encofrados especiales, como puede ser el sistema de muros portantes o encofrado túnel, el encofrado hinchable, los carros de encofrado para túneles o para puentes.

Figura 3. Contradique de obras de abrigo de Valencia. https://rubricaingenieria.com/es/rubrica-proyecto/contradique-obras-de-abrigo-valencia/

Referencias:

AFECI (2021). Guía sobre encofrados y cimbras. 3ª edición, Asociación de fabricantes de encofrados y cimbras, 76 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Cimbras, andamios y encofrados. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.441. Valencia, 50 pp.

Cursos:

Curso de estructuras auxiliares en la construcción: andamios, apeos, entibaciones, encofrados y cimbras.

 

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Interacción suelo-estructura en el diseño óptimo de pórticos de edificación

Hemos presentado en la 7th International Conference on Mechanical Models in Structural Engineering una comunicación sobre la implementación de un modelo que considere la interacción entre el suelo y la estructura (SSI) en el diseño óptimo de pórticos de hormigón armado en edificación. El trabajo propone una metodología para simular la interacción suelo-estructura en los procesos de optimización estructural, utilizando un modelo tipo Winkler que considera la deformación adicional de la superestructura durante la carga, lo que conduce a diseños sostenibles más eficientes y duraderos. El objetivo es crear un escenario más realista considerando el asentamiento del suelo y su influencia en el coeficiente de rigidez, que no se tiene en cuenta en los métodos tradicionales de soportes rígidos o articulados, lo que lleva a un diseño de superestructura ineficiente. El estudio se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

El estudio compara los diseños optimizados de las estructuras con los soportes clásicos (métodos tradicionales) y el modelo sugerido, lo que demuestra la influencia de considerar la interacción entre el suelo y la estructura en la eficiencia del diseño de la superestructura. Los resultados muestran que el uso de soportes tradicionales conduce a diseños ineficientes, lo que pone de relieve la necesidad de modelos más realistas que tengan en cuenta esta interacción.

El documento también analiza el comportamiento de los diferentes tipos de suelo y cómo se refleja en el modelo propuesto. Considera tanto los suelos cohesivos como los granulares, destacando los asentamientos diferenciales y las tensiones adicionales que se producen en los modelos con interacción, y que no ocurren en los modelos con soportes rígidos.

Los resultados de este estudio se pueden resumir de la siguiente forma:

  • Los diseños optimizados de los modelos con interacción generan más emisiones que los modelos tradicionales, lo que indica que la superestructura de los modelos que consideran el SSI está más estresada. Sin embargo, esto no significa que no tener en cuenta la interacción sea más beneficioso.
  • Las estructuras con soportes rígidos requieren menos material en la superestructura, pues están menos estresadas, pero no reflejan los asentamientos diferenciales que existen en la práctica.
  • Los suelos granulares son más propensos a los asientos diferenciales, y el aumento de la curvatura resultante de los asientos diferenciales afecta más a las columnas que a las vigas.
  • Las diferencias más significativas entre los modelos con SSI y los modelos con soportes clásicos se observan en el estudio de caso en el que la carga axial que llega a los cimientos es mayor debido a un nivel adicional, lo que agudiza el fenómeno del asiento diferencial.
  • Los resultados demuestran la influencia del SSI en la eficiencia del diseño de la superestructura, y destacan la necesidad de modelos más realistas que tengan en cuenta el SSI para diseños sostenibles más eficientes y duraderos.

Abstract:

This paper proposes a methodology to simulate the soil-structure interaction (SSI) in structural optimization processes. The aim is to create a scenario more aligned with reality, which is not reflected in the traditional methods of considering perfectly rigid or articulated supports. A Winkler-type model is proposed where a hyperbolic equation that relates the pressure p with the settlement S is used to calculate the stiffness coefficient k. This coefficient simulates the interaction that causes additional deformation of the superstructure during the loading process, increasing internal forces. Several reinforced concrete frame structures with traditional rigid supports and the proposed SSI model are optimized to demonstrate the influence of this phenomenon. The results show that using traditional supports, as is commonly done, leads to inefficient superstructure design. Therefore, the proposed methodology is conducive to creating more realistic models that allow for more efficient and durable sustainable designs.

Keywords:

Soil-structure interaction; reinforced concrete; frame structure; optimization; Winkler model.

Reference:

NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2023). Model for considering soil-structure interaction and its implementation in the optimal design of RC frame structures. 7th International Conference on Mechanical Models in Structural Engineering, CMMoST 2023. 29 nov – 01 dec, Málaga (Spain).

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Hacia la rehabilitación de viviendas: demanda y necesidad social

Os paso a continuación un artículo que acabamos de publicar en la revista ANUARI d’Arquitectura. El trabajo analiza el impacto de la crisis económica de 2008 en el sector de la vivienda en España, que provocó un envejecimiento del parque de viviendas y dificultades para acceder a la vivienda. Destaca la necesidad de rehabilitación social de las viviendas existentes y la importancia de una vida sostenible. El artículo enfatiza el cambio hacia la rehabilitación de viviendas existentes en lugar de construir otras nuevas, lo que presenta un nuevo desafío para que la arquitectura aborde las necesidades de la sociedad.

Se pueden aportar las siguientes contribuciones del trabajo:

  • El trabajo destaca el impacto de la crisis económica de 2008 en el sector de la vivienda en España, que provocó un envejecimiento del parque de viviendas y dificultades para acceder a la vivienda.
  • Hace hincapié en la necesidad de la rehabilitación social de las viviendas existentes como respuesta a las demandas de la sociedad y en la importancia de promover una vida sostenible.
  • El documento analiza la demanda social de viviendas con características específicas, como los balcones y la eficiencia energética, y la importancia de adaptar los edificios a las nuevas demandas.
  • Explora el uso de herramientas de simulación del rendimiento de edificios (herramientas BPS) para facilitar los análisis especializados y mejorar el impacto ambiental de los edificios.
  • El documento también destaca los avances en los materiales y técnicas de construcción, como el uso de materiales puzolánicos y el sistema de aislamiento térmico externo (ETIS), para mejorar la utilización de los recursos, la durabilidad y la eficiencia energética.
  • Alinea el concepto de renovación de edificios con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) establecidos en la Agenda 2030 de las Naciones Unidas, en particular el ODS 11 (ciudades y comunidades sostenibles) y el ODS 9 (infraestructura resiliente e industrialización sostenible)

Resumen:

El año 2008 se desencadenó una crisis económica mundial que hizo temblar los cimientos de la sociedad y produjo cambios en su visión. En España, esta crisis afectó con crudeza al sector inmobiliario, dejando miles de viviendas vacías. En la actualidad, aún quedan vestigios de esta herida en la sociedad: un parque de vivienda envejecido y la dificultad de acceso a la vivienda, entre otros factores. Este contexto social, sumado a la necesidad de trabajar para conseguir una manera de habitar más sostenible, justifica una necesidad social que se está convirtiendo en una realidad. Rehabilitar vivienda en lugar de construir nueva. Un nuevo reto para la arquitectura en respuesta a la sociedad. Un nuevo reto para el que se están planteando diferentes soluciones.

Palabras clave:

BIM; rehabilitación de edificios; sostenibilidad; vivienda

Referencia:

FERNÁNDEZ-MORA, V.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2023). Towards housing rehabilitation: Demand and social need. ANUARI d’Arquitectura I Societat, 3:162-87. DOI:10.4995/anuari.2023.19984.

Al ser una publicación en abierto, os la paso para su descarga:

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Avances científicos en relación con los edificios prefabricados de hormigón sismorresistentes

Acaban de publicarnos un artículo en Structures, revista indexada en el JCR. El trabajo lleva a cabo un análisis exhaustivo de 127 artículos para identificar las tendencias predominantes y las brechas actuales en la investigación sobre edificios prefabricados de hormigón (PCB) resistentes a los terremotos. Estos edificios ofrecen ventajas como la rapidez de construcción, la mejora de la durabilidad y la reducción de la mano de obra, pero es necesario estudiar las conexiones entre los elementos prefabricados para garantizar su resistencia sísmica.

El estudio se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

Entre otras, se pueden destacar las siguientes contribuciones del trabajo:

  • Reveló la correlación entre los PCB y temas como las conexiones secas, la disipación de energía, el diseño óptimo y el colapso progresivo, lo que puso de relieve la naturaleza diversa de las investigaciones actuales en este campo.
  • Identificaron los sistemas de marcos y pantallas de rigidización como las categorías predominantes en la investigación de los PCB, siendo el enfoque tradicional de construcción moldeada in situ la referencia para determinar su rendimiento sísmico.
  • Destacó la necesidad de explorar con mayor detalle sistemas estructurales innovadores y resilientes y de adoptar metodologías de vanguardia para integrar la seguridad sísmica y la sostenibilidad de los PCB.
  • Proporcionó una hoja de ruta para futuros proyectos de investigación e informó sobre los últimos avances y tendencias en la investigación de PCB con seguridad sísmica.

La editorial permite la descarga gratuita del artículo en la siguiente dirección: https://authors.elsevier.com/sd/article/S2352-0124(23)01686-7

Abstract:

Precast concrete buildings (PCB) offer several advantages, including swift construction, exceptional quality, enhanced durability, decreased formwork requirements, and reduced labour. However, it is crucial to effectively study the connections between the various prefabricated elements that make up the structure, particularly in the face of dynamic loads and seismic actions. Extensive research has been conducted to develop seismic-resistant PCB, underscoring the necessity of exploring research approaches, identifying trends, addressing gaps, and outlining future research directions. A thorough analysis was carried out on a literature set comprising 127 articles published between 2012 and May 2023, using a three-step research process that included bibliometric search, quantitative analysis, and qualitative analysis. The primary objective was to identify prevailing research trends and pinpoint current gaps that would contribute to the advancement of future research. The scientific mapping of authors’ keywords revealed the correlation between PCB and topics such as dry connections, energy dissipation, optimal design, and progressive collapse, highlighting the diverse nature of current research in the field. Furthermore, the qualitative literature analysis demonstrated that frame and shear wall systems emerged as the predominant categories. This dominance can be attributed to the seismic performance reference being the traditional cast-in-place building approach. Nonetheless, this study brings attention to several notable research gaps. These gaps include exploring innovative, resilient structural systems in greater detail and adopting state-of-the-art methodologies that facilitate decision-making processes in integrating PCB seismic safety and sustainability. This study provides a roadmap for future research projects and reports on the latest developments and trends in seismically safe PCB research.

Keywords:

Precast concrete; Prefabricated building; Connections; Seismic design; Construction industry; Modern methods of construction; State of the art

Reference:

GUAYGUA, B.; SÁNCHEZ-GARRIDO, A.; YEPES, V. (2023). A systematic review of seismic-resistant precast concrete buildings. Structures, 58; 105598. DOI:10.1016/j.istruc.2023.105598

 

Hormigón reforzado con fibra de vidrio

Figura 1. Fibra de vidrio. https://fibereagle.com/refuerzo-de-hormigon-con-fibra-de-vidrio/

El mortero de cemento reforzado con fibra de vidrio (GRC, en inglés), combina un mortero de cemento con fibras cortas de vidrio. Su evolución comenzó en la década de 1950 con la idea de incorporar fibras de vidrio en lugar de usar armaduras de hormigón. Sin embargo, el GRC actual surgió en los años 60 debido al reemplazar las fibras de amianto, que eran cancerígenas. Los primeros tipos empleaban fibras de vidrio basadas en sílice y mortero de cemento Portland. Sin embargo, estas propiedades a corto plazo se deterioraban debido a la corrosión de las fibras por el cemento. Para ampliar las aplicaciones del GRC, se desarrollaron fibras de vidrio resistentes a ambientes alcalinos, con circonio como elemento base, denominadas “alcali resistant “o AR.

El GRC sobresale por su resistencia mecánica y capacidad de adaptación en aplicaciones no estructurales, lo que lo convierte en un valioso recurso en proyectos de ingeniería civil y arquitectura que buscan soluciones estéticas y funcionales. Su flexibilidad en el diseño lo hace idóneo para la creación de diversas formas con grosores de aproximadamente 10 mm, sin el uso de armaduras. En la ingeniería civil, el GRC se aplica a elementos prefabricados para saneamiento, encofrados perdidos, pantallas de aislamiento acústico y revestimiento de túneles. La versatilidad de este material, en términos de diseño, permite la creación de encofrados perdidos con mosaicos y formas sumamente complejas.

Figura 2. Fachada de GRC para el Palacio de Justicia de Córdoba. https://arqzon.com.mx/2021/06/23/grc-concreto-reforzado-fibra-de-vidrio-en-la-construccion/

El mortero reforzado con fibra de vidrio se caracteriza por su resistencia al agrietamiento y a la tracción mecánica. Además, es eficaz en la prevención de daños por impacto y aumenta su capacidad de deformación, lo que contribuye a una mayor resistencia a las tensiones externas. También destaca su resistencia a la congelación, la descongelación, la fatiga, el peso y los cortes. Además, reduce significativamente la segregación, el sangrado y las filtraciones de líquidos, mejorando la integridad de las estructuras en las que se utiliza.

Las fibras de vidrio suelen tener un módulo de elasticidad a 25 °C de 70 GPa, una resistencia a tracción de una fibra de 3600 MPa (de 1750 MPa si es un haz de fibras) y una deformación en rotura del 2%. Es importante destacar que las fibras de vidrio no son monolíticas, pues se componen por un haz de alrededor de 200 filamentos de vidrio, cada uno con un diámetro de unos 10-20 μm.

La cantidad necesaria de fibra de vidrio varía en función del método de fabricación. Hay que prestar cuidado a que las cantidades de cada componente sea la justa. Así se evita que la fibra de vidrio aparezca en la superficie, al tiempo que se consigue obtener la máxima resistencia. Si el GRC se proyecta, se añade una fracción volumétrica del 5% de fibras de vidrio. Cuando se opta por una mezcla premezclada de fibras y mortero de cemento, la fracción se reduce al 3,5%. La longitud de las fibras empleadas se encuentra en el rango de 25 a 40 mm. El cemento Portland es prácticamente el único empleado en la fabricación de GRC. La arena suele ser de origen silíceo. Además, suele añadirse un plastificante que confiere al mortero la viscosidad adecuada. Asimismo, se pueden introducir diversos aditivos y pigmentos para lograr que los elementos adquieran el aspecto deseado.

Por lo general, se emplean cantidades iguales de cemento y arena, con una relación agua/cemento en torno a 0,4. No obstante, esta relación puede ajustarse para lograr la fluidez adecuada al proceso de fabricación. Para evitar un exceso de agua, se recurre a superplastificantes. Para mantener las características del material en etapas avanzadas de su vida útil, en ocasiones se recurre al humo de sílice o al metacaolín. Es importante destacar que el GRC cambia sus propiedades con el paso del tiempo, con una pérdida apreciable de ductilidad y capacidad de carga.

Hoy día se emplean tres métodos principales para la fabricación del GRC: la proyección conjunta del GRC, la mezcla previa de GRC y la mezcla previa de GRC con posterior proyección. Cada uno de estos métodos presenta sus propias variantes y particularidades. Veamos las características de cada uno de ellos.

Fabricación por proyección conjunta

La proyección se ejecuta mediante una pistola que dispara las fibras y el mortero por orificios separados, los cuales se unen y mezclan en el molde. Una bobina suministra una cuerda de fibras de vidrio que se corta a la longitud deseada en el cabezal de la pistola. Por su parte inferior fluye el mortero a través de una manguera. La consistencia del mortero debe ser fluida para facilitar la proyección. Hay dos posibilidades, la proyección manual y la proyección automática.

En la proyección manual, se aplica un desencofrante en el molde y se efectúa una primera pasada depositando el material mediante movimientos oscilantes. Una vez que el molde presenta una fina capa del material, se utiliza un rodillo helicoidal para que el mortero y las fibras se adapten a la forma del encofrado. La proyección continúa hasta alcanzar el espesor deseado, y finalmente, se emplea una llana sobre la superficie libre para lograr uniformidad. Requiere una gran cantidad de mano de obra, pero este método ofrece resultados de alta calidad, particularmente cuando el operario posee la experiencia adecuada. En España, este método de fabricación es el habitual.

La proyección automática se emplea en la fabricación de paneles rectangulares de formas simples y planas. Aunque es menos versátil que el método manual, también existen dos variantes: una utiliza un cabezal de proyección móvil, mientras que el otro implica el movimiento del molde. En ambos casos, se regula la velocidad de proyección para asegurar una distribución precisa del material. Para igualar el espesor de la pieza, se recurre a un sistema automático que pasa una llana, un rodillo u otra herramienta sobre la cara expuesta del material.

La principal ventaja de este método es su capacidad para lograr una mayor producción a un menor costo. Además, el sistema automatizado se ha mejorado mediante moldes con pequeños agujeros que evacuan el exceso de agua. Esto reduce la relación agua/cemento, aumenta la densidad del material y mejora sus propiedades mecánicas. Otra variante de este método pasa por aplicar una carga en la cara libre del material para que la mezcla se adapte con precisión a los diseños y patrones del molde.

Fabricación por premezclado

El método de premezclado implica la combinación previa del cemento, fibras de vidrio, agua, arena, plastificante y adiciones, antes de verterlos en el molde. Hay que preparar el mortero de cemento y luego incorporar las fibras de vidrio. Para evitar que las fibras se enreden, se sumergen en aditivos que las lubrican, facilitando su dispersión en la matriz de mortero. Es esencial minimizar el tiempo de mezcla del mortero y las fibras para prevenir la segregación y la pérdida de agua en la mezcla. Una vez se han mezclado los componentes, la pasta se vierte en los moldes. Luego, se someten los moldes a una vibración externa para eliminar burbujas de aire y espacios vacíos. Si es necesario rellenar moldes con cavidades, es preferible la inyección del GRC premezclado, aunque puede dañar las fibras y, a veces, introducir burbujas de aire.

Fabricación por premezclado y proyección

En los últimos años, ha surgido un método conocido como “sprayed premix.” Las fibras de vidrio se integran durante la mezcla del mortero y, posteriormente, se proyectan ambos componentes, ya mezclados, en el molde. A pesar de obtener resultados similares a la proyección tradicional, la calidad de los elementos fabricados depende en menor medida de la destreza del operario; la determinación del contenido de fibra se realiza en peso, más preciso que el método tradicional; se elimina la formación de burbujas en la mezcla, y la maquinaria de proyección se simplifica considerablemente.

Os dejo algún vídeo explicativo que espero os sea de interés.

Referencias:

ACHE (2000). Monografía M-2. Manual de tecnología del hormigón reforzado con fibras de acero.

GÁLVEZ, J.C.; ALBERTI, M.G.; ENFEDAQUE, A.; PICAZO, A. (2019). Fundamentos de hormigón reforzado con fibras. García-Maroto Editores, 51 pp.

SERNA, P. (2007). Recientes ejemplos estructurales de aplicación de hormigón de fibras. Monografía sobre aplicaciones estructurales de hormigones con fibras, pp. 33-47.

Maquinaria y procedimientos de construcción: Problemas resueltos

Os presento el libro que he publicado sobre maquinaria y procedimientos de construcción. Se trata de una completa colección de 300 problemas resueltos, abarcando aspectos relacionados con la maquinaria, medios auxiliares y procedimientos de construcción. Su contenido se enfoca en la mecanización de las obras, costos, disponibilidad, fiabilidad y mantenimiento de equipos, estudio del trabajo, producción de maquinaria, sondeos y perforaciones, técnicas de mejora del terreno, control y abatimiento del nivel freático, movimiento de tierras, equipos de dragado, explosivos y voladuras, excavación de túneles, instalaciones de tratamiento de áridos, compactación de suelos, ejecución de firmes, maquinaria auxiliar como bombas, compresores o ventiladores, cables y equipos de elevación, cimentaciones y vaciados, encofrados y cimbras, fabricación y puesta en obra del hormigón, organización y planificación de obras.

Es un libro, por tanto, muy enfocado a los ámbitos de la ingeniería de la construcción, tanto en el ámbito de la edificación, de la minería o de la ingeniería civil. Además, se incluyen 27 nomogramas originales y 19 apéndices para apoyar tanto a estudiantes de ingeniería o arquitectura, como a profesionales que enfrentan desafíos similares en su práctica diaria en obra o proyecto. La colección se complementa con un listado de referencias bibliográficas que respaldan los aspectos teóricos y prácticos abordados en los problemas. Estos problemas son similares a los tratados durante las clases de resolución de casos prácticos en la asignatura de Procedimientos de Construcción del Grado en Ingeniería Civil de la Universitat Politècnica de València (España). Por tanto, el libro resulta adecuado tanto para estudiantes de grado como para cursos de máster relacionados con la ingeniería civil y la edificación.

El libro tiene 562 páginas. Este libro lo podéis conseguir en la propia Universitat Politècnica de València o bien directamente por internet en esta dirección: https://www.lalibreria.upv.es/portalEd/UpvGEStore/products/p_376-7-1

Sobre el autor: Víctor Yepes Piqueras. Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático de Universidad del Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil de la Universitat Politècnica de València. Número 1 de su promoción, ha desarrollado su vida profesional en empresas constructoras, en el sector público y en el ámbito universitario. Ha sido director académico del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón (acreditado con el sello EUR-ACE®), investigador del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) y profesor visitante en la Pontificia Universidad Católica de Chile. Imparte docencia en asignaturas de grado y posgrado relacionadas con procedimientos de construcción y gestión de obras, calidad e innovación, modelos predictivos y optimización en la ingeniería. Sus líneas de investigación actuales se centran en la optimización multiobjetivo, la sostenibilidad y el análisis de ciclo de vida de puentes y estructuras de hormigón.

Referencia:

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

A continuación os paso las primeras páginas del libro, con el índice, para hacerse una idea del contenido desarrollado.

Descargar (PDF, 17.88MB)

Apeo de fachadas para el vaciado de edificios: estabilizadores de fachada

Figura 1. Apeo en fachada (Valencia). https://derribosdegeser.es/apeos-y-refuerzos-estructurales

La protección del patrimonio arquitectónico considera no solo el valor intrínseco de un edificio, sino también los valores que aporta al espacio público, especialmente la imagen exterior que ofrece la fachada. Las normas urbanísticas municipales muchas veces obligan a preservar dicha fachada y permiten demoler y reconstruir el resto de la estructura. Este es un proceso complejo que precisa del uso de apeos específicos que garanticen la seguridad y la estabilidad de estas fachadas mientras se procede a la demolición y reconstrucción del resto del edificio (Figura 1).

En los últimos años, se han incrementado significativamente este tipo de intervenciones, por lo que este tipo de apeos han llamado la atención y ha crecido la sensibilidad para que su empleo sea seguro. Estas estructuras de apeo, aunque sean temporales, deben proyectarse, calcularse y ejecutarse con el mismo nivel de detalle que cualquier otro tipo de estructura permanente. Además, al sustentar un elemento tan relevante en condiciones no previstas originalmente, que a menudo ha sido afectado por alteraciones o daños significativos, es fundamental llevar a cabo estudios pormenorizados que aborden estos aspectos con especial atención y cuidado.

Hemos asistido a una continua mejora en este tipo de intervenciones. Se refleja tanto en el cuidado con el que se resuelve el problema, empleando sistemas tradicionales de sustentación mediante estructuras tubulares interconectadas, como en el aumento de intervenciones basadas en estructuras de perfiles laminados diseñadas y construidas específicamente para este propósito. Además, se ha introducido en el mercado sistemas industrializados de estructuras para este tipo de apeos.

La estabilización del interior de la fachada (Figura 2) consiste en una estructura modular compuesta por vigas y tensores conectados mediante uniones atornilladas. Este sistema cuenta con diferentes niveles de correas y puntales, diseñados para unir los muros y solidarizar el movimiento entre ellos. Es importante que estos muros tengan la capacidad de soportar las cargas horizontales a las que estarán expuestos, pues la función del arriostramiento es asegurar una conexión sólida entre ellos, para que trabajen de manera conjunta y eficiente. La ingeniería de esta conexión posibilita la compatibilización de los desplazamientos horizontales entre el conjunto de muros y rigidizadores. Como resultado, parte de la carga se deriva hacia los otros muros arriostrados, lo que disminuye significativamente la tensión sobre el muro en estudio. Esto conlleva una reducción del riesgo de deformaciones y fisuraciones excesivas, contribuyendo a una mayor durabilidad y seguridad de la estructura.

Figura 2. Sistema de estabilización de fachada interior. https://www.incye.com/estabilizadores-de-fachada/interiores/

El proceso de apeo de la fachada involucra varias fases. En primer lugar, es importante obtener un profundo conocimiento previo de los elementos afectados por el apeo, lo que abarca tres aspectos esenciales: las características constructivas de la fachada y su relación con el resto del edificio, el estado de conservación y posibles daños, así como un estudio detallado del suelo y subsuelo donde se asentará el apeo. La siguiente etapa implica definir el propio apeo y establecer las medidas de seguridad necesarias, atendiendo a las particularidades específicas de la fachada y las lesiones presentes, considerando las acciones concretas requeridas, así como aspectos generales relacionados con la estabilización, como excentricidades de carga, pandeo, fuerzas del viento y sismicidad. Por último, la ejecución de las obras incluye medidas preliminares, como calado de forjados y tabiques para permitir el paso de elementos del apeo, junto con la implementación de apuntalamientos y consolidaciones específicas según el estado intrínseco de la fachada. Posteriormente, se construye la estructura de sustentación de la fachada y se procede a la demolición del interior del edificio para, finalmente, vincular el nuevo edificio de manera segura a la antigua fachada.

Figura 3. Apeo en fachada (Ayora). Imagen: V. Yepes (2022)

Aquí tenéis algunos vídeos que, espero, os interesen:

Os paso un documento donde se describen los estabilizadores de fachada, de la profesora Inmaculada Oliver Faubel, de la Universitat Politècnica de València.

Descargar (PDF, 872KB)

Referencias:

ESPASANDÍN, J.; GARCÍA, J.I. (2002). Apeos y refuerzos alternativos. Manual de cálculo y construcción. Editorial Munilla-Lería, Madrid.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Cimbras, andamios y encofrados. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.441.

Cursos:

Curso de estructuras auxiliares en la construcción: andamios, apeos, entibaciones, encofrados y cimbras.

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