Figura 1. Plataformas petrolíferas en el Mar del Norte. Ambiente muy agresivo para el hormigón.
El hormigón es un material esencial en la construcción, pero su durabilidad se ve comprometida por factores como la carbonatación, la corrosión de las armaduras y la infiltración de agua y agentes agresivos. Las soluciones tradicionales de protección, basadas en recubrimientos superficiales, tienen limitaciones, ya que dependen de la adherencia al sustrato y pueden deteriorarse con el tiempo.
La nanocristalización catalizada surge como una alternativa innovadora que actúa desde el interior del hormigón, modificando su estructura capilar para mejorar sus propiedades mecánicas, aumentar su resistencia química y proporcionar una impermeabilización permanente sin alterar su aspecto.
Nanocristalización catalizada: una transformación desde el interior
El proceso de nanocristalización catalizada se basa en la interacción química entre nanosilicatos y el calcio libre presente en la matriz del hormigón. Para lograr una penetración efectiva, se emplea un procedimiento de nanofiltración que reduce el tamaño de las partículas de silicato a un rango comprendido entre 0,1 y 0,7 nanómetros. Así, el producto penetra profundamente en la red capilar y en los poros más finos del hormigón, donde reacciona con la cal libre para formar una estructura de nanocristales de cuarzo.
Figura 2. Recreación de la red nanocristalina generada en poros y capilares
Este proceso se desarrolla en varias etapas:
Penetración por succión capilar: El nanosilicato, al estar en base acuosa, es absorbido por capilaridad. La magnitud de esta absorción depende del diámetro de los poros y la porosidad del hormigón.
Gelidificación controlada: Se emplea un catalizador mineral que evita la reacción prematura con el calcio libre superficial, lo que permite una distribución homogénea del nanosilicato en el interior del hormigón.
Cristalización interna: Durante un periodo de entre 12 y 15 días, los nanosilicatos reaccionan con la cal presente en el hormigón, formando una malla cristalina que sella los capilares y microfisuras.
Efecto estructural: Al finalizar el proceso, la red de nanocristales aporta características similares a una armadura interna, aumentando la cohesión del material sin afectar su transpirabilidad.
Propiedades y beneficios en la construcción
El tratamiento mediante nanocristalización catalizada modifica significativamente las propiedades del hormigón, mejorando su comportamiento frente a diversas condiciones ambientales y químicas.
Impermeabilización profunda: A diferencia de los recubrimientos superficiales, este sistema genera una barrera cristalina en el interior del hormigón que impide la entrada de agua, pero no la sella por completo, lo que permite la salida de vapor y evita problemas de presión interna.
Incremento de la resistencia mecánica: La conversión de la cal libre en cuarzo aumenta la densidad y compactación del hormigón, y aumenta su resistencia a la compresión en un 32 % según ensayos de laboratorio.
Protección anticorrosiva: La restauración del pH por encima de 11,4 previene la oxidación de las armaduras y detiene la progresión de la carbonatación.
Durabilidad ampliada: Ensayos han demostrado que la vida útil del hormigón tratado puede multiplicarse entre 2,6 y 3 veces, reduciendo la necesidad de intervenciones y mantenimiento.
Sostenibilidad y compatibilidad con normativas: Al ser un tratamiento 100 % mineral, sin compuestos orgánicos volátiles ni disolventes, cumple con las normativas ambientales y de durabilidad estructural.
Aplicaciones en estructuras y proyectos reales
La tecnología de nanocristalización catalizada se ha implementado con éxito en diversos sectores de la construcción, tanto en estructuras nuevas como en rehabilitación de infraestructuras existentes:
Edificación: Se ha utilizado en cimentaciones, sótanos y elementos estructurales para prevenir filtraciones y mejorar la cohesión del hormigón. Los ensayos de penetración realizados en hormigón de 50 años han demostrado una reducción significativa de la permeabilidad al agua.
Puentes y viaductos: Se ha aplicado en tableros y cimentaciones para mitigar los efectos de la carbonatación y proteger las armaduras contra la acción de cloruros y sales de deshielo.
Túneles y muros pantalla: Su capacidad de sellado interno ha permitido eliminar filtraciones sin necesidad de aplicar recubrimientos superficiales.
Infraestructura portuaria: La alta resistencia a los cloruros y ambientes marinos agresivos ha reducido la erosión y el deterioro de los hormigones de muelles y diques, lo que ha minimizado los costes de mantenimiento.
Un cambio de paradigma en la protección del hormigón
El uso de la nanocristalización catalizada supone una evolución en la protección del hormigón, ya que aborda los problemas de degradación desde su origen. A diferencia de los tratamientos superficiales, que pueden desprenderse con el tiempo, esta tecnología modifica la estructura interna del material, lo que ofrece una protección e impermeabilización permanentes.
En un contexto donde la durabilidad y la sostenibilidad son prioridades, la aplicación de esta tecnología en la construcción y rehabilitación de estructuras no solo reduce los costes de mantenimiento, sino que también aumenta la vida útil de las edificaciones, alineándose con los nuevos estándares de calidad y eficiencia en la ingeniería civil.
Os dejo una presentación de la empresa sueca Komsol que os puede resultar de interés.
De Alton.arts de Wikipedia en inglés, CC BY 2.5, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3525962
El Taipei 101 es un rascacielos en Taipéi (Taiwán) con 106 plantas, 101 sobre el suelo y 5 subterráneas. Fue el edificio más alto del mundo entre 2003 y 2010, con una altura de 508 m, cuando fue superado por el Burj Khalifa. Es también uno de los rascacielos ecológicos más altos del mundo.
Diseñado por C.Y. Lee & Partners, la construcción principal estuvo a cargo de KTRT Joint Venture y Kumagai Gumi, mientras que Samsung C&T se encargó del interiorismo. Comenzado en 1999 y terminado en 2004, su coste fue de unos 1.760 millones de dólares. Su diseño, inspirado en elementos chinos y basado en feng shui, busca proteger a los inquilinos de influencias negativas. El edificio cuenta con muros de vidrio azul verdoso que bloquean el calor externo en un 50%, y su iluminación cambia para celebrar eventos.
Puede soportar terremotos de hasta 7 grados en la escala de Richter y vientos superiores a 450 km/h. Su capacidad de absorción de movimiento se debe a un amortiguador de masa, una bola dorada de acero de 680 toneladas en la planta 92, suspendida con tensores y sujeta con bombas hidráulicas. Este amortiguador, el más grande y pesado del mundo, contrarresta el movimiento del edificio, estabilizándolo al absorber la energía de las vibraciones. Está dividido en 8 segmentos de 8 plantas y es el único visible para el público. Además, 8 grandes columnas de hormigón armado y acero lo sujetan hasta el piso 26, mientras otras 32 columnas llegan hasta la planta 62. Las esquinas chaflanadas reducen la fuerza del viento, y una malla de acero forma un cinturón que estrecha la base hasta el piso 34.
Las megacolumnas descansan sobre una placa sólida cuyo espesor varía entre 3,0 y 4,7 m, con un volumen total de 28.100 m³ de hormigón de 41 MPa. Dada la alta sismicidad de la zona y la considerable altura del edificio, se desarrolló una cimentación compuesta por 380 pilotes clavados a 80 m en el suelo, que se extienden hasta 30 m en el lecho de roca. Cada pilote tiene 1,5 m de diámetro y puede soportar una carga de 1000 a 1320 toneladas. La estructura ya ha soportado un seísmo de 6,8 en la escala de Richter.
Torres Petronas. Kuala Lumpur, Malasia (1998).
De Morio – Trabajo propio, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=9974688
Las Torres Petronas, en Kuala Lumpur, Malasia, fueron los edificios más altos del mundo entre 1998 y 2003, hasta ser superados por el Taipei 101. Actualmente, son las torres gemelas más altas. Con 452 metros de altura y 88 pisos de hormigón, acero y vidrio, son un símbolo de Kuala Lumpur y Malasia.
Diseñadas por el arquitecto argentino César Pelli y finalizadas en 1998, las Torres Petronas tienen 88 pisos de hormigón, acero, aluminio y vidrio. Su diseño, inspirado en el arte islámico, rinde homenaje a la herencia musulmana de Malasia. La base, originalmente en forma de Estrella de Salomón, presenta un diseño geométrico islámico con dos cuadrados entrelazados y salientes lóbulos de refuerzo, creando una estrella de ocho puntas con círculos en cada intersección. La construcción comenzó en 1992.
Las Torres Petronas son dos rascacielos gemelos de 452 m de altura y 88 plantas. La estructura está compuesta por un núcleo y pilares de hormigón. Se descartó la estructura metálica debido a la falta de disposición de los constructores malayos para trabajar con acero y la necesidad de minimizar las vibraciones en las partes superiores de las torres.
Antes de comenzar la construcción, fue necesario cambiar el emplazamiento de los edificios 60 m para encontrar un suelo adecuado sobre el que pudieran asentarse los pilotes de 120 m de profundidad, que llegaban hasta la roca firme, permitiendo así crear una losa de hormigón que imitara una base sólida. Durante la cimentación, las lluvias constantes provocaron dificultades, por lo que fue necesario cubrir la zona con una gran carpa, similar a una «sombrilla», que equivalía a 57 carpas de circo.
Burj Khalifa, Dubái, Emiratos Árabes Unidos (2010).
De Alex Azabache – https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=95952113
El Burj Khalifa es un rascacielos neofuturista en Dubái, Emiratos Árabes Unidos. Con 829,8 m de altura total y 828 m hasta el tejado, es la estructura más alta del mundo desde 2009, superando al Taipei 101.
El diseño se inspira en la arquitectura islámica, como la Gran Mezquita de Samarra. Su planta en Y optimiza el espacio residencial y hotelero. Un núcleo central y alas soportan la altura, albergando los transportes verticales, excepto las escaleras de evacuación. El revestimiento resiste el calor de Dubái. Tiene 57 ascensores y 8 escaleras mecánicas.
Skidmore, Owings & Merrill diseñó la torre, con Adrian Smith como arquitecto y Bill Baker como ingeniero. Hyder Consulting supervisó la ingeniería, NORR Group la arquitectura, y Samsung C&T fue el contratista principal junto a BESIX y Arabtec.
La construcción comenzó el 12 de enero de 2004 y el exterior se completó el 1 de octubre de 2009. Se inauguró el 4 de enero de 2010 como parte del desarrollo de 2 km² en el centro de Dubái, cerca del distrito comercial. Los primeros 586 m están construidos con hormigón armado y la parte superior es de acero. Se inauguró en 2010 como parte del desarrollo Downtown Dubai, diseñado como pieza central de un proyecto de uso mixto.
La cimentación de este edificio es la mayor jamás construida. Se basa en estudios geotécnicos y sísmicos: una losa de hormigón armado de 110.000 toneladas, de 3,7 m de grosor y 12.500 m³, soporta la estructura. A su vez, esta losa descansa sobre 192 pilotes de 1,5 m de diámetro, colocados a una profundidad de 50 m. Estos pilotes están distribuidos en forma de Y, y se conectan a la losa de cimentación.
Empire State Building, Nueva York, Estados Unidos (1930).
De Sam Valadi -https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=62752443
Este icónico rascacielos neoyorquino ostentó el título de edificio más alto del mundo desde 1931 hasta 1971. Tras el colapso del World Trade Center en 2001, volvió a ser el más alto de la ciudad hasta que fue superado por el One World Trade Center en 2012. Con sus 443 m de altura, es uno de los rascacielos más emblemáticos y el tercero más alto de la ciudad de Nueva York.
Fue diseñado por William F. Lamb, de la firma Shreve, Lamb y Harmon, quienes crearon los planos en dos semanas basándose en diseños previos como el edificio Reynolds y la torre Carew. En tan solo un año y 45 días, más de 3400 trabajadores levantaron el que sería el edificio más alto del mundo durante 40 años. Era el primer edificio con más de 100 pisos. Tiene 6500 ventanas, 73 ascensores y 1860 escalones hasta el piso 102. Su estructura, que pesa aproximadamente 350 000 toneladas, está cimentada a una profundidad de solo 16,7 m, ya que a esa profundidad se encuentra el estrato portante de Manhattan.
La construcción comenzó con la demolición del Hotel Waldorf-Astoria en octubre de 1929, en plena Depresión. Los trabajos de excavación comenzaron el 22 de enero de 1930, antes incluso de la demolición total del hotel. La excavación, en la que operarios trabajaban en turnos de doce horas las 24 horas del día, se completó casi en su totalidad en marzo. En marzo se completó la cimentación y se empezaron a colocar los anclajes de la estructura, colocándose las primeras vigas a principios de abril de 1930.
Se instalaron 210 pilotes en el lecho de roca de granito de Manhattan para soportar las 365.000 toneladas del rascacielos. La cimentación está compuesta por un bastidor de acero con paneles de piedra caliza y el interior está reforzado con hormigón armado. La empresa Starrett Bros. & Eken se encargó de su construcción.
Torre Latinoamericana. Ciudad de México, México (1956).
De Pablasso – https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=20418028
La Torre Latinoamericana es un rascacielos ubicado en el centro histórico de la Ciudad de México, en la esquina de la avenida Francisco I. Madero y el Eje Central Lázaro Cárdenas. Con 44 pisos y 182 m de altura (incluida la antena), es uno de los edificios más emblemáticos de la ciudad.
Diseñada por el arquitecto Augusto H. Álvarez, fue el edificio más alto de la ciudad desde su inauguración hasta 1972. Fue el primer rascacielos diseñado para resistir terremotos y, aunque Brasil construyó el primer rascacielos de Latinoamérica, esta torre fue pionera en una zona de alto riesgo sísmico, por lo que sirvió como experimento para futuros edificios.
La construcción de la torre comenzó en febrero de 1948. Leonardo Zeevaert llevó a cabo un programa de investigación del subsuelo para evaluar la vulnerabilidad sísmica y garantizar un buen aislamiento sísmico. El programa incluyó sondeos a 50 m, la instalación de piezómetros a varias profundidades y bancos de nivel.
Tras el estudio, Zeevaert diseñó una cimentación innovadora para hacer frente al terreno fangoso de la ciudad. Se colocaron 361 pilotes a 33 m de profundidad y se construyó una cimentación de hormigón que permite al edificio «flotar» en el subsuelo, independientemente de los pilotes. Esta tecnología mexicana fue la primera de su tipo y sigue utilizándose en zonas sísmicas de alto riesgo.
Esta torre se asienta sobre un terreno con arcillas húmedas en su capa más superficial. A una profundidad de 33 m se localiza un estrato de arena sobre el que se apoyan los 361 pilotes de hormigón que conforman su cimentación. Su estructura fue diseñada como una cimentación flotante, lo que le ha permitido resistir las severas pruebas de la naturaleza, en particular los terremotos de 1957 y 1985, con magnitudes de 7,7 y 8,1 en la escala de Richter, respectivamente.
Torre CN. Toronto, Canadá (1976).
De Wladyslaw, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=11830474
La CN Tower, ubicada en Toronto, es una torre de radiodifusión autoportante de 553,3 m, la más alta de América. Fue la torre más alta del mundo desde 1975 hasta 2007, cuando fue superada por el Burj Khalifa. Su observatorio, ubicado a 447 m de altura, es uno de los más altos del mundo.
La construcción de la torre comenzó el 6 de febrero de 1973 y finalizó el 20 de septiembre de 1976, siendo realizada por la compañía Canadian National Railway, que buscaba solucionar los problemas de comunicación causados por los rascacielos que iban surgiendo en el centro de la ciudad.
La torre está formada por un pilar hueco principal de forma hexagonal. Está compuesta por tres brazos dispuestos a 120 grados de diferencia entre sí. Los primeros 457 m de la torre se construyeron con hormigón postensado y con encofrados deslizantes. Para ello, se emplearon más de 7500 m³ de hormigón. Se utilizaron 45 gatos hidráulicos sujetos a cables que colgaban de una corona de acero anclada temporalmente en la parte superior de la torre. Doce soportes gigantes de acero y madera fueron elevados lentamente hasta su posición final. Posteriormente, estos soportes se utilizarían para crear las bases sobre las que se apoyaría la planta principal.
En cuanto a la cimentación, fue necesario retirar 62.000 toneladas de tierra y pizarra en una superficie triangular. Se excavó un pozo a 15 m de profundidad y, posteriormente, se vertieron 7.000 m³ de hormigón, se instalaron 46 toneladas de acero de refuerzo y 36 toneladas de cables de acero, con los que se formó una losa de 6,7 m de espesor que sostiene toda la estructura. Para evitar problemas relacionados con la generación de calor, se utilizaron mezclas de cemento de los tipos IV y I.
Torre Mayor. México D.F., México (2003).
De Diego Delso, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=30801312
La Torre Mayor, ubicada en Paseo de la Reforma 505, en la Ciudad de México, fue desarrollada por Paul Reichmann. Con 225 m de altura y 55 pisos, cuenta con cuatro niveles de estacionamiento subterráneo y nueve sobre la calle, con más de dos mil plazas disponibles. Cuenta con 29 ascensores, 84.135 m² de oficinas, sistemas mecánicos y de telecomunicaciones, y unidades de aire acondicionado en cada planta. Cada planta tiene entre 1,700 y 1,825 m² sin columnas, con una altura de 4,50 m por piso. Para su construcción, se realizó un estudio sísmico y se instalaron 98 amortiguadores sísmicos.
Fue el edificio más alto de América Latina desde su inauguración en 2003 hasta 2010, cuando fue superado por el Ocean Two en Panamá, y más tarde por la Torre Obispado en Monterrey.
La Torre Mayor, con 55 pisos, 4 sótanos subterráneos y 230 m de altura, se encuentra en una zona cercana a las áreas de mayor sismicidad, según las determinaciones del Gobierno Federal. De marzo de 1998 a enero de 1999 se realizó la cimentación de la Torre. Su cimentación combina losas y 252 pilotes de hormigón armado de hasta 1,50 m de diámetro y una profundidad de 40 m.
La torre está equipada con un sistema de 98 amortiguadores sísmicos que ayudan a disipar la energía sísmica y a reducir las fuerzas que podrían afectarla. La estructura fue diseñada para resistir un terremoto de 8,5 en la escala de Richter.
La Torre Smeaton es un faro y monumento al ingeniero civil John Smeaton. Su estructura, un avance en el diseño de faros, estuvo en uso desde 1759 hasta 1877, cuando la erosión de la cornisa obligó a reemplazarla. La torre fue desmantelada y reconstruida en Plymouth Hoe (Devon), donde se encuentra actualmente.
Las rocas Eddystone forman parte de un arrecife de granito rojo que queda sumergido durante la marea alta, lo que supone un peligro para la navegación. Por esta razón, se construyó un faro a 14 km al sur de Plymouth Sound (Inglaterra).
Antes de esta torre, Smeaton había construido dos faros de madera que no resistieron el paso del tiempo. Tras analizar lo que falló en los anteriores, optó por la piedra, ya que es muy resistente frente al viento, el agua y el fuego. Para fijar la estructura a la base rocosa, talló seis plataformas en la roca y las rellenó con sillares de granito con forma de cola de milano, lo que aseguró su estabilidad.
Utilizó un mortero a base de cal calcinada para lograr una construcción monolítica, reforzada con pernos de roble y tacos de mármol. La torre está compuesta por 1493 bloques de piedra, mientras que su interior está construido con piedra caliza extraída de la isla de Portland. Redescubrió el uso de la cal hidráulica, un tipo de hormigón utilizado en la época romana que permitía fraguar el material bajo el agua.
En 1877 se comprobó que las rocas sobre las que se erguía se estaban erosionando. Cada vez que una gran ola lo golpeaba, el faro temblaba de lado a lado. La Torre de Smeaton dejó de funcionar en febrero de 1882, cuando se instaló una luz temporal en su sucesora, la Torre de Douglass, que se estaba construyendo en una roca cercana. Ese mismo año, la parte superior de la torre fue desmantelada y reconstruida como monumento en Plymouth Hoe, donde reemplazó a un obelisco triangular construido por Trinity House a principios del siglo XIX. El monumento fue inaugurado al público el 24 de septiembre de 1884 por el alcalde de Plymouth. Los cimientos y una sección de la antigua torre permanecen en las rocas de Eddystone, cerca del faro actual. Como los cimientos eran demasiado fuertes para desmantelar, se dejaron en su lugar.
Turning Torso. Malmö, Suecia (2005).
De Mirko Junge – https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=20283310
Turning Torso es un rascacielos residencial neofuturista en Malmö, Suecia, y el segundo más alto del país, superado en 2022 por la Karlatornet. Fue construido por HSB Suecia y es considerado el primer rascacielos retorcido del mundo.
Diseñado por Santiago Calatrava, se inauguró el 27 de agosto de 2005. Con 190 metros de altura y 54 plantas, alberga 147 apartamentos residenciales. Este edificio, inspirado en el torso humano, tiene 190 m de altura y cuenta con 54 plantas destinadas a uso mixto, incluyendo residencias y oficinas. La cimentación se realizó directamente sobre un estrato de roca caliza.
La excavación de la cimentación principal de la torre se realizó con tablestacas metálicas que marcaban el perímetro, introducidas 15 m en el terreno y 3 m en el lecho rocoso mediante vibradores. Se inyectó hormigón fuera de las tablestacas para reforzar la estructura y evitar filtraciones de agua. Tras la excavación, se hormigonó una losa de cimentación de 30 m de diámetro y 7 m de espesor, y se construyeron dos plantas de sótano con salas técnicas y acceso al aparcamiento. Se utilizaron 5100 m³ de hormigón, que se vertieron en 3 días y noches. La cimentación se completó en junio de 2002.
La cimentación del cordón principal de la celosía exterior soporta cargas de compresión y tracción en función del viento. Para garantizar su durabilidad, se minimizan los efectos de las cargas alternantes mediante pilotes cuadrados prefabricados que llegan al estrato rocoso y anclajes postesados que también lo alcanzan, garantizando que su longitud de anclaje sea inferior a la de los pilotes. La fuerza de pretensado de los anclajes supera la tracción máxima, por lo que los pilotes se mantienen en compresión. Las cargas alternantes solo modifican la compresión de los pilotes y la tracción de los anclajes sin invertir las fuerzas, con una variación de tracción en los anclajes del 2-3 %, lo que elimina el riesgo de fatiga. En resumen, la cimentación actúa como un conjunto postesado de hormigón, con alta rigidez, resistencia y durabilidad.
Torre Agbar. Barcelona, España (2005).
De Diliff – Trabajo propio, CC BY 2.5, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1556533
La Torre Glòries, antes Torre Agbar, es un rascacielos de Barcelona situado en la avenida Diagonal, junto a la plaza de las Glorias. Con 34 plantas y 144 metros de altura, fue el tercer edificio más alto de la ciudad en su apertura en 2005. El edificio tiene 50.693 m², de los cuales 30.000 m² son oficinas. Inaugurado oficialmente el 16 de septiembre de 2005, costó 130 millones de euros.
La torre fue diseñada por Jean Nouvel en colaboración con b720 Fermín Vázquez Arquitectos. Su diseño se inspiró en símbolos de la cultura catalana, como los campanarios de la Sagrada Familia de Gaudí y el hotel Attraction, proyecto de Gaudí rediseñado en 1956 por Joan Matamala. Además, la parte norte de la torre se orientó para ofrecer la mejor vista posible de la Sagrada Familia. También se inspiró en los pináculos de la montaña de Montserrat, símbolo de Cataluña.
El peso de esta estructura, que mide 145 m de altura, tiene 34 pisos y 4 sótanos, es considerablemente menor que la presión ascendente que ejerce sobre ella. Por este motivo, se diseñó una losa de subpresión anclada al terreno mediante módulos de pantallas que funcionan por fricción negativa para equilibrar dicha subpresión. La losa tiene un espesor de 80 cm.
Esta losa descansa sobre un lecho de grava drenante de 40 cm de espesor que facilita el drenaje hacia cuatro pozos. Estos pozos están diseñados para evitar que, en caso de un aumento del nivel freático, la subpresión supere los límites admisibles para la cimentación. La losa está diseñada para soportar una presión ascendente de hasta 8 t/m².
Debido a que el peso muerto de la construcción es menor que la presión ascendente, se ha diseñado una losa de subpresión anclada al terreno con módulos de pantalla debajo de cada pilar, que equilibra la subpresión mediante fricción negativa. Esta solución permite una losa de 80 cm de espesor, lo que alivia el comportamiento de las estructuras de contención, ya que las pantallas son más cortas y alcanzan mayor estabilidad. La losa descansa sobre gravas drenantes de 40 cm de espesor que facilitan el drenaje del agua hacia cuatro pozos surgentes que evitan el aumento de la subpresión ante las subidas del nivel freático.
El puente Pumarejo, inaugurado en 1974 y fuera de servicio en 2019, cruza el río Magdalena, a 20 km de su desembocadura en el mar Caribe, entre Barranquilla y Sitionuevo, Magdalena. Conecta Barranquilla con la isla de Salamanca y la ruta hacia Ciénaga. Aunque oficialmente recibió el nombre de «Laureano Gómez», siempre fue conocido como el puente de Alberto Pumarejo, su principal impulsor.
De Jdvillalobos – File:Puente Pumarejo 001.JPG, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=27668196
Inicialmente, se pensó en ubicar el puente frente a la Zona Franca de Barranquilla, con una altura de 40 m, pero este diseño aumentaba el coste en 40 millones de pesos. Por ello, la administración de Lleras Restrepo (1966-1970) optó por un puente con un gálibo de 15 m. El proyecto fue obra del ingeniero Riccardo Morandi. La construcción empleó técnicas avanzadas de la época, como losas prefabricadas, pilotes de hasta 30 m de profundidad y grandes vigas pretensadas de hasta 120 t.
Este puente fue el más largo de Colombia hasta la inauguración del puente Roncador en 2020. Mide 1489 m de largo, divididos en tres secciones: 319 m en el acceso a Barranquilla, 282 m en el tramo atirantado y 887 m hacia Palermo. Con las vías de acceso, la longitud total fue de 3383 m. Los pilotes de hormigón armado tienen una profundidad de 30 m y un diámetro promedio de 1,80 m. El puente se apoya en 56 columnas y 29 tramos de vigas prefabricadas, con luces de hasta 140 m. Las pilas varían entre 2,5 y 5 m de diámetro y el ancho de la calzada es de 12,5 m, con una altura máxima de 16 m sobre el canal de navegación.
El ingeniero civil italiano Riccardo Morandi diseñó varias estructuras icónicas, como los puentes Américo Vespucio en Florencia (1957), General Rafael Urdaneta en Maracaibo (1962) y Wadi el Kif en Libia (1971). Lamentablemente, el 14 de agosto se derrumbó el puente Morandi en Génova, también diseñado por él, y dejó 39 muertos y al menos 11 edificios evacuados.
Puente de Akashi Kaikyo (Japón), 1998.
El Gran Puente del Estrecho de Akashi Kaikyō conecta Kōbe con la isla de Awaji y cruza uno de los estrechos más transitados del mundo, con más de 1000 embarcaciones al día. También conocido como Pearl Bridge, tiene una longitud total de 3911 m y está compuesto por tres vanos, siendo el central de 1991 m. Inaugurado el 5 de abril de 1998, se convirtió en el puente más largo del mundo de su tipo, superando al puente Humber del Reino Unido, con un tramo central de 1410 m. Fue diseñado por el ingeniero Satoshi Kashima y construido por Matsuo Bridge Co. El puente está sostenido por dos cables, considerados los más resistentes y pesados del mundo.
De Tysto – Self-published work by Tysto, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=477955
Durante la instalación de las torres y cables principales, ocurrió el Gran Terremoto de Hanshin (1995), que separó las torres casi un metro. Los cables del puente están hechos de 37,000 alambres de acero ultrarresistente, cuya longitud total daría siete vueltas y media a la Tierra si se colocaran en línea recta.
Se encuentra en una zona donde los tifones pueden alcanzar velocidades de hasta 290 km/h. Además, está ubicado en una región con gran actividad sísmica y, bajo su estructura, transitan diariamente cientos de embarcaciones.
Para la cimentación de las torres, se emplearon dos cajones circulares prefabricados de acero de 70 m de altura. El mayor tiene un diámetro de 80 m y el otro 78 m. Se utilizó el método de cajón descendente debido a la gran profundidad y las corrientes marinas. Se rellenaron con hormigón especial para endurecer con agua de mar. Cada anclaje requiere aproximadamente 350.000 toneladas de hormigón.
Los cimientos profundos de los anclajes se construyeron sobre tierras recuperadas mediante nuevas tecnologías. Estaban diseñados para resistir fuertes terremotos y se utilizó un método sísmico innovador y un hormigón especial, una mezcla de cementos resistentes al agua y la erosión. La capacidad de estos cimientos permitió que resistieran el fuerte terremoto del 17 de enero de 1995, con solo un desplazamiento de 1 m en las torres, lo cual es mínimo si se considera la magnitud del movimiento.
Viaducto de Millau (Francia), 2004.
El viaducto de Millau es un puente que cruza el valle del Tarn, en Aveyron (Francia), y soporta un tramo de la autopista A75, que conecta las causses Rouge y du Larzac. El viaducto es una estructura metálica atirantada de 2460 m de longitud, ligeramente curva, con un radio de 2000 m y una pendiente del 3,025 %. Está compuesto por ocho vanos atirantados: dos laterales de 204 m y seis centrales de 342 m, por lo que el viento puede superar los 200 km/h.
De Stefan Krause, Germany – Fotografía propia, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8990774
Esta importante conexión nacional e internacional conecta Clermont-Ferrand con Béziers. Su construcción requirió trece años de estudios técnicos y financieros, iniciados en 1987, y se inauguró el 16 de diciembre de 2004, tres años después de colocar la primera piedra. Con un coste de 320 millones de euros, fue financiado por Eiffage mediante una concesión de 78 años, incluidos tres de construcción. A finales de la década de 2010, el viaducto registraba más de 4,5 millones de vehículos al año.
El viaducto de Millau fue diseñado por el ingeniero francés Michel Virlogeux, con la asesoría estética del arquitecto británico Norman Foster. Al proyectarse respetando la orografía, el viaducto necesitó siete grandes pilas huecas de hormigón de entre 50 y 60 cm de espesor. Sus alturas varían entre 78 y 245 m y están separadas entre sí por una distancia de 342 m. El hormigón B60, innovador en ese momento y con criterios de calidad excepcionales, fue el material principal utilizado para construir este viaducto.
Esta estructura cuenta con algunas de las pilas más altas del mundo. Bajo cada una de ellas hay pozos de cimentación con diámetros de entre 4 y 5 m y profundidades de entre 9 y 18 m, cubiertos por una losa de reparto de entre 3 y 5 m de espesor. El hormigonado de los encepados (hasta 2100 m³) se realizó en una sola fase con bomba.
De Desconocido – https://efreyssinet-association.com/apropos/lhomme/, Dominio público, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=81910629
Eugène Freyssinet nació el 13 de julio de 1879 en Objat, Corrèze (Francia), y falleció el 8 de junio de 1962 en Saint-Martin-Vésubie, Alpes-Maritimes (Francia). Fue un ingeniero de gran renombre, proyectista, constructor, inventor, empresario y artista, reconocido como el inventor del pretensado.
Pasó sus primeros años en un ambiente rural, hasta que en 1885 se trasladó con su familia a París, donde asistió a una escuela local y descubrió el Museo de Artes y Oficios. Pronto se familiarizó con todos los modelos expuestos y, entre los 10 y los 12 años, participó en cursos de electricidad aplicada, química y física. Durante las vacaciones escolares, pasaba el tiempo en Objat, donde se interesó por las tareas realizadas por los agricultores locales. Este grupo de personas, orgulloso y trabajador, extraía todo lo posible de la tierra árida, apenas suficiente para sobrevivir. Por ello, los agricultores también desempeñaban otros oficios, como ebanistas, carpinteros, albañiles, herreros y tejedores. A lo largo de su vida, Freyssinet siempre se sintió parte de este grupo. De estas personas, que trabajaban mucho y hablaban poco, aprendió a utilizar habilidades manuales y astucia para crear los mejores artefactos con pocos recursos materiales. Fue aquí, siendo aún un niño, donde Freyssinet adquirió las habilidades que más tarde le permitirían llevar a cabo innovaciones fundamentales en la construcción con hormigón.
Con una admiración casi religiosa por las habilidades manuales y una beca, Freyssinet asistió a la escuela Chaptal y logró ingresar en la École Polytechnique en su segundo intento en 1899. Posteriormente, estudió en la École des Ponts et Chaussées, de la que se graduó en 1905. Allí recibió una fuerte influencia de los profesores Charles Rabut, Jean Résal y Paul Séjourné. En 1903, todavía estudiante (se licenció en 1905), obtuvo su primer cargo: ingeniero de servicios ordinarios y vecinales, con la función de asesorar técnicamente a varios alcaldes del distrito este, concretamente de Vichy y Lapalisse. Comenzó a trabajar como ingeniero júnior en la oficina local de Ponts et Chaussées en Moulins, donde asesoraba a alcaldes rurales sobre temas relacionados con la ingeniería. En este trabajo, tenía libertad para diseñar y construir estructuras, utilizando siempre el hormigón reforzado. Entre sus obras de este período destacan los tres puentes de arco de hormigón pretensado sobre el río Allier.
En 1904 se interesó por las propiedades elásticas y de deformación del hormigón armado, una combinación de acero y hormigón. La búsqueda de la perfección de este material se convirtió en su principal objetivo. Sirvió en el Ejército de Tierra francés entre 1904 y 1907, y nuevamente durante la Primera Guerra Mundial como ingeniero de carreteras. Entre 1914 y 1928 fue director técnico y socio de la empresa Mercier-Limousin, donde obtuvo su primera patente de hormigón pretensado en 1920. En 1928, patentó un sistema de pretensado y comenzó a industrializar elementos prefabricados de hormigón armado, aunque su negocio de fabricación de postes eléctricos fracasó entre 1928 y 1933.
Entre 1907 y 1911, supervisó la construcción del puente de Veurdre, donde se enfrentó a problemas relacionados con los desplazamientos verticales de los arcos de hormigón armado. Con la ayuda de trabajadores de confianza, utilizó gatos hidráulicos para elevar los arcos y salvar el puente, que funcionó bien hasta ser destruido en la Segunda Guerra Mundial.
Freyssinet descubrió que el comportamiento del hormigón no es lineal y que, con una tensión compresiva constante, la contracción aumentaba con el tiempo. Este fenómeno, que observó en el Pont du Veurdre, se conocería más tarde como fluencia. Su comprensión del comportamiento del hormigón contrastaba con la de las autoridades científicas de la teoría de estructuras, que defendían la predominancia de lo lineal. Sin embargo, se estaba gestando un cambio de paradigma.
Eugène Freyssinet (1879-1962)
El gran avance en la construcción con hormigón pretensado se produjo en 1928, cuando Freyssinet y Jean Seailles patentaron su sistema de pretensado. A pesar de algunos fracasos iniciales, Freyssinet revolucionó el sector de la construcción con hormigón, consolidando su nombre como un referente en el campo. Entre sus obras más destacadas se encuentran el hangar de dirigibles de Orly (1921-1923), el Pont de Plougastel (1926-1930) y los audaces puentes de Marne construidos en la década de 1940. A partir de 1943, la tecnología del pretensado se expandió por todo el mundo. Freyssinet fundó la empresa STUP, que en 1970 se transformó en Freyssinet International.
Entre 1929 y 1933, Freyssinet experimentó con nuevas formas de fabricación de vigas y presentó el de hormigón pretensado en un artículo de 1933. Este tipo de hormigón, sometido a presiones antes de su uso, mejoraba la resistencia y permitía la construcción de estructuras más delgadas y esbeltas.
Ese mismo año se presentó a la cátedra de hormigón de la Academia de Ciencias, pero fue rechazado. Luego, se centró en probar la viabilidad del hormigón pretensado para mejorar el puerto de Le Havre en 1934. Gracias a este éxito, Edme Campenon, presidente de Enterprises Campenon-Bernard, le contrató para realizar varios proyectos en Argelia.
Sin embargo, con el inicio de la Segunda Guerra Mundial y la derrota francesa de 1940, Freyssinet tuvo que ocultar sus conocimientos para evitar que los alemanes se aprovecharan de ellos. Además, varias de sus obras fueron destruidas. A pesar de ello, no interrumpió por completo su actividad constructiva. En 1943, Edme Campenon fundó la STUP (Sociedad Técnica para la Utilización del Pretensado) para aplicar las investigaciones de Freyssinet sobre esta técnica. En la posguerra, Freyssinet perfeccionó el uso del hormigón pretensado, que implementó en nuevos puentes y en diversos edificios, como el faro de Berck y la basílica subterránea del santuario de Lourdes.
Su origen rural tuvo una gran influencia en su carrera como ingeniero, que comenzó a una edad temprana. Tendía a simplificar sus construcciones y a hacerlas económicas. A pesar de su sólida formación matemática, que utilizaba cuando era necesario, su espíritu artesano e intuitivo lo llevaba a confiar más en la experiencia. Apasionado y tenaz, Eugène Freyssinet fue muy apreciado por sus colegas.
• Principales contribuciones a la teoría de estructuras:L’Amélioration des constructions en béton armé par l’introduction de déformations élastiques systématiques [1928]; Procédé de fabrication de pièces en béton armé [1928]; Note sur: Bétons plastiques et bétons fluides [1933]; Progrès pratiques des méthodes de traitement mécanique des bétons [1936/1]; Une révolution dans les techniques du béton [1936/2]; Une révolution dans l’art de bâtir: les constructions précontraintes [1941]; Ouvrages en béton précontraint destinés à contenir ou à retenir des liquides [1948/1]; Ponts en béton précontraint [1948/2]; Überblick über die Entwicklung des Gedankens der Vorspannung [1949]; Un amour sans limite [1993].
Os dejo algunos vídeos, que espero, os interesen.
Referencia:
FERNÁNDEZ-ORDÓÑEZ, J.A. (1978). Eugène Freyssinet. 2c Ediciones, Barcelona.
La norma ISO 15686-5 proporciona un marco completo para planificar la vida útil de los edificios y construcciones, y para calcular su coste total a lo largo de su vida útil. Establece los principios rectores, las definiciones y las instrucciones necesarias para realizar predicciones coherentes del CCV y evaluaciones del rendimiento a lo largo de la vida útil del activo.
La versión actual de 2017 se centra en establecer directrices claras y detalladas para llevar a cabo análisis de costes del ciclo de vida (LCC, por sus siglas en inglés). Este enfoque permite evaluar de manera sistemática los costes asociados a un activo desde su adquisición hasta su disposición final. Además, la norma contempla la posibilidad de incluir ingresos generados y externalidades que puedan influir en la evaluación económica. Al promover la utilización de metodologías estandarizadas, se garantiza la coherencia de los resultados y se establece una base sólida para la toma de decisiones fundamentadas.
La norma también hace hincapié en la utilidad del LCC para comparar diferentes alternativas de diseño y construcción, y permite a los gestores identificar opciones que optimicen tanto los costes iniciales como los recurrentes a lo largo del tiempo. Las metodologías propuestas son aplicables a nivel de cartera, proyectos específicos o componentes individuales, dependiendo del alcance definido.
Alcance y objetivos de la norma
La norma establece los requisitos para identificar y evaluar todos los costes relevantes a lo largo del ciclo de vida de un activo construido. Esto incluye desde los costes iniciales de adquisición hasta los relacionados con la operación, el mantenimiento, la sustitución de componentes y la disposición final. Además, abarca los siguientes aspectos:
Consideración de variables económicas, como tasas de descuento, inflación y fluctuaciones en los precios.
Evaluación de la sostenibilidad económica y ambiental mediante la inclusión de externalidades.
Provisión de un marco que facilite la comparación de alternativas en términos de coste total y rendimiento a largo plazo.
La norma es particularmente útil en contextos donde los periodos de análisis pueden extenderse por décadas, como en edificios públicos o activos con vidas útiles prolongadas.
Principios fundamentales del LCC
El análisis del ciclo de vida tiene como objetivo proporcionar una evaluación detallada y cuantitativa de los costes asociados a un activo construido para apoyar la toma de decisiones estratégicas en cada etapa del proyecto. Algunos de los principios clave son los siguientes:
Identificación integral de costes: El LCC tiene en cuenta todos los costes relevantes, tanto directos como indirectos y externalidades, para garantizar que no se pasen por alto factores críticos.
Proyecciones realistas: Se incorporan tasas de descuento, inflación y cambios previstos en las tecnologías para obtener estimaciones precisas y adaptadas al contexto.
Flexibilidad en el alcance: Permite adaptarse a diferentes niveles de análisis, desde el global hasta el nivel de componentes individuales.
Apoyo en la toma de decisiones: Proporciona datos útiles para comparar alternativas y seleccionar opciones que maximicen el rendimiento económico y funcional.
Detalle de las variables de coste
La norma especifica que el análisis LCC debe abordar una amplia gama de costes, agrupados en las siguientes categorías:
Costes de adquisición: Incluyen los gastos iniciales asociados con la compra, el diseño, la adaptación, las aprobaciones regulatorias, la construcción y la puesta en marcha. Estos costes suelen representar la mayor parte de la inversión inicial.
Costes operativos: Gastos recurrentes relacionados con la administración, los seguros, la energía, los servicios públicos y las tasas. Representan un componente significativo a lo largo de la vida útil del activo.
Costes de mantenimiento: Comprenden actividades preventivas, correctivas y diferidas, así como inspecciones periódicas. Estos costes son esenciales para garantizar el funcionamiento del activo conforme a los requisitos establecidos.
Costes de reemplazo: Relacionados con la sustitución de componentes o sistemas importantes. Estos costes pueden variar significativamente según el tipo de activo y las condiciones de operación.
Costes de eliminación: Incluyen demoliciones, reciclaje, reutilización de materiales y eliminación de desechos. Este componente también puede generar ingresos por la venta de materiales recuperables.
Aplicación práctica del LCC
La norma describe cómo el LCC puede integrarse en diversas etapas del ciclo de vida del proyecto:
Planificación inicial: en esta fase se llevan a cabo evaluaciones estratégicas para determinar la viabilidad de diferentes opciones de adquisición o desarrollo de activos. Se tienen en cuenta factores como la duración prevista de uso y los requisitos del cliente.
Diseño y construcción: durante esta etapa, el LCC ayuda a seleccionar materiales, tecnologías y diseños que optimicen los costes futuros. Hasta el 80 % de los costes de operación y mantenimiento pueden definirse en esta fase.
Operación y mantenimiento: el análisis LCC permite gestionar de manera eficiente los recursos y planificar el mantenimiento necesario para prolongar la vida útil del activo.
Disposición final: se evalúan los costes e ingresos asociados al final de la vida útil del activo, incluyendo el reciclaje o la reutilización de componentes.
Metodologías recomendadas
La metodología descrita en la norma ISO 15686-5 hace hincapié en un enfoque sistemático para la asignación de recursos, centrándose en su uso eficiente para alcanzar los objetivos de la organización. Este marco ayuda a evaluar los distintos procesos de asignación empleados por diversas organizaciones y facilita debates estructurados sobre cuestiones relacionadas con los recursos. La naturaleza iterativa del proceso permite la mejora continua y permite a los responsables de la toma de decisiones reevaluar sus estrategias en función de los datos y resultados que vayan surgiendo.
Para abordar las incertidumbres inherentes al análisis a largo plazo, la norma recomienda técnicas como:
Análisis de sensibilidad: Permite evaluar cómo los cambios en variables clave afectan los resultados.
Método Monte Carlo: Simula diferentes escenarios para estimar rangos de coste probables.
Valor actual neto (VAN): Proporciona una base para comparar los costes futuros en términos de su valor actual.
Beneficios del LCC en la toma de decisiones
El cálculo del coste del ciclo de vida (CCV) proporciona una evaluación económica sistemática de los costes de un activo a lo largo de todo su ciclo de vida, que abarca las fases de adquisición, explotación y eliminación. Esta metodología facilita la toma de decisiones informadas, ya que permite a las partes interesadas comprender no solo los costes de transacción iniciales, sino también las implicaciones financieras más amplias asociadas al activo a lo largo del tiempo, incluidos los costes y beneficios externos derivados de su uso.
La aplicación del cálculo del coste del ciclo de vida puede reportar importantes beneficios económicos. Las investigaciones indican que las organizaciones que utilizan normas para el análisis del CCV han obtenido ganancias valoradas entre el 0,15 % y el 5 % de los ingresos anuales por ventas. Estos ahorros se deben a una mejor asignación de recursos y a una mayor eficiencia operativa que surgen de la adopción de decisiones de inversión informadas. Por ejemplo, la identificación de externalidades potenciales, tanto positivas como negativas, puede dar lugar a un enfoque más holístico de la planificación financiera y la gestión de activos, lo que mejora en última instancia los resultados de la organización.
El uso del LCC aporta claridad y respaldo cuantitativo en la selección de alternativas. Esto es particularmente relevante en decisiones de inversión, donde el equilibrio entre costes iniciales y operativos es fundamental. Además, este enfoque fomenta la adopción de estrategias sostenibles al permitir una evaluación integral de los impactos económicos y ambientales.
Conclusión
La norma ISO 15686-5:2017 es una herramienta esencial para optimizar la gestión económica de los activos construidos. Al abordar con detalle todos los costes asociados y proporcionar metodologías claras para su análisis, esta norma permite una gestión más eficiente, sostenible y alineada con los objetivos a largo plazo. Su aplicación garantiza que cada etapa del ciclo de vida de un activo se considere y gestione de manera óptima.
Referencias:
Cadenazzi, T., Rossini, M., Nolan, S., Dotelli, G., Arrigoni, A., & Nanni, A. (2018). Resilience and economical sustainability of a FRP reinforced concrete bridge in Florida: LCC analysis at the design stage. In Life Cycle Analysis and Assessment in Civil Engineering: Towards an Integrated Vision (pp. 2913-2920). CRC Press.
Guaygua, B., Sánchez-Garrido, A., & Yepes, V. (2024). Life cycle assessment of seismic resistant prefabricated modular buildings. Heliyon, 10(20), e39458.
Kuda, F., & Berankova, E. W. (2014). EU Approaches to Unification of Methodologies for Determination of Building Object Life Cycle Costing. Advanced Materials Research, 1044, 1863-1867.
Navarro, I. J., Martí, J. V., & Yepes, V. (2019). Reliability-based maintenance optimization of corrosion preventive designs under a life cycle perspective. Environmental Impact Assessment Review, 74, 23-34.
Pons, J. J., Villalba Sanchis, I., Insa Franco, R., & Yepes, V. (2020). Life cycle assessment of railway track substructures: Comparison of ballast and ballastless rail tracks. Environmental Impact Assessment Review, 85, 106444.
Teichmann, M., Szeligova, N., & Kuda, F. (2019). Evaluation of operating costs in the life cycle of buildings. In Advances and Trends in Engineering Sciences and Technologies III (pp. 629-635). CRC Press.
Villalba, P., Sánchez-Garrido, A., & Yepes, V. (2024). Life cycle evaluation of seismic retrofit alternatives for reinforced concrete columns. Journal of Cleaner Production, 455, 142290.
Xie, H., Cui, Q., & Li, Y. (2022). Net Present Value Method: A Method Recommended by ISO 15686-5 for Economic Evaluation of Building Life Cycle Costs. World Journal of Engineering and Technology, 10(2), 224-229.
Acaban de publicar nuestro artículo en la revista del primer decil del JCR Journal of Building Enginering. El artículo aborda el desafío técnico y científico que supone analizar las características de deformación en excavaciones profundas en suelos blandos. Estas excavaciones, que están aumentando en escala y complejidad, plantean problemas de estabilidad debido a las propiedades inherentes de los suelos blandos, como su alta compresibilidad, alta sensibilidad, baja permeabilidad y baja resistencia. Además, la interacción entre el agua y el suelo durante la excavación puede causar consolidación por filtración, alteraciones en el campo de tensiones y riesgos significativos para las estructuras circundantes.
Actualmente, los métodos predominantes, como el análisis por elementos finitos y la monitorización experimental, presentan limitaciones a la hora de evaluar la precisión y los efectos espaciales en grandes escalas. Este estudio propone una mejora mediante la modelación tridimensional no lineal que incorpora un modelo de interfaz deslizante. El estudio analiza el proyecto XSS-03-10D, para lo que se utilizan mediciones in situ y simulaciones numéricas con las que estudiar la evolución temporal y espacial de la deformación de los sistemas de soporte y los asentamientos superficiales.
La pregunta principal que guía este trabajo es la siguiente: ¿cómo influye la interacción entre el sistema de soporte y el suelo circundante en la estabilidad y seguridad de las excavaciones profundas en suelos blandos y qué tan efectivas son las herramientas de modelación tridimensional para predecir estos comportamientos?
Este trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación RESILIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. Colaboramos con investigadores de la Hunan University of Science and Engineering, de China. A continuación, explicamos brevemente el contenido del artículo que podéis descargar gratuitamente.
Metodología
La metodología empleada en este estudio combina el control exhaustivo en campo con avanzadas simulaciones numéricas para evaluar las características de deformación de las excavaciones profundas. En primer lugar, se realizó un análisis detallado de las condiciones geotécnicas del terreno, incluyendo pruebas de laboratorio y muestreo de suelos en diferentes capas. Gracias a estas pruebas, se identificaron propiedades clave del suelo, como el contenido de humedad, la densidad, la cohesión y el ángulo de fricción interna, que son esenciales para los cálculos posteriores.
Posteriormente, se diseñó un modelo tridimensional no lineal en el programa informático ABAQUS que incorporó las propiedades específicas del suelo y un modelo de interfaz deslizante para simular las interacciones entre el sistema de soporte y el terreno. Este modelo se estructuró en dos capas principales de excavación: la primera, desde la superficie hasta los -7550 m, está compuesta principalmente por relleno y lodo; y la segunda, desde los -7550 m hasta los -10750 m, está formada principalmente por lodo blando.
El modelo numérico se calibró mediante la comparación con datos reales obtenidos de 197 puntos de control distribuidos en el yacimiento. Estos puntos incluían sensores para medir desplazamientos horizontales y verticales, la presión del suelo y las fuerzas axiales en los sistemas de soporte. Además, se integraron sistemas de alerta temprana que permitieron identificar zonas críticas en tiempo real y ajustar las estrategias de soporte en consecuencia.
El análisis se dividió en varias etapas:
Modelación inicial: Se definieron los parámetros básicos del suelo y los límites del modelo. Se realizaron simulaciones preliminares para establecer un marco de referencia.
Simulación del proceso de excavación: Se aplicaron cargas incrementales para replicar el proceso de excavación por capas, teniendo en cuenta los cambios en la presión del suelo y las interacciones dinámicas entre los sistemas de soporte y el terreno.
Validación de resultados: Los resultados del modelo se compararon con los datos de supervisión in situ. Esto incluyó la evaluación de desplazamientos, deformaciones y fuerzas internas, y la realización de ajustes iterativos en el modelo para mejorar la precisión.
Análisis de escenarios críticos: Se exploraron escenarios de fallo potenciales y se identificaron las zonas más vulnerables dentro del sistema de soporte y del terreno circundante.
Esta combinación de monitorización de campo y simulación numérica no solo permitió validar la precisión del modelo tridimensional, sino también obtener una visión integral de los patrones espaciotemporales de deformación.
Aportaciones relevantes
En primer lugar, este trabajo presenta un modelo tridimensional de elementos finitos que combina elasticidad y plasticidad no lineales y que está adaptado para capturar las características específicas de los suelos blandos. Este enfoque supera las limitaciones de los modelos constitutivos tradicionales al integrar datos de campo y parámetros geotécnicos.
En segundo lugar, el estudio identifica los factores clave que afectan a la estabilidad de las excavaciones profundas, como la presión lateral del suelo, los efectos de consolidación y la interacción entre el terreno y la estructura. La comparación entre los datos medidos y los simulados demostró una alta correlación, lo que confirma la precisión del modelo y su aplicabilidad práctica.
Además, el artículo destaca la importancia de realizar un seguimiento continuo y de integrar sistemas de alerta temprana para mitigar riesgos durante la construcción. Este enfoque tiene un impacto directo en la sostenibilidad de los proyectos de infraestructura, ya que reduce el riesgo de fallos estructurales y minimiza el impacto ambiental.
Otra contribución relevante es la identificación de patrones espaciotemporales en la deformación de los sistemas de soporte, lo que permite diseñar estrategias de mitigación más eficaces. Por último, el enfoque metodológico presentado puede adaptarse a otros tipos de proyectos de infraestructura, lo que amplía su aplicabilidad en el campo de la ingeniería civil.
Discusión de resultados
Los resultados del estudio muestran que la deformación de los sistemas de soporte y los asentamientos del suelo presentan patrones espaciotemporales complejos. Durante la excavación por capas, se observó que el sistema de soporte experimentaba un incremento progresivo de las fuerzas axiales, alcanzando valores cercanos a los límites de seguridad en zonas específicas. Estas áreas coinciden con zonas de transición entre diferentes propiedades del suelo y regiones con interacciones más intensas entre el agua y el suelo.
El análisis numérico reveló que el modelo tridimensional es más preciso a la hora de predecir deformaciones y fallos que los métodos tradicionales. Por ejemplo, las simulaciones anticiparon asentamientos y desplazamientos horizontales que coincidieron con los valores observados in situ, lo que proporciona una herramienta fiable para la toma de decisiones durante la construcción.
En cuanto a los desplazamientos horizontales, los datos de control mostraron que los puntos ubicados cerca de áreas de transición de suelos blandos presentaron los mayores valores de deformación. Esto subraya la importancia de diseñar sistemas de soporte que se puedan adaptar dinámicamente a las características específicas del terreno. Por otro lado, los asentamientos superficiales fueron más pronunciados en zonas adyacentes a cuerpos de agua, lo que sugiere que el nivel freático es crucial para la estabilidad de las excavaciones.
Desde el punto de vista del comportamiento estructural, las fuerzas axiales en los soportes interiores aumentaron de forma progresiva durante la excavación, alcanzando valores cercanos a los límites de diseño. Esto demuestra la necesidad de implementar estrategias de refuerzo adicionales en las fases críticas de la construcción. Los resultados también evidenciaron la presencia de efectos de acoplamiento entre el suelo y las estructuras circundantes, un aspecto que podría abordarse en futuros estudios para mejorar la precisión de los modelos predictivos.
Además, se observó que la interacción entre el sistema de soporte y el suelo puede verse significativamente influenciada por factores externos, como las condiciones climáticas y las variaciones en el nivel freático. Estas interacciones tienen implicaciones directas para la estabilidad del sistema, por lo que se deben utilizar estrategias de monitorización adaptativas. Finalmente, los patrones de deformación identificados durante el análisis ponen de manifiesto la importancia de realizar ajustes dinámicos en el diseño y el monitoreo según las condiciones cambiantes en tiempo real.
Futuras líneas de investigación
A partir de los resultados de este estudio, se identifican varias áreas prometedoras para la investigación futura. Una de ellas es mejorar los modelos constitutivos del suelo para tener en cuenta mejor los efectos de la interacción multidimensional entre agua, suelo y estructuras. Esto podría incluir la incorporación de modelos viscoelásticos para simular el comportamiento a largo plazo de los suelos blandos.
Otra línea de interés es el desarrollo de herramientas de simulación que integren datos en tiempo real procedentes de sensores distribuidos en el lugar de la obra. Esto permitiría realizar ajustes instantáneos en las estrategias de construcción, mejorando la seguridad y reduciendo los costes asociados a fallos inesperados.
Además, el estudio destaca la necesidad de investigar la influencia de eventos extremos, como terremotos o lluvias torrenciales, en la estabilidad de excavaciones profundas. Las simulaciones que integran estos escenarios podrían proporcionar datos valiosos para diseñar sistemas de soporte más resilientes.
Finalmente, la investigación sobre métodos sostenibles de construcción en suelos blandos podría beneficiarse de estudios centrados en el uso de materiales de refuerzo ecológicos y en la optimización de diseños que reduzcan la huella de carbono. Estas iniciativas contribuirían al avance de la ingeniería civil hacia un enfoque más respetuoso con el medio ambiente.
Conclusión
El trabajo ofrece un análisis exhaustivo y un marco metodológico innovador para abordar los desafíos de las excavaciones profundas en suelos blandos. Al combinar la supervisión in situ con simulaciones numéricas avanzadas, el estudio asienta las bases para mejorar las prácticas de diseño y construcción.
El uso de modelos tridimensionales no lineales ha demostrado ser una herramienta muy eficaz para predecir comportamientos complejos de deformación y diseñar estrategias de mitigación más efectivas. Esto tiene implicaciones significativas para proyectos de infraestructura en entornos similares, ya que ofrece una guía clara para mejorar la estabilidad y sostenibilidad de estas obras.
En la práctica, los hallazgos refuerzan la importancia del seguimiento continuo y la adaptación dinámica de las estrategias de soporte según las condiciones en tiempo real. Estas prácticas no solo aumentan la seguridad, sino que también reducen los costes y el impacto ambiental asociados a los fallos estructurales.
Finalmente, el estudio sentará las bases para futuras investigaciones que exploren enfoques aún más integrados, sostenibles y resilientes, y permitirá que la ingeniería civil continúe evolucionando frente a los desafíos que presentan los entornos geotécnicos complejos. Además, los resultados invitan a adoptar un enfoque interdisciplinario que combine herramientas tecnológicas avanzadas y principios de sostenibilidad para optimizar tanto los resultados estructurales como el impacto ambiental de las construcciones en suelos blandos.
La durabilidad de los puentes está relacionada con una impermeabilización adecuada, ya que el hormigón vibrado no es totalmente estanco. Las segregaciones locales permiten la entrada de agua hasta las armaduras, lo que provoca la carbonatación, disgregación y corrosión de estas. Este efecto se intensifica en regiones donde se usan sales de deshielo para evitar la formación de hielo. Muchos problemas de durabilidad se deben a una impermeabilización y drenaje inadecuados.
La eficacia de la impermeabilización depende de factores como las condiciones climáticas, que pueden afectar a la integridad de los materiales. También es crucial el diseño estructural, que debe facilitar el drenaje y evitar la acumulación de agua. Para prevenir defectos en la impermeabilización, es esencial seleccionar materiales duraderos y compatibles con el entorno, y aplicarlos correctamente.
La selección del sistema de impermeabilización para un puente debe tener en cuenta factores como las características específicas de la estructura, incluidos los materiales, la geometría, el uso y las condiciones de carga; las condiciones climáticas y ambientales locales, como temperaturas extremas, humedad y exposición a agentes corrosivos; y los requisitos de mantenimiento y la vida útil esperada, ya que algunos sistemas requieren menos mantenimiento y ofrecen una mayor durabilidad. Es esencial consultar las normativas vigentes y, en caso de duda, recurrir a expertos en la materia para determinar la solución más adecuada.
Los sistemas de impermeabilización se clasifican en tratamientos in situ y el uso de láminas prefabricadas. Dentro de los tratamientos in situ, destacan varias técnicas según el tipo de material y el método de aplicación.
Tratamientos in situ:
Másticos bituminosos aplicados en caliente: Se colocan en una o dos capas con espesores de 5 a 20 mm. Para evitar la formación de ampollas por la mezcla caliente sobre un tablero húmedo, se aplica una capa de imprimación y otra de descompresión, generalmente un filtro de fibra de vidrio que comunica con la atmósfera.
Másticos bituminosos aplicados en frío: Formados por un agregado mineral fino, fibras minerales y una emulsión bituminosa aniónica de rotura lenta, y se aplican sobre un tablero limpio tras un riego de adherencia. La cantidad aplicada varía entre 3 y 6 kg/m² en función de la rugosidad de la superficie. Son fáciles de instalar, resistentes al tráfico de obra y poseen una excelente adherencia al firme.
Capas finas con materiales no bituminosos (resinas): Incluyen resinas epoxi, poliuretanos y poliésteres, que se aplican en espesores de 1,5 a 3 mm. Ofrecen alta resistencia química y gran adherencia al hormigón, aunque requieren una textura fina y ausencia de humedad en el tablero. Normalmente, se aplican dos capas de resina: la segunda se extiende una vez polimerizada la primera y, antes de que se seque por completo, se esparce arena para mejorar la adherencia con el pavimento. La imprimación del tablero no es indispensable, pero, si se realiza, se utiliza la misma resina diluida.
Capas finas con brea-epoxi: Este material mixto combina la flexibilidad de la brea y la adherencia del epoxi, y ofrece resistencia a bajas temperaturas y un coste moderado. Su espesor promedio es de 2 mm y se usa principalmente en estructuras flexibles como puentes metálicos. La técnica de aplicación es similar a la de las resinas sintéticas, con la diferencia de que en este caso es imprescindible utilizar la imprimación correspondiente, que es la misma mezcla fluidificada.
Láminas prefabricadas:
Dentro de las láminas prefabricadas de pequeño espesor (entre 1 y 2 mm) se incluyen:
Láminas bituminosas autoprotegidas: La cara superior está formada por una hoja de aluminio y la cara inferior está recubierta de una masilla bituminosa reforzada con fibras de vidrio. El espesor total varía entre 3 y 4 mm.
Láminas elastoméricas: Las más comunes están fabricadas con caucho butilo, caucho de cloropreno y etileno-propileno. Estas láminas destacan por su gran flexibilidad, aunque presentan el inconveniente de una adherencia deficiente con los materiales bituminosos. Por ello, en la instalación de pavimentos de este tipo es habitual aplicar una imprimación bituminosa sobre la lámina una vez colocada.
Láminas plásticas: Son de PVC reforzado con fibras sintéticas a lo largo de todo su espesor. Estas láminas no presentan adherencia.
Láminas de betún altamente modificado con polímeros: Estas láminas ofrecen una excelente flexibilidad, baja susceptibilidad térmica y elevada tenacidad y ductilidad.
Las láminas prefabricadas más delgadas suelen deteriorarse con facilidad por punzonamiento. Anteriormente, solía colocarse una capa de protección, generalmente una mezcla de arena y betún, entre la lámina y el pavimento. Hoy en día, salvo en el caso de las láminas con hoja superior de aluminio, es común que las láminas incorporen gravillas incrustadas en su cara superior, lo que no solo las protege frente al punzonamiento, sino que también mejora la adherencia con el pavimento. El objetivo principal de estas membranas es garantizar la estanqueidad en todas las zonas del tablero y evitar especialmente el paso de agua en las uniones con elementos como bordillos, sumideros, barreras y juntas de dilatación.
En los últimos años, se han desarrollado y aplicado técnicas y productos innovadores en este campo. A continuación, se presentan algunas de las novedades más destacadas:
Membranas líquidas de poliuretano: La aplicación de membranas líquidas de poliuretano ha surgido como una solución eficaz para impermeabilizar tableros de puentes. Estas membranas destacan por su alta elasticidad, resistencia química y larga vida útil. Además, su capacidad para adaptarse a geometrías diversas facilita su aplicación en estructuras complejas. La certificación ETE (Documento de Evaluación Técnica Europeo) garantiza la calidad y eficacia de estos productos.
Membranas asfálticas prefabricadas: Los sistemas de impermeabilización asfáltica, especialmente los que utilizan membranas prefabricadas SBS, han demostrado su eficacia en puentes y estacionamientos. Estos sistemas se aplican mediante termofusión, lo que garantiza una adherencia sólida y una protección duradera contra filtraciones.
Resinas de poliuretano bicomponente: La utilización de resinas de poliuretano bicomponente, libres de brea y alquitrán, ha ganado popularidad en la impermeabilización de tableros de puentes. Estas resinas se aplican sobre el hormigón del soporte, formando una capa impermeable que protege la estructura de las inclemencias meteorológicas y de la acción de agentes corrosivos.
Membranas de poliurea: La aplicación de poliurea ha demostrado su eficacia en la protección contra filtraciones en la impermeabilización de puentes ferroviarios. Para lograr una impermeabilización completa y duradera, es fundamental realizar un tratamiento previo de la superficie y aplicar imprimaciones adecuadas.
En las impermeabilizaciones no completamente adheridas al tablero del puente, el agua que pueda filtrarse a través de la capa impermeabilizante o condensarse debajo de ella se evacúa mediante respiraderos o tubos de ventilación. Estos dispositivos evitan la acumulación de presión de vapor que podría provocar ampollas en la impermeabilización. Los tubos se colocan en los puntos más bajos o se distribuyen a lo largo de toda la superficie, partiendo de la cara inferior de la impermeabilización y atravesando el tablero del puente.
La impermeabilización de puentes requiere un mantenimiento periódico para garantizar su eficacia a largo plazo. Es fundamental realizar inspecciones regulares para detectar posibles daños o deterioros y llevar a cabo las reparaciones pertinentes. Si hay fallos en la impermeabilización, es posible que sea necesario rehabilitar la membrana, lo que puede implicar eliminar la capa existente y aplicar un nuevo sistema de impermeabilización.
La impermeabilización de puentes requiere cumplir diversas normativas y estándares internacionales para garantizar la eficacia y durabilidad de las soluciones implementadas. A continuación, se presenta una relación exhaustiva de las normativas y estándares más importantes en este campo:
Normativas Europeas:
UNE-EN 13375:2020: Establece los requisitos para las láminas flexibles utilizadas en la impermeabilización de tableros de puentes de hormigón y otras superficies de hormigón expuestas al tráfico vehicular.
UNE-EN 14692:2017: Define las características de las láminas flexibles para la impermeabilización de tableros de puentes de hormigón y otras superficies de hormigón para tráfico de vehículos, incluyendo la determinación de la resistencia a la compactación de una capa asfáltica.
UNE-EN 14694:2017: Especifica los requisitos para las láminas flexibles en la impermeabilización de tableros de puentes de hormigón y otras superficies de hormigón para tráfico de vehículos, enfocándose en la resistencia a la presión dinámica de agua tras degradación por pretratamiento.
UNE-EN 14223:2017: Detalla las propiedades de las láminas flexibles para la impermeabilización de tableros de puentes de hormigón y otras zonas de hormigón para tráfico de vehículos, incluyendo la determinación de la absorción de agua.
UNE-EN 14691:2017: Establece los criterios para las láminas flexibles en la impermeabilización de tableros de puentes de hormigón y otras zonas de hormigón para tráfico de vehículos, enfocándose en la compatibilidad por acondicionamiento térmico.
UNE-EN 13653:2017: Define los requisitos para las láminas flexibles en la impermeabilización de tableros de puentes de hormigón y otras zonas de hormigón para tráfico de vehículos, incluyendo la determinación de la resistencia al pelado.
UNE-EN 12039:2017: Especifica las características de las láminas bituminosas para la impermeabilización de cubiertas, incluyendo la determinación de la adherencia de gránulos.
UNE-EN 12691:2018: Establece los requisitos para las láminas bituminosas, plásticas y de caucho en la impermeabilización de cubiertas, incluyendo la determinación de la resistencia al impacto.
UNE-EN 13583:2013: Define las características de las láminas bituminosas, plásticas y de caucho para la impermeabilización de cubiertas, incluyendo la determinación de la resistencia al granizo.
UNE-EN 17686:2023: Establece los requisitos para las láminas flexibles en la impermeabilización de cubiertas, incluyendo la determinación de la resistencia a la carga de viento del sistema constructivo de cubiertas con sistemas de impermeabilización adheridos.
Normativas Internacionales:
ASTM D6083: Estándar de la ASTM que especifica los requisitos para las membranas líquidas de poliuretano utilizadas en la impermeabilización de puentes.
ASTM D1970: Estándar de la ASTM que define los requisitos para las membranas autoadhesivas de asfalto utilizadas en la impermeabilización de puentes.
AASHTO M 323: Especificación de la American Association of State Highway and Transportation Officials que establece los requisitos para las membranas de impermeabilización de puentes.
Es fundamental consultar las normativas vigentes y, en caso de duda, recurrir a expertos en la materia para determinar la solución más adecuada. Además, es recomendable revisar las especificaciones técnicas de los fabricantes y las guías de buenas prácticas para asegurar una correcta aplicación de los sistemas de impermeabilización.
Os dejo un par de vídeos sobre impermeabilización de tableros de puentes. Espero que os sean de interés.
También os dejo este catálogo de Sika sobre la impermeabilización de puentes.
La construcción de estructuras de hormigón conlleva procesos técnicos complejos que requieren una planificación rigurosa y una ejecución meticulosa. Entre estos procesos, destacan la activación de la fuerza de pretensado y la inyección de armaduras, esenciales para mejorar el rendimiento estructural y la durabilidad. Este artículo aborda estos procedimientos y detalla principios teóricos, parámetros técnicos y normativas aplicables.
Tesado de armaduras activas
Armadura pasiva y vainas para el acero de postesado durante la construcción de un puente de sección cajón. De Störfix – Fotografía propia, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=297005
El tesado de armaduras activas es el proceso mediante el cual se aplica una fuerza de pretensado al acero de refuerzo del hormigón. Esto aumenta la capacidad de carga, reduce las deformaciones y mejora la durabilidad de la estructura.
El proceso de tesado se basa en el principio de generar fuerzas internas en el acero que compensen las tensiones externas previstas durante la vida útil de la estructura. Al aplicar una fuerza controlada, el acero se somete a tracción y el hormigón a compresión, lo que mejora el comportamiento global del elemento estructural.
La operación de tesado deberá realizarse según un plan previamente establecido, teniendo en cuenta las recomendaciones del fabricante del sistema utilizado. Se deberá asegurar que el gato esté perpendicular y centrado sobre el anclaje y que la operación la lleve a cabo personal cualificado. El tesado debe realizarse de forma lenta y progresiva. Si se lleva a cabo en condiciones de bajas temperaturas, deberán tomarse precauciones especiales.
Si se rompe un elemento de la armadura, se podrá alcanzar la fuerza total de pretensado necesaria aumentando la tensión en los elementos restantes, sin exceder el 5 % del valor inicialmente previsto. En caso de que se pierda totalmente la fuerza de pretensado debido a la rotura de elementos irreemplazables de la armadura, la pérdida no podrá superar el 2 % de la fuerza de pretensado prevista en el proyecto.
La temperatura ambiente es un factor crítico. Debe evitarse el tesado a temperaturas inferiores a 5 °C, salvo que se implementen medidas específicas para compensar los efectos del frío, como el uso de equipos de calefacción en el área de trabajo. Además, el acero utilizado debe cumplir con normas internacionales como la EN 10080, que garantizan su calidad y resistencia.
La seguridad durante el tesado es un aspecto prioritario. Las medidas de seguridad incluyen protecciones detrás de los gatos y se prohibirá el paso entre dichas protecciones y el gato durante el izado. En las pretesas, es esencial colocar señales visibles que indiquen la carga máxima permitida para la que han sido proyectados los estribos de anclaje, así como delimitar las zonas de acceso restringido. Además, para evitar que las armaduras salten si se rompen durante el tesado, se deben utilizar placas horadadas, cubriéndolas o envolviéndolas. El tesado no se iniciará sin la autorización de la dirección de obra, que comprobará la idoneidad del programa de tesado y la resistencia del hormigón. Todo el proceso debe estar supervisado por personal técnico cualificado.
Armaduras pretesas
Hormigón pretensado en forma de viguetas. https://www.becosan.com/es/hormigon-pretensado/
Las armaduras pretesas se tensan antes del vertido del hormigón para garantizar que la fuerza se transfiera a la matriz del hormigón durante el fraguado. Este método se utiliza principalmente en la fabricación de elementos prefabricados, como vigas, losas y pilares.
El proceso de pretensado consiste en fijar los extremos de las armaduras en dispositivos de anclaje y aplicarles una fuerza controlada antes de verter el hormigón. Una vez que el hormigón alcanza la resistencia requerida, se libera la tensión de manera gradual, lo que permite que el hormigón absorba el esfuerzo de pretensado.
El programa de tesado deberá especificar el orden de tesado de las armaduras y, en su caso, las sucesivas etapas parciales de pretensado. También se deberá indicar la presión o fuerza que no debe sobrepasarse en los gatos, el valor de la carga de tesado en los anclajes y los alargamientos que deben obtenerse, teniendo en cuenta los movimientos originados por la penetración de la cuña. Además, se debe detallar el modo y la secuencia a seguir para liberar los tendones, así como la resistencia requerida del hormigón en el momento de la transferencia.
La adherencia de las armaduras activas al hormigón depende de la longitud de transmisión, necesaria para transferir al hormigón, por adherencia, la fuerza de pretensado introducida en las armaduras, y de la longitud de anclaje, que garantiza la resistencia del anclaje por adherencia hasta la rotura del acero. Estos factores dependen principalmente de tres elementos: el diámetro de la armadura, sus características superficiales y la resistencia del hormigón.
El destesado es la operación mediante la cual se transmite el esfuerzo de pretensado de las armaduras pretesas al hormigón, para lo cual se deben soltar de manera lenta, gradual y uniforme, sin sacudidas bruscas y de forma ordenada, con el fin de evitar asimetrías. Antes de iniciar esta operación, se verifica que el hormigón haya alcanzado la resistencia especificada, se eliminan obstáculos que impidan el movimiento de las piezas y se cortan las puntas de las armaduras que sobresalgan de las testas si van a quedar expuestas y no embebidas en el hormigón. El destesado prematuro representa un peligro debido a las pérdidas elevadas, mientras que el destesado brusco puede causar esfuerzos anormales, aumentar la longitud de transmisión y anclaje, y aumentar los riesgos de deslizamiento.
Armaduras postesas
Anclajes de hormigón postesado. https://www.becosan.com/es/hormigon-pretensado/
Las armaduras postesas se tensan una vez fraguado el hormigón, lo que permite una mayor flexibilidad en el diseño de estructuras complejas. Se utilizan comúnmente en grandes puentes, viaductos y edificios importantes.
Durante el proceso, los tendones se colocan dentro de vainas que atraviesan el hormigón. Una vez fraguado, se aplican fuerzas de pretensado mediante gatos hidráulicos y se fijan los extremos con cuñas especiales que aseguran la transferencia de cargas a largo plazo.
El programa de tesado deberá especificar expresamente la secuencia detallada de tesado de las armaduras, la presión o fuerza que debe desarrollarse en el gato, los alargamientos esperados y la máxima penetración de la cuña, así como el momento de retirada de las cimbras durante el tesado, si procede. También se deberá indicar la resistencia requerida del hormigón antes del tesado, el número, el tipo y la localización de los acopladores, así como la necesidad de protección temporal si el tesado se realiza en etapas sucesivas. El tesado no se iniciará sin la autorización de la dirección de obra, que comprobará la idoneidad del programa de tesado y la resistencia del hormigón. Cada etapa debe ejecutarse en condiciones de control estrictas, registrándose cada operación para su posterior verificación y trazabilidad.
La tensión máxima inicial admisible en las armaduras se limita con el fin de disminuir riesgos como la rotura o la corrosión. El valor máximo de la tensión en las armaduras antes de anclarlas no podrá exceder el menor de los siguientes valores: el 75 % de la carga unitaria máxima característica o el 90 % del límite elástico característico. De forma temporal, esta tensión podrá aumentarse hasta alcanzar uno de los siguientes valores: el 85 % de la carga unitaria máxima característica o el 95 % del límite elástico característico.
Proceso postesado. Fuente: Catálogo Stronghold
El proceso de tesado consta de varias fases secuenciales, cuidadosamente planificadas, para garantizar la correcta transferencia de la fuerza de pretensado. En primer lugar, se colocan y alinean los gatos hidráulicos frente a los anclajes, asegurándose de que queden perpendiculares y centrados para evitar desviaciones.
Una vez posicionados, se inicia el proceso de aplicación de fuerza de forma gradual y continua. La presión se incrementa en etapas controladas para evitar tensiones repentinas que puedan causar daños estructurales. Durante esta fase, se realiza un seguimiento constante de la presión y del alargamiento de las armaduras.
A medida que el acero se alarga, hay que verificar los anclajes y realizar ajustes si es necesario. El equipo técnico debe registrar cada paso, documentando las presiones aplicadas, los alargamientos medidos y los incidentes que puedan ocurrir durante el proceso.
Una vez alcanzada la fuerza especificada en el proyecto, se fijan definitivamente las armaduras mediante cuñas mecánicas o dispositivos de anclaje hidráulico. De este modo, se asegura que el acero mantenga la tensión aplicada incluso después de retirar los equipos de tesado.
Por último, se llevan a cabo inspecciones visuales y técnicas para confirmar que el proceso de tesado se ha realizado correctamente. Cualquier anomalía detectada debe corregirse antes de pasar a la siguiente fase de construcción.
El control del tesado implica medir simultáneamente el esfuerzo ejercido por el gato y el alargamiento de la armadura, con una precisión de ±2 % del recorrido total. Se debe garantizar que la fuerza de pretensado se mantenga dentro de ±5 % del valor de proyecto y que los alargamientos sean de ±15 % para un tendón particular y de ±5 % para la suma de todos los valores en la misma sección. Para facilitar el control, se utilizará una tabla de tesado que incluirá los datos del programa, la identificación de los tendones, los resultados del tesado y los incidentes. Los datos recopilados deben documentarse con todo detalle, incluyendo las desviaciones y las correcciones realizadas.
El retesado de armaduras postesas se define como cualquier operación de tesado efectuada sobre un tendón después de su tesado inicial. Este procedimiento solo está justificado si es necesario para uniformar las tensiones de los diferentes tendones de un mismo elemento o si está previsto en el programa el tesado en etapas sucesivas. No se debe realizar un retesado con el único objetivo de disminuir las pérdidas diferidas de tensión, salvo en circunstancias especiales.
Antes de proceder con el retesado, se realiza una evaluación exhaustiva de la estructura para determinar si es necesario realizarla. El procedimiento debe ajustarse al programa de tesado original y a las condiciones actuales del proyecto. Las presiones aplicadas durante el retesado deben controlarse con cuidado para evitar daños en los elementos estructurales.
Además, es fundamental recalibrar los equipos de tesado antes de iniciar esta operación para garantizar que los valores aplicados sean precisos. Una vez finalizado, deben realizarse nuevas inspecciones y pruebas de carga para verificar la efectividad del proceso.
Inyección de armaduras
La inyección de lechada es fundamental para proteger las armaduras de pretensado contra la corrosión y garantizar su adherencia al hormigón. Este proceso consiste en llenar los conductos que albergan los tendones con una mezcla diseñada para resistir agresiones químicas y ambientales. Debe realizarse lo antes posible tras el tesado.
La preparación de la mezcla de inyección es una etapa clave para garantizar el correcto funcionamiento del sistema de pretensado. La lechada es una mezcla cuidadosamente dosificada de cemento, agua y aditivos específicos. La proporción de estos componentes se calcula en función de factores como la temperatura ambiente, el tipo de estructura y las condiciones específicas del lugar de construcción.
El proceso de mezclado debe realizarse con equipos mecánicos especializados que aseguren una mezcla homogénea y libre de grumos. El tiempo de mezclado oscila entre 2 y 4 minutos, aunque puede prolongarse si se utilizan aditivos retardadores, en caso de prever un tiempo de más de 30 minutos antes de la inyección.
La relación agua-cemento debe mantenerse dentro de márgenes estrictos, generalmente entre 0,4 y 0,5, para garantizar una consistencia coloidal que facilite el flujo de la lechada a través de los conductos. Además, es indispensable realizar pruebas preliminares para verificar la fluidez, la resistencia inicial y la adherencia.
La temperatura de la mezcla no debe exceder los 30 °C para evitar fraguados prematuros. Si se anticipa una demora en el proceso de inyección, se pueden incorporar aditivos estabilizantes que prolonguen la trabajabilidad de la lechada sin afectar a sus propiedades mecánicas.
Finalmente, antes de proceder con la inyección, se debe inspeccionar visual y técnicamente el equipo de mezclado para garantizar su correcto funcionamiento y evitar contaminaciones o errores en la dosificación.
La ejecución de la inyección requiere una planificación detallada que tenga en cuenta las condiciones del proyecto y las especificaciones técnicas establecidas. El programa de inyección debe contener, al menos, las características de la lechada (tiempos), las del equipo de inyección, la limpieza de los conductos, la secuencia de operaciones y los ensayos a realizar, las probetas para los ensayos, el volumen de lechada a preparar y la previsión de incidentes, entre otros aspectos. Se deben utilizar equipos de inyección calibrados para garantizar la aplicación continua y uniforme de la lechada.
La ejecución de la inyección de armaduras postesas requiere comprobar previamente las siguientes condiciones: el equipo de inyección, la bomba de inyección auxiliar, el suministro permanente de agua a presión y aire comprimido, el exceso de materiales para el amasado del producto de inyección, las vainas libres de materiales perjudiciales, los conductos a inyectar preparados e identificados y los ensayos de control de la lechada preparados.
El proceso comienza con la conexión segura del equipo de inyección a los conductos. La inyección debe realizarse bajo las siguientes condiciones: la longitud máxima de inyección no debe superar los 120 m y, en tiempo frío, se debe asegurar de que no haya hielo en los conductos, inyectando agua caliente si es necesario. Queda prohibido efectuar la inyección con aire comprimido. La inyección debe ser continua e ininterrumpida, con una velocidad de avance constante entre 5 y 15 m/min, y debe realizarse desde puntos bajos para garantizar un llenado completo y evitar bolsas de aire. El proceso finaliza cuando la lechada comienza a rebosar por los puntos de purga con la misma consistencia que la mezcla inicial. Una vez finalizada la operación, se obstruyen herméticamente los orificios de purga para evitar la entrada de aire o humedad que pueda afectar a la durabilidad de la estructura. La presión de inyección se ajusta cuidadosamente para garantizar una distribución uniforme del material y minimizar el riesgo de rotura de los conductos.
La inspección de la inyección debe incluir la elaboración de un informe para cada inyección, en el que se anoten las características del producto, la temperatura ambiente en el momento de la inyección, el tipo de cemento utilizado, el aditivo incorporado a la mezcla (si corresponde) y su dosificación, la relación agua/cemento elegida, el tipo de mezclador, la duración del mezclado y las probetas fabricadas para controlar las condiciones relativas a los productos de inyección. Estos informes deben archivarse como parte de los registros permanentes de la obra.
La seguridad durante la inyección debe extremarse. El personal involucrado debe recibir capacitación específica en técnicas de inyección y en procedimientos de seguridad. Es obligatorio el uso de equipos de protección individual, como guantes, gafas y cascos, especialmente en áreas donde exista riesgo de contacto con productos químicos. Está prohibido que los operarios miren a través de los tubos o de los rebosaderos.
Durante la inyección, debe establecerse un perímetro de seguridad en torno a la zona de trabajo para prevenir accidentes. Además, es imprescindible realizar inspecciones visuales y técnicas en tiempo real para detectar posibles fugas, obstrucciones o anomalías en la aplicación.
Por último, una auditoría posterior a la inyección debe verificar que todos los conductos se han llenado correctamente y que las purgas se han realizado conforme a los estándares. Este control garantiza que el sistema de pretensado funcione de manera óptima y se mantenga con el paso del tiempo.
Consideraciones normativas
Las operaciones relacionadas con el pretensado y la inyección deben cumplir con estándares técnicos específicos que garanticen la seguridad, la durabilidad y la funcionalidad de las estructuras construidas. La normativa europea EN 13391 regula los dispositivos de anclaje utilizados en el pretensado y especifica los requisitos de diseño, de resistencia y los métodos de prueba.
El Código Estructural establece pautas detalladas para el diseño y la ejecución de elementos pretensados, incluidos los procedimientos de tesado, inyección y control de calidad. También exige que cada etapa del proceso esté documentada y supervisada por profesionales acreditados.
En proyectos internacionales, normas como la ACI 318 (American Concrete Institute) establecen criterios adicionales para el cálculo estructural y la verificación de los materiales. El cumplimiento de estas normativas garantiza la integridad estructural, la capacidad portante y la resistencia a condiciones adversas durante la vida útil de la estructura.
Además, los reglamentos de seguridad laboral exigen que los operarios estén certificados y se implementen medidas de protección para evitar accidentes. El seguimiento estricto de estas disposiciones permite minimizar riesgos y garantizar el éxito del proyecto desde la fase inicial hasta la finalización.
Conclusión
La activación de la fuerza de pretensado y la inyección en construcciones de hormigón son procesos técnicos esenciales. Si se siguen procedimientos detallados, normas específicas y controles de calidad rigurosos, su correcta aplicación garantiza estructuras seguras y duraderas.
Dejo a continuación unos vídeos que, espero, os resulten interesantes.
A continuación, os dejo una presentación de Luis Cosano, del departamento técnico de Freyssinet, S.A. Espero que os sea de interés.
