Categoría: hormigón

Impermeabilización de puentes: técnicas, materiales y procedimientos

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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.

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Instrucción Técnica para la realización del control de producción de los hormigones fabricados en central

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El Real Decreto 163/2019, de 22 de marzo, establece la Instrucción Técnica para el control de producción de los hormigones fabricados en central en España. Esta norma es una actualización de la regulación anterior debido a los avances técnicos y reglamentarios experimentados en la última década, especialmente tras la implementación del marcado CE para productos de construcción y la evolución de las normas europeas y nacionales relevantes.

El objetivo principal del decreto es garantizar la calidad, la seguridad y la sostenibilidad del hormigón utilizado en la construcción mediante un control exhaustivo de todas las fases del proceso de producción. Este control comienza con la verificación estricta de los materiales que componen el hormigón, como el cemento, los áridos, los aditivos y el agua. Cada uno de estos elementos debe cumplir especificaciones técnicas detalladas y estar sujeto a un seguimiento riguroso que incluye inspecciones, pruebas periódicas y auditorías de calidad.

La regulación establece criterios técnicos precisos para las instalaciones de producción, que deben contar con equipos de dosificación y amasado calibrados, sistemas de almacenamiento adecuados y protocolos de mantenimiento regular. Estos equipos deben garantizar una mezcla homogénea y cumplir con las especificaciones de calidad exigidas. Además, se requiere que cada central cuente con personal técnico altamente cualificado y debidamente certificado, encargado de supervisar cada etapa del proceso de fabricación y certificar la conformidad del producto final.

En el ámbito de la producción, el decreto detalla metodologías específicas para el control del hormigón fresco y endurecido. Esto incluye pruebas de consistencia, resistencia a la compresión, durabilidad y contenido de aire, entre otros parámetros esenciales. Los resultados de estos ensayos deben registrarse meticulosamente y conservarse durante al menos 12 años, lo que garantiza la trazabilidad de cada lote producido. Los registros deben contener información detallada sobre las materias primas utilizadas, las fechas de fabricación, los lotes de producción y los resultados de las pruebas realizadas.

La gestión documental es otro de los pilares fundamentales de la norma. Las plantas de producción deben mantener registros exhaustivos de todos los controles realizados, incluidos los albaranes de entrega, los certificados de calidad y los resultados de los ensayos. Estos documentos constituyen la base para demostrar el cumplimiento normativo durante auditorías e inspecciones. La documentación debe estar disponible para las autoridades competentes y organizarse de manera que se pueda acceder fácilmente a ella en cualquier momento.

En materia ambiental, la normativa establece requisitos específicos para minimizar el impacto ambiental de las actividades de las plantas de hormigón. Las empresas deben implementar sistemas de gestión de residuos, reducir emisiones contaminantes y fomentar el uso eficiente de los recursos naturales. Asimismo, deben adoptar prácticas sostenibles, como el reciclaje de materiales y la reducción del consumo energético durante el proceso de producción.

El control de calidad y la inspección externa son aspectos clave del decreto. Se exige que las plantas se sometan a auditorías exhaustivas realizadas por organismos de control acreditados con una frecuencia mínima de cada cuatro años. Estas auditorías incluyen la verificación de la conformidad técnica, la revisión de procesos y la certificación del cumplimiento de los estándares establecidos. Las plantas también pueden optar por obtener sellos de calidad reconocidos, que simplifican su proceso de certificación y fortalecen su imagen ante clientes y autoridades.

El decreto también contempla sanciones y medidas correctivas en caso de incumplimientos graves. Las autoridades competentes pueden ordenar la suspensión de actividades o la revocación de licencias a aquellas plantas que no cumplan con los requisitos.

En conclusión, el Real Decreto 163/2019 establece un marco técnico y reglamentario integral para garantizar que el hormigón utilizado en la construcción en España cumpla con los estándares de calidad, seguridad y sostenibilidad más exigentes. Su aplicación contribuye significativamente a mejorar la fiabilidad estructural de las edificaciones, proteger a los consumidores y fomentar una industria de la construcción más responsable y comprometida con el medio ambiente.

Os dejo a continuación un mapa mental sobre este Real Decreto.

A continuación os dejo el Real Decreto 163/2019 consolidado.

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También tenéis aquí el documento de desarrollo y aplicación de la Instrucción Técnica para la realización del control de producción de los hormigones fabricados en central, aprobada por Real Decreto 163/2019, elaborado por ANEFHOP.

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Activación de la fuerza de pretensado e inyección en construcciones de hormigón

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, que son esenciales para mejorar el rendimiento estructural y la durabilidad. Este artículo aborda estos procedimientos, detallando 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 dentro 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 crear fuerzas internas en el acero que compensen las tensiones externas esperadas durante la vida útil de la estructura. Al aplicar una fuerza controlada, el acero se somete a tracción y el hormigón queda en 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 manera 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 previsto inicialmente. 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 y 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 que deberá seguirse para liberar los tendones, así como la resistencia requerida al hormigón en el momento de la transferencia.

La adherencia de las armaduras activas al hormigón depende de la longitud de transmisión, que es 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, eliminar obstáculos que impidan el movimiento de las piezas y cortar 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 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 cuña, así como el momento de retirada de las cimbras durante el tesado, si procede. También se deberá indicar la resistencia requerida al 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 ser superior al 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 estén perpendiculares y centrados para evitar desviaciones.

Una vez posicionados, se inicia el proceso de aplicación de fuerza de manera 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 alcanzado en 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 ser corregida 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 un ±5 % del valor de proyecto y que los alargamientos sean de ±15 % para un tendón particular y ±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. El procedimiento debe ajustarse al programa de tesado original y a las condiciones actuales del proyecto. Las presiones aplicadas durante el retesado deben controlarse cuidadosamente 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 contienen los tendones con una mezcla diseñada para resistir agresiones químicas y ambientales. Debe realizarse lo antes posible después del 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 casos en que se prevea un tiempo prolongado antes de la inyección, de mas de 30 minutos.

La relación agua-cemento debe mantenerse dentro de unos 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 características del equipo de inyección, la limpieza de los conductos, la secuencia de operaciones y 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 mediante 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 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 rebosaderos.

Durante la inyección, debe establecerse un perímetro de seguridad alrededor de 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 según 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 estándares técnicos específicos que garanticen la seguridad, durabilidad y funcionalidad de las estructuras construidas. La normativa europea EN 13391 regula los dispositivos de anclaje utilizados en pretensado y especifica los requisitos de diseño, resistencia y 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) definen criterios adicionales de cálculo estructural y verificación de 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 que 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.

Os dejo a continuación una presentación de Luis Cosano, del departamento técnico de Freyssinet, S.A. Espero que os sea de interés.

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Además, a continuación podéis descargar el artículo 50 del Código Estructural relativo a los procesos de colocación y tesado de las armaduras activas.

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Diseño optimizado de edificios de pórticos de hormigón armado frente al colapso progresivo mediante metamodelos

El diseño estructural de los edificios plantea importantes retos para garantizar su seguridad y sostenibilidad. El colapso progresivo, provocado por eventos extremos como terremotos o explosiones, puede ocasionar daños catastróficos. Para reducir este riesgo, se propone una metodología de diseño apoyada en metamodelos que combina optimización estructural y criterios de seguridad, y que tiene en cuenta elementos que a menudo se pasan por alto, como los forjados, las pantallas de arriostramiento y la interacción suelo-estructura (SSI, por sus siglas en inglés).

El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación RESILIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. También es fruto de la colaboración con investigadores de Brasil y Cuba.

Metodología

Descripción del problema

Se estudiaron cinco edificios de pórticos de hormigón armado con diferentes configuraciones de plantas y luces. Las estructuras incluyen vigas, columnas, forjados y pantallas de arriostramiento. Además, se incorporó el diseño optimizado de cimentaciones, considerando la interacción con el suelo mediante modelos de elasticidad lineal. Las dimensiones de los elementos estructurales se ajustaron siguiendo las normas internacionales de diseño y se consideraron distintas combinaciones de carga para evaluar escenarios críticos.

Se realizaron simulaciones numéricas avanzadas que tuvieron en cuenta escenarios de carga extremos, incluyendo la pérdida de columnas críticas en diversas posiciones. En el análisis se tuvieron en cuenta factores de seguridad, límites de servicio y fallos estructurales para determinar los diseños óptimos. También se tuvieron en cuenta criterios de sostenibilidad y se midieron las emisiones de CO₂ asociadas a cada solución.

Optimización basada en un diseño robusto frente al colapso progresivo (ObRDPC)

La metodología ObRDPC se centra en minimizar las emisiones de CO₂ como función objetivo, garantizando simultáneamente la robustez estructural mediante restricciones de seguridad. Para evaluar el colapso progresivo y simular la pérdida de columnas críticas, así como analizar la redistribución de cargas, se empleó el método de camino alternativo (AP). La metodología incluye la verificación de estados límite últimos y de servicio, lo que garantiza el cumplimiento de los requisitos normativos.

El proceso de optimización incluye la definición precisa de las variables de diseño, como las dimensiones de las vigas, columnas y cimentaciones, así como el tipo de hormigón utilizado. Para maximizar la eficiencia estructural y minimizar los costos ambientales, se aplican técnicas de programación matemática.

Modelización de forjados y pantallas de arriostramiento

  • Forjados: se modelaron como elementos tipo placa de 12 cm de espesor y se conectaron a las vigas mediante nodos rígidos para asegurar la continuidad estructural. Se realizó una discretización adecuada para representar su comportamiento realista ante cargas verticales y horizontales. El análisis incluyó el comportamiento a flexión, los efectos de cargas concentradas y la interacción con los elementos perimetrales. Se consideraron diferentes configuraciones de refuerzo para maximizar la resistencia y minimizar las deformaciones.
  • Pantallas de arriostramiento: representadas mediante diagonales equivalentes elásticas, según las especificaciones normativas. Se definieron sus propiedades mecánicas mediante modelos experimentales previos, incluyendo el módulo de elasticidad y la resistencia a compresión. Se estudiaron distintos tipos de mampostería y su influencia en la resistencia general. Las pantallas de arriostramiento también se evaluaron como elementos activos en la redistribución de cargas después de eventos que provocan la pérdida de soporte, lo que mejora la estabilidad global del sistema estructural.

Interacción suelo-estructura (SSI)

Se consideró el asentamiento diferencial de las cimentaciones mediante coeficientes de rigidez calculados según modelos elásticos. El suelo se modeló como un medio elástico semiespacial. En el análisis se incluyó la interacción entre la superestructura y el terreno para capturar los efectos de asentamientos desiguales y su impacto en el estado de esfuerzos y deformaciones.

En el análisis se tuvieron en cuenta diferentes tipos de suelos, desde arcillas de baja resistencia hasta suelos granulares compactados. Se realizaron estudios paramétricos para evaluar la sensibilidad del sistema a variaciones en la rigidez del terreno y el módulo de elasticidad del hormigón.

Cinco estudios de casos que consideran la modelización de cimientos, forjados y pantallas de arriostramiento.

Optimización asistida por metamodelos

Se utilizaron técnicas avanzadas de optimización asistida por metamodelos para reducir la carga computacional. El proceso incluyó un muestreo inicial mediante muestreo hipercúbico latino para cubrir eficientemente el espacio de diseño, seguido de la construcción del metamodelo a través de técnicas de interpolación Kriging para aproximar las respuestas estructurales, evaluando múltiples configuraciones para garantizar la precisión. Posteriormente, se aplicó una optimización global utilizando algoritmos evolutivos, como la Biogeography-based Optimization (BBO), para explorar soluciones factibles y un método iterativo para refinar las soluciones y garantizar su viabilidad en condiciones críticas.

Resultados

Impacto de forjados y pantallas de arriostramiento

La inclusión de forjados y pantallas de arriostramiento mejoró significativamente la redistribución de cargas y la resistencia al colapso progresivo. El análisis mostró una reducción del 11 % en el impacto ambiental para diseños resistentes al colapso, en comparación con modelos que solo consideran vigas y columnas.

Se observó una mejora notable en la capacidad de redistribución de cargas después de la pérdida de columnas críticas. Las pantallas de arriostramiento actuaron como elementos resistentes adicionales, mitigando fallos en los elementos primarios y reduciendo los desplazamientos globales.

Comparación de enfoques de diseño

Se observó que aumentar el número de niveles incrementa la robustez estructural debido a la mayor redundancia de elementos. Sin embargo, el incremento de la longitud de las luces de las vigas reduce esta capacidad, por lo que es necesario utilizar secciones más robustas y aplicar mayores refuerzos.

Los modelos con luces de 8 m presentaron un aumento del 50 % en las emisiones de CO₂ cuando no se incluyeron forjados ni pantallas de arriostramiento. Al incorporarlos, se consiguió reducir este incremento a la mitad.

Recomendaciones prácticas para el diseño estructural

  1. Incluir forjados y pantallas de arriostramiento: Su integración mejora significativamente la resistencia al colapso progresivo, particularmente en edificios con luces amplias.
  2. Optimizar secciones estructurales: Diseñar secciones de vigas y columnas equilibrando rigidez y eficiencia económica.
  3. Evaluar diferentes tipos de cimentaciones: Incorporar análisis de interacción suelo-estructura para definir bases óptimas.
  4. Aplicar análisis paramétricos: Evaluar la sensibilidad de los diseños a variaciones en la resistencia del hormigón y las condiciones geotécnicas.
  5. Considerar combinaciones de carga extremas: Simular múltiples fallos para garantizar diseños robustos y seguros.

Conclusión

La optimización basada en un diseño robusto frente al colapso progresivo (ObRDPC) permite diseñar estructuras resistentes al colapso progresivo con menor impacto medioambiental. El uso de metamodelos y la consideración de forjados, pantallas de arriostramiento y la interacción suelo-estructura mejoran significativamente la seguridad estructural y la sostenibilidad del diseño. Se recomienda ampliar esta investigación a otros tipos de estructuras y condiciones geotécnicas complejas para validar y perfeccionar la metodología propuesta.

Referencia:

NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2025). Metamodel-assisted design optimization of robust-to-progressive-collapse RC frame buildings considering the impact of floor slabs, infill walls, and SSI implementation. Engineering Structures, 325:119487. DOI:10.1016/j.engstruct.2024.119487

El artículo os lo podéis descargar gratuitamente, hasta el 1 de febrero de 2025, en el siguiente enlace: https://authors.elsevier.com/c/1kFtRW4G4f7uC

Tesis doctoral: Optimización social y ambiental de estructuras prefabricadas de hormigón armado bajo presupuestos restrictivos

De izquierda a derecha: Julián Alcalá, Tatiana García, Andrés Ruiz, Salvador Ivorra, Antonio Tomás y Víctor Yepes

Ayer, 4 de diciembre de 2024, tuvo lugar la defensa de la tesis doctoral de D. Andrés Ruiz Vélez, titulada “Optimal design of socially and environmentally efficient reinforced concrete precast modular road frames under constrained budgets”, dirigida por los profesores Víctor Yepes Piqueras y Julián Alcalá González. La tesis recibió la calificación de sobresaliente «cum laude». A continuación, presentamos un pequeño resumen de la misma.

Resumen:

La infraestructura de transporte es esencial para el desarrollo humano, ya que impulsa el crecimiento industrial y promueve la evolución social al mejorar la interacción y la conectividad. Su construcción actúa como un catalizador de transformaciones socioeconómicas, puesto que fomenta las economías locales y facilita el flujo de recursos y de la fuerza laboral. Sin embargo, la creciente concienciación sobre los impactos negativos de las prácticas insostenibles en la ingeniería de la construcción exige una transición hacia métodos más responsables. Históricamente, la viabilidad económica ha sido el enfoque principal en ingeniería estructural. No obstante, en la actualidad se otorga mayor relevancia a la evaluación de los impactos a lo largo del ciclo de vida de los proyectos. Aunque este enfoque supone un avance en la integración del diseño estructural con los objetivos de desarrollo sostenible, todavía no abarca plenamente la complejidad y diversidad que implica la sostenibilidad a lo largo de todo el ciclo de vida de las infraestructuras.

Esta tesis doctoral desarrolla de manera sistemática un marco de diseño que integra la sostenibilidad en la construcción de infraestructuras de transporte. Se propone un enfoque modular y prefabricado para proyectos de estructuras viales, que se posiciona como una alternativa más eficiente y atractiva frente a los métodos tradicionales de hormigonado in situ. El diseño estructural, junto con los procesos ambientales y sociales asociados al ciclo de vida de la estructura, se modela mediante un enfoque matemático avanzado. Este modelo permite aplicar técnicas de optimización monoobjetivo y multiobjetivo, combinadas con algoritmos multicriterio de toma de decisiones. Dada la complejidad y la diversidad de variables involucradas, el uso de métodos exactos de optimización no es viable. Por ello, la investigación adopta metaheurísticas híbridas y basadas en entornos para minimizar el coste final de la estructura desde una perspectiva monoobjetivo. Entre las técnicas evaluadas, las metaheurísticas de recocido simulado y aceptación por umbrales, calibradas con cadenas de mayor longitud, ofrecen resultados de alta calidad, aunque con un considerable esfuerzo computacional. En contraste, una versión híbrida del recocido simulado enriquecida con un operador de mutación común en algoritmos basados en poblaciones alcanza soluciones de calidad comparable con un menor esfuerzo computacional. La hibridación de metaheurísticas se presenta como una estrategia eficaz para ampliar las capacidades exploratorias de estos algoritmos, optimizando el equilibrio entre la calidad de los resultados y la eficiencia computacional.

El análisis del ciclo de vida de diferentes configuraciones de marcos con un coste óptimo revela claras ventajas ambientales del enfoque modular prefabricado en comparación con la construcción convencional in situ. Sin embargo, las implicaciones sociales son más complejas y destacan la relevancia de incorporar los impactos del ciclo de vida como funciones objetivo en el proceso de optimización. Este hallazgo subraya la necesidad de emplear técnicas multicriterio para evaluar y clasificar eficazmente las alternativas. De este modo, se garantiza un equilibrio adecuado entre los impactos ambientales y sociales, y se asegura una toma de decisiones más integral y sostenible dentro del marco del diseño y la planificación.

Esta investigación desarrolla operadores de cruce, mutación y reparación diseñados para discretizar eficazmente el problema de optimización, dotando así a los algoritmos genéticos y evolutivos de la capacidad necesaria para abordar la complejidad del proceso de optimización multiobjetivo. En particular, el operador de reparación estadístico muestra un buen rendimiento cuando se combina con los algoritmos genéticos NSGA-II y NSGA-III, así como con el algoritmo evolutivo RVEA. Aunque existen diferencias metodológicas entre estas técnicas, la herramienta de toma de decisiones FUCA produce clasificaciones equivalentes a las obtenidas mediante el método de ponderación aditiva simple. Esta coherencia también se observa con técnicas como TOPSIS, PROMETHEE y VIKOR. Para garantizar la imparcialidad en la ponderación de criterios, se aplica un proceso de cálculo basado en la teoría de la entropía, lo que proporciona un enfoque metódico a las técnicas de decisión multicriterio. La integración de algoritmos de optimización multiobjetivo con herramientas de decisión multicriterio en un marco de diseño fundamentado en modelos matemáticos permite identificar y clasificar diseños óptimos no dominados. Estos diseños logran un equilibrio integral entre las dimensiones económica, ambiental y social, y promueven la sostenibilidad del ciclo de vida de la estructura.

Referencias:

RUIZ-VÉLEZ, A.; GARCÍA, J.; PARTSKHALADZE, G.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2024). Enhanced Structural Design of Prestressed Arched Trusses through Multi-Objective Optimization and MCDM. Mathematics, 12(16), 2567. DOI:10.3390/math12162567

RUIZ-VÉLEZ, A.; GARCÍA, J.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2024). Enhancing Robustness in Precast Modular Frame Optimization: Integrating NSGA-II, NSGA-III, and RVEA for Sustainable Infrastructure. Mathematics, 12(10):1478. DOI:10.3390/math12101478

RUIZ-VÉLEZ, A.; GARCÍA, J.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2024). Sustainable Road Infrastructure Decision-Making: Custom NSGA-II with Repair Operators for Multi-objective Optimization. Mathematics, 12(5):730. DOI:10.3390/math12050730

RUIZ-VÉLEZ, A.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2023). A parametric study of optimum road modular hinged frames by hybrid metaheuristics. Materials, 16(3):931. DOI:10.3390/ma16030931

RUIZ-VÉLEZ, A.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2023). Optimal design of sustainable reinforced concrete precast hinged frames. Materials, 16(1):204. DOI:10.3390/ma16010204

RUIZ-VÉLEZ, A.; ALCALÁ, J.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2023). Perspectiva social de un marco modular óptimo: Análisis integral del ciclo de vida. Revista CIATEC-UPF, 15(1):1-19. DOI:10.5335/ciatec.v15i1.14974

RUIZ-VÉLEZ, A.; ALCALÁ, J.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2022). Optimización de marcos articulados prefabricados de hormigón armado mediante recocido simulado. Revista CIATEC-UPF, 14(3):41-55. DOI:10.5335/ciatec.v14i3.14079

 

Losas aligeradas con análisis multivariante: innovación, eficiencia y sostenibilidad en los Métodos Modernos de Construcción

Innovación y optimización en el diseño estructural: losas aligeradas con análisis multivariante

La construcción moderna está en constante evolución para superar los retos asociados al alto consumo de materiales, la sostenibilidad ambiental y los costes elevados. En este contexto, las losas aligeradas con esferas o discos plásticos presurizados se presentan como una solución estructural innovadora que combina eficiencia, sostenibilidad y funcionalidad. Este artículo detalla, basándose en el análisis exhaustivo del documento presentado, cómo la metodología de análisis multivariante permite dimensionar con precisión este tipo de losas, optimizando recursos y reduciendo el impacto ambiental.

El trabajo se enmarca dentro de los proyectos de investigación HYDELIFE y RESILIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

Losas de hormigón armado sin vigas, aligeradas con esferas o discos plásticos. https://www.prenovaglobal.com/index.php/es/losas-sin-vigas-con-esferas-o-discos/

Introducción a las losas aligeradas

Las losas de hormigón armado son elementos clave en cualquier edificación, diseñadas para soportar cargas verticales y transferirlas a los soportes principales. Sin embargo, su peso propio plantea un desafío técnico y económico, especialmente cuando hay grandes luces entre apoyos, ya que se necesitan más materiales y refuerzos, lo que aumenta los costos y el impacto ambiental.

El concepto de losas aligeradas

Este sistema estructural combina los Métodos Modernos de Construcción (MMC) con la sostenibilidad ambiental e integra aligeradores huecos de materiales reciclados, como discos o esferas plásticas presurizadas, en el núcleo de las losas. Estas estructuras reducen el peso propio, optimizan las cargas transmitidas y permiten utilizar menos hormigón y acero sin comprometer la resistencia estructural.

Innovación técnica: metodología para el dimensionamiento

Base del estudio

La metodología presentada analiza 67 edificios construidos con losas aligeradas y registra 75 observaciones de forjados. Estos datos se procesaron mediante análisis estadístico y modelos de regresión multivariante, lo que permitió desarrollar ecuaciones predictivas altamente precisas para calcular el espesor de las losas en función de sus características estructurales.

Variables clave

  1. Luz principal (L): Distancia entre los apoyos principales.
  2. Espesor de la losa (E): Variable dependiente del modelo.
  3. Altura del disco o diámetro de la esfera (H): Elemento aligerante.
  4. Sobrecarga (Q): Definida por el uso del edificio.
  5. Superficie construida: Influye en la carga total transferida.
  6. Número de plantas: Relacionado con la distribución de cargas.

Resultados del análisis

El estudio identificó una fuerte correlación entre estas variables, especialmente entre el espesor de la losa y la luz entre apoyos. Esto permitió formular una ecuación que explica hasta el 98,34 % de la variabilidad del espesor de las losas aligeradas.

Ecuación ajustada del modelo final:

Aspectos destacados:

  • La relación cuadrática entre la luz y el espesor refleja la carga que predomina en la sección.
  • La altura del disco aligerante influye directamente en el diseño, que está condicionada por los espesores comerciales disponibles.

Validación estadística

Se realizaron pruebas de normalidad (Shapiro-Wilk y Kolmogorov-Smirnov) y análisis de residuos. Los residuos siguieron una distribución normal, confirmando la robustez y validez del modelo propuesto.

Criterios de diseño

  • Para luces mayores de 7,2 m o sobrecargas superiores a 2 kN/m², el modelo proporciona cálculos más precisos que las reglas tradicionales.
  • Se recomienda utilizar este modelo como guía inicial para seleccionar el tamaño adecuado de los aligeradores.

Beneficios económicos y ambientales

El uso de losas aligeradas supone una mejora sustancial en términos de costes y sostenibilidad:

Ahorro de materiales

  • Se ha reducido el consumo de hormigón hasta en un 30 %, lo que equivale a 1000 m³ menos por cada 10 000 m² de losas construidas.
  • Disminución del uso de acero en un 20 %, lo que optimiza los refuerzos y las cimentaciones.

Impacto ambiental

  • Reducción de emisiones de CO₂: por cada 10 000 m² de losas, se evita la emisión de 220 toneladas de CO₂.
  • Uso de materiales reciclados para los aligeradores, lo que promueve la economía circular.
  • Se consume menos agua y energía durante la construcción.

Optimización de costes

  • Las estructuras más ligeras reducen la demanda de cimentaciones y elementos de soporte.
  • Se necesita menos cimbrado y los tiempos de construcción son más cortos.
  • Aumento de la eficiencia global del proyecto.

Aplicaciones y comparativas estructurales

Las losas aligeradas son particularmente útiles en edificios residenciales, comerciales e industriales donde se requieren luces amplias (de 5 a 16 m). Su flexibilidad y adaptabilidad permiten su uso en una amplia variedad de aplicaciones.

Comparación con losas macizas

  1. Peso y carga:
    • Las losas aligeradas reducen el peso propio hasta en un 30 %.
    • Al transferir menos cargas a los pilares y cimentaciones, se reduce el riesgo de daños.
  2. Resistencia estructural:
    • Ofrece una resistencia a la flexión y al punzonamiento comparable a la de las losas macizas.
    • Incorporación de zonas macizas alrededor de los pilares para mejorar la capacidad cortante.
  3. Flexibilidad en el diseño:
    • Permite mayores luces y diseños arquitectónicos más libres.
    • Facilita la apertura de huecos para instalaciones o reformas en el futuro.

Desafíos y perspectivas futuras

Aunque este sistema presenta numerosos beneficios, aún enfrenta ciertos retos que deben abordarse:

  1. Estandarización del diseño:
    • Es necesario desarrollar normas que regulen el uso de aligeradores en distintos contextos.
    • Hay que incorporar criterios adicionales, como la resistencia al fuego y la durabilidad, en los modelos de diseño.
  2. Optimización del sistema:
    • Explorar nuevos materiales reciclados para mejorar la sostenibilidad del sistema.
    • Desarrollar herramientas digitales basadas en dicho modelo para facilitar su aplicación.
  3. Estudios comparativos ampliados:
    • Evaluar el rendimiento de las losas aligeradas frente a sistemas tradicionales, como los forjados reticulares.
    • Realizar un análisis del ciclo de vida completo que tenga en cuenta el impacto económico, ambiental y social.

Conclusiones

Este estudio ofrece una herramienta innovadora para el dimensionamiento eficiente de losas aligeradas, basada en el análisis multivariante y en criterios estadísticos rigurosos. Estas estructuras no solo optimizan el uso de materiales, sino que también reducen el impacto ambiental y fomentan la sostenibilidad en la construcción.

Con un enfoque que combina diseño avanzado, ahorro de recursos y flexibilidad arquitectónica, las losas aligeradas están transformando la forma de construir edificios modernos. A medida que se perfeccionen los modelos y se amplíen sus aplicaciones, este sistema se perfilará como una solución fundamental para construir un futuro más sostenible y eficiente.

Os dejo la presentación que se hizo en el congreso:

Como está publicado en abierto, os dejo la comunicación completa a continuación:

Descargar (PDF, 1.39MB)

Referencia:

SÁNCHEZ-GARRIDO, A.; GUAYGUA, B.; VILLALBA, P.; YEPES, V. (2024). Ingeniería de proyectos basada en modelos de análisis multivariante. Aplicación al dimensionamiento de losas planas aligeradas. 28th International Congress on Project Management and Engineering, AEIPRO, 3-4 de julio, Jaén (Spain), pp. 445-459. DOI:10.61547/2402013

Licencia de Creative Commons
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Losas aligeradas multiaxiales: innovación y sostenibilidad en los Métodos Modernos de Construcción

Vivienda unifamiliar con losas aligeradas multiaxiales «Unidome»

El artículo de investigación presentado en el 28th International Congress on Project Management and Engineering por los autores Sánchez-Garrido, Yepes-Bellver, Saiz y Yepes es un análisis de losas aligeradas multiaxiales empleadas en edificación.

En la actualidad, el sector de la construcción se enfrenta a desafíos significativos relacionados con la necesidad de optimizar recursos, minimizar el impacto ambiental y satisfacer demandas estructurales complejas. Ante este panorama, los Métodos Modernos de Construcción (MMC) han surgido como una alternativa disruptiva a las técnicas tradicionales. Este artículo analiza la implementación de losas aligeradas multiaxiales, y destaca su diseño, beneficios, impacto en la sostenibilidad y su comparación con estructuras convencionales.

El trabajo se enmarca dentro de los proyectos de investigación HYDELIFE y RESILIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

El auge de los Métodos Modernos de Construcción

Los MMC, también conocidos como «construcción inteligente», introducen un enfoque industrializado que revoluciona la forma de diseñar y construir edificios. Este concepto, inicialmente popularizado en el Reino Unido, abarca tecnologías modulares y procesos automatizados que hacen que la construcción sea más rápida, económica y sostenible.

A diferencia de los métodos tradicionales, los MMC integran disciplinas como la ingeniería estructural, la arquitectura y la gestión de proyectos. Estas técnicas permiten aprovechar al máximo los materiales, reducir los residuos y acortar los plazos de ejecución. Dentro de este enfoque, destacan las losas aligeradas multiaxiales, una solución que combina eficiencia estructural y sostenibilidad.

Características técnicas de las losas aligeradas

Las losas aligeradas multiaxiales suponen una evolución frente a las losas macizas tradicionales. Su diseño incorpora elementos huecos, como los formadores «Unidome», que sustituyen el hormigón en áreas de baja capacidad portante, lo que genera importantes beneficios estructurales y medioambientales.

  1. Materiales:
    • Hormigón armado.
    • Aligeradores de plástico reciclado (HDPE o PP).
    • Barras de acero para refuerzo y fijación.
  2. Diseño:
    • Reducción de hasta el 35 % del hormigón empleado.
    • Aligeramiento del peso propio de la losa, lo que facilita su transporte y montaje.
    • Incorporación de zonas macizas en áreas críticas, como las cercanas a pilares, para garantizar la resistencia a cortante y al punzonamiento.
  3. Flexibilidad estructural:
    • Reducción de entre un 5-10 % en el canto del forjado.
    • Aumento de luces hasta un 40 % más respecto a las losas macizas.
    • Mejora en la distribución de cargas y en el comportamiento frente a sismos.
  4. Durabilidad:
    • Diseño optimizado para prevenir fallos estructurales por flexión, cortante o cargas axiales.
    • Resistencia al fuego gracias a recubrimientos específicos y diseño uniaxial o biaxial.

Comparativa: estructura convencional frente a MMC

Para evaluar el impacto de las losas aligeradas, se realizó un estudio de caso en un edificio residencial público de Chiclana (Cádiz), donde se compararon dos alternativas estructurales: una convencional y otra basada en MMC.

Opción A: Estructura convencional

  • Características:
    • 10 pilares para luces de 6,6 m.
    • Losas macizas de hormigón armado con espesores de 26-28 cm.
    • Mayor peso propio, que requiere cimentaciones más robustas.
  • Materiales utilizados:
    • 509,87 m³ de hormigón.
    • 59.837 kg de acero.

Opción B: Estructura MMC con losas aligeradas

  • Características:
    • 6 pilares soportan luces de hasta 13,2 m, eliminando filas intermedias.
    • Losas aligeradas de 40-44 cm con un 35 % menos de peso propio en áreas no críticas.
  • Materiales utilizados:
    • 532,60 m³ de hormigón (4,5 % más que la opción A).
    • 69.892 kg de acero (16 % más que la opción A).

Aunque la opción B requiere más materiales, su diseño permite reducir significativamente los elementos estructurales, como los pilares, lo que da como resultado una estructura más esbelta y eficiente. Además, al eliminar soportes intermedios, se obtienen beneficios adicionales como espacios diáfanos, flexibilidad en el diseño interior y menores tiempos de ejecución.

Sostenibilidad: Un enfoque imprescindible

La sostenibilidad es uno de los pilares de los MMC y las losas aligeradas no son una excepción. La implementación de estas losas tiene un impacto positivo que se refleja en diversos aspectos:

  1. Reducción de CO₂:
    • Cada módulo aligerado sustituye hasta un 35% del hormigón, lo que equivale a una reducción promedio de 46 toneladas de CO₂ por módulo construido.
    • Uso de plástico reciclado para los aligeradores, disminuyendo la dependencia de materiales vírgenes.
  2. Eficiencia energética:
    • Menor consumo de energía en la producción y transporte de materiales.
    • Reducción del 20% en el gasto energético durante la construcción.
  3. Optimización de recursos:
    • Ahorro de agua en el proceso de fabricación del hormigón.
    • Disminución del peso propio, lo que optimiza cimentaciones y reduce la cantidad de acero requerido.

Resultados concretos

En el estudio comparativo, las losas MMC redujeron las emisiones de CO₂ en un 25 % por metro cuadrado, mientras que su transporte requirió un 30 % menos de camiones en comparación con las losas macizas tradicionales.

Aplicaciones prácticas y retos futuros

Las losas aligeradas tienen un amplio rango de aplicaciones, desde edificios residenciales hasta rascacielos y escuelas. Su adaptabilidad permite implementarlas en forjados y cimentaciones con espesores que van desde los 20 cm hasta los 80 cm. No obstante, todavía enfrentan ciertos desafíos:

  • Aceptación del mercado: La estandarización y la capacitación de los profesionales son esenciales para su adopción masiva.
  • Optimización del diseño: Futuras investigaciones buscan extender las aplicaciones a cargas y luces mayores, comparando su desempeño con otras soluciones como forjados reticulares o postensados.

Beneficios adicionales para los proyectos

Además de los aspectos técnicos y sostenibles, las losas aligeradas ofrecen ventajas tangibles para los equipos de diseño y construcción:

  1. Simplificación del proyecto:
    • Geometrías más sencillas y menos complejas.
    • Reducción de cargas estructurales, lo que facilita el cálculo estático.
  2. Velocidad de construcción:
    • Los formadores de huecos llegan preensamblados o listos para instalar, reduciendo los tiempos de montaje.
    • El menor peso de los elementos acelera el proceso de hormigonado.
  3. Versatilidad arquitectónica:
    • Mayor libertad en la distribución de espacios interiores.
    • Facilidad para abrir huecos adicionales o modificar diseños.

Conclusiones

Los Métodos Modernos de Construcción, y específicamente las losas aligeradas multiaxiales, representan un cambio de paradigma en la ingeniería civil. Al reducir el uso de materiales y optimizar recursos, así como al mejorar el desempeño estructural, estas soluciones no solo son más sostenibles, sino también más adaptables a las necesidades contemporáneas de diseño y construcción.

Al combinar eficiencia, flexibilidad y sostenibilidad, las losas aligeradas ofrecen una respuesta sólida a los retos actuales del sector. Su implementación masiva tiene el potencial de transformar el panorama de la construcción y alinearse con objetivos globales como la reducción de emisiones y la industrialización sostenible.

Os dejo la presentación que se hizo en el congreso:

Como está publicado en abierto, os dejo la comunicación completa a continuación:

Descargar (PDF, 3.56MB)

Referencia:

SÁNCHEZ-GARRIDO, A.; YEPES-BELLVER, L.; SAIZ, D.; YEPES, V. (2024). Ingeniería de proyectos en Modernos Métodos de Construcción: El caso de edificios con losas planas mediante elementos aligerantes multiaxiales. 28th International Congress on Project Management and Engineering, AEIPRO, 3-4 de julio, Jaén (Spain), pp. 392-406. DOI:10.61547/2402009

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Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Innovación en puentes de gran escala: optimización 3D y sostenibilidad mediante análisis acoplado de elementos finitos

Un artículo reciente publicado en la revista Structures, del primer cuartil del JCR, presenta un enfoque innovador de optimización estructural acoplada con el fin de mejorar la sostenibilidad y la eficiencia en la construcción de puentes hiperestáticos de gran escala. Este trabajo, titulado «Three-dimensional finite element-coupled optimisation assessment of extra-large bridges», se centra en el diseño de puentes con doble torre y cableado, y presenta un modelo de optimización estructural que integra métodos matemáticos avanzados, simulaciones de elementos finitos y un análisis detallado de variables aleatorias. Esta investigación constituye un importante avance en la búsqueda de métodos sostenibles que minimicen la huella medioambiental del sector de la construcción y contribuyan a los objetivos de desarrollo sostenible en ingeniería civil.

Esta trabajo, llevado a cabo por un equipo de expertos de la Universidad de Ciencia e Ingeniería de Hunan (China) y de la Universitat Politècnica de València (España), se enmarca dentro del proyecto de investigación RESILIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

Contexto de la investigación: la construcción sostenible y sus retos

La construcción es una de las industrias con mayor impacto ambiental a nivel mundial, ya que genera el 33 % de las emisiones de carbono y es un gran consumidor de agua y energía. En particular, el diseño y construcción de grandes infraestructuras, como puentes, requiere de grandes cantidades de recursos y genera altos niveles de emisiones de gases contaminantes debido al uso extensivo de materiales como el hormigón armado y el acero. Frente a este desafío, el estudio propone un enfoque para optimizar el diseño de puentes hiperestáticos y promover prácticas de construcción sostenibles mediante el uso de herramientas avanzadas de optimización.

Objetivos de la investigación

El objetivo principal del artículo es reducir el consumo de materiales y optimizar el diseño estructural de puentes con múltiples torres y sistemas de cableado, como los puentes atirantados de doble torre. Dicha optimización incluye la implementación de una metodología que integra diversas herramientas matemáticas y de simulación, como modelos de microestructura reticulada y métodos estadísticos para gestionar las variables aleatorias que influyen en el comportamiento estructural de los puentes.

Entre los objetivos específicos del estudio destacan:

  1. Desarrollar un modelo que permita la optimización topológica en 3D de puentes hiperestáticos.
  2. Reducir el impacto ambiental mediante el uso eficiente de materiales.
  3. Mejorar la estabilidad y el rendimiento estructural de estos puentes en condiciones de carga complejas.
  4. Proporcionar un marco teórico para futuras investigaciones sobre la optimización de grandes infraestructuras.

Metodología:

El enfoque metodológico del estudio integra varios modelos teóricos y herramientas de simulación estructural, entre las que se incluyen:

  1. Modelo de optimización: La investigación utiliza un modelo de optimización para el diseño estructural de puentes. Este modelo se basa en la disposición de microelementos en una red tridimensional para optimizar el uso de materiales y la capacidad estructural. Este enfoque permite controlar la densidad y distribución del material en áreas específicas de la estructura, como las torres y los cables del puente, donde las cargas y tensiones son mayores.
  2. Optimización estadística de variables discretas: Las estructuras de puentes están sujetas a fuerzas externas e imprevistos, como fluctuaciones en la velocidad del viento o cambios en la carga de vehículos. Para hacer frente a esta incertidumbre, el estudio implementa un modelo matemático basado en la estadística de variables discretas. Este modelo incorpora métodos de perturbación para evaluar el comportamiento de las variables aleatorias y su influencia en la estructura, garantizando así una mayor estabilidad y precisión en el diseño.
  3. Convergencia y estabilidad estructural: Uno de los mayores retos en la optimización de estructuras complejas es garantizar la estabilidad bajo condiciones no lineales. Zhou et al. utilizan técnicas avanzadas de resolución de ecuaciones no lineales y una combinación de diferencias finitas con métodos característicos. Este enfoque permite alcanzar soluciones precisas y asegurar que la estructura mantenga su integridad ante cargas variables.

Estudio de caso: Puente Nan Ao Da

Para validar su enfoque, los autores realizaron un análisis detallado del puente Nan Ao Da (NADB) en la provincia de Cantón, en el sur de China. Este puente atirantado, que tiene una longitud total de 9341 metros y una configuración de doble torre, es un caso de estudio ideal para aplicar la metodología de optimización propuesta. El estudio abarcó varios aspectos clave:

  1. Cargas estructurales y condiciones de diseño: El diseño del NADB tiene en cuenta múltiples tipos de carga, como el peso estructural, la presión del viento y las cargas vehiculares. Para optimizar la estructura, se realizaron cálculos de elementos finitos en secciones específicas del puente. La simulación modeló factores como la gravedad, la presión del viento a diferentes alturas y los efectos de las cargas en los cables de suspensión, lo que permitió comprender completamente la distribución de fuerzas en la estructura.
  2. Simulación y análisis de elementos finitos: La simulación de elementos finitos en el NADB implicó dividir la estructura en más de 79 000 elementos, lo que permitió realizar cálculos detallados de tensiones y desplazamientos en diversas partes del puente. La metodología incluyó la evaluación de 122 puntos de monitorización distribuidos en la estructura para analizar cómo las fuerzas y los desplazamientos afectaban a los elementos críticos de esta. Los resultados identificaron áreas de alta tensión, particularmente en las torres y los cables de soporte, que se optimizaron para reducir el uso de material sin comprometer la seguridad.
  3. Optimización de materiales y reducción de volumen: Mediante la optimización topológica, se logró reducir el volumen de materiales de las principales secciones del puente en un 2 %. Esta reducción no solo mejora la estabilidad estructural, sino que también reduce significativamente el peso total y el coste de construcción. Además, el ahorro de materiales implica una disminución de las emisiones de carbono y otros contaminantes.
Nan’ao Bridge

Resultados: impacto estructural y ambiental

La implementación de la optimización topológica en el NADB generó resultados significativos en términos estructurales y ambientales:

  1. Mejora en la estabilidad estructural: La reducción de material se logró al optimizar las áreas de mayor carga, como las torres y los cables, lo que resultó en una distribución de tensiones más eficiente. Los análisis de sensibilidad indicaron que, tras la optimización, las áreas de mayor energía interna se concentraban en los elementos de soporte, lo que facilitaba una transmisión de energía más efectiva y aseguraba la estabilidad estructural.
  2. Reducción de emisiones y eficiencia ambiental: Se realizó un análisis del ciclo de vida del puente optimizado utilizando el software OpenLCA y la base de datos Ecoinvent. Los resultados mostraron una reducción del 3,76 % en emisiones totales, así como disminuciones del 6,32 % en acidificación, eutrofización y generación de polvo atmosférico. Estos logros están alineados con los objetivos de sostenibilidad global y demuestran el potencial de la optimización estructural para reducir el impacto ambiental de la construcción..
  3. Ahorro económico: Desde una perspectiva económica, la reducción del uso de materiales se tradujo en un ahorro de 1,7 millones de yuanes chinos (CNY) en el coste de construcción del puente. Este ahorro económico refuerza la viabilidad de la optimización topológica como un método eficiente y rentable para proyectos de infraestructura de gran escala.

Discusión: implicaciones para el diseño y construcción de puentes

El análisis de optimización topológica aplicado al puente NADB subraya la importancia de integrar técnicas avanzadas de modelado en la ingeniería de grandes infraestructuras. Además de mejorar la eficiencia estructural, esta metodología ofrece una solución viable para alcanzar la sostenibilidad en la construcción, ya que reduce los costes y el impacto ambiental de los proyectos.

  1. Aplicaciones potenciales en otros proyectos: Los principios y métodos empleados en este estudio pueden aplicarse a otros tipos de estructuras hiperestáticas, como viaductos y puentes multipórtico. Esta flexibilidad demuestra la versatilidad del modelo y su capacidad para adaptarse a diversos contextos estructurales.
  2. Retos en la implementación práctica: Sin embargo, el artículo también reconoce importantes desafíos, especialmente en la modelación de estructuras bajo condiciones de carga combinada. Los autores sugieren que futuras investigaciones deberían explorar la integración de técnicas de inteligencia artificial y algoritmos de optimización avanzada para gestionar de forma más precisa las variables aleatorias y optimizar aún más la distribución de materiales.

Conclusiones

La investigación ofrece un enfoque completo para la optimización acoplada de puentes hiperestáticos en tres dimensiones. Los resultados de este estudio tienen importantes implicaciones para el desarrollo sostenible de la infraestructura y la construcción de grandes puentes, ya que demuestran que es posible reducir el uso de materiales y el impacto ambiental sin comprometer la estabilidad estructural. Las contribuciones clave del artículo son las siguientes:

  1. Un marco teórico sólido para la optimización acoplada en 3D, que permite mejorar la sostenibilidad de grandes infraestructuras.
  2. Un enfoque práctico  para reducir emisiones y ahorrar materiales mediante la optimización de elementos finitos y técnicas de modelado avanzadas..
  3. Un modelo aplicable a futuros proyectos de infraestructura que proporciona una base para el diseño de puentes de gran escala más eficientes y respetuosos con el medio ambiente.

El artículo sugiere que la investigación futura debería centrarse en desarrollar métodos de optimización inteligentes para el mantenimiento y la operación de estructuras complejas. La combinación de técnicas de inteligencia artificial y modelado predictivo podría revolucionar la construcción y el diseño de puentes, al tiempo que promovería prácticas de ingeniería sostenibles y rentables.

Referencia:

ZHOU, Z.; LIANG, Z.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2024). Three-dimensional finite element coupled optimization assessment of extra-large bridges. Structures, 70:107743. DOI:10.1016/j.istruc.2024.107743

Este artículo se puede descargar gratuitamente hasta el próximo 2 de enero de 2025 accediendo directamente al siguiente enlace: https://authors.elsevier.com/c/1k5YY8MoIH2dmK

También dejo un vídeo sobre el puente al que se hace mención en el artículo.

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Pavimentos bicapa de hormigón

Los pavimentos bicapa de hormigón son una solución eficiente y duradera para las infraestructuras viales. Compuestos por una capa inferior estructural que soporta las cargas de tráfico y una capa superior de rodadura que proporciona funcionalidad y seguridad, estos pavimentos son una alternativa sostenible frente a los pavimentos monocapa. Su desarrollo se remonta a la crisis energética de los años setenta, cuando se buscaban opciones menos dependientes de materiales bituminosos, lo que impulsó la adopción de pavimentos rígidos.

El diseño de los pavimentos bicapa requiere una evaluación exhaustiva de las cargas y la selección adecuada de materiales. La capa estructural emplea hormigón de alta resistencia, mientras que la de rodadura se optimiza para garantizar su durabilidad y comodidad. Las juntas de contracción y expansión, junto con conectores de acero, garantizan la estabilidad y reducen el riesgo de grietas causadas por cambios térmicos y de carga.

El proceso de construcción implica una cuidadosa preparación de la explanada y un riguroso control de calidad en cada una de las etapas, desde el extendido y el acabado hasta el curado de la superficie. En la gestión, se presta especial atención a la regularidad superficial y a la calidad de los materiales empleados para garantizar la durabilidad y la resistencia. En cuanto a la conservación, los pavimentos bicapa requieren menos intervenciones y suponen un menor coste de mantenimiento a largo plazo.

Además, desde el punto de vista ambiental, presentan ventajas como la reducción de emisiones y un menor efecto de calor urbano debido a su reflectancia. Proyectos de demostración en España han confirmado su viabilidad y sus ventajas en términos de sostenibilidad, eficiencia y confort. La adopción de estos pavimentos, junto con una formación técnica adecuada, puede revolucionar la construcción de infraestructuras viales y proporcionar carreteras más seguras, duraderas y sostenibles.

1. Introducción a los pavimentos bicapa de hormigón

Los pavimentos de hormigón surgieron como una solución duradera para responder a la creciente demanda de carreteras resistentes y con menor necesidad de mantenimiento. Las primeras pruebas en España se realizaron a principios del siglo XX, cuando se desarrollaron técnicas innovadoras como el uso de encofrados deslizantes y hormigón armado. La crisis energética de 1973 incentivó la búsqueda de alternativas menos dependientes del petróleo, lo que impulsó el uso de pavimentos rígidos de hormigón y, con el tiempo, favoreció la aplicación de pavimentos bicapa en diversos tipos de vías.

Los pavimentos bicapa de hormigón están compuestos por dos capas diferenciadas: una capa inferior o estructural, destinada a soportar las cargas principales del tráfico, y una capa superior o de rodadura, que proporciona una superficie de contacto segura, duradera y cómoda para el tráfico de vehículos. Este diseño bicapa ofrece ventajas significativas, como una mayor durabilidad, un mejor desempeño acústico y propiedades superficiales específicas, como resistencia a la abrasión y mayor reflectancia, lo que contribuye al confort y la seguridad en las vías.

Los pavimentos bicapa de hormigón presentan varias ventajas frente a los monocapa, entre las que destaca su sostenibilidad, ya que reducen la necesidad de reposiciones frecuentes y, por tanto, disminuyen el uso de recursos materiales y energéticos a largo plazo. Además, ofrecen un mayor confort y seguridad gracias a sus mejores acabados superficiales, mayor regularidad y menor sonoridad. Aunque la inversión inicial es mayor, los costes de mantenimiento y funcionamiento se reducen significativamente, por lo que resultan más rentables a largo plazo.

En España no se han llevado a cabo experiencias significativas con pavimentos de hormigón bicapa construidos con dos tipos de hormigón diferentes adaptados a las características requeridas para cada capa. Sin embargo, la Instrucción Española 6.1-IC sobre secciones de firmes y el PG-3 permiten esta opción. Es importante destacar que el procedimiento constructivo es exigente y requiere la duplicación de los equipos de extendido y de las centrales de hormigón preparado.

2. Bases teóricas del diseño de pavimentos bicapa

El diseño estructural de pavimentos bicapa se basa en la evaluación de cargas y en el análisis de las exigencias del tráfico pesado para estimar el espesor y la resistencia necesarios en la capa inferior. También se tiene en cuenta la distribución de la presión a lo largo de la estructura para garantizar la integridad del pavimento con el paso del tiempo. La capa estructural asume la carga del tráfico, mientras que la capa de rodadura protege el hormigón de base y facilita una conducción suave. Para ello, se calculan los esfuerzos de tensión y compresión en ambas capas mediante modelos de elasticidad y resistencia estructural.

Para la selección de materiales en pavimentos bicapa, se recomienda utilizar hormigón de alta resistencia para la capa inferior, que debe tener bajo contenido de aire, buena cohesión y agregados gruesos y uniformes que maximicen la resistencia estructural. En cuanto a la capa superior o de rodadura, es importante emplear un hormigón con características específicas de textura superficial y reflectancia. También se puede añadir un aditivo polímero si es necesario mejorar la resistencia a la abrasión o hacer frente a condiciones climáticas extremas.

En el diseño de pavimentos bicapa, los aspectos clave incluyen la clasificación del tráfico, ya que identificar el tipo e intensidad del mismo permite determinar la resistencia necesaria para ambas capas. Se recomienda un diseño más robusto en vías de alto tráfico para evitar el desgaste prematuro. Además, es fundamental verificar la estabilidad de la explanada, ya que es necesario garantizar su capacidad de soporte mediante pruebas del módulo de compresibilidad y de deflexión patrón. Por último, el diseño de juntas es esencial para permitir la dilatación y prevenir agrietamientos, para lo cual hay que calcular la disposición de juntas de contracción y expansión, así como juntas longitudinales y transversales, en función de las tensiones térmicas y de carga en cada segmento de pavimento.

3. Proceso de construcción del pavimento bicapa

Los pavimentos de hormigón pueden ejecutarse en dos capas. Se coloca una capa de rodadura de hormigón de pequeño espesor (entre 4 y 5 cm) sobre otra capa de hormigón que se extiende junto con la anterior para que funcionen como una sola capa, creando así el pavimento descrito. Esto permite utilizar áridos de peor calidad en la capa inferior y reservar los de mayor calidad para la capa de rodadura, que debe cumplir estrictas exigencias de resistencia al desgaste y al pulimento. También es posible limitar la disminución del tamaño máximo del árido en la capa superior, lo que da como resultado un pavimento menos ruidoso (aunque requiere una mayor cantidad de cemento).

Las etapas de construcción de pavimentos bicapa comienzan con la preparación de la explanada, donde se debe nivelar y compactar el suelo de apoyo para recibir la capa estructural de hormigón, lo que puede incluir una capa de regularización para corregir cualquier irregularidad del terreno. A continuación, se extiende el hormigón de la capa estructural mediante un proceso de nivelación mecánica, para lo que se utilizan vibradores y rodillos compactadores con el fin de lograr una densificación adecuada que asegure una buena cohesión y resistencia. Finalmente, se aplica la capa de rodadura de manera continua sobre la capa inferior para evitar la formación de juntas frías y mejorar la durabilidad del pavimento.

La instalación de juntas y conectores es esencial para la durabilidad de los pavimentos bicapa, ya que las juntas de contracción y expansión previenen las grietas causadas por movimientos térmicos y de carga, mientras que los conectores de acero, como barras de atado y pasadores, facilitan la transferencia de carga entre las losas y garantizan la alineación estructural. Además, en las áreas de transición, como los carriles de desaceleración o la conexión con puentes, se utilizan sistemas de transición que minimizan las discontinuidades entre los diferentes tipos de pavimentos, mejorando la continuidad y el rendimiento general del sistema.

El proceso de curado y acabado en la construcción de pavimentos bicapa incluye la aplicación de inhibidores de fraguado y curado, que consisten en un curador químico destinado a evitar la evaporación del agua y asegurar un fraguado controlado, lo que reduce la formación de fisuras y aumenta la durabilidad del pavimento. Además, se realiza un acabado de la superficie mediante equipos especializados que ajustan la textura y la regularidad, eliminando cualquier irregularidad y garantizando así la seguridad y el confort del usuario.

4. Gestión de calidad en la construcción

El control de calidad de los materiales empleados en la construcción de pavimentos bicapa incluye la realización de pruebas de calidad del hormigón en fábrica, donde se verifica que cumpla con las especificaciones de resistencia y durabilidad mediante el análisis de la resistencia a la compresión y el contenido de aire. Además, se lleva a cabo un riguroso control de los componentes de las juntas para garantizar que los materiales de sellado y las barras de conexión cumplan con las normas específicas de elasticidad y resistencia, lo que es crucial para la integridad y funcionalidad del pavimento.

El control de la ejecución y el acabado en la construcción de pavimentos bicapa incluye la verificación de la alineación y el espesor de las capas, lo que es fundamental para garantizar que se coloquen según las especificaciones diseñadas y asegurar así la durabilidad y resistencia del pavimento. Además, se utilizan equipos de perfilometría para medir la rugosidad y la regularidad de la superficie, lo que permite ajustar la textura superficial con el fin de reducir el ruido y mejorar la tracción, lo que contribuye a un mejor rendimiento y seguridad en las vías.

5. Conservación y mantenimiento de pavimentos bicapa

La gestión de la conservación de pavimentos bicapa se basa en estrategias de conservación preventiva y correctiva que incluyen el control de las condiciones y el mantenimiento periódico. Un plan preventivo puede contemplar aplicaciones de sellado para evitar la entrada de agua en las juntas y reducir el desgaste. Además, se utilizan bases de datos y sistemas de gestión para registrar el estado del pavimento, lo que facilita el seguimiento y la planificación de intervenciones futuras, y asegura la prolongación de su vida útil.

Las intervenciones y renovaciones en pavimentos bicapa abarcan el mantenimiento superficial y la reparación de juntas, lo que incluye el sellado de juntas y la reparación de grietas superficiales. En casos de desgaste significativo, se puede aplicar una nueva capa de rodadura. Además, en situaciones en las que el pavimento estructural haya fallado, puede ser necesario realizar un refuerzo o incluso una rehabilitación completa del mismo. Estas intervenciones se planifican cuidadosamente para minimizar la afectación al tráfico, garantizando así la seguridad y la funcionalidad de la vía.

6. Sostenibilidad y análisis ambiental

La evaluación de impacto ambiental de los pavimentos bicapa destaca su eficiencia energética, ya que reducen la dependencia de materiales bituminosos y, por tanto, disminuyen las emisiones de gases durante su producción y transporte. Además, su capacidad de reflectancia contribuye a reducir la temperatura en entornos urbanos, lo que ayuda a mitigar el fenómeno de las islas de calor y a promover un ambiente más sostenible y saludable.

Los aspectos económicos y sociales de los pavimentos bicapa reflejan una relación coste-beneficio a largo plazo, ya que, aunque su coste inicial es más elevado, su durabilidad y sus bajos requerimientos de mantenimiento pueden generar ahorros significativos con el tiempo. Además, la calidad de la superficie de rodadura ofrece un mayor confort y seguridad para el usuario, ya que proporciona una experiencia de conducción más cómoda, con un menor riesgo de deslizamientos y una mayor resistencia al frenado. Esto contribuye a la seguridad vial en general.

7. Conclusiones

En conclusión, la adopción de pavimentos bicapa ofrece numerosas ventajas, como la construcción de carreteras más sostenibles y la reducción de costes operativos a largo plazo. Para futuros proyectos, se recomienda fomentar la formación de ingenieros y técnicos en esta tecnología, así como llevar a cabo estudios piloto en regiones donde el pavimento bicapa aún no se ha implementado ampliamente, lo que facilitaría su adopción y contribuiría a la mejora de la infraestructura vial.

A continuación, os dejo un vídeo de IECA sobre la construcción de un pavimento bicapa de hormigón con terminación de árido visto en un tramo de la autovía C-17, en Barcelona. Espero que os guste.

Referencias:

AGUADO, A.; CARRASCÓN, S.; CAVALARO, S.; PUIG, I.; SENÉS, C. (2010). Manual para el proyecto, construcción y gestión de pavimentos bicapa de hormigón. Universitat Politècnica de Catalunya, 204 pp.

Curso:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

 

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Los sistemas de pretensado en las estructuras de hormigón

Figura 1. Viga postesada. https://prodac.pe/edificaciones/soluciones-para-la-industria-de-prefabricados/alambre-pretensado/

El pretensado es una técnica que aumenta la capacidad del hormigón para soportar cargas al someterlo previamente a esfuerzos de compresión. Esta técnica crea una resistencia adicional a los esfuerzos de tracción, lo que permite construir estructuras más resistentes y duraderas. Se utiliza ampliamente en la construcción de puentes, vigas, losas y otros elementos sometidos a cargas significativas, tanto en estructuras prefabricadas como en construcciones in situ.

En esencia, el sistema de pretensado consiste en instalar y tensar armaduras activas, como cables, alambres o cordones de acero de alta resistencia, dentro del hormigón antes de que este se someta a las cargas de servicio. Al tensar estas armaduras, se generan fuerzas internas que comprimen el hormigón y contrarrestan las fuerzas externas a las que estará sometido. De esta manera, el hormigón precomprimido es más efectivo para soportar tensiones, lo que previene problemas como las fisuras y mejora la estabilidad de la estructura.

El proceso comienza con la elección de las armaduras activas y el almacenamiento adecuado del acero para protegerlo de la corrosión y la contaminación. A continuación, se colocan y tesan las armaduras, para lo que se utilizan equipos especializados, como enfiladoras, gatos hidráulicos y centrales de presión. Estos equipos permiten tensar las armaduras de forma controlada y precisa, y aseguran que se logren los niveles de tensión adecuados según el diseño estructural.

Los anclajes cumplen una función fundamental, ya que fijan los extremos de las armaduras tensadas al hormigón y aseguran la transmisión de las fuerzas de compresión. Existen dos tipos de anclajes: activos o móviles, que se colocan en el extremo de tensado, y pasivos o fijos, situados en el extremo opuesto. Los empalmes permiten extender los tendones cuando la estructura lo requiere y garantizan la continuidad y la alineación. Por su parte, los conectadores permiten aplicar tensión en puntos intermedios de tendones cerrados o de acceso limitado.

Las vainas son otros componentes esenciales del sistema, ya que alojan los tendones en el hormigón y permiten inyectar adecuadamente materiales adherentes o protectores. Los productos de inyección, como lechadas de cemento para sistemas adherentes, betunes y grasas para sistemas no adherentes, protegen los tendones contra la corrosión y aumentan la adherencia en el caso de los sistemas adherentes. Esto es esencial para garantizar la durabilidad y eficacia del pretensado.

El sistema de pretensado es muy eficiente, pero requiere precisión en su ejecución y un control estricto de la calidad, ya que cualquier fallo en el tensado o en los materiales puede afectar a la integridad estructural del proyecto. Si se implementa adecuadamente, el pretensado permite construir estructuras seguras y resistentes que maximizan las ventajas del hormigón y lo convierten en un material adecuado para una amplia gama de aplicaciones de ingeniería.

Introducción a los sistemas de pretensado

El pretensado es una técnica avanzada de construcción que consiste en aplicar esfuerzos de compresión al hormigón antes de que el elemento estructural soporte su carga de servicio, con el fin de mejorar su resistencia. En este método, se induce una compresión interna en el hormigón, lo que permite que la estructura soporte mejor los esfuerzos de tracción y aumente su capacidad para resistir cargas elevadas y deformaciones excesivas. Este sistema, ampliamente utilizado en proyectos de construcción como puentes, edificios de gran altura, cubiertas y elementos prefabricados, se basa en el uso de armaduras activas, normalmente de acero, que se tensan y anclan en el interior de la estructura para transferir la fuerza de compresión al hormigón.

En este artículo se describen en detalle los distintos elementos y equipos que intervienen en los sistemas de pretensado. Cada componente, desde los tendones y los anclajes hasta las vainas y los equipos de tesado, cumple una función específica en el éxito del sistema de pretensado y en la calidad final de la estructura de hormigón.

1. Armaduras activas: suministro y almacenamiento

Las armaduras activas son el componente principal del sistema de pretensado y están fabricadas principalmente con acero de alta resistencia. Estas armaduras se tensan previamente para introducir esfuerzos de compresión en el hormigón, lo que aumenta su capacidad para soportar tracciones sin agrietarse ni sufrir otras deformaciones no deseadas.

1.1 Tipos de armaduras activas

  • Alambres: suelen entregarse en rollos y su diámetro de bobinado no debe ser inferior a 250 veces el diámetro del alambre para evitar deformaciones.
  • Barras: se entregan en tramos rectos, lo que garantiza su resistencia y evita daños durante el transporte.
  • Cordones: existen cordones de 2, 3 o 7 alambres, que se utilizan según el diseño estructural y los requisitos de carga. Los cordones de 2 o 3 alambres se entregan en rollos con un diámetro mínimo de 600 mm, mientras que los de 7 alambres se suministran en bobinas o carretes de 750 mm de diámetro interior o mayor.
Figura 2. Unidades de anclaje de 3 y 5 cordones en forjado postesado. http://www.freyssinet.es/freyssinet/wfreyssinetsa_sp.nsf/sb/soluciones.construccion..pretensado-(cordones)

1.2 Requerimientos de suministro

Para que las armaduras activas mantengan sus propiedades mecánicas y estén protegidas contra factores externos, deben almacenarse y transportarse siguiendo unas medidas específicas. El acero debe protegerse de la humedad y de la contaminación por polvo, grasas y otros agentes que puedan alterar su comportamiento estructural.

1.3 Almacenamiento de armaduras activas

El almacenamiento de las armaduras es esencial para garantizar su durabilidad y su correcto funcionamiento en la obra. Las principales recomendaciones son las siguientes:

  • Ventilación adecuada: las armaduras deben almacenarse en locales ventilados, lejos de la humedad del suelo y las paredes.
  • Clasificación y limpieza: es importante que las armaduras estén libres de grasa, aceite, polvo u otras materias que puedan afectar a su adherencia. También deben clasificarse por tipo y lote.
  • Inspección de la superficie: antes de ser utilizadas, las armaduras deben inspeccionarse para detectar cualquier deterioro en la superficie, y garantizar que cumplen las condiciones de uso.

2. Sistemas de pretensado: componentes y función de los elementos

Un sistema de pretensado es un conjunto de elementos estructurales y dispositivos especializados diseñados para aplicar y mantener la tensión en las armaduras activas y transmitirla de forma segura y eficiente al hormigón.

2.1 Componentes principales del sistema de pretensado

Los principales elementos del sistema de pretensado son los anclajes, los empalmes, los conectadores y las vainas. Estos componentes cumplen funciones específicas, como asegurar los tendones, extender su longitud o permitir la transmisión uniforme de fuerzas.

  • Los anclajes son dispositivos esenciales en los sistemas de pretensado, ya que aseguran los tendones y transmiten las fuerzas de tensión al hormigón. Existen dos tipos principales de anclajes: el anclaje activo o móvil, que está situado en el extremo del tendón por donde se aplica la tensión, y el anclaje pasivo o fijo, que está situado en el extremo opuesto del tendón, donde no se aplica tensión. Este tipo de anclaje permite que los cables de acero se tensen según el diseño estructural y soporten las fuerzas aplicadas. El otro tipo de anclaje es el pasivo o fijo, que está situado en el extremo opuesto del tendón, donde no se aplica tensión. Este anclaje asegura la estabilidad del tendón y permite que el esfuerzo de compresión se transmita eficazmente al hormigón. Dentro de estos tipos, destacan varios modelos de anclaje adaptados a diferentes necesidades y geometrías, como los anclajes activos tipo L y los anclajes pasivos tipo S, que se emplean en vigas y elementos lineales. Cada anclaje está diseñado para resistir esfuerzos específicos y asegurar una adecuada transmisión de fuerzas al hormigón.
  • Los empalmes son elementos que dan continuidad a los tendones cuando estos requieren extensiones adicionales debido al tamaño del proyecto o al método de construcción. Los empalmes se clasifican en: empalme fijo, que mantiene los tendones en posición fija y asegura su continuidad sin movimientos adicionales, y empalme móvil, que permite cierta movilidad a los tendones, facilita el alineado de las armaduras y reduce los esfuerzos durante el tensado. Ambos tipos de empalme son esenciales para estructuras de grandes dimensiones y en casos en que el tendón debe dividirse en varias secciones.
  • Los conectadores permiten aplicar tensión en puntos intermedios o en elementos cerrados (como tuberías o silos) a los que es difícil acceder por sus extremos. Estos conectadores proporcionan puntos adicionales de anclaje en estructuras grandes o con geometrías complejas y aseguran la transferencia uniforme de las fuerzas.

    Figura 3. Selección del tipo de anclaje o conector a utilizar en el hormigón pretensado

2.2 Elementos de aseguramiento y distribución

También existen elementos auxiliares que colaboran en la distribución uniforme de las fuerzas y la fijación de las armaduras activas en el sistema de pretensado:

  • Cuñas: estas piezas metálicas fijan los extremos de las armaduras activas en las placas de anclaje.
  • Placas de anclaje: placas perforadas con forma cónica donde se alojan las cuñas, lo que permite sujetar el tendón de manera efectiva.
  • Placas de reparto: dispositivos situados entre la placa de anclaje y el hormigón que distribuyen las fuerzas en la zona de contacto y evitan sobrecargas.
  • Trompetas de empalme: estas piezas, troncocónicas o cónicas, enlazan las placas de anclaje con las vainas y facilitan la transferencia de tensión en las armaduras activas.

 

Figura 4. Placa de anclaje.De Störfix – Fotografía propia, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=296999

3. Vainas y accesorios

Las vainas son conductos de pretensado que albergan los tendones en su interior. Estos conductos pueden estar fabricados de metal, plástico u otros materiales, y son esenciales para proteger y guiar las armaduras postesas en el interior del hormigón, evitando así el contacto directo con este y facilitando el proceso de inyección.

3.1 Vainas metálicas

Las vainas metálicas son las más comunes, especialmente por su resistencia al aplastamiento y su capacidad para soportar el peso del hormigón fresco. Además, la superficie corrugada de las vainas mejora la adherencia con el hormigón y su rigidez estructural. Las características principales de las vainas metálicas son las siguientes:

  • Resistencia mecánica: deben ser suficientemente robustas para soportar el peso y la presión del hormigón fresco sin deformarse.
  • Estanqueidad: las vainas deben ser herméticas para evitar la infiltración de agua o lechada de cemento en su interior y mantener las armaduras activas protegidas.
  • Diámetro adecuado: el diámetro interno de la vaina debe ser el apropiado para permitir una inyección eficaz del producto inyectado y asegurar una cobertura uniforme alrededor de los tendones.

3.2 Otros accesorios en vainas

  • Separadores: piezas que ayudan a distribuir las armaduras activas dentro de las vainas y aseguran una distancia y una alineación uniformes.
  • Tubo matriz: tubo flexible, generalmente de polietileno, que se coloca dentro de la vaina para suavizar el trazado y evitar tensiones no deseadas en las armaduras.

3.3 Tubos de purga

Los tubos de purga o respiraderos son pequeñas piezas que se colocan en los puntos altos y bajos del trazado de las vainas. Estos tubos permiten la evacuación del aire y del agua durante el proceso de inyección, lo que asegura que no queden huecos y que el producto inyectado cubra toda el área interna.

4. Equipos para enfilado, tesado e inyección

La tecnología de pretensado requiere equipos especializados que faciliten el enfilado de los tendones, la aplicación de tensión y la inyección de materiales protectores en los conductos. Los equipos esenciales son las enfiladoras, los gatos hidráulicos, las centrales de presión y los equipos auxiliares de manipulación.

  • Enfiladoras: son máquinas diseñadas para colocar los tendones dentro de las vainas de pretensado mediante un sistema de empuje o estirado, según el diseño de la estructura. Estas máquinas garantizan que los tendones estén correctamente alineados antes de aplicar la tensión.
  • Gatos hidráulicos: Los gatos son dispositivos hidráulicos que permiten el tesado de los tendones a una fuerza precisa y controlada. Se utilizan en combinación con cuñas para mantener la tensión en los extremos anclados y asegurar que la fuerza de pretensado se transmita de forma uniforme al hormigón.
  • Centrales de presión: las centrales de presión controlan los gatos hidráulicos mediante válvulas reguladoras y circuitos eléctricos que permiten ajustar la presión aplicada con precisión. Estos sistemas incluyen manómetros o dinamómetros para garantizar que la presión de tesado cumpla con los requisitos especificados en el proyecto.
  • Equipos auxiliares: Los equipos auxiliares incluyen grúas y otros medios de manipulación que facilitan el posicionamiento de los gatos, las vainas y las armaduras activas. Son especialmente útiles en obras de gran envergadura, donde el peso y el tamaño de los elementos dificultan su instalación manual.

5. Productos de inyección

La inyección de materiales dentro de las vainas es fundamental para proteger las armaduras activas y mejorar la adherencia entre el tendón y el hormigón. Existen dos tipos principales de productos de inyección:

  • Inyecciones adherentes: consisten en lechadas o morteros de cemento que llenan los conductos de las vainas y mejoran la unión entre el tendón y el hormigón. Algunas características esenciales de estos productos son:

— Uso de cemento Portland CEM-I, que asegura una buena adherencia y resistencia mecánica.
— Aditivos que permiten modificar las propiedades de la lechada para mejorar la protección de las armaduras.
— Relación agua/cemento baja (entre 0,38 y 0,43) para lograr una mayor resistencia a la compresión y una baja porosidad.

  • Inyecciones no adherentes: los productos de inyección no adherentes, como los betunes, mástiques bituminosos y grasas solubles, protegen las armaduras contra la corrosión sin generar adherencia con el hormigón. Son adecuados para estructuras donde se requiere flexibilidad en los tendones y una menor adherencia al hormigón.

Para aplicar los productos de inyección se utilizan equipos de mezcla e inyección que aseguran la preparación y la distribución uniforme del material dentro de las vainas. Estos equipos deben disponer de sistemas de control de calidad que permitan ajustar la mezcla y supervisar su aplicación durante el proceso de inyección.

Conclusión

Los sistemas de pretensado en hormigón son una solución técnica que aumenta la resistencia y durabilidad de las estructuras. Desde el suministro y almacenamiento de las armaduras activas hasta el tesado y la inyección, cada componente del sistema es crucial para el éxito de la estructura. Estos sistemas no solo aumentan la capacidad del hormigón para resistir esfuerzos de tracción, sino que también contribuyen a reducir el riesgo de deformaciones y a mejorar la calidad estructural general de las obras de ingeniería.

Os dejo algunos vídeos, que espero sean de vuestro interés.

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