Encofrados flexibles textiles

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

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

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

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

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

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

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

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

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Referencias:

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

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

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

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

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

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

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

Cursos:

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

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Sistemas de forjado con prelosas

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

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

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

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

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

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

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

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

Otras ventajas adicionales son las siguientes:

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

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

Referencias:

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

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

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

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

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

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

Cursos:

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

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El hormigón como encofrado perdido: Prelosas y losas en puentes

Figura 2. Encofrado perdido de hormigón entre vigas prefabricadas de puente.

El empleo del hormigón como encofrado se utiliza en distintos casos de forma eficiente. En el caso de puentes de vigas, se utiliza en prelosas o losas, ya sean armadas o pretensadas, integrándose a la sección resistente de la pieza de hormigón mediante una conexión adecuada. Estos elementos sirven, cuando se hormigona, como encofrados perdidos de hormigón entre las vigas prefabricadas de un puente (Figura 1). Los encofrados perdidos pueden ser de distintos materiales, pero este artículo se centra en los fabricados en hormigón.

La placa de encofrado perdido es un componente construido con hormigón pretensado esencial para la conformación de los tableros de vigas. Por un lado, actúan como elementos autoportantes que sirven como encofrado del tablero durante la fase de hormigonado “in situ”, eliminando la necesidad de emplear otros sistemas de encofrado de la estructura. Por otro lado, colaboran en las cargas del puente en servicio. Normalmente, son de sección maciza, aunque también se han llegado a fabricar losas alveoladas.

Estos elementos se ubican entre las alas superiores de las vigas, proporcionando un soporte para la instalación de la armadura de la losa in situ, lo que facilita el vertido de hormigón y actúa como encofrado. De este modo, el elemento queda completamente integrado dentro del hormigón de la losa. Estas prelosas están compuestas por una losa de hormigón con un espesor variable entre 6 y 20 cm, junto con celosías o nervios de acero dispuestos a lo largo de toda su longitud, ya sea de sección constante o variable.

Se pueden dar varios tipos:

Losas de encofrado perdido entre vigas

Esta técnica es comúnmente utilizada para encofrar los espacios entre vigas doble T o vigas artesa, así como los vanos internos en las vigas artesa (Figura 1). Sin embargo, no permiten la creación de voladizos en el exterior de las vigas laterales. Normalmente, tienen un espesor de 6 a 7 cm, aunque en casos excepcionales puede reducirse a 5 cm, o bien emplear otros materiales, como chapas grecadas, que son comunes en tableros de vigas adosadas en T invertida.

Prelosas o semilosas entre vigas o con vuelos exteriores

Presentan espesores de hasta 8 cm, tal y como se muestra en la Figura 2. Sin embargo, valores más altos no resultan económicos y generan acciones en las vigas difíciles de compensar, especialmente al actuar sobre la sección de la viga sola. Además, dificultan la colocación de armaduras in situ, especialmente para el anclaje de los pretiles de borde. Para contrarrestar estas dificultades, se emplean disposiciones de armadura en forma de celosía plana (una barra superior y una inferior) o de sección triangular (una barra superior y dos inferiores), hormigonando luego el espesor restante de la losa. En caso necesario, se incorporan conectores de armadura entre ambos hormigones. Este sistema se ha utilizado en tableros con grandes vuelos exteriores y amplias separaciones entre vigas para las losas de tablero pretensadas transversalmente, aunque no es una solución común. Algunos fabricantes ofrecen una variante compleja de prelosas con formas especiales, como nervios rigidizadores o quebradas, que pueden alcanzar anchuras del orden de 15 m. Esta solución es frecuente en estructuras mixtas, con vigas metálicas (Figura 3), o en ampliaciones de puentes existentes, donde en lugar de una viga artesa prefabricada se utiliza un zuncho de apoyo y anclaje en la estructura existente.

Figura 2. Losas de hormigón pretensado como encofrado colaborante entre vigas de puente. http://www.paolini.com.ar/montaje-vigas-preslosas-del-puente/

 

Figura 3. Losas de hormigón pretensado como encofrado colaborante entre vigas de puente mixto. http://www.paolini.com.ar/montaje-vigas-preslosas-del-puente/

Losas de espesor completo

Son frecuentes en proyectos de ampliación de trazados, como carreteras a media ladera y estructuras existentes, donde los equipos de construcción pueden circular sobre las losas ya instaladas, agilizando considerablemente el progreso de la obra (Figura 4). Por lo general, estas losas cubren toda la anchura del tablero y se utilizan en tableros que descansan sobre dos vigas en doble T o una monoviga. Se unen entre sí mediante juntas transversales in situ y a las vigas mediante ventanas también hormigonadas in situ, lo que permite que los conectores de las vigas se coloquen en áreas localizadas en lugar de distribuirse por toda la viga sin interrupciones. En el caso de que no cubran toda la anchura del tablero, requieren juntas longitudinales, las cuales son más complicadas de realizar, ya que afectan la armadura transversal del tablero, que es más importante y densa que la armadura longitudinal.

Figura 4. Losa de espesor completo. Fuente: https://www.prenava.com/prelosas-semilosas-losas-vigas-y-jabalcones-prefabricados-para-tableros-de-puente/

A continuación os dejo un vídeo de montaje de prelosas y vigas.

Referencias:

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

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

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

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

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

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

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

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Encofrados de plástico reforzado con fibra de vidrio

Figura 1. Molde en Fibra de Vidrio de una Placa de hormigón. https://www.facebook.com/SILIKAMoldesEInsumos/

Debido al creciente uso de formas y diseños complicados en el hormigón, ha surgido la necesidad de encontrar un material de encofrado con propiedades que se aparten de las convenciones de los encofrados tradicionales. Los plásticos reforzados con fibra de vidrio han experimentado un desarrollo notable y popular en la construcción de elementos de hormigón como respuesta a esta demanda. Las razones fundamentales que han impulsado este desarrollo son las siguientes: este material ofrece total libertad en el diseño; permite al constructor realizar simultáneamente el encofrado y el acabado de las superficies; posibilita la creación de dibujos y formas poco convencionales en los encofrados; no hay limitaciones en las dimensiones, ya que los diversos elementos pueden ser montados en obra de manera que se oculten las juntas; puede ser el material más económico entre todas las opciones disponibles, especialmente si se prevé un alto número de usos; es ligero y fácil de desmontar; y, por último, no presenta problemas de herrumbre ni corrosión.

La construcción de encofrados sigue un proceso muy similar al calafateado manual de embarcaciones. Inicialmente, se crea un molde de yeso, madera o acero con la forma y dimensiones requeridas. Luego, se aplica una capa de parafina, se pule y se rocía con un agente desmoldante para evitar que la resina se adhiera al molde principal. Seguidamente, se recubre el molde con una capa de fibra de vidrio y se impregna completamente con resina poliéster mediante pinceladas. Una vez que la resina se ha secado y enfriado, se aplica otra capa de fibra de vidrio y resina poliéster, repitiendo este proceso hasta alcanzar el grosor de pared necesario.

Figura 2. Fabricación de molde con fibras de vidrio. https://www.smooth-on.com/tutorials/concrete-fence-exhibits-detail/

Otro método para construir moldes de fibra de vidrio implica la aplicación de resina con una pistola pulverizadora, sobre la cual se colocan cordones de fibra de vidrio como refuerzo. En muchos casos, se emplea una combinación de ambos sistemas mencionados. En la mayoría de las situaciones, se recomienda reforzar la rigidez y resistencia de los encofrados mediante costillas, tirantes de madera, barras de acero o tubos de aluminio.

El grosor de las paredes en los encofrados de fibra de vidrio varía, siendo de 0,32 cm en los destinados a losas sin armaduras o refuerzos, y aumentando hasta 1,59 cm en los utilizados para pilares que cuentan con tablas de refuerzo de 7,62 a 10,16 cm.

Con cualquiera de los métodos de construcción de encofrados previamente mencionados, es posible eliminar las juntas y marcas que suelen presentarse en los construidos con materiales convencionales. Esto se logra mediante la posibilidad de construir encofrados por elementos que luego se ensamblan en el lugar de trabajo. Además, a través de un tratamiento adicional con resina y fibra de vidrio, se eliminan las rebabas.

Cabe destacar que la fabricación de este material no puede llevarse a cabo en condiciones arbitrarias, ya que requiere un control preciso de la temperatura y la humedad a lo largo de todo el proceso de producción. Por esta razón, todos los encofrados de fibra de vidrio construidos hasta la fecha han sido elaborados bajo las condiciones mencionadas anteriormente.

Os paso algunos vídeos de cómo se elaboran moldes con fibra de vidrio.

Referencias:

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

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

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

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

Cursos:

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

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Encofrado metálico de acero

Figura 1. Encofrado metálico para muros. Fuente: https://www.sioingenieria.com/portal/novedades/encofrados-metalicos-y-sus-ventajas

Los encofrados metálicos de acero se componen de piezas que se ensamblan entre sí, definiendo las formas de los elementos a moldear. Este tipo de encofrado, de gran rigidez y resistencia, se utiliza preferentemente en obras donde predominan elementos de un mismo tipo, como columnas y vigas, y se combina a menudo con madera en la confección de losas. Además, se emplean ampliamente en la fabricación de elementos prefabricados debido a sus ventajas y características. A diferencia de los encofrados de madera, las piezas del encofrado metálico, por su naturaleza, están destinadas exclusivamente al tipo de molde para el cual fueron diseñadas, no siendo aprovechables, salvo en casos excepcionales, para otro elemento diferente.

En obras con una gran cantidad de piezas idénticas, como aquellas que cuentan con numerosos pilares de dimensiones uniformes, los tableros metálicos prefabricados resultan muy adecuados para la creación de los respectivos encofrados. En estas situaciones, la utilización de encofrados metálicos resulta más rentable que la opción de madera. Aunque el costo inicial de adquisición es elevado, su durabilidad promedio de 100 a 500 usos, cuando se mantienen adecuadamente, hace que esta alternativa sea más eficiente. Aunque en ocasiones resulta difícil establecer de antemano el número exacto de reutilizaciones. El encofrado metálico de chapa de acero se sustenta comúnmente mediante rigidizadores paralelos, ya sean horizontales o verticales, dispuestos a intervalos de 0,25 o 0,30 m. En cuanto al espesor de las chapas en estos encofrados metálicos de acero, varía entre 4 y 5 mm, destacándose por su economía debido a la alta frecuencia de uso. En aplicaciones específicas, como en encofrados para prefabricación, se emplean grosores de 6 a 8 mm, considerando el deterioro de la superficie del encofrado (más de 1000 a 2000 usos).

Figura 2. Moldes de acero para prefabricados. Fuente: https://www.mesaimalat.com.tr/es/urun/moldes-para-prefabricados/

La principal ventaja radica no solo en la facilidad y rapidez tanto del encofrado como del desencofrado, y en la obtención de superficies lisas y bien cuidadas, sino también en la gran durabilidad de dicho encofrado, pues no sufre deformaciones ni deterioros por el uso. Los acabados del hormigón son regulares, siendo las coqueras su principal defecto. Se requiere atención cuidadosa en el manejo y mantenimiento para evitar abolladuras.

En cuanto a su manejo, resulta sencillo, y aunque la simple observación del dibujo correspondiente suele ser suficiente para comprender el montaje. Cabe destacar que, en los extremos y bordes, los tableros llevan machos o vástagos que se introducen en los orificios de otro tablero, lo que permite obtener pilares de diversas secciones con un mismo tablero.

Las operaciones de encofrado, desencofrado y aplomado son rápidas y sencillas, y con el equipo adecuado, todas estas tareas pueden llevarse a cabo con elementos de tamaño considerable. Además, las superficies lisas de hormigón que con ellos se consiguen pueden ser interesantes en determinados tipos de obras, ofreciendo acabados con caras limpias. Es fundamental realizar una limpieza exhaustiva cada vez que se desencofra, asegurando un ajuste preciso en la siguiente instalación.

Entre las desventajas, se puede mencionar su falta de adaptabilidad a todos los tipos de pilares, a diferencia de la madera, y su mayor peso, que dificulta su transporte y manejo. En el caso de los soportes, uno de sus mayores inconvenientes es la dificultad de aplomarlos cuando la altura supera los 4 m. Por otra parte, a menos que se utilicen muchas veces, resultan costosos y, en ausencia de precauciones, proporcionan escasa protección y aislamiento durante el vertido de hormigón en tiempo frío. Además, hay que tener en cuenta el riesgo de oxidación de los elementos de este tipo de encofrados.

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

Referencias:

BENDICHO, J. P. (1983). Manual de planificación y programación para obras públicas y construcción. Segunda parte: programación y control. Editorial Rueda, Madrid.

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

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

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

Cursos:

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

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Avances científicos en relación con los edificios prefabricados de hormigón sismorresistentes

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

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

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

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

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

Abstract:

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

Keywords:

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

Reference:

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

 

Hormigón reforzado con fibra de vidrio

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Fabricación por proyección conjunta

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

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

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

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

Fabricación por premezclado

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

Fabricación por premezclado y proyección

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

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

Referencias:

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

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

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

Maquinaria y procedimientos de construcción: Problemas resueltos

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

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

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

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

Referencia:

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

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

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Un estudio de la UPV permite abaratar costes y reducir el impacto medioambiental en la construcción de túneles subterráneos

Figura 1. Marcos prefabricados en Vilaseca. Cortesía de ANDECE.

Un estudio realizado por investigadores de la Universitat Politècnica de València (UPV), pertenecientes al Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH), ofrece una alternativa más económica y sostenible para la construcción con marcos prefabricados de hormigón de infraestructuras de transporte, como túneles subterráneos, edificios y otras estructuras. Sus resultados han sido publicados en la revista Materials.

En su trabajo, enmarcado dentro del proyecto Hydelife, han desarrollado diferentes algoritmos cuya aplicación permite ahorros económicos de hasta un 24% en el coste final de la estructura, disminuyendo los costes asociados con la producción y el transporte de materiales.

Además, según las estimaciones que ha realizado el equipo del ICITECH-UPV, permitiría optimizar el uso de materiales en la estructura y reducir alrededor de un 30% de las emisiones de CO₂ asociadas a la construcción.

Pensemos una obra lineal donde tengamos, por ejemplo, 1000 metros de un túnel subterráneo que se pueda ejecutar con marcos prefabricados. Además del ahorro económico, en nuestro trabajo, estimamos que la reducción de 1 euro en el coste final de un marco de hormigón armado es equivalente a evitar la emisión de cerca de 2 kg de CO₂”, destaca Víctor Yepes, investigador del Instituto ICITECH de la Universitat Politècnica de València.

Así, este estudio presenta una alternativa sostenible y eficiente en términos de recursos para los marcos tradicionales de hormigón armado in situ.

Nuestro objetivo era ampliar el conocimiento sobre la tipología estructural de marcos prefabricados articulados de hormigón y su empleo como sustituto de los marcos tradicionales de hormigón armado colado in situ. Y los resultados que hemos obtenido constatan su enorme potencial para grandes infraestructuras. El estudio es de especial interés para ámbitos como la ingeniería civil y arquitectura y, sobre todo, para las empresas de prefabricados de hormigón”, concluye Víctor Yepes.

Referencia:

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.

Os paso a continuación la repercusión de esta noticia en algunos medios de prensa.

Marcos prefabricados de hormigón para la construcción, una opción más barata y sostenible

Algoritmos para abaratar costes y reducir el impacto medioambiental al usar marcos prefabricados de hormigón en la construcción

Marcos prefabricados de hormigon, alternativa para la construccion

https://www.levante-emv.com/sostenibilitat/2023/05/25/estudi-upv-revela-com-reduir-87816604.html

Algorithms for cleaner and cheaper construction of underground tunnels

https://www.upv.es/noticias-upv/noticia-14122-mas-sostenible-es.html

https://aplicat.upv.es/exploraupv/ficha-prensa/noticia/14122

https://www.cope.es/actualidad/sociedad/noticias/marcos-prefabricados-hormigon-para-construccion-una-opcion-mas-barata-sostenible-20230521_2719911

https://valenciaplaza.com/marcos-prefabricados-hormigon-construccion-opcion-mas-barata-sostenible

https://noticiasdelaciencia.com/art/46721/algoritmos-para-una-construccion-mas-limpia-y-mas-barata-de-tuneles-subterraneos

Auge de la construcción inteligente: un estudio revela tendencias y desafíos para el futuro

Acaban de publicarnos en la revista Journal of Building Engineering, que está en el primer decil del JCR, un artículo de revisión sobre el estado actual de los métodos modernos de construcción. Estos métodos, conocidos como “construcción inteligente“, son alternativas a la construcción tradicional. El gobierno del Reino Unido utilizó este término para describir una serie de innovaciones en la construcción de viviendas, la mayoría de las cuales se basan en tecnologías de construcción en fábrica. Este concepto abarca una amplia gama de tecnologías basadas en la fabricación modular, ya sea en el lugar de construcción o en otra ubicación, y está revolucionando la forma en que se construyen edificios de manera más rápida, rentable y eficiente. También se conoce comúnmente como construcción “off-site”. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

El creciente interés por la sostenibilidad, las energías alternativas y los cambios en el estilo de vida debido a la pandemia ha impulsado la fabricación de edificaciones empleando los métodos modernos de construcción (Modern Methods of Construction, MMC), especialmente en el ámbito residencial. Estos métodos, que utilizan tecnologías innovadoras como alternativa inteligente a la construcción tradicional, han sido objeto de un exhaustivo estudio que busca clasificarlos, detectar tendencias y vacíos de conocimiento, y delinear futuras áreas de investigación. El análisis, basado en 633 publicaciones desde 1975 hasta 2022, revela seis grupos temáticos y 18 subcategorías, empleando una novedosa metodología mixta que incorpora el análisis de procesamiento de lenguaje natural (NLP). Si bien se destaca la presencia dominante de herramientas y tecnologías integradas en la Construcción 4.0 y los aspectos de gestión de la industria, también se identifican importantes lagunas de investigación, como la necesidad de aplicar más los MMC en la rehabilitación de edificios y abordar enfoques para mejorar el entorno construido a través del nuevo paradigma del diseño regenerativo. Este estudio exhaustivo ofrece una comprensión más profunda y rigurosa del estado del arte en el campo de la construcción inteligente mediante un mapeo y caracterización de la estructura conceptual del corpus bibliográfico y una evaluación sistemática basada en revisión de literatura. El artículo sugiere que se necesita más investigación para comprender los sistemas de construcción interdependientes mediante el uso de gemelos digitales.

Aspectos destacables:

  • El estudio utiliza aprendizaje automático combinado con una revisión sistemática de la literatura.
  • Se propone una novedosa metodología mixta que incorpora análisis de procesamiento de lenguaje natural.
  • Se recomienda una clasificación recientemente revisada para todos los MMC aplicados en edificios.
  • La literatura sobre MMC se clasificó en seis grandes áreas con 18 subcategorías.
  • Los temas se identifican mediante análisis de bigrama y agrupamiento, además del conocimiento experto.

Podéis descargar el artículo gratuitamente al tratarse de una publicación en acceso abierto:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S235271022300904X?via%3Dihub

Abstract:

The concerns surrounding sustainability, alternative energies, and lifestyle changes due to the pandemic have resulted in a surge in the manufacturing of buildings utilizing Modern Methods of Construction (MMC), particularly in housing. These methods involve using new technologies as smart building alternatives to traditional construction. Against the backdrop of Industry 4.0, there is an urgent need for a systematic literature review of MMCs in building construction to classify them, detect trends and gaps, and outline future research areas. This study analyzed 633 publications from 1975 to 2022 and grouped them into six thematic clusters and 18 subcategories, using a novel mixed methodology incorporating natural language processing (NLP) analysis. The qualitative analysis of the literature indicates that research in the field is dominated by tools and technologies integrated into Construction 4.0 and the industry’s management aspects. However, this review also highlights several gaps in research, including the need for more application of MMC to building retrofitting and the need for approaches to improve the built environment through the new paradigm of regenerative design. The high-level mapping and characterization of the bibliographic corpus’s conceptual structure and the classical evaluation process based on systematic literature review (SLR) have provided a more profound and rigorous state-of-the-art understanding.

Keywords:

Modern methods of construction; Industrialized buildings; Emerging technologies; Construction industry; Machine learning; Systematic literature review

Reference:

SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; GARCÍA, J.; YEPES, V. (2023). A systematic literature review on Modern Methods of Construction in building: an integrated approach using machine learning. Journal of Building Engineering, 73:106725. DOI:10.1016/j.jobe.2023.106725

Como el artículo se encuentra en abierto, os lo podéis descargar aquí:

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