En el año 2010 el CEHOPU (Centro de Estudios Históricos de Obras Públicas) organizó una exposición para dar a conocer al público el nacimiento y primer desarrollo en España de las construcciones de hormigón. Éste es uno de los materiales más característicos del siglo XX, hoy plenamente incorporado a nuestros paisajes cotidianos, a través del acercamiento a las obras y figuras más representativas del panorama constructivo de la época. Se centró en el proceso de introducción y consolidación en España del empleo de este nuevo material en la construcción en el primer tercio del siglo XX, narrado a través de los hitos, las figuras y las obras de arquitectura e ingeniería más destacadas del período comprendido entre 1893 a 1936, coincidiendo con la monarquía de Alfonso XIII y la II República.
De esta exposición, os dejo los vídeos que siguen, que creo son de interés para introducirse en este mundo apasionante. Y para los que queráis saber más, os aconsejo el libro «Los orígenes del hormigón armado en España», de Antonio Burgos Núñez, editado en el 2009 por el Ministerio de Fomento.
El despegue de la construcción hormigonada.
Los inicios, la introducción del hormigón armado en España.
Los muros de contención de tierras son una de las estructuras más habituales en la construcción de obras civiles y de edificación, siendo común la tipología de muro de ménsula de hormigón armado. El proyecto de estos elementos de contención es un problema de interacción entre el suelo y la estructura, cuya finalidad es retener un material de forma segura y económica.
Los muros se proyectan basándose en la validación de un diseño inicial que se modifica sucesivamente hasta cumplir todas las exigencias. En primer lugar, se adopta una geometría previa empleando reglas de predimensionamiento sancionadas por la práctica o referencias de casos similares. A continuación, se analiza si el diseño tentativo cumple con determinados requisitos de seguridad (estabilidad y resistencia) y durabilidad. Si la estructura no cumple estos requisitos o los cumple con mucha holgura, se modifica el esquema inicial y se repite el proceso.
Diseño estructural por el método de prueba y error
En conjunto, esto conforma un panorama de procedimientos artesanales de diseño que están alejados de una metodología objetiva para elegir las dimensiones y los materiales. Estos métodos conducen a proyectos estructuralmente seguros, pero cuya economía depende en gran medida de la experiencia previa del ingeniero. No obstante, una estructura no solo debe cumplir las condiciones de seguridad, calidad y funcionalidad, sino que también debe construirse al menor coste posible.
Algunos trabajos sobre optimización han tratado de resolver el diseño automatizado de estos problemas y buscar soluciones óptimas desde el punto de vista económico y medioambiental. Quienes queráis profundizar en el tema, podéis consultar las referencias.
Para quienes queráis predimensionar rápidamente, os paso una serie de reglas prácticas que creo que son de interés y que permiten realizar presupuestos y encajes rápidos para este tipo de estructuras, siempre dentro de rangos habituales o normales (entre 4 y 10 m). Llamamos altura total a la distancia entre la parte inferior de la zapata y la parte superior del alzado.
“La zapata de un muro tendrá una longitud igual a las dos terceras partes de su altura total. El canto de la zapata y el espesor del alzado serán la décima parte de la altura total. La longitud del talón será la quinta parte de la altura total más 1 metro”.
“El volumen de hormigón necesario será la sexta parte del cuadrado de la altura total, repartido en proporción 3 a 2 entre el alzado y la zapata. Además, se precisan en torno a 60 kg de acero por cada metro cúbico de hormigón”.
YEPES, V.; ALCALÁ, J.; PEREA, C.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2008). A Parametric Study of Optimum Earth Retaining Walls by Simulated Annealing. Engineering Structures, 30(3): 821-830. ISSN: 0141-0296.
YEPES, V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; ALCALÁ, J.; VILLALBA, P. (2012). CO₂-Optimization Design of Reinforced Concrete Retaining Walls based on a VNS-Threshold Acceptance Strategy.Journal of Computing in Civil Engineering ASCE, 26 (3):378-386. DOI: 10.1061/(ASCE)CP.1943-5487.0000140.
Deterioro prematuro del hormigón. Imagen: V. Yepes
La durabilidad de las construcciones es uno de los aspectos clave que preocupa y seguirá preocupando a los técnicos en las próximas décadas. Tras un crecimiento masivo en el sector de la construcción, surgen problemas tan serios como el mantenimiento y la sostenibilidad de las infraestructuras, con el fin de alcanzar los indicadores mínimos de servicio que permitan un uso seguro y adecuado de las mismas. Estamos inmersos, de hecho, en una verdadera «crisis de las infraestructuras», fuertemente relacionada con la crisis financiera, económica, social y ética que nos envuelve en este momento. Todo ello, como podemos ver, está relacionado con la durabilidad, tal y como se expuso en una tesis de máster que dirigí recientemente (Esteve, 2015). Para hablar de los factores que afectan a la durabilidad, primero hay que definir el concepto de durabilidad según la normativa y según diversos autores, así como los conceptos de vida útil, final de la vida útil y rendimiento. También se definen otros conceptos que aparecen en el estudio, como «vulnerabilidad» y «mantenibilidad».
Cayo Julio Lacer, y la leyenda «que durará tanto cuanto el mundo durare», constituye la lección más importante para los ingenieros siempre que se visita el puente de Alcántara (Cáceres).
Durabilidad
La Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-08) define la durabilidad de una estructura de hormigón como “su capacidad para soportar, durante la vida útil para la que ha sido proyectada, las condiciones físicas y químicas a las que está expuesta, y que podrían llegar a provocar su degradación como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el análisis estructural. Una estructura durable debe conseguirse con una estrategia capaz de considerar todos los posibles factores de degradación y actuar consecuentemente sobre cada una de las fases de proyecto, ejecución y uso de la estructura”.
En la norma ISO 15686-1 se define la durabilidad como “la capacidad de los edificios o alguna de sus partes para desenvolver el papel para el cual fueron diseñados durante un período específico bajo la influencia de determinados agentes”.
El concepto de durabilidad también puede ser entendido como la “habilidad que un edificio o componente de un edificio tiene para alcanzar el rendimiento óptimo de sus funciones en un determinado ambiente o sitio, bajo un determinado tiempo sin realizar trabajos de mantenimiento correctivo ni reparaciones” (CSA, 2001).
Algunos autores han intentado ofrecer una definición de durabilidad más completa, teniendo en cuenta los efectos actuales del cambio climático. Es el caso de Mendoza y Castro (2009), que definen la durabilidad como “la capacidad de un material de construcción, elemento o estructura de hormigón de resistir las acciones físicas, químicas, biológicas y ambientales vinculadas al efecto del cambio climático global con su entorno durante un tiempo determinado previsto desde el proyecto, manteniendo su serviceabilidad y conservando su forma original, propiedades mecánicas y condiciones de servicio”. Se entiende por «serviceabilidad» (sic) como la capacidad de un producto, componente, ensamble o construcción para desempeñar las funciones para las cuales son diseñadas y construidas (ACI, 2000).
Vida útil
La Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-08) define la vida útil de una estructura como el “período de tiempo, a partir de la fecha en la que finaliza su ejecución, durante el que debe mantenerse el cumplimiento de las exigencias. Durante ese período requerirá una conservación normal, que no implique operaciones de rehabilitación. La vida útil nominal depende del tipo de estructura y debe ser fijada por la Propiedad previamente al inicio del proyecto”. En esta instrucción, se emplea el término “vida útil” de forma equivalente a como lo hace el Código Técnico de la Edificación cuando hace referencia al “período de servicio”.
Acueducto de los Milagros (Mérida)
En la norma ISO 15686-1 se define la vida útil de un edificio como “el período de tiempo después de la instalación o construcción durante el cual un edificio o sus partes cumplen o exceden los requisitos mínimos de rendimiento para lo cual fueron diseñados y construidos”.
Muchas veces el concepto de vida útil es confundido con el de durabilidad. Según Silva (2001), puede considerarse que la vida útil es la cuantificación de la durabilidad, y por tanto es cada vez más importante que se proyecte y construya teniendo en cuenta criterios de durabilidad para, de ese modo, prolongar la vida útil de las edificaciones.
Algunos autores han propuesto una definición de vida útil o vida de servicio teniendo en cuenta los efectos actuales del cambio climático. Es el caso de Mendoza y Castro (2009), que definen la vida de servicio como el “periodo de tiempo durante el cual el desempeño de un material, elemento o estructura de hormigón conserva los requerimientos de proyecto en términos de seguridad (resistencia mecánica y estabilidad, seguridad en caso de incendio, seguridad en uso), funcionalidad (higiene, salud y medio ambiente, protección contra el ruido y ahorro energético y confort térmico) y estéticos (deformaciones, agrietamientos, desconchamientos), con un mínimo de mantenimiento que permita controlar los efectos del cambio climático global en su entorno”.
Fin de la vida útil
Es difícil determinar cuándo se produce el final de la vida útil de una edificación. Según autores como Talon et al. (2004) “el final de la vida útil llega cuando los materiales o componentes de construcción, una vez instalados y construidos, usados y aplicados a una parte del inmueble, ya no responden a los requerimientos de rendimiento; y cuando por sus fallos físicos ya no es conveniente económicamente seguir con un mantenimiento correctivo para dichos componentes”.
¿Cuál será la vida útil de nuestras modernas infraestructuras? Ciudad de las Artes y las Ciencias (Valencia). Imagen: V. Yepes
Por su parte, otros autores como Gaspar (2002) definen el final de la vida útil de una construcción como un “punto en el tiempo en el cual ésta deja de poder asegurar las actividades que en ella se desarrollan, por obsolescencia funcional, falta de rentabilidad económica o degradación física de sus componentes más determinantes”.
En definitiva, el final de la vida útil se dará cuando los requisitos esenciales dejen de cumplirse. Los requisitos esenciales establecidos en el Código Técnico de la edificación son:
Seguridad estructural.
Seguridad en caso de incendio.
Seguridad de utilización y accesibilidad.
Higiene, salud y protección del medio ambiente.
Protección frente al ruido.
Ahorro de energía.
En la siguiente gráfica, elaborada por Ferreira (2009), se muestra cómo el fin de la vida útil está condicionado por los criterios de seguridad, funcionalidad y aspecto. La seguridad es el criterio más importante, por lo que su nivel de exigencia es superior al de los otros dos. No obstante, en ocasiones el fin de la vida útil puede verse condicionado solo por criterios estéticos o funcionales, como muestra la siguiente figura:
Degradación de las diferentes propiedades de un elemento constructivo (Ferreira, 2009)
Rendimiento
El rendimiento, según la definición de Trinius (2005), “es la capacidad del material para cumplir con sus funciones dentro del sistema edificado, y se puede medir tanto cuantitativamente como cualitativamente, dependiendo de los requerimientos de diseño y de las condiciones de la fase de uso, operación y mantenimiento del inmueble”.
Por su parte, el British Standards Institute define el rendimiento de una edificación como el comportamiento de un producto durante su utilización.
Tal como establece Mairteinsson (2005), tanto la vida útil como el rendimiento dependerán directamente de los factores de uso del material, no solamente de manera aislada, sino de manera integrada al edificio como parte de un sistema completo.
Vulnerabilidad
La vulnerabilidad, según es entendida por Monjo (2007), “es el conjunto de debilidades (procesos patológicos posibles) que presenta un elemento constructivo al quedar expuesto a las acciones exteriores previsibles durante su vida útil”. La vulnerabilidad depende de la calidad del elemento constructivo, es decir. De sus características físicas y químicas, así como de la solución constructiva empleada. Puede considerarse la inversa de la durabilidad.
Según este autor, la durabilidad de un producto de construcción debe establecerse en función del análisis de su vulnerabilidad, y dicha vulnerabilidad depende de una serie de condiciones objetivas que afectan al elemento constructivo:
La función constructiva del elemento en el edificio.
Las acciones externas que actúan sobre el elemento constructivo.
La calidad del producto
Mantenibilidad
La norma ISO/IEC 2382-14 define la mantenibilidad como “la habilidad de una unidad funcional, bajo unas condiciones de uso dadas, para ser mantenidas, o restauradas a un estado en el cual puedan realizar sus funciones requeridas, cuando el mantenimiento es ejecutado bajo condiciones establecidas y utilizando procedimientos y recursos prescritos”.
Por su parte, Chew y Silva (2003) expresan el término mantenibilidad como la habilidad de lograr el rendimiento óptimo a través de la vida útil del edificio con un mínimo coste de ciclo de vida.
Referencias:
ACI American Concrete Institute. (2000). Reported by ACI Committee 365 (365.1R-00), Service-Life Prediction, State-of-the-Art Report.
Chew, M. Y. L.; De Silva, N. (2003). Maintainability problems of wet areas in high-rise residential buildings. Building Research and Information, 31(1), 60-69.
CSA Canadian Standards Association. (2001). Guideline on Durability in buildings. Canadá, S478-95, 9-17.
Esteve, V.F. (2015). Estado del arte de los factores que afectan a la durabilidad de las edificaciones. Trabajo Fin de Máster. Máster en planificación y gestión de la ingeniería civil. Universitat Politècnica de València.
Ferreira, A. F. (2009). Previsão da vida útil de revestimentos de pedra natural de paredes. Instituto Superior Técnico. Lisboa: Universidad Técnica de Lisboa.
Gaspar, P. L. (2002). Metologia para o cálculo da durabilidade de rebocos exteriores correntes. Instituto Superior Técnico. Lisboa: Universidad Técnica de Lisboa.
ISO 15686:2011. (2011). ISO (Ed.), Buildings and constructed assets, service life planning.
Marteinsson, B. (2005). Service life estimation in the design of buildings; a development of the factor method. Tesis Doctoral, KTH Research School, Centre for Built Environment, University of Gävle, Suecia.
Mendoza, J. M., Castro, P. (2009). Credibility of concepts and models about service life of concrete structures in the face of the effects of the global climatic change. A critical review. Materiales de construcción, 59(276), 117-124.
Monjo, J. (2007). Durability vs Vulneravility. Informes de la construcción, 59(507), 43-58.
Silva, T. (2001). Como estimar a vida útil de estruturas projetadas com critérios que visam a durabilidade. II Workshop sobre Durabilidad de las Construcciones, Sao José dos Campos, Brasil, 133-143.
Talon, A., Boissier, D., Chevalier, J. L., & Hans, J. (2004). A methodological and graphical decision tool for evaluating building component failure. CIB World Building Congress, Toronto, Canadá.
Trinius, W. (2005). Performance based building and sustainable construction. CEN Construction Sector Network Conference, Prague.
Resumen—Este estudio convierte el diseño estructural en una optimización de variables discretas. Se propone un algoritmo híbrido de enjambre de luciérnagas para buscar soluciones con menores emisiones totales y anuales. El algoritmo combina la búsqueda colectiva de la optimización de enjambre luciérnagas “glowworm swarm optimization“(GSO) y la capacidad de búsqueda local del umbral de aceptación “threshold accepting” (TA). La estructura propuesta es una viga de hormigón en doble T biapoyada definida por 20 variables. Se estudia la resistencia del hormigón desde 30MPa hasta 100MPa. Esta comunicación propone un método para calibrar los parámetros del algoritmo con independencia de la función objetivo y del tamaño del enjambre. Los resultados muestran que TAGSO consigue diseños de vigas que emiten un 25% menos de CO2. La optimización de las emisiones anuales reduce la cantidad de CO2 al año en un 61% con un incremento total de las emisiones de CO2 del 9%.
Palabras clave-– Enjambre de luciérnagas, algoritmo híbrido, hormigón de alta resistencia, variables discretas.
Referencia: GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; ALCALÁ, J. (2015). Algoritmo híbrido de enjambre de luciérnagas y aceptación por umbrales para diseño de vigas.X Congreso Español de Metaheurísticas, Algoritmos Evolutivos y Bioinspirados – MAEB 2015, 4-6 de febrero, Mérida, pp. 699-705. ISBN: 978-84-697-2150-6.
Cuando en el año 2008 me propusieron dirigir un flamante Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón, lo afronté como un reto. En España, al igual que el resto de Europa, las universidades se encontraban en pleno proceso de adaptación al Espacio Europeo de Educación Superior, derivado de la Declaración de Bolonia. En este proceso, a veces difícil de entender por parte del profesorado universitario, supone un auténtico cambio en la forma de entender y afrontar las enseñanzas universitarias. En relación con la enseñanza de posgrado, no era complicado encontrar cursos de especialización y másteres, impartidos dentro y fuera del ámbito universitario. En muchos casos, el reconocimiento al título al que se llegaba se asociaba sólo a la universidad que lo otorgaba.
En el caso del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón su inicio, en el año 2007, se encuentra en la transformación de una parte significativa de las asignaturas impartidas en el Programa de Doctorado del Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil de la Universidad Politécnica de Valencia. Este Programa de Doctorado en Ingeniería de la Construcción cuenta con Mención hacia la Excelencia. Resulta interesante comprobar que en el ámbito internacional, no existía ni un sólo Máster en lengua española dirigido exclusivamente a la ciencia y tecnología del hormigón, entendida en su sentido más amplio. Al principio el Máster arrancó con 60 créditos ECTS, aunque en la actualidad es un posgrado de 90 ECTS. Sigue dependiendo del Departamento de Ingeniería de la Construcción, aunque la inmensa mayoría de sus profesores pertenecen a la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Valencia. Es un Máster de tipo presencial, con un número de alumnos que oscila entorno a 20-30, lo cual permite una docencia de alta calidad.
El Máster se verificó oficialmente en el año de 2009 por parte de la Agència Valenciana d’Avaluació y Prospectiva (AVAP), habiéndose renovado dicha verificación en este año 2014. Sin embargo, el reto fue afrontar un proceso, de análisis profundo y pormenorizado, para conseguir la acreditación para conseguir el sello EUR-ACE(C). Este sello es una acreditación de calidad concedida por una agencia autorizada por la European Network for Accreditation of Engineering Education (ENAEE) a una universidad respecto a un título específico de Ingeniería de grado o máster evaluado según una serie de estándares definidos, de acuerdo con los principios de calidad, relevancia, transparencia, reconocimiento y movilidad contemplados en el Espacio Europeo de Educación Superior. El pasado julio, el Consejo de Administración de la ENAEE concedió a la Agencia Nacional de Evaluación de la Calidad y Acreditación (ANECA) junto con el Instituto de la Ingeniería de España (IIE), la autoridad para evaluar y otorgar el sello EUR-ACE a títulos de grado y máster en Ingeniería. Los primeros sellos EUR-ACE en España son los que se entregan en la jornada del 29 de septiembre, en la que participan, entre otros, Rafael van Grieken, director de ANECA; Manuel Moreu, presidente del Instituto de la Ingeniería de España; y Bernard Remaud, presidente de ENAEE.
Para nosotros, alumnos y profesores, es un auténtico privilegio estar entre los primeros nueve Títulos en Ingeniería acreditados con este sello de calidad. El camino no ha sido fácil, os lo puedo asegurar. Ha sido muy duro convencer a la Comisión de Acreditación de que nuestro Máster presenta la elevada calidad que han exigido. Nuestros puntos fuertes, profesorado e instalaciones, han empujado en este sentido. En este momento nos quedan retos por afrontar, puesto que esta acreditación hay que afianzarla en los próximos años.
Parece evidente que, ante una proliferación y falta de claridad en la oferta de títulos universitarios en el ámbito español y europeo, este tipo de verificaciones pueden discriminar y poner cierto orden, estableciendo cierta jerarquía y propiciando que los mejores alumnos estén informados y cursen aquellos títulos que les aporten mayor valor añadido. El tiempo nos dirá hasta qué punto estas iniciativas han tenido éxito.
Los pavimentos de hormigón más habitualmente empleados son los de hormigón en masa con juntas y, en menor proporción, los de hormigón armado con juntas (en los que el armado puede realizarse tanto mediante armadura convencional como con fibras metálicas). En función de su posición con respecto al avance del hormigonado, las juntas en un pavimento de hormigón se pueden clasificar en juntas longitudinales, paralelas a dicho avance, y en juntas transversales, perpendiculares a él. Os recomiendo la Guía Técnica de IECA sobre el diseño y la ejecución de juntas en pavimentos y soleras de hormigón.
También recomiendo la videoconferencia sobre el diseño y la ejecución de juntas en pavimentos de hormigón, cuyo ponente es César Bartolomé, director del Área de Innovación de IECA. Espero que os guste.
Referencias:
IECA (2012). Firmes de hormigón en carreteras. Guías técnicas. Firmes y explanadas.
KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Universidad Politécnica de Madrid, Madrid.
Figura 1. Desencofrado de un pilar. Fuente: https://arquitecturadc.es/?p=11779
Se denomina desencofrado a las operaciones que tienen por objeto el desmontaje del encofrado. Los elementos del encofrado se retiran, sin golpes ni sacudidas, cuando el hormigón alcanza la resistencia suficiente para evitar deformaciones excesivas ni fisuración prematura. Son muchos los sistemas de encofrado que se utilizan en la ejecución de estructuras de hormigón armado para dar solución a las necesidades que nos exige la obra. En cualquier caso, a la hora de proceder a la manipulación, montaje y desmontaje de estos elementos, los riesgos y las medidas de prevención a aplicar son muy similares.
Las operaciones de desencofrado dependen:
1. Del propio elemento que se ha encofrado.
2. Del tipo de cemento usado en el hormigón.
3. De las condiciones ambientales.
4. Otras condiciones.
Cuando se elabore un encofrado, habrá de tenerse en cuenta la posterior operación de desencofrado, por lo que los elementos empleados serán concebidos de forma que su retirada sea la menos complicada y peligrosa posible. Asimismo, es fundamental que las operaciones de desencofrado sean efectuadas por los mismos operarios que hicieron el encofrado, usándose los mismos medios auxiliares utilizados en el encofrado, disponiéndose de los andamios o plataformas elevadoras necesarias para el acceso a los puntos de enganche del encofrado y para la retirada de los elementos de arriostramiento entre paneles. Además, en el caso de forjados, deben permanecer los huecos siempre tapados para evitar caídas a distinto nivel.
El desencofrado deberá planificarse atendiendo a las previsiones del fabricante, de forma que si por ejemplo no lo permiten las instrucciones de montaje, se prohibirá la retirada de varios paneles en un mismo paño de forma simultánea, pues los arriostramientos entre los mismos pueden no estar dimensionados para soportar los esfuerzos derivados de dichas maniobras. En el caso de muros in situ, el desencofrado se realiza de forma inversa al encofrado, de forma que cada panel al que se retiren los arriostramientos deberá ser inmediatamente retirado, evitándose dejar paneles en vertical.
Los encofrados deben mantenerse en su posición hasta que el hormigón no adquiere la resistencia necesaria para soportar su propio peso y el de las cargas permanentes o temporales que sobre él actúen (con un margen suficiente de seguridad), durante la construcción de la estructura. Este periodo de tiempo debe aumentarse con temperaturas bajas o corrientes de aire que puedan producir una rápida desecación de la superficie.
Se utilizarán uñas metálicas para separar los encofrados del hormigón, procediéndose desde el lado del que no pueda desprenderse el panel y evitando la práctica de tirar con los equipos de elevación. Esta acción puede resultar extremadamente peligrosa para los trabajadores situados en las inmediaciones.
Además, conviene recordar a los encofradores que la operación de desencofrado, no estará concluida hasta que el encofrado esté totalmente limpio de hormigón, puntas, latiguillos, etc., y debidamente apilado en el lugar designado. Se retirarán todos los elementos de encofrado que impidan el funcionamiento de diseño de la estructura (juntas de dilatación, articulaciones, etc.). Por otro lado, los elementos de apeo y encofrado deberán acopiarse de forma ordenada a medida que se realiza el desmontaje para garantizar el orden y limpieza del tajo.
El vídeo que os presento, financiado por la Comunidad de Madrid, se centra en las labores de desencofrado, trabajo siempre peligroso, pero que si ejecutan de forma ordenada y planificada, harán mínimo el riesgo de accidentes.
En este otro vídeo, de la Fundación Laboral de la Construcción, se describen los principales riesgos y medidas preventivas en los trabajos de encofrado y hormigonado.
Referencias:
Fundación Agustín de Betancourt (2011). Sistemas de encofrado: análisis de soluciones técnicas y recomendaciones de buenas prácticas preventivas. Comunidad de Madrid, 130 pp. Enlace
Fernández, R.; Honrado, C. (2010). Estudio de las condiciones de trabajo en encofrado, hormigonado y desencofrado. Junta de Castilla y León, 68 pp. Enlace
OSALAN (2007). Guía práctica de encofrados. Instituto Vasco de Seguridad y Salud Laborales, 200 pp. Enlace
INSHT. Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo. Colección de Legislación en materia de Prevención de Riesgos Laborales.Enlace
REAL DECRETO 2177/2004, de 12 de noviembre, por el que se modifica el Real Decreto 1215/1997, de 18 de julio, por el que se establecen las disposiciones mínimas de seguridad y salud para la utilización por los trabajadores de los equipos de trabajo, en materia de trabajos temporales en altura. BOE nº 274 13-11-2004. Enlace
Figura 1. Secciones de pilotes prefabricados pretensados. http://www.ingeniero-de-caminos.com/
Los pilotes prefabricados pretensados se emplean en cimentaciones profundas y como anclajes en obras terrestres y en obras marítimas. Estos pilotes presentan una mayor resistencia a flexión y a tracción que los pilotes de hormigón armado, por lo que se usan en obras en las que es necesario resistir esfuerzos horizontales grandes (muelles, pantalanes, zonas sísmicas) o de tracción (macizos de anclaje, muros, etc.).
La resistencia a tracción es igual a la fuerza del pretensado. Por su menor presencia de fisuras, también están recomendados en suelos agresivos o contaminados, además de no verse afectados por el nivel freático. Otro caso de utilización se da en terrenos muy blandos, en los que durante el proceso de hinca se pueden generar en el pilote esfuerzos importantes a tracción que son absorbidos por la precompresión inicial debida al pretensado.
Figura 2. Planta de prefabricados de pilotes de hormigón pretensado. Fuente: http://www.sciaust.com.au/
Los pilotes prefabricados de hormigón pretensado pueden tener secciones huecas o macizas, siendo estos últimos, en general, de menor sección que los tubulares. Los pilotes de sección tubular suelen ser cilíndricos, aunque también se suministran con sección octogonal y cuadrada aligeradas mediante hueco circular para disminuir el peso. El hueco central suele ser utilizado para introducir los sistemas de instrumentación. Los diámetros usuales oscilan entre los 0,60 y 1,60 m, con espesores mínimos de pared de 10 cm, siendo, en general, más largos y de mayor sección que los pilotes de hormigón armado prefabricados.
Los pilotes pretensados de sección maciza suelen ser cuadrados u octogonales y en general de dimensiones similares a los prefabricados de hormigón armado. Su configuración es similar a la de los pilotes prefabricados de hormigón armado, solo que sustituyendo la armadura longitudinal por cables o alambres de pretensar. La armadura longitudinal es en general armadura de mínimos, normalmente del 2% de la sección de hormigón.
Tipos de pilotes pretensados
Pilotes prefabricados pretensados con alambres adherentes. Los pretensados (pre-tensión) se ejecutan de una sola pieza en las bancadas de las plantas de prefabricación. Las secciones más típicas son la cuadrada y la hexagonal. Estos pilotes están provistos de un azuche metálico en la punta para protegerla en el proceso de hinca. Para grandes longitudes de pilote se dispone una junta de empalme que permite unir diferentes tramos hasta alcanzar la profundidad deseada. Las juntas deben estar diseñadas para resistir mayores solicitaciones que el propio pilote. Los elementos de conexión se ajustan y se protegen de la corrosión. Una vez conectados se consigue una pretensión que asegura la transmisión de esfuerzos.
Pilotes prefabricados con armadura postesa. Los postesados se ejecutan en tramos que son ensamblados hasta obtener la longitud deseada y postesados mediante gatos en una planta o en la propia obra. La más común es la sección anular (pilote tipo Raymond). Estos pilotes se construyen mediante centrifugado y permiten un fácil acceso para su inspección. La sección anular presenta un menor peso propio, con un gran momento de inercia y radio de giro. La longitud de estos pilotes puede llegar a 60 m, con una sección de hasta 1,50 metros.
Figura 3. Pilotes pretensados. Fuente: http://www.pilingcontractors.com.au/
La armadura transversal está formada por armadura pasiva colocada en espiral con mucha mayor densidad en la cabeza y en la punta debida a las necesidades de zunchado del hormigón durante el proceso de hinca.
Figura 4. Empalme de pilote prefabricado pretensado (Terratest). Fuente: http://www.fontdarquitectura.com/productos/cimentaciones/pilotes/588
Los pilotes pueden fabricarse de una pieza o en tramos empalmables según las necesidades de la obra. Las uniones entre tramos de pilotes pretensados son en general más complejas que las de hormigón armado. También es posible empalmar un mismo pilote tramos pretensados con armados, en función de las solicitaciones. El corte de los pilotes pretensados por pre-tensión tubulares es sencillo y se realiza mediante sierras circulares para hormigón armado.
Los importantes esfuerzos que se generan en la punta del pilote durante el proceso de hinca hacen necesario el refuerzo en la misma. La punta puede haber sido hormigonada con forma plana, cónica o piramidal o añadir azuches metálicos específicos para determinado tipo de terrenos.
La fabricación de los pilotes pretensados tubulares se ejecuta en planta de prefabricación mediante centrifugado. Utilizando el curado al vapor en cámaras, se pueden hincar pilotes a las 72 horas de su fabricación.
Los pilotes de hormigón pretensado poseen una mayor durabilidad que los de hormigón armado gracias a la limitación de aberturas de fisuras por el pretensado. No obstante, en ambientes muy agresivos (marinos, suelos orgánicos, zonas industriales, etc.) en los que se favorece la corrosión de las armaduras, el hormigón suele ser tratado con cementos especiales o incluso revestimientos protectores en general de origen bituminoso.(p. ej. brea-epoxi). Estos revestimientos se pueden aplicar a todo el fuste o solo en el tramo del pilote en el que se prevea ambiente agresivo.
Para completar la información sobre este tema, os dejo a continuación un enlace de Carlos Fernández Tadeo que indica cómo realizar un control de calidad completo de su construcción, http://fernandeztadeo.com/WordPress/?p=2647
A continuación podéis ver un vídeo Polimedia donde se explica este tipo de pilote.
También os dejo un vídeo donde se explica la fabricación de pilotes de sección circular.
[politube2]65098:450:358[/politube2]
Aquí podemos ver el proceso de fabricación.
Os dejo un vídeo interesante sobre el procedimiento constructivo, en este caso, en el nuevo aeropuerto de México.
A continuación os dejo el catálogo de pilotes prefabricados y pretensados TERRA de Terratest.
ALCALÁ, J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; RODRÍGUEZ-FACUNDI, A. (2014). Optimización de forjados de losa pretensada utilizando criterios económicos y de sostenibilidad.VI Congreso de ACHE, 3-5 de junio, Madrid. ISBN: 978-84-89670-80-8.
RESUMEN
En ese trabajo se muestran las características principales de los forjados de losa postesa obtenidos con técnica heurísticas de optimización estructural. Estos métodos de optimización permiten una definición completa de la estructura, pudiéndose encontrar diseños completos de forjados optimizados tanto con criterios de economía como de sostenibilidad. Los resultados obtenidos en este trabajo muestran una clara tendencia a disponer cantos muy estrictos en los resultados óptimos. Aplicando criterios de sostenibilidad se tiende a hormigones de mayores resistencias que con criterios económicos. Finalmente se han realizado pruebas de sensibilidad a los precios, que muestran mucha independencia de los forjados óptimos frente a las variaciones de precios ensayadas.
En este trabajo se describe una metodología para minimizar las emisiones de CO₂ y los costes de puentes de carretera de vigas de hormigón pretensado prefabricadas con sección transversal en doble U. Para ello se ha utilizado un algoritmo híbrido de optimización por enjambre de luciérnagas (glowworm swarm optimization, GSO) y el recocido simulado (simulated anneling, SA), que se ha denominado SAGSO. La estructura se define por 40 variables, que determina la geometría, los tipos de materiales y las armaduras de la viga y de la losa. Se emplea hormigón de alta resistencia autocompactante en la fabricación de las vigas. Los resultados suponen para los ingenieros proyectistas una guía útil para el predimensionamiento de puentes prefabricados de este tipo. Además, los resultados indican que, de media, la reducción de 1 euro en coste permite ahorrar hasta 1,75 Kg en emisiones de CO₂. Además, el estudio paramétrico realizado muestra que las soluciones de menor coste presentan un resultado medioambiental satisfactorio, que difiere en muy poco respecto a las soluciones que provocan menores emisiones.
Resultados interesantes:
El coste C, en euros, y las emisiones de CO₂, en kg varían de forma parabólica con la luz (L) del vano, en metros:
C=48.088L2+613.99L+31139
kgCO2=63.418L2+2392.3L+13328
Si se minimiza el coste, también se reducen las emisiones de CO₂, de forma que el ahorro en 1 euro equivale a ahorrar 1,75 kg de CO₂.
La esbeltez de los puentes de mínimo coste (L/18.08) y de mínimas emisiones (L/17,57) siempre son inferiores a L/17.
El espaciamiento entre las vigas se sitúa en torno a 5,85 m, oscilando entre 5,65 y 5,95 m.
Las estructuras de coste mínimo precisan 42,35 kg/m² de armadura pasiva, mientras que si se optimizan las emisiones, se necesitarían 37,04 kg/m².
Sorprende observar que, aunque parece que el hormigón de alta resistencia sería el adecuado para el prefabricado de las vigas, las estructuras óptimas se alejan de este supuesto. De hecho, el hormigón para el coste mínimo en las vigas prefabricadas oscila entre 40 y 50 MPa, alejado de los 100 MPa que permitía la optimización.
Por último, un análisis de sensibilidad de costes en los resultados optimizados indica que un aumento del 20% en los costes del acero haría que el coste total de la estructura aumentara un 10,27%, disminuyendo el volumen de acero empleado. Sin embargo, si sube un 20% el precio del hormigón, el coste total únicamente subiría un 3,41% y no variaría apenas el volumen consumido de hormigón.
Referencia:
YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2014). Cost and CO2 emission optimization of precast-prestressed concrete U-beam road bridges by a hybrid glowworm swarm algorithm.Automation in Construction, 49:123-134. DOI: 10.1016/j.autcon.2014.10.013 (link)
