Prefabricados en concreto: enfrentando las amenazas naturales

Jaime Gomezjurado Sarria

Juan Carlos Cuenca Armella

Manufacturas de Cemento S.A.

Introducción

Las estructuras prefabricadas en concreto son una alternativa eficiente y eficaz para reconstruir la infraestructura deteriorada después de los desastres naturales y en general para rehabilitar las edificaciones públicas y privadas. Existen prefabricados que pueden ser instalados rápidamente para dotar las áreas afectadas de edificaciones tales como escuelas, albergues y viviendas, que permiten restaurar las comodidades de la población afectada en muy corto tiempo, así como estructuras prefabricadas para restablecer rápidamente la infraestructura necesaria para asegurar la prestación de servicios y la actividad económica, los cuales han sido utilizados con mucho éxito en la atención de desastres naturales; ejemplo de esto es la reconstrucción de autopistas en plazos menores a tres meses después del terremoto de Los Angeles (USA) de 1994 y la reconstrucción del puente Parson de 2.6 kilómetros de longitud en un periodo record de 6 meses después del paso del huracán Katrina por Nueva Orleans (USA) en el año 2005.

El presente artículo presenta algunos ejemplos de los prefabricados que se pueden emplear para asegurar la estabilidad de taludes y para restablecer la infraestructura vial deteriorada después de los desastres naturales ocurridos en el país recientemenete, prefabricados que también pueden ser utilizados para disminuir los plazos y reducir los costos de construcción de las obras nuevas, tales como muros con contrafuerte, las obras complementarias para las carreteras, los falsos túneles en arco y los elementos de protección de taludes, que resultan muy útiles a la hora de prevenir deslizamientos sobre las vías.

Se dejan por fuera del alcance de este artículo, los postes para líneas de energía y telecomunicaciones, los sistemas de transporte y saneamiento de agua, los elementos preesforzados de concreto para tablestacado y algunos prefabricados ampliamente utilizados en carreteras, tales como los muros de tierra armada, los muros de contención con piezas de concreto y los puentes prefabricados. Tampoco se presentan alternativas relacionadas con edificaciones prefabricadas, las cuales son una herramienta útil para atender desastres y podrían convertirse en la mejor solución para la reconstrucción de las áreas azotadas por la naturaleza y para la construcción de edificaciones nuevas en los países de América Latina, en la medida que la industria de prefabricados incursione con nuevas tecnologías y se fortalezca el mercado para la construcción de vivienda y edificaciones prefabricadas.

Características del concreto utilizado en los prefabricados que se detallan.

El común denominador de los prefabricados que a continuación se describen es la utilización de concreto de resistencia a compresión acelerada, la cual generalmente oscila entre 35 MPa y 60 MPa, lo cual permite que puedan ser transportados e instalados a los 7 días de fabricados. La consistencia del concreto depende del sistema de fabricación que se utilice, por lo que dependiendo de la aplicación se utilizan mezclas que pueden ser extremadamente secas (sin asentamiento) hasta concretos autonivelantes, con relaciones agua/material cementante que se seleccionan dependiendo de las condiciones de exposición a los agentes agresivos en las que estará instalado el prefabricado y con dosificaciones de aditivos que dependen de las propiedades en estado fresco y endurecido requeridas por el sistema de fabricación. Aunque generalmente se utiliza cemento de alta resistencia inicial o tipo III, según la aplicación del prefabricado se utilizan otras clases de cemento gris o blanco y se acostumbra adicionar cementantes para aumentar la durabilidad. La textura, el color y el acabado superficial son variables importantes en los prefabricados, por lo que en el diseño de mezcla se adoptan previsiones para asegurar que la apariencia de los prefabricados cumpla con las expectativas de uso.

Características de los prefabricados

Peso y tamaño

El peso y tamaño de los prefabricados está limitado por la capacidad de los equipos para izar que se dispongan en la obra para su instalación. Aunque lo ideal es tener el mínimo número de conexiones entre los elementos prefabricados, en muchos casos no es posible instalar un elemento prefabricado monolítico. Adicionalmente, el peso y tamaño de los prefabricados depende de la carga máxima por eje permitida para el vehículo de transporte, las restricciones de altura y ancho, así como del trazado de las vías desde la planta de prefabricados de concreto hasta el sitio de la obra, porque por ejemplo curvas muy cerradas podrían impedir el giro de vehículos articulados utilizados para el transporte de prefabricados de gran longitud.

Recubrimiento de acero

El recubrimiento mínimo del acero se especifica en función de las condiciones de uso del prefabricado, y puede variar desde 19 mm para obras complementarias para carreteras hasta 40 mm para elementos prefabricados que se instalen en ambientes agresivos. Las tolerancias en la colocación del acero de refuerzo son más estrictas que las que se aceptan en la construcción del mismo tipo de elementos en obra. Para algunos prefabricados, tales como los pasos a desnivel y puentes de luces cortas se especifica una variación máxima de ± 1,2 cm con relación a lo establecido en los planos de taller, por lo que se requieren estrictos controles de proceso durante la figuración y la colocación del acero.

Especificaciones y alineación entre prefabricados

Con el propósito que las conexiones entre prefabricados funcionen adecuadamente y que se conserve la estética y la funcionalidad de los prefabricados y dependiendo de su uso; se adoptan, especificaciones para la apariencia del concreto, la alineación vertical y horizontal de los elementos, el paralelismo entre las caras de los elementos que se ensamblan, el tamaño de los elementos en diferentes secciones, la posición de los elementos de conexión y los pases para instalaciones. En la mayoría de los prefabricados, la máxima desalineación admisible es de un milímetro por cada metro de longitud y las caras de los elementos que se ensamblan deben caer dentro de planos paralelos con desviaciones máximas de 0.5^o, por lo que para la fabricación de estos elementos se deben utilizar formaletas robustas que no se desajusten con el uso.

Instalación

En términos generales el proceso constructivo para todas las aplicaciones de prefabricados que aquí se presentan consiste en alistar el terreno, colocar o vaciar la cimentación e instalar y conectar en secuencia ordenada los prefabricados, lo cual se traduce entre otros beneficios en reducción del tiempo de ejecución de obras, uso poco intensivo de mano de obra, aseo durante la construcción, alto estándar de calidad y bajo costo.

Los prefabricados de concreto se levantan y manipulan utilizando estrobos, cuerdas o cadenas que se conectan con bulones o se pasan por perforaciones, todos ellos dispuestos en las paredes del concreto en puntos que aseguran la estabilidad del elemento una vez es levantado para que este pueda ser llevado a la posición en la que debe quedar instalado y en caso de tener conexiones estas puedan ser realizadas. El número de bulones o perforaciones depende del peso y la geometría del prefabricado, pero para la mayoría de los prefabricados se pueden utilizar de dos a seis puntos.

La cimentación vaciada en la obra o prefabricada, requiere mucha precisión por cuanto de esto depende que se puedan hacer rápidamente las conexiones, que no se presenten demoras durante la ejecución de la obra y que se obtenga un buen desempeño estructural.

Descripción de los prefabricados

Muros con contrafuerte

Estos muros prefabricados, que consisten en un sistema de pantalla a la cual desde la fabricación se adosan contrafuertes, las cuales se unen con la zapata para generar un conjunto monolítico, trabajan de manera similar a un muro de contención vaciado en obra y se utilizan para la protección y estabilización de taludes, así como en los estribos para puentes y en los deprimidos.

Con la zapata previamente preparada, se procede a la colocación y apuntalamiento de cada uno de los elementos prefabricados. Estando todos estos colocados, se vierte concreto para generar la unión entre el prefabricado y la zapata, generando así la estructura monolítica equivalente al muro tradicional hecho en obra. Cuando el conjunto formado por la zapata y los paneles prefabricados alcanza las resistencias requeridas, se puede empezar con el vuelco y compactación de las tierras.

Ventajas:

No requiere de mucha excavación, ya que se puede disminuir la profundidad y las dimensiones de la zapata si se compara con la diseñada para un muro hecho en obra.
Los módulos prefabricados pueden diseñarse casi de cualquier altura y ancho, siendo la capacidad y facilidad de transporte el condicionante principal para tener restricciones por geometría.
La cantidad de concreto por metro cuadrado de muro disminuye considerablemente debido al aligeramiento que proporciona el sistema de contrafuertes.
Se disminuye los metros cúbicos a verter en obra, con lo cual se consiguen obras más limpias y seguras.
Manteniendo un ritmo óptimo de trabajo, con módulos prefabricados de dos metros y medio de ancho y altura de doce metros, se puede pensar en instalar de ocho a diez paneles en jornadas de ocho horas, con lo cual, se estipula la consecución de veinte a veinticinco metros lineales de muro por turno.
Enfrentando éste sistema de muro y colocándolos como estribos, se pueden fabricar tableros con vigas y losas, prefabricadas, y estructurar obras de paso, falsos túneles o puentes.

2. Obras complementarias para las carreteras

Las obras complementarias para asegurar el funcionamiento y estabilidad de carreteras pueden realizarse mediante el uso de prefabricados de concreto, los cuales permiten desarrollar los proyectos de manera muy rápida, algunos de los prefabricados más ampliamente utilizados para el manejo de agua son los Box culvert y los tubos carreteros, elementos que en caso de creciente de ríos pueden ser utilizados para abrir el paso de manera temporal de carreteras que han quedado interrumpidas por el agua . Por otra parte, las bermas y cunetas prefabricadas pueden entrar en servicio una vez son instaladas de manera que independientemente de las condiciones climáticas se permite la apertura inmediata de carreteras. Las barreras de seguridad prefabricadas en concreto frecuentemente se utilizan en la rehabilitación y construcción de carreteras porque debido a su versatilidad permiten el avance rápido de la obra y cumplen con la función de minimizar los efectos de los accidentes. Adicionalmente, en las zonas en que son requeridas barreras para aislar el ruido generado en las autopistas está la alternativa de utilizar barreras acústicas prefabricadas las cuales pueden hacerse con diferentes acabados arquitectónicos .

Ventajas

Los prefabricados para obras complementarias son muy durables y fáciles de instalar.
El rendimiento de instalación es alto.
No se interrumpen las actividades de la ruta crítica de la construcción.
Se asegura el cumplimiento de las dimensiones de la sección.

3. Falsos túneles en arco

En terrenos con problemas de estabilidad, una alternativa es construir falsos túneles, que consisten en realizar la excavación a cielo abierto del cajón del túnel, para luego colocar arcos prefabricados de concreto que conforman la estructura, los cuales son cubiertos con material de relleno, el cual se compacta de manera simétrica a lo largo del túnel. Los arcos se ensamblan generando entrabe entre las piezas, sus juntas se sellan y se realiza el vaciado de una viga que proporciona monoliticidad al conjunto. Los arcos pueden ser de una sola sección o de dos secciones que se apoyan en una cimentación o riel de concreto, la cual también puede ser prefabricada. En la clave el prefabricado trae unos cercos de acero, que se unen con el de la pieza enfrentada y con las juntas de las piezas que las suceden, para luego fundir una viga de amarre, generando una estructura monolítica que soporta cargas por el concepto del arco. Los arcos de dos secciones tienen un cabecero metálico con sistema de machihembrado, el cual, al enfrentarse con la pieza opuesta se produce una estabilización del conjunto.

La cara de acceso y salida del túnel lleva una fachada que permite garantizar la estabilidad del talud superior. Este sistema también se utiliza para obras de pasos a desnivel y conducción de agua.

Ventajas:

Obras de paso con menor cantidad de concreto pero con las mismas prestaciones de elementos fundidos en sitio.
Rapidez en la instalación, se pueden conseguir rendimientos de quince a veinte metros lineales diarios de falso túnel.
Estructuras mucho más atractivas a la vista.

4. Elementos de protección de taludes

En este grupo de prefabricados se incluyen elementos de pequeño tamaño utilizados para el manejo de aguas superficiales y la protección de los taludes, tales como los utilizados para las zanjas de coronación y las bajantes de talud.

4.1 – Zanja de coronación

En la construcción de canales, para evitar la socavación de los taludes y las filtraciones que desestabilizan los taludes de corte en las vías, se acostumbra utilizar tubos de concreto segmentados longitudinalmente a la mitad o elementos prefabricados en forma trapezoidal cuyo diámetro y sección dependen de las condiciones hidrológicas. Estos prefabricados permiten encausar el agua y llevarla hacia el sitio de conducción o entrega sin escalonamientos, evitando el arrastre del material que conforma el talud.

4.2 – Bajantes de talud

Las aguas acumuladas en la parte alta de los taludes se pueden conducir por estructuras prefabricadas disipadoras de energía a las quebradas más cercanas, estas estructuras son de geometría trapezoidal, lo cual permite funcionar como elemento auto portante para encausar el agua que baja de las laderas o taludes con fuertes pendientes, estos se interconectan y se adaptan fácilmente a la pendiente o perfil, evitando la erosión y manteniendo la estabilidad.