Noticreto 75

Número 75

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LA TORRE AGBARUn Nuevo Hito para BarcelonaAPLICACIÓN DE TÉCNICASNO CONVENCIONALES EN PUENTESPuente de Tercer Nivel

PUENTES URBANOS POR DOVELASNovedad en Colombia



CONTENIDOTarifa postal reducida 670 - ISSN 0120-8489

CONTENIDO

Publicación de la Asociación Colombiana de Productores de Concreto con carácter técnico e informativo para el sector de la construción. Resolución Ministerio de Gobierno 00590del 3 de marzo de 1987. Tarifa postal reducida 670 de la Administración Postal Nacional, Adpostal. Porte pagado No. 76. - ISSN 0120-8489. Suscripciones disponibles a través desolicitud directa a Asocreto con un costo de: dos años (8 revistas) $60.000, un año (4 revistas) $35.000 en Colombia y fuera del país con un valor de US$80 pagaderos mediantecheque o cualquier tarjeta de crédito nacional. Universidades, por intermedio de Facultades de Arquitectura o Ingeniería y bibliotecas técnicas adscritas a entidades interesadas enel sector de la construcción, podrán solicitar una suscripción gratuita en cada caso a Asocreto. La información, conceptos u opiniones expresados en esta publicación, tanto en losartículos como en las pautas publicitarias, y el uso que se haga de ellos, no representan responsabilidad alguna para Asocreto o Noticreto, ni para el autor o su empresa. Lainformación y conceptos deben ser utilizados por las personas interesadas bajo su criterio y responsabilidad. Sin embargo, se entiende que cualquier divergencia con lo publicadoconstituye un interés para Asocreto, por lo cual se agradecerá el envío de las correspondientes sugerencias. Se autoriza la reproducción total o parcial de los artículos de la revista,únicamente con previa autorización escrita de la Asociación Colombiana de Productores de Concreto - ASOCRETO, citando fuentes, edición y fecha de publicación.

La Asociación Colombiana de Productores de Concreto está formada por: Armenia: Holcim Premezclados S.A., Concretos de Occidente • Barranquilla: Agrecón - Agregados yConcretos S.A., Cemex Concretos de Colombia S.A., Holcim Premezclados S.A. • Bogotá: Holcim Premezclados S.A., Metroconcreto, Cemex Concretos de Colombia S.A. • Bucaramanga:Concretos Premezclados S.A., Cemex Concretos de Colombia S.A., Metroconcreto • Buenaventura: Holcim Premezclados S.A. • Cali: Concretos de Occidente Ltda., HolcimPremezclados S.A., Cemex Concretos de Colombia S.A. • Cartagena: Agrecón - Agregados y Concretos S.A., Holcim Premezclados S.A. • Cúcuta: Cemex Concretos de Colombia S.A.• Ibagué: Cemex Concretos de Colombia S.A. • Manizales: Concretos de Occidente • Medellín: Metroconcreto S.A., Concretos Premezclados, Cemex Concretos de Colombia S.A. •Montería: Agrecón - Agregados y Concretos S.A.• Neiva: Cemex Concretos de Colombia S.A. • Nobsa: Holcim Premezclados S.A. • Pereira: Concretos de Occidente, Cemex Concretosde Colombia S.A. • Popayán: Concretos de Occidente • Tunja: Holcim Premezclados S.A. • Santa Marta: Agrecón - Agregados y Concretos S.A. • Sincelejo: Agrecón - Agregados yConcretos S.A. • Sumapaz: Cemex Concretos de Colombia S.A. • Tuluá: Holcim Premezclados S.A. • Valledupar: Agrecón - Agregados y Concretos S.A. • Villavicencio: CemexConcretos de Colombia S.A., Metroconcreto

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LIBROS Y EVENTOS

MAQUINARIA Y PRODUCTOS

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PUENTE URBANO POR DOVELAAv. Suba con Boyacá. Bogotá

MAYO - JULIO 2005 No. 75

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EDICIÓN ESPECIALTecnologías no convencionales

PUENTES URBANOS POR DOVELASNovedad en ColombiaIng. Gregorio Rentería

TÉCNICAS NO CONVENCIONALES EN PUENTESPuente de tercer nivel Calle 92 con AutopistaIng. Germán Escobar LópezIng. Guillermo Corredor Colorado

TÉCNICAS NO CONVENCIONALESDE REHABILITACIÓNDr. Ing. Enio J. Pazini Figueiredo

LA TORRE AGBAR. Un nuevo hito para BarcelonaArq. Robert BrufauArq. Augustí ObiolIng. José Ramón SoléArq. Jairo de la Cruz

SISMOS Y MAREMOTOSUn antiguo reto para la humanidadParte IIng. Alberto Sarria Molina

VICON,Una gran ideaIng. Konstantin Sobolev

LAS JUNTAS FRÍAS EN EL CONCRETOMás allá de un simple problema estéticoDr. Ing. Juan José Howland AlbearIng. Ana Rosa Martín Acosta

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BOGOTÁCalle 102 No. 16-40

Tels. (571) 6180018-6181819A.A. 093819 Fax: (571) 623 42 05

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Nelson Parra Parra Presidente AsocretoJosé Miguel Paz Viveros Director AsocretoAndrea Paola Gómez B. Directora NoticretoAndrés Santacruz Mera Investigación y Desarrollo

Editorial

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NOVEDAD EN COLOMBIA

PUENTES URBANOSPOR DOVELAS

ANTECEDENTES

L as características y necesidades

especiales que se presentaban en

la intersección de la Avenida Suba

con la Avenida Boyacá, en la ciu-

dad de Bogotá, requerían de una solución

diferente a las estructuras convencionales.

¿Cuáles fueron las condiciones especiales?• Siendo una zona totalmente urbana y con alta densidad de construcciones costo-

sas, el trazado del nuevo proyecto exigía ubicarse dentro de la zona de predios, yesto representaría que el trazado de la estructura elevada del puente tuviera undiseño geométrico vial, con curvas horizontales y verticales, sumado al cambio deperaltes simultáneos.

• El ángulo agudo (esviaje) con el cual se cruzan las dos avenidas es tan pequeñoque, para pasar una calzada elevada de solo 10 m de ancho, se requiere de una luzo longitud de vigas de 40 m en adelante. Esta luz restringe el tipo de estructura.

• Por debajo de los puentes cruzan seis diferentes vías de dos y tres carriles, endistintas posiciones, obligando a que la ubicación de las columnas esté definida y

PUENTES URBANOSPOR DOVELAS

Detalle de los carros-formaleta a ambos lados de la columna o pila.

POR: ING GREGORIO RENTERÍA

GREGORIO RENTERÍA - INGENIEROS

FOTOGRAFÍA VISTA GENERAL DEL AVANCE DE LA CONSTRUCCIÓN

DE LOS PUENTES PÁG.18 CORTESÍA PERIÓDICO EL ESPECTADOR

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restringida a la posición de los separadores de tráfico, lo cual implica que,aunque son paralelos, los cuatro puentes longitudinales son diferentes en-tre sí, y prácticamente todas sus luces varían en su longitud.

• La alta densidad de tráfico a través del proyecto, en los dos sentidos de laAvenida Suba y la Boyacá, es casi inmanejable; además, como los carrilesque llegan de la Suba tienen niveles diferentes, es imposible trasladar eltráfico del uno al otro, como en todas las demás vías en construcción delsistema Transmilenio.

Para la ejecución de este proyecto era casi imposible utilizar los sistemastradicionales, pues si se usaban vigas prefabricadas en «I» o en «U» (tipobañera), el llegar con ellas a la obra, localizarlas, colocar las grúas y montar-las, exigía suspensiones intermitentes del tráfico, lo cual era inadmisible por-que la población de Suba no tiene vía alterna alguna y sirve a casi un millónde habitantes del sector.Fuera de esto, la colocación de formaletas sobre andamios o cimbras apoya-das en el piso para fundir vigas cajones o similares en sitio, también repre-sentaba cerrar el tráfico.

Era necesario generar un sistema diferente de construcción, que permitiera

realizar la obra satisfaciendo todos los requerimientos y necesidades mencionados.

Opciones de soluciónLa solución se vislumbró al conocer el proceso constructivo para el Big-

Dig en Boston (EE.UU.) (Noticreto No. 72), la nueva autopista elevadaque recorre sinuosamente la ciudad sin generar destrucciones ni traumatismosdurante su ejecución. Así mismo, en la actualidad culmina la construcción deun tramo elevado del Metro entre el centro de Manhattan y el AeropuertoKennedy en Nueva York.

El sistema utilizado en estas construcciones se denomina Método de cons-trucción por voladizos sucesivos balanceados, usando dovelas prefabrica-

FICHA TÉCNICA

NOMBRE DEL PROYECTO:

Concesión de la adecuación del Tramo II

comprendido entre la Calle 127A y la Avenida

Ciudad de Cali, perteneciente a la Troncal

Transmilenio Avenida Suba - Puentes

vehiculares Intersección de la Avenida Suba

con Avenida Boyacá.

DUEÑO DEL PROYECTO:

Instituto de Desarrollo Urbano IDU - Transmilenio S.A.

CONSTRATISTA PRINCIPAL:

Consorcio Alianza Suba Tramo II (Estyma

S.A., Arquitectos e Ingenieros Asociados S.A.

A.I.A, Concay S.A. e Inecon-Te S.A.)

INTERVENTORÍA IDU:

Consorcio Interventoría Suba 2

INTERVENTORÍA CAS II:

Proyectistas Civiles Asociados (P.C.A.)

DISEÑO :

Proyecto, Ingeniería de Construcción y Diseño

Estructural: Gregorio Rentería - Ingenieros

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CONSTRUCCIÓNCONSTRUCCIÓN

das en sección de viga cajón. Es el más co-mún de la actualidad en la construcción deviaductos tanto férreos como viales en Esta-dos Unidos y la Unión Europea, pero utilizar-lo hoy en Colombia con prefabricación es casiutópico. La planta de producción, el sistemade transporte y el equipo de montaje cues-tan decenas de millones de dólares.

Sin embargo, es el sistema de mayoraceptación en Colombia, donde se usancarros (formaletas) viajeros que avanzansobre el voladizo en la construcción de puen-tes en carreteras con luces mayores de 70m. Fue usado por primera vez en el país porun destacado ingeniero constructor de puen-tes, también colombiano, que importó tec-nología española.

Pero también era utópica la utilización decarros viajeros en la construcción de inter-secciones o pasos elevados en nuestro país,con el costo de los carros, el sobre-refuer-zo del voladizo por el peso de los mismos yla complejidad del diseño por las dobles cur-vaturas y luces disparejas.

Solución adoptadaSe aplicó tecnología de punta en la cons-

trucción, empleando análisis estructuralescon modelos matemáticos no lineales parael cálculo de la afectación de los fenóme-nos reológicos en el tiempo. Es decir, el mis-mo tipo de diseño del Big-Dig mas, comopopularmente se dice, “alpargatizado”, usan-do carros-formaletas especialmente diseña-dos que permiten curvas, pendientes varia-bles y cambios simultáneos de peralte, perocon patas telescópicas, apoyados en el pisoy con capacidad de carga de 45 toneladas.

Este sistema constructivo ofrece las si-guientes ventajas:• Ha permitido construir más de 200 m li-

neales de puente al mes.• Cada carro-formaleta en desplazamiento

ocupa sólo un carril de tráfico, lo cual nosacrifica la totalidad del flujo durante laconstrucción.

• El sistema permite mantener tráfico entodos los sentidos y en todas las vías.

• El ciclo de construcción de cada dovela se ha establecido en sólo seis días, de loscuales 2,5 son de fraguado, y el trabajo en sí es de 3,5 días.

• Esto representa un rendimiento excepcional de mano de obra, por el resultado dehoras-hombre/m3.

• La sección es monolítica, lo que representa mayor vida útil.• El puente es una estructura preesforzada continua (realmente continua), la cual

tiene mejor desempeño en su duración (vida útil) y en su capacidad de soportarmayores esfuerzos, como los que ocasionan los sismos o las sobrecargas.

• Brinda un aporte a la arquitectura y estética de los puentes en Bogotá.• A juicio del autor, es la solución, (de igual forma que en EE.UU. y la UE) para

proyectos que no pueden demoler ni comprar todos los predios vecinos para darcabida a nuevos y urgentes desarrollos viales. El sistema ocupa una pequeñazona de fundaciones y pilas en los separadores de las avenidas, como en lasfuturas troncales del transporte masivo Transmilenio, por ejemplo en la CarreraSéptima de Bogotá.

PROCESO DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓNCimentación

Predominaron en su diseño los esfuerzos debidos a las cargas generadas porsismos. Cada una de las 55 pilas tiene cimentación profunda con 6 a 8 pilotes de0,60 o 0,70 m de diámetro, hasta penetrar en la roca de arcillolita, la cual se encuen-tra a profundidades que varían de 42 m en el lado Bogotá, a 12 m en el lado Suba.

Localización de pilotes de una pila.

La suma de la longitud de los pilotes del proyecto, fue de 10.000 m: puestos unotras otro sobre la Carrera Séptima, irían desde la Plaza de Bolívar hasta la Calle 127.

Entre la superficie y la roca se encontró un estrato o capa profunda de turba(lodos) de 6 a 7 m de espesor, que generaba grandes asentamientos y desplaza-mientos laterales. Esto obligó a sobre-reforzar con acero los pilotes.



Las cargas verticales y horizontales de la estructura del puente van por las co-lumnas y se reparten a los pilotes por medio de dados o zarpas de concreto refor-zado a un metro de profundidad bajo el piso, con más de 2.000 m3 de volumen.

Armado de refuerzo de las zarpas o dados de concreto.

ColumnasLas secciones de las columnas tienen forma

no tradicional, de doble círculo con una cinturaen el centro. Esta forma redunda en un com-portamiento de enorme eficiencia a las solici-taciones de fuerzas a que estarán sometidas.

vista general de una columna

Capitel antes de vaciado de concreto.

CapitelesEl capitel, también curvo, provee el área

que requiere la colocación de los distintosaccesorios necesarios en los procesos deconstrucción y puesta en servicio.

Definimos como dovela a un sector de puen-te que se construye en tramos, con la sec-ción transversal completa del puente, pero enuna longitud limitada. En este caso la longitudstandard fue de 3,50 y 3,40 m de largo.

La columna tiene un capitel que contienedos pedestales de nivelación que alojan dosapoyos de neopreno reforzados con láminasde acero, y terminados en una superficie des-lizante de teflón, contra una superficie de ace-ro inoxidable embebida en la estructura supe-rior del puente. En esta estructura tambiénse encuentra una llave circular de acero, alo-jada dentro de un cilindro (también de acero),con tolerancia variable entre sus caras, que

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SCONSTRUCCIÓNCONSTRUCCIÓN

entre la superestructura y la columna permi-te el desplazamiento libre, en caso de sismosmenores y se porta como una estructura vivaal acortarse por efectos reológicos en el tiem-po. Un sismo mayor desplaza la superestruc-tura mucho más, y pone la llave en contactocon el cilindro. Entonces, columna y cimenta-ción entran a trabajar en conjunto para so-portar estas fuerzas horizontales adicionales.

Un voladizo a lado y lado de un único apo-yo (el capitel) es una estructura inestable eimposible de construir agregándole dovelasa cada lado o voladizos de longitudes asimé-tricos. Por eso se instalaron cuatro gatos dearena debidamente diseñados, para sopor-tar el peso y desequilibrios de los voladizosdurante el proceso de construcción. Comopueden ocurrir accidentes que desestabilicenla construcción (por ejemplo, el choque deun camión contra el carro-formaleta) o sismosque muevan el voladizo, se instaló dentro delcapitel, un primer sistema de seguridad concuatro torones de tensionamiento de 1/2"de diámetro y fijaciones provisionales, queatiende las solicitaciones de la dovela sobrepila y las primeras dovelas que se funden alos lados.

Una vez fundidas estas dovelas número 1,se coloca el segundo sistema de seguridad,con otros cuatro cables, de 7 torones de 1/2"pulgada de diámetro cada uno, anclados enel centro de la dovela 1 y en la zarpa de ci-mentación, que aseguran la estabilidad delequilibrio de los voladizos, aunque tengan 20m de largo cada uno, a las mismas contin-gencias de riesgo.

CONSTRUCCIONDEL PUENTEPOR DOVELAS SUCESIVASDovela sobre pila y efec-tos del tensionamiento

Terminado el capitel, se colocan sobre élcon toda exactitud los apoyos deslizantes,la llave de cortante, los gatos de arena, loscables de seguridad primarios y las forma-letas externa, interna y de fondo; se realiza

Detalle del sistema de seguridad sobre el capitel.

Construcción de dovela de pila.

el colado de la dovela sobre pila, con seccio-nes transversales mayores a las dovelas delos voladizos. Esta estructura contiene las co-razas o ductos que luego permitirán el pasode los cables de tensionamiento que, una veztensados, son anclados en los extremos através de cuñas especiales, que dejan den-tro de la sección la fuerza externa de tiro quese aplicó. Se genera un postensionamientoque induce esfuerzos internos, mayores y ensentido contrario, a los esfuerzos que la fuer-za de gravedad (su peso) genera, y tiendena que la estructura se caiga o colapse en suproceso constructivo y su posición final.

Sistema de seguridad en dovelas No.1: se aprecian los cables de tensado

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Dovela terminada bajo obra falsa.

El equipo: carros formaletaCada voladizo requiere de dos carros-formaleta, una a cada

lado del mismo, para hacer crecer el voladizo, en forma simultá-nea y simétrica y para mantener el peso equilibrado a amboslados, siendo la columna su punto de apoyo y de equilibrio comoen una balanza.

El equipo de carros-formaleta, diseñado y corregido con elaporte de la experiencia del ingeniero José Antonio Díaz Sasiain(quien los puso a funcionar en forma sencilla), fue construido endiversos talleres metalmecánicos en Bogotá y se basó en lossiguientes principios:

Carros de apoyo sobre el terreno:(Alpargatas colombianas para el sistema)

Cada carro consta de dos apoyos o carros, uno a cada ladode la formaleta que sostiene y conforma cada carro, por cuatrocolumnas metálicas integradas por secciones hembra y macho,con perforaciones y pasadores que le permiten ser telescópi-cas: esto es, que pueden aumentar o disminuir su altura parapermitir la construcción del puente como rampa inclinada inicialque se adapta a las irregularidades del terreno y dando el nivelexacto a la formaleta.

Detalle del sistema ecualizable de las formaletas

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Las patas ecualizan en altura de maneraindependiente, permitiendo doble rotaciónde la formaleta, con giro longitudinal paracambios de pendiente y giro transversal paracambio de peralte. El paso de cambio de al-tura en cada pata es de 5 cm entre orificio yorificio, con sus pasadores. En la parte su-perior de cada carro hay cuatro tornillos deajuste de nivel para la precisión final. En laparte inferior se une a un par de deslizadoresde tubería metálica, para su fácil desplaza-miento. Sobre las patas va un chasis cuyassuperficies permiten el desplazamiento delconjunto de formaleta-chasis superior, so-bre el carro, para asumir las curvas horizon-tales. Este desplazamiento se puede ajus-tar con gatos hidráulicos menores.

Formaletas externas apoyadasen chasis superior

El molde externo, que conforma la carade las almas externas y la placa en voladizode la losa superior, se ejecutó en láminametálica monolítica con rigidizadores de tu-bería cuadrada, que se apoyan en dos bas-tidores y que a su vez pivotean sobre el cha-sis superior de soporte del sistema, al apli-carle giro a dos gatos de tornillo que regu-lan su ángulo de giro y posición final. Sedenominó Formaleta de alas externas.

Detalle del proceso de avance.

El conjunto puede desplazarse sobre el chasis superior del carro, en forma inde-pendiente; además, carga las 32 o 40 toneladas que pesa el concreto en estadoplástico dentro de la formaleta, sin refuerzos adicionales.

Se desencofra con solo bajar los gatos laterales de fijación de su giro. Se fija laposición, de formaleta a formaleta (una a cada lado) con barras tensoras de ajustey separadoras, tal como funciona una varilla con form-clamps en sus puntas.

Carro para formaletas internasapoyadas sobre el piso de la dovela

Consiste en un chasis sobre ruedas en cuya parte superior, a manera de techo,tiene la formaleta-superficie de apoyo para soportar el peso del concreto de laplaca; el sistema sube y baja (para vaciado-desencofre y desplazamiento). Ade-más, dos formaletas inclinadas laterales para vaciar las caras internas de las almas;son abatibles y giran o pivotean sobre los bastidores de apoyo de la superficiesuperior horizontal, para cerrarse después del vaciado, y avanzar a la nueva dove-la. En esencia, es una formaleta desplazable, del mismo tipo de las usadas para elrevestimiento de túneles.

Proceso de avanceUna vez fraguada la dovela sobre pila, que se ha vaciado sobre andamios tradi-

cionales, se coloca y ajusta una formaleta a cada lado de ella, se coloca el acero derefuerzo para los esfuerzos en la sección transversal, y se funden en forma simul-tánea las primeras dos dovelas (Dovela Nº 1) una a cada lado, para iniciar el voladi-zo. Una vez fraguado el concreto y obtenida la resistencia especificada, se tensionanlos dos cables, de construcción, de 10 o 12 torones, Ø = 0.6", con 205 o 246 ton.

Perfil de formaleta y chasis. Este detalle

permite comprender el funcionamiento.

Terminado el tensionamiento, se libera la formaleta y se desplaza a la posición delas dovelas Nº 2, repitiéndose el ciclo. El ciclo se inició con un tiempo de procesode 8 a 9 días. Poco después el plazo bajó a 7 días; una vez el personal se especia-lizó y adquirió práctica el ciclo se redujo a 5 días, que es finalmente el óptimo comoproducto del rendimiento.



Dovela de cierre, cables de cosido y anclajesen los resaltes

Una vez construidos dos voladizos, correspondientes a dos pilas adyacentes,los mismos se enfrentan y quedan separados a una distancia predeterminada, quese debe emplear para vaciar una dovela de unión, denominada dovela de cierre.

Los cables de tensionamiento del proceso constructivo son efectivos solamen-te para los esfuerzos de la estructura cuando trabaja en voladizo. Sin embargo,una vez son coladas las dovelas de cierre, la estructura se convierte en continua y,en consecuencia, las cargas muertas sobre-impuestas y las cargas vivas de losvehículos que transitan el puente. Por esta razón, adosados y sobrepuestos a la

Preparación para la construcción de la dovela de cierre.

Tensionamiento de cables de la placa inferior.

placa inferior del lado de su parte interna, se construyen unos resaltes en concreto, quellevan incorporados otros anclajes de tensionamiento con sus ductos, que van por laplaca inferior, para unir con esta coraza y sus posteriores cables, un voladizo con el otro.

Cuando el concreto del vaciado de la dovela de cierre, ha adquirido su resistenciaespecificada, se enhebran los cables inferiores y se procede a hacer el tensionamien-to de cosido. Aplicando la tensión necesaria en dos tramos de acuerdo con el diseño.

El efecto de estos cables de cosido sobre la estructura equivale a la aplicación deuna carga uniforme de abajo hacia arriba (inversa al peso) en el tramo de luz entre

sus resaltes extremos, es decir, en un inter-valo entre las columnas que conforman laluz ya cerrada.

Liberación de la estructuraA las 96 horas de efectuado el cosido con

los cables, la estructura ha recuperado susdeformaciones naturales y entonces se pro-

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Los amplios voladizos de los dos puentes.

Vista general del avance de la construcción de los puentes.

Los dos primeros puentes culminados el mes

de abril de 2005 (de 6 en total) son viaduc-

tos curvos elevados, cada uno con una lon-

gitud de 375 m y un ancho de 7,60 m. Cuan-

do se dé al servicio la troncal, estarán desti-

nados a los buses de TransMilenio.

La longitud total de la estructura elevada

de los seis puentes es de 1.910 metros y

una longitud de 4.247 metros/carril. El

gálibo mínimo establecido es de 5,0. El

área total construida es de 15.350 m2, es

decir cinco veces el nuevo puente vehicular

de la Calle 100 con Autopista Norte.

Los dos puentes exteriores que continúan

en ejecución son dos viaductos para el trá-

fico mixto de automóviles, uno en dirección

Suba-Centro y otro en dirección Centro-

Suba, con dos y tres carriles de circulación

cada uno. El puente del costado sur tiene

una longitud de 936 m/carril y un avance

de ejecución del 60% y el del costado norte

tiene una longitud de 1.250 m/carril y

avance del 17% a abril de 2005.

cede a liberarla, retirando los cables de se-guridad de primera y segunda estancia, asícomo los gatos de arena y los residuos deformaleta sobre el capitel.

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PUENTE DE TERCER NIVEL, CALLE 92SOBRE AUTOPISTA NORTE, BOGOTÁ.COAUTORES: ING. GERMÁN ESCOBAR LÓPEZ, GEL INGENIEROS CONSULTORES LTDA.

ING. GUILLERMO CORREDOR COLORADO, CONCONCRETO S.A.

TECNICAS NOCONVENCIONALESEN PUENTES

PUENTE DE TERCER NIVEL, CALLE 92SOBRE AUTOPISTA NORTE, BOGOTÁ.

E l desarrollo del transporte masivo en Bogotá ha obligado a laciudad a modernizar su infraestructura. Por esta razón hasido necesario ampliar, adecuar y construir vías para dar pis-tas exclusivas a los buses articulados de Transmilenio.

Acabado de pilas

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Desde antes de la introducción de buses articulados, la intersección enque confluían la Calle 92, la Autopista Norte (Autonorte) y la Avenida NQS(Norte-Quito-Sur) paralela a la línea férrea, generaba un gran problema decirculación no solo por el volumen de vehículos, sino por los flujos de circu-lación que se cruzaban. Para solucionar este problema se han venido cons-truyendo: primero, los puentes de la Autonorte sobre la calle 92, que haceaños era la prolongación de la NQS. Como respuesta a la necesidad de abrirpaso hacia la Autonorte del flujo sur-norte por la NQS, se construyó elconector conocido como Puente Pastrana. Posteriormente, con la prolon-gación de la NQS hacia el norte los problemas se agravaron y se construyóotro puente sobre dicha vía para desembotellar la Calle 92.

Con la llegada del sistema Transmilenio era imposible seguir pensando en solu-ciones de corto plazo. Entonces se planteó una solución radical a esta intersec-ción, la cual comprende:• Construcción de un puente de tercer nivel para transporte mixto, para encauzar

el tráfico sur-norte de la NQS hacia la Autonorte.• Construcción de un deprimido para conectar la Paralela norte-sur con la NQS

hacia el norte, para tráfico mixto.• El actual conector NQS-Autonorte (Puente Pastrana) se reservará exclusiva-

mente para el sistema Transmilenio con la construcción de una rampa que per-mitirá a los buses articulados que provienen del norte descender a la NQS porel costado occidental de la vía férrea en dirección sur.

• Construcción del retorno norte-sur de la Autonorte.• Construcción de la oreja de la Autonorte (norte-sur) para tomar la NQS a l norte.

LOCALIZACIÓNEl puente de tercer nivel comienza en el carril oriental de la NQS y termina

en el carril oriental de la Autonorte. Pasa sobre el puente de la Calle 92, que asu vez trasmonta el de la Autonorte, razón por la cual se llama de tercer nivel.

FICHA TÉCNICAFICHA TÉCNICAFICHA TÉCNICAFICHA TÉCNICAFICHA TÉCNICA

Proyecto:Puente de Tercer Nivel Correspondiente

a las Obras de adecuación de la Intersección de

la Calle 92 con NQS.

Ubicación: Bogotá

Entidad Contratante: Instituto de Desarrollo

Urbano - IDU

Diseñador Estructural: GEL Ingenieros

Consultores Ltda.

Constructor: Unión Temporal ConConcreto S.A -

HB Estructuras Metálicas

Interventoría: Consorcio

INGECON - Latinoconsult.

DESCRIPCIÓNDESCRIPCIÓNDESCRIPCIÓNDESCRIPCIÓNDESCRIPCIÓN

Longitud total del puente: 567 m

Ancho de tablero: 12 m

Carriles: 3, en único sentido

Izado y colocación de cajón metálico sobre apoyos.

Vaciado de columnas.

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En planta presenta cuatro curvas de diferen-tes radios, lo que implica una variación de lapendiente transversal de la calzada, peralte, alo largo de toda la longitud del puente, para darla seguridad necesaria al usuario. En elevacióntambién presenta una curva vertical cuya pen-diente máxima es de 6%. (ver plano 1)

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓNSuperestructura

La longitud del puente esta dividida en 14luces, la mayor de ellas 44 m y la menor de36 m. El radio de curvatura más pequeño enplanta es de 127 m. La viga es una estructu-ra mixta compuesta de un cajón en AceroA-588 Grado 50 y de una losa colaboranteen concreto f’c 35 Mpa, preesforzadatransversalmente.

El cajón de acero está compuesto por:• Lámina inferior de 4 m de ancho. El espe-sor en las luces es de 9,5 mm y sobre apo-yos de 16 mm a 22 mm. Esta lámina estárigidizada longitudinal y transversalmente.• Dos almas inclinadas de 2 m de altura. Elespesor en las luces es de 9,5 mm y en losapoyos de 12,7 mm salvo en los más solici-tados, donde llega a 16 mm. Presentarigidizadores verticales espaciados aproxima-damente cada 2 m y en zonas sobre apoyocada 1 m y dos rigidizadores longitudinales alo largo de todo el puente.

Perspectiva del puente.

Plano 1. Planta general del puente

Plano 2. Sección transversal del cajón

Interior del cajón con sus respectivos rigidizadores.

• Patines superiores de 450 mm de anchoen las luces y 600 mm sobre apoyo exceptoel apoyo 2, que tiene un ancho de 750 mm.El espesor varía entre 16 mm y 25 mm se-gún las solicitaciones.



• Riostras verticales intermedias colocadas cada 5,5 m aproximadamente las cualesgarantizan la indeformabilidad del cajón.• Riostras verticales sobre apoyo que transmiten las fuerzas horizontales de la losa alos apoyos.•Contraviento horizontal que consiste en una viga en celosía que cierra el cajón deacero en la parte superior para darle rigidez a la torsión y estabilidad a los patinessuperiores en las zonas donde están sometidos a compresión.• El peso de la estructura de acero es de 850 ton.

Cajón sobre apoyos definitivos. En la parte superior, los contravientos.

La losa esta preesforzada con monotoro-

nes adheridos, utilizando para esto un

ducto de nuevo tipo que garantiza la

adherencia a través de la inyección de

una lechada convencional

Detalle de los ductos sobre la losa.

Proceso constructivodel tablero central

El tablero central es la losa, en concretoreforzado, simplemente apoyada sobre laviga cajón conformando la parte central dela calzada. (Ver plano 2).

La losa de concreto está conectada a la estructura de acero por medio de co-nectores de cortante, soldados a los patines superiores del cajón. Irónicamente,estos conectores no trabajan al corte. La losa tiene un ancho de 12 m divididos así:dos voladizos de 3,50 m y zona entre patines de 5 m El espesor sobre patines esde 0.35 m, en la llave de 0.25 m, y en los extremos de los voladizos de 0.20 m.

Esta losa presenta un refuerzo longitudinal de 1% de la sección de concreto en laszonas sobre apoyo donde esta sometida a tracción y de 0.75% en las luces dondeestá en compresión.

La losa colabora en la resistencia a la flexión longitudinal para las cargas perma-nentes y para las cargas vivas. En las zonas donde la losa está en compresión parti-cipa la sección total de concreto, mientras que en las zonas donde está en tracciónsolo participa el acero de refuerzo.

La losa está preesforzada transversalmente, lo cual le permite ser de un espesormoderado y, por ende, un reducido peso propio. El preesforzado presenta mejorcomportamiento del concreto a la flexión que el concreto reforzado. El acero depreesfuerzo disminuye la cantidad necesaria de acero de refuerzo porque tienemayor resistencia que este. Por un cm2 de acero de preesfuerzo debemos colocar3,5 cm2 de acero pasivo.

Se minimizó el problema de la introducción de esfuerzos a la estructura de acero ya la losa de concreto por efecto de la retracción del fraguado retrasando al máximoposible la conexión entre la viga de acero y la losa de concreto, de tal manera que laretracción ya se hubiese desarrollado al máximo. Esto se logró dejando unas reser-vas en la losa donde van ubicados los conectores, que son vaciadas después deltensionamiento de la losa y lo más tarde posible. Es necesario recalcar que, una vezrealizada la conexión, se debía esperar que la resistencia al concreto de las cajasalcanzara al menos el 75% de la resistencia, en este caso particular era de 26 MPa.

Es importante mencionar que mientras no se realice la conexión vaciando lasreservas que contienen los conectores, la sección resistente es únicamente la vigametálica y la losa de concreto en ese momento solo es carga muerta.

Las etapas para la construcción deltablero central son:• Colocación de formaleta: implica la

colocación de cimbra (cama falsa)

utilizando andamio de carga, parales

metálicos y formaleta.

• Colocación de acero de refuerzo.

• Colocación de ducto para el cable de

tensionamiento (preesforzado).

• Colocación de testeros en los bordes de

la viga.

• Vaciado de la losa (sistema bombeado).

Formaleta del tablero central.

24

Las etapas para la construcción deltablero en voladizo son:

• Armado de los carros.

• Colocación de formaleta de contacto con

el andamio de carga.

• Colocación de acero en la zona de voladizos.

• El vaciado de los dos voladizos se efectúo al mismo tiempo, a fin de evitar que el

peso de uno de estos desplace y derrumbe la estructura (sistema bombeo).

• Primer tensionamiento a los siete días posteriores al vaciado.

• Descimbrado de voladizos.

• Bajada de los gatos y desplazamiento del carro para fijarlo en la siguiente

posición de vaciado.

Instalación de carros para inicio de

construcción de voladizos.

InfraestructuraApoyos

Para las reacciones verticales se diseñaron apoyos en neopreno armado de dureza 60,dimensionados de acuerdo con las solicitaciones. La almohadilla más grande se encuen-tra ubicada en el apoyo de la pila 2 y tiene 880x650x95. La altura de todas es de 95 mm.

Para las solicitaciones horizontales provenientes del frenado, viento y sismo secolocaron unos espigos sobre todas las pilas que están conectados a la viga cajónmediante unas orejas soldadas a lado y lado. En los estribos se colocaron topesque limitan en 50 mm los movimientos transversales de los extremos de la vigacajón. En sentido longitudinal no hay restricción alguna.

PilasEl puente está apoyado sobre 13 pilas y dos estribos. Todas ellas tienen diferentes

alturas, siendo la más corta de 6,45 m (pila 14), y la más larga de 12,70 m (pila 7)debido a la curva vertical de la rasante. La diferente altura de las pilas implica que lascargas o solicitaciones horizontales sobre cada una de ellas sean diferentes. Dadoque la rigidez de las pilas a solicitaciones horizontales depende de la longitud a la

potencia 3, las pilas cortas toman mucho más que las lar-gas. Si se hubiera aplicado el mismo criterio para todaslas pilas, las 2 y 14 tendrían longitudes menores y su rigi-dez sería muy grande respecto a las demás. Esto, suma-do a que son las pilas más alejadas del punto fijo del puen-te, hizo tomar la determinación de profundizar el dado paratener pilas un poco más largas.

Panorámica de pilas.

• Colocación de conectores de cortante

(elementos de integración de la sección

comprometida, viga metálica - losa en

concreto).

Losa de concreto en dos etapas:

refuerzo de parte central y vaciado de

concreto de la misma.

Proceso constructivo de lazona en voladizo del tablero

Para su construcción se utilizó un siste-ma de carros de avance que se desplazasobre ruedas apoyadas en el tablero cen-tral y está conformado por una estructurametálica superior arriostrada en sentido lon-gitudinal. De esta estructura se descuelgantensores a los cuales se acondicionan vi-gas metálicas dispuestas horizontalmente,que sirven de plataforma de trabajo.

Sistema de carros para la construcción de voladizos.



Diferencias entre la pila 6 y las demás.

Detalle de la columna y del sistema de preesforzado

Las pilas tienen en su base 4,32 m de longitud y 1,50 m de ancho. En la partesuperior, la longitud se amplia gradualmente hasta 5,62 m. El concreto de las pilas esf’c: 28 MPa. El refuerzo longitudinal corresponde al 1% y los flejes cumplen con laseparación especificada en el Código.

Debido a la posible ampliación de la paralela sur-norte de la Autonorte fue nece-sario desplazar y reducir la sección de la pila 6 para dejar el espacio suficiente. Poreste motivo, esta pila no tiene las dimensiones de las anteriores sino que es máspequeña y de forma especial.

La pila queda excéntrica respecto al eje de la calzada y las solicitaciones sondiferentes de las de las otras pilas, pues el momento de flexión transversal es muyimportante. Para minimizar el efecto de esta flexión se decidió colocar un tensiona-miento en la columna que generará un momento de sentido contrario compuestode tres cables de 12 torones de 5/8".

Los estribosColocados en cada extremo del puente,

están diseñados solamente para cargas ver-ticales. No sufren el empuje de la tierra, puesel relleno está confinado por geotextil, crean-do una tierra armada. No se contempla nin-guna solicitación horizontal. Si se colocaraalguna restricción, el estribo absorbería lamayoría de estas fuerzas debido a su rigi-dez. El tope mencionado permite 50 mm dedesplazamiento, y cuando éste se produzca,las fuerzas finales serían mínimas.

CimentaciónLa cimentación está compuesta por pilo-

tes y dados, en concreto reforzado. Los pi-lotes son prefabricados en planta por tra-mos de aproximadamente 10 m. Tienen unasección de 0,35 x 0,35. El concreto f’c: 31MPa. Fueron transportados en tractocamióne hincados con martillo. (Ver ampliaciónacerca de este sistema de pilotaje en Noti-creto 63).

Los estribos están sobre 12 pilotes y lamayoría de las pilas sobre 16. La longitud,en general, de los pilotes es de 40 m. Lapila 6 tiene 18 pilotes debido a la clara ex-centricidad que presenta.

El refuerzo longitudinal de los pilotes esvariable. En el tramo superior es muy im-portante debido al momento que se puedepresentar en caso de sismo, y en los otrostramos se tiene el mínimo de 1% con 4 va-rillas de 1/2" y 4 varillas de 5/8". El refuerzotransversal cumple el código.

Proceso de hincado de pilotes.

Los dados de las pilas son de 7,00 x7,00x1,5 en concreto reforzado excepto el de lapila 6 que tiene 8,00 x 7,00 con una altura

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que varía entre 1,50 m y 2,00. El refuerzode los dados no presenta novedad, mien-tras que el del dado del eje 6 tiene un re-fuerzo especial para momentos de flexióntransversales y para el punzonamiento dela pila debido a la sección de ésta.

CONSIDERACIONES DELANÁLISIS ESTRUCTURAL

Las cargas que se consideraron son to-das aquellas especificadas en el CódigoColombiano de Diseño Sísmico de Puen-tes, teniendo en cuenta tres carriles de trá-fico en una misma dirección.

Para la superestructura se consideraronlas fuerzas internas generadas por las car-gas y otras solicitaciones. Los momentos deflexión, las fuerzas cortantes pero sobre todolos momentos de torsión generados por lacurvatura y las cargas excéntricas fueroncalculados y combinados según las directi-vas del Código. El análisis estructural de laestructura mixta se hizo elásticamente sinmayoración de las cargas.

Para el análisis sísmico se utilizó el espectro para la zona 3 Lacustre A según la

microzonificación de Bogotá. El comportamiento de este puente difiere enorme-

mente del de un puente rectilíneo de la misma longitud. Los desplazamientos son

más pequeños y la repartición de las fuerzas en los elementos es más favorable

ya que las pilas presentan ejes fuertes que varían de 0º en la pila 2 a 90º en la

pila 14. Para el caso de la temperatura, +20º a -20º, las deformaciones son

menores que las del puente rectilíneo, puesto que la elongación o el acortamiento

es absorbido por la ampliación o disminución del radio de curvatura.

La sección óptima para las fuerzas internas generadas es el cajón, por su exce-lente rigidez y resistencia a la torsión, a la flexión en momento positivo y negativo,y al cortante. El cálculo de la resistencia se hizo según la teoría elástica. Las fuerzasinternas de las pilas, de los dados y de los pilotes fueron analizadas, también, elás-ticamente, combinadas y mayoradas según las recomendaciones del Código. En elcálculo de la resistencia se aplicó la teoría de los estados últimos. No se hicieronredistribuciones. En la pila 6, por ser preesforzada, se verificaron los esfuerzos alestado de servicio

Las fuerzas internas de la losa fueron calculadas con base en el Código. Siendoconcreto preesforzado, se verificó que se respetaran los esfuerzos de tracción permi-tidos en elementos con preesforzado adherido y se verificó la seguridad a la rotura.

Las pruebas de carga permiten

evaluar el funcionamiento de un

puente bajo cargas, antes de

entregarlo al servicio. En esta foto

se aprecia el puente sometido a

cargas transmitidas por 12

camiones mezcladores, cada uno

con 28 Ton de peso total.

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TECNICAS NO CONVENCIONALESDE REHABILITACIÓNDE ESTRUCTURAS DE CONCRETO AFECTADASPOR CORROSIÓN DE LAS ARMADURAS

POR: PROF. DR. ENIO J. PAZINI FIGUEIREDO

CATEDRÁTICO DE LA UNIVERSIDAD FEDERAL DE GOIÁS, [email protected]ÓN: ING. CARLOS ARCILA

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PATOLOGÍAPATOLOGÍA


INTRODUCCIÓNUna combinación armónica del concreto y el acero ha hecho del concreto refor-

zado el material de construcción más utilizado en la construcción civil en todo elmundo. Los motivos de este gran éxito son: el bajo costo del material, ya que sepuede fabricar con costos competitivos prácticamente en cualquier lugar del mun-do; su capacidad para reproducir cualquier forma arquitectónica y la durabilidad,pues el material exhibe buena resistencia al intemperismo.

Sin embargo, la falta de conocimiento acerca de su desempeño a largo plazo,principalmente bajo ciertas condiciones ambientales de agresividad severa, puedecausar serios problemas. Hasta hace poco tiempo el concreto era visto como unmaterial perenne que no tenía problemas relacionados con la durabilidad. El desa-rrollo de la tecnología de análisis de materiales, como la microscopía electrónica debarrido, muestra que el concreto es un sólido que puede tener alta porosidad, locual es un inconveniente puesto que algunas veces está sometido al ataque físico oquímico de elementos deletéreos presentes en un ambiente.

Son muchas las causas del deterioro de las estructuras de concreto reforzado,entre ellas: corrosión de las armaduras debido a la carbonatación y al ingreso decloruros, ataque por sulfatos, reacciones álcali-agregado, etc. La utilización de mate-riales de baja calidad, defectos de diseño, ejecución y curado inadecuados, entreotros, son factores que pueden reducir la vida útil de las estructuras de concretoarmado o forzar a la ejecución de intervenciones prematuras de alto costo asociado.

Dentro de las citadas manifestaciones patológicas, la corrosión de las armadurasdentro del concreto merece especial atención debido a la frecuencia con que apa-rece, a su complejidad y a los costos asociados a la intervención de estructurasafectadas por corrosión del refuerzo.

De acuerdo con Helene y Figueiredo (2003), la corrosión de las armaduras -juntocon las fisuras, manchas superficiales y hormigueros- ocupa un puesto destacadoen la distribución relativa de incidencia de manifestaciones patológicas en estructu-ras de concreto armado, en proporción del 20%, como muestra la Figura 1.

Evaluaciones realizadas por organizaciones y comités integrados por especialis-tas en corrosión y protección de armaduras estiman que las pérdidas causadas porla corrosión serían del orden del 1,25 a 3,50 % del Producto Interno Bruto (PIB) depaíses en vía de desarrollo y desarrollados (Figueiredo, 1994). La construcción civilsería responsable del 0,5 % del PIB. Los costos de las reparaciones en estructurasafectadas por la corrosión de las armaduras pueden, en ciertos casos, igualar osuperar los mismos costos de construcción de la estructura.

La corrosión de la armadura es un proceso electroquímico en el cual se da laformación de una pila de corrosión, donde en la región anódica ocurre la oxidacióndel hierro y en la región catódica la reducción del oxígeno (Figura 2). El procesoconduce a la formación de óxidos e hidróxidos de hierro de color marrón, con unvolumen superior al del metal de origen, que lleva a la aparición de tensiones inter-nas en el concreto, lo que puede ocasionar manchas en la superficie del concreto,fisuración con posterior desprendimiento del recubrimiento, reducción de la sec-ción de las armaduras, rotura de estribos y eventual pérdida de adherencia entre lasarmaduras principales y el concreto, con la consecuente disminución de la capaci-dad portante de la estructura.

Las armaduras embebidas en el concreto están, en principio, protegidas contra elproceso de corrosión. Químicamente, la causa física de esta protección es el recu-brimiento de concreto, y químicamente la elevada alcalinidad del medio en que las

Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1. Distribuición relativa de la incidencia de manifes-

taciones patológicas en estructuras de concreto armado .

Figura 2 - Modelo simplificado de la corrosión

(CEB/BI 152, 1984).

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2

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+2 -

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armaduras se encuentran insertas. El recu-brimiento de concreto, además de represen-tar una barrera física contra el ingreso deagentes agresivos, también es responsablepor el ambiente alcalino que rodea la arma-dura (pH de 12,5 a 13,5). La capa pasivanteformada en torno a la armadura puede serentendida como una película fina (1 a 5 x10-3 μm), delgada, transparente y firmemen-te adherida, que protege las armaduras delproceso de corrosión. La teoría más acep-tada sobre la formación de esta capa pasi-va señala que está compuesta por dos ca-pas de óxidos: una interna donde predomi-na el Fe3O4 y una externa donde predomi-na el Fe2O3.

ESTRATEGIA DE REHABILI-TACIÓN DE ESTRUCTURASAFECTADAS POR CORRO-SIÓN DE ARMADURAS

Los problemas patológicos que afectanlas estructuras se manifiestan normalmen-te durante la ejecución o la utilización de las

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mismas. Sin embargo, los problemas debi-dos a las fallas de proyecto y a la ejecuciónson responsables de mayor porcentaje demanifestaciones patológicas que los proble-mas causados por el uso. La Figura 3 mues-tra que cuanto más tarde intervenimos enel proceso constructivo a fin de evitar laaparición de un daño o de repararlo, mayorserá el costo de la intervención.

Antes de cualquier intervención sobre unaestructura afectada, es fundamental trazaruna estrategia de rehabilitación, la cual debecontemplar: el diagnóstico, la definición dela estrategia de rehabilitación, la posteriorejecución y el monitoreo de la intervención.

REPARACIÓN LOCALIZADA(POR PARCHEO)

De las técnicas existentes, la reparaciónlocalizada es la más utilizada; consiste enreparar o componer una determinada es-tructura o elemento estructural solamenteen puntos o regiones donde se presentaun problema. Al ejecutar una reparación lo-calizada se corre alto riesgo de invertir oalterar la polaridad de la armadura que estáen proceso de corrosión, debido a la no re-moción de todo el concreto contaminado(carbonatación o cloruros). Regiones queeran anódicas antes de la reparación, pa-san a ser catódicas, contribuyendo a la co-rrosión de las áreas aún inmersas en con-creto contaminado con cloruros o carbo-natado. La Figura 5 ilustra las etapas de eje-cución de una reparación localizada.

Figura 3. Evolución de los costos de una intervención respecto a la fase del proceso

constructivo en que se aplica.

Figura 4. Estrategia de diagnóstico y rehabilitación.

Figura 5 - Esquema de un sistema completo de reparación localizada.

INHIBIDORES DE CORROSIÓNSon sustancias químicas que, al disolverse en el electrolito en concentraciones

adecuadas, reducen la velocidad de corrosión o hasta eliminan la corrosión a travésdel bloqueo de la actividad anódica, catódica o de ambas. Los inhibidores de corro-sión pueden ser de naturaleza orgánica o inorgánica.

PRELIMINAR

31



Inhibidores inorgánicos:• Nitrito de sodio• Nitrito de calcio• Cromato de potasio• Molibdato de sodioLos inhibidores inorgánicos más utilizados son los nitritos, que poseen propiedades

anódicas al oxidar el hierro y formar una película protectora adherida a la armadura.

Inhibidores orgánicos:• Inhibidores con base en aminas y ésteres.También forman una película sobre la armadura controlando su corrosión. Algu-

nos inhibidores pueden ser utilizados en las estructuras para la prevención o elcontrol de la corrosión.

Como prevención se adicionan al agua de amasado en el momento de la fabrica-ción del concreto. Son dosificados, en general, como un porcentaje de la masa delcemento.

Como reparación empiezan a ser utilizados con esta finalidad. Se agregan al mor-tero de reparación o pueden aplicarse directamente sobre la estructura del concre-to endurecido.

PROTECCIÓN CATÓDICAExisten dos formas de suministrar protección catódica:

Por corriente impresaLa malla utilizada debe ser de un material más noble que el acero. Cuanto más

noble sea el material, más lenta será la corrosión y menos expansivo será el produc-to de corrosión. Ejemplos: titanio, acero inoxidable. La Figura 6 muestra un esque-ma de la protección catódica por corriente impresa.• La malla se cubre con un material cementoso y poroso.• Corrientes de 3 a 20 mA/m2 aplicadas de forma permanente.• En la malla (ánodo) ocurre la oxidación. Oxidar significa perder electrones, lo que

lleva a la pérdida de masa. Fe Fe2+ + 2e-

• En la armadura protegida (cátodo) ocurre la formación de hidroxilos. 2H2O + O2 + 4e- 4 OH-

Figura 6. Esquema simplificado de

protección catódica por corriente impresa.

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▲

En algunos casos, como en zonas demarea, puede ser más conveniente adop-tar medidas potenciales absolutos. La Ta-bla 1 presenta criterios de potenciales paraevaluar la eficiencia de la técnica de protec-ción catódica por corriente impresa.

Ventajas• Ánodos de larga vida útil.• No hay limitación para la tensión.• Cobija una gran área.

Detalle de un

ánodo de

sacrificio.

El más empleado criterio de control de

eficiencia de la técnica es el llamado «de

despolarización» o «amortiguamiento de la

corriente». Después de desconectar la

corriente de protección, las condiciones de

protección se cumplen si se mide una

caída de potencial de al menos 100 mV

(respecto a un electrodo de Ag/AgCl), a

partir del potencial de desconexión

instantánea, en un período entre 4 y 24

horas. El potencial de desconexión se

mide entre 0,1 y 1 segundo después de

desconectar la corriente de protección.

Aplicación de inhibidores de corrosión por impregnación.Aplicación de inhibidores de corrosión por impregnación.Aplicación de inhibidores de corrosión por impregnación.Aplicación de inhibidores de corrosión por impregnación.Aplicación de inhibidores de corrosión por impregnación.

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Tabla 1. Criterios y límites de potenciales de protección con relación a un electrodo

de plata/cloruro de plata (Gonçalves; Andrade;Castellote, 2003) .

Desventajas• Elevado costo de instalación.• Elevado costo de mantenimiento.• Necesidad de fuente externa.• Sistema relativamente complejo.

Por ánodo de sacrificio(protección galvánica)

En este caso, al contrario de la protec-ción por corriente impresa, se usa un metalmenos noble que el acero (zinc, aluminio) yno se utiliza una fuente externa. Se conec-ta, entonces, el metal a la armadura, demanera que se tenga sólo un metal de sa-crificio (Figura 7).

Esta técnica tiene utilización importanteen reparación localizada, en conjunto conlos inhibidores de corrosión. Después deexponer la armadura se conectan a ella mini-ánodos de sacrificio, evitando así la corro-sión de las armaduras, que ya venía ocu-rriendo, debido a una inversión de las pola-ridades de la armadura.

Ventajas• Bajo costo de instalación.• Bajo costo de mantenimiento.• No se requiere de fuente externa de corriente.• Sistema relativamente simple.

Desventajas• Limitada capacidad de corriente.• Limitada capacidad de polarización.• Área de cobertura limitada.

EXTRACCIÓN ELETROQUÍMICADE CLORUROS

También conocida como desalinización,la técnica consiste en la remoción de iones

Acero ordinario Acero pretensado

Potencial típico de protección - 720 mV (Ag/AgCl) - 720 mV (Ag/AgCl)

Potencial límite - 1100 mV (Ag/AgCl) - 900 mV (Ag/AgCl)

Figura 7. Esquema simplificado de protección catódica por ánodo de sacrificio.

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Figura 8. Principio de la extracción electroquímica de

cloruros

cloruro del interior del concreto por migración. El proceso puede durar de 4 a 10semanas. Durante ese periodo se aplica una corriente que puede variar de 0,8 a 2A/m2. Antes del tratamiento se debe remover cualquier tipo de pintura o revesti-miento del concreto. Además, previamente, se reparan localizadamente las áreasde la estructura que estén deterioradas, fisuradas o que presenten hormigueros.

El proceso de extracción electroquímica se asemeja al de protección catódica.Durante el proceso ocurre una migración de cationes del electrolito hacia la arma-dura y de cloruros hacia el electrolito (flujo electro-osmótico). El proceso de extrac-ción electroquímica es parecido al de protección catódica. Además se producenhidroxilos en la superficie de la armadura debido a la electrólisis del agua.

La mejor manera de evaluar la eficiencia del método es extrayendo de muestrasde concreto para medir el contenido de cloruros remanentes en la estructura. Va-rios factores influyen en el tiempo que dura el tratamiento:


Figura 9. Principio da realcalinización pasiva.

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• Tipo de contaminación (de afuera hacia adentro, o por con-taminación de los insumos del concreto tales como los ári-dos o el agua).

• Tipo de sal.• Concentración de la sal.• Calidad del concreto.• Recubrimiento de concreto sobre el acero.• Espesor del frente de carbonatación.• Temperatura.• Flujo de corriente aplicado.• Resistividad del concreto (mejor cuanto más baja sea la

resistividad).

REALCALINIZACIONProceso utilizado para la reparación de concretos carbonata-

dos. Puede ser:

Realcalinización pasivaAplicación de un material cementoso, rico en álcalis, sobre la

superficie del concreto carbonatado. Los iones alcalinos pene-tran por difusión hacia el interior del concreto hasta alcanzar laarmadura. El proceso es lento y puede tomar años para atrave-sar el frente de carbonatación.

Realcalinización electroquímicaOrientada a la realcalinización del concreto carbonatado an-

tes o después de alcanzada la armadura, con el objetivo deevitar la corrosión de las mismas, prolongando la vida útil de lasestructuras.

Se asemeja a la protección catódica y a la extracción elec-troquímica de cloruros. La Figura 10 presenta un esquema de latécnica. El proceso dura de 1 a 2 semanas. Durante ese perio-do se aplica una corriente que puede variar de 0,8 a 2 A/m2.Antes del tratamiento se debe remover cualquier tipo de pintu-ra o revestimiento del concreto. Además, previamente, se re-para localizadamente áreas de la estructura que estén deterio-

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radas, fisuradas o que presenten hormigue-ros. Esto debe efectuarse para evitar fugasde corriente (corto circuitos).

Figura 10. Principio de la realcalinización electroquímica.

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Figura 11. Esquema de la realcalinización por absorción/difusión.

La zona inferior de la columna se

encuentra totalmente embebida en

solución alcalina.

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Los iones alcalinos son transportadoshacia el interior del concreto a través de unflujo electroquímico osmótico, elevando elpH del concreto. La corriente es suspendi-da cuando se alcanza la profundidad derealcalinización deseada.

La mejor manera de evaluar la eficienciade la técnica de realcalinización eletroquí-mica es mediante la vaporización de losindicadores químicos de pH: fenolftaleína otimolftaleína. En ese caso es imposible apli-car las técnicas eletroquímicas de potencialy velocidad de corrosión para evaluar larepasivación de las armaduras una vez quese aplicó perturbación a la armadura duran-te el proceso de realcalinización.

Realcalinizaciónpor absorción/difusión

Consiste en la introducción de una subs-tancia alcalina hacia el interior del concretopor absorción/difusión de la solución, conparticipación de fuerzas capilares e hidráuli-cas actuantes en los poros del concreto.

Es un método que aún tiene poca aplica-ción práctica, pero investigaciones recien-tes indican que puede llegar a ser muy efi-ciente. En la actualidad se realizan estudiospara hacer viable el método a través de lautilización de geles alcalinos sobre la super-ficie del concreto.

La evaluación de la eficiencia de la técnica de realcalinización por absorción/difusión se hace mediante la vaporización de los indicadores químicos de pH,fenolftaleína o timolftaleína. En ese caso se pueden aplicar las técnicaselectroquímicas de potencial y velocidad de corrosión para evaluar la repasivaciónde las armaduras una vez que no se aplicó ninguna perturbación a la armaduradurante el proceso de realcalinización.

EFECTOS COLATERALES DE LAS TÉCNICASELECTROQUÍMICAS: EXTRACCIÓN DE CLORUROSY REALCALINIZACIÓN

Algunos efectos colaterales pueden aparecer debido a las características de las téc-nicas de extracción electroquímica de cloruros y de realcalinización electroquímica:• La reacción álcali-agregado puede ocurrir cuando los agregados presenten

reactividad con los elementos alcalinos. En casos de reparaciones esta hipótesises pequeña, siempre y cuando el histórico de la estructura no haya recibido estamanifestación patológica hasta el momento de la intervención.

Esto significa que si los ágregados siempre estuvieron en contacto con una matrizalcalina y no se pudo observar los efectos de la reacción alcali-agregado; No sepuede entonces asociar a que por el hecho de la aplicación de las técnicaselectroquímicas, que llevan al aumento del pH del concreto, esa manifestaciónpatológica se va a producir.

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BIBLIOGRAFIA- Araújo, F.W.C.: Contribución a la visualización

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• En todos los casos se señala que la realcalinización electroquímica aumenta lapotencialidad de la reacción álcali-agregado, ya que en el concreto se están intro-duciendo álcalis, lo que puede generar problemas en el caso de agregadosreactivos.

• La fragilización de la armadura por hidrógeno aparece debido a una reacción queocurre en la armadura (reacción catódica), donde se presenta la formación de gashidrógeno que, debido a su pequeño radio atómico, penetra en la estructura de laarmadura, alterando así sus propiedades mecánicas y aumentando su fragilidad.

• La aplicación de grandes densidades de corriente puede conducir a la reducciónde la adherencia entre armadura y concreto. Eso ocurre debido al desprendimien-to de gas hidrógeno que genera presiones en la zona de transición entre el con-creto y la armadura. El gas tiene dificultad de escapar a través de la porosidad delconcreto, y se concentra alrededor de la armadura.

• La posible pérdida de adherencia entre el revestimiento y el substrato (concretorealcalinizado) se da ante todo debido a la formación de eflorescencias (acumula-ción de sales) en la superficie del concreto realcalinizado.

• La introducción de nuevas substancias en el concreto puede alterar sus propie-dades mecánicas, físicas y químicas.

• La absorción capilar disminuye debido a la disposición de materiales en los porosdel concreto.

COSTOS RELATIVOS DE LAS TÉCNICASNO CONVENCIONALES

Costos aproximados en euros:• Reparación localizada (por parcheo): entre 50 y 100 euros/m2 .• Realcalinización electroquímica: aproximadamente 100 euros/m2.• Extracción electroquímica de cloruros: aproximadamente 150 euros/m2.• Protección catódica: entre 100 y 300 euros/m2, sin incluir el mantenimiento de

los equipos.

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Un nuevo hito para Barcelona

LA TORRE

AGBARPOR: BRUFAU, OBIOL, MOYA & ASS., S.L.ARQ. ROBERT BRUFAU,ARQ. AUGUSTÍ OBIOL,ING. JOSÉ RAMÓN SOLÉ,ARQ. JAIRO DE LA CRUZ.(VERSIÓN ABREVIADA).

FOTOGRAFÍA DE ESTRUCTURA TERMINADA PÁG.48 TOMADA DE

HTTP://WWW.GEOCITIES.COM/ATHENS/ACROPOLIS/3324/AGBAR.HTML

PLANTEAMIENTO GENERALEl planteamiento volumétrico del proyecto de la Torre Agbar consiste

en una edificación en altura de 141,5 m sobre la cota de rasante, cuyaplanta, de geometría más o menos elíptica, posee unos ejes principalesde 39,40 m y 35,42 m. Se trata, pues, de un cuerpo cilíndrico que en laparte final se cierra sobre sí mismo. En el proyecto arquitectónico secontempla la formación de cuatro sótanos, los cuales ocupan la totalidaddel terreno donde se ubica el proyecto.

La obra presenta, en primera instancia, dos situaciones estructuralesen que las problemáticas son bien distintas: por un lado, la formación delos sótanos, resuelta en términos generales con base en losas y pilaresde concreto armado; y por otro la erección de la torre propiamente dicha,cuya solución estructural no se puede adscribir a ninguna tipología con-vencional.

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Ficha Técnica Torre AgbarPropietario del proyecto Layetana

Promotor Layetana

Diseño Arquitectónico Ateliers Jean Nouvel

Arquitectos asociados b720 Arquitectura S.L.

Compañía Constructora Dragados

Ingeniería Estructural Obiol, Moya & Asociats

Ingeniería Estructural Robert Brufau y Asociados

Sección general de la torre

ESTRUCTURADE LOS SÓTANOSExcavación y estructuras de contención

Como se ha indicado, el proyecto plantea la formación de cua-tro niveles de sótanos de diferentes alturas cada uno de ellos,que provocan un rebaje total desde de la cota inicial del terrenoen torno a los 17 m de altura. Dentro del proyecto, el primer nivelde sótano se refiere como Semisótano, de tal modo que el másbajo de los sótanos se refiere como Sótano 3.

Planta general.

La caracterización geológica del subsuelo viene definida de unmodo general por tres tipos de estratos: el primero correspondea un nivel de rellenos antrópicos bastante consolidado que oscilaentre los 2 y 5 m de espesor; el segundo consiste en un terrenoarcilloso con un espesor promedio de 13 m, y el tercero, situadoa unos 20 m por debajo de la cota de rasante, constituido por unestrato de gravas y arenas; este último nivel contiene de un modoaleatorio «lentejones» de arcilla de pequeño espesor y de longi-tudes variables.

Es importante destacar como característica fundamental la pre-sencia del nivel freático a unos 10 m por debajo de la rasante, demodo que el fondo de la excavación se situó 7 m por debajo delmencionado nivel. Esta situación llevó, por un lado, a prever unconsiderable mecanismo de bombeo para el abatimiento del nivelfreático durante la ejecución de la obra y, por otro, al acondicio-namiento de la cimentación para equilibrar la subpresión corres-pondiente.

La circunstancia descrita condiciona de manera decisiva el di-seño de las estructuras de contención del terreno que se proyec-tan no únicamente con criterios de estabilidad y resistencia, sinoatendiendo también a la intención de formar un vaso más o me-nos estanco a la entrada de agua del subsuelo.

La excavación se plantea realizando un primer tramo de 4,5 mdesde la sub-rasante, sin medidas de sujeción del suelo, de ma-nera que se permite la formación de cuñas o taludes de trazadoprácticamente vertical de 4,5 m de altura; este primer nivel co-rresponde con el del suelo del semisótano. A partir de este límitese encuentran las estructuras de contención propiamente dichas.

En primera instancia se puede afirmar que hay dos situacionesgenerales de contención. Esto debido a que en el lote vecino,perteneciente a la misma propiedad, se proyecta una edificaciónque dispone de tres niveles de sótanos de tal modo que la canti-dad de tierras a contener en el lindero entre los dos terrenosresulta necesariamente menor; por otro lado, la estructura afec-tada por esta condición ha de ser capaz de dominar la carga queinduzca sobre ella el edificio vecino. Por tanto, de una parte habíaque contener en dos de los lados del solar, las tierras correspon-dientes a cuatro niveles de sótanos, y de otra, en el lado restan-te, una altura de tierras correspondiente al último sótano.

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La altura de la contención proyectada, la presencia y cota delnivel freático, la evidente imposibilidad de realizar todo la con-tención contemplando taludes y estratigrafía del terreno lleva-ron a que la solución más adecuada para la formación de lossótanos, en cualquiera de las dos situaciones de contencióndel proyecto, fue la de muros pantalla amarrados provisional-mente al terreno mediante anclajes en los casos necesarios,hasta la ejecución de las diferentes losas que forman dichasplantas.

Las pantallas se plantean de tal modo que, en cualquier caso,siempre se adentran un mínimo de 7 m en el terreno por debajodel fondo de la excavación. Esto no obedece únicamente a losmencionados criterios de resistencia, sino también a la volun-tad de evitar el sifonamiento del fondo de la trinchera y a laintención de reducir la entrada de agua al solar que nos ocupadurante la ejecución de la obra.

El proyecto contemplaba seis pozos para el abatimiento delnivel freático, pero puesto que no se garantizaban los porcenta-jes de permeabilidad del suelo, la obra requirió 29 pozos deabatimiento, a través de los cuales se llegó a bombear ocasio-nalmente un caudal de agua del orden de 300 l/s.

Detalle de un pozo de obra.

Dentro de la primera situación de contención, la de tres nive-les de sótano, se distinguen dos grupos de pantallas, cuya dife-rencia radica en que uno de ellos tiene su coronación junto altecho del sótano -1, mientras que el otro presenta su corona-ción 2,30 m por encima de dicho forjado. El primer grupo pre-senta tres niveles de anclajes al terreno, uno por cada planta,mientras que el segundo comprende un total de cuatro nivelesde anclaje, uno por planta más uno por encima del techo delsótano -1; en ambos casos los dos niveles de anclaje inferioresse sitúan bajo el nivel freático. El espesor previsto para este

tipo de pantallas es de 60 cm. La contención se completa conun muro de concreto armado encofrado a dos caras de 30 cmde espesor, hasta alcanzar la rasante de la calle.

Respecto a la segunda situación de contención, se ha pro-yectado una pantalla que sostiene las tierras correspondientesa un nivel de sótano, el más bajo, ya que la excavación del solarvecino se ha situado en este nivel. El espesor de este tipo depantallas es de 50 cm que, dadas las condiciones de conten-ción, se han previsto sin anclajes provisionales; sobre la panta-lla descansa un muro de concreto armado de 30 cm de espesorencofrado a dos caras, que ocupará la altura correspondiente alos sótanos -1 y -2.

Cimentación de estructuras de sótanosEl diseño de la cimentación de la parte de proyecto que nos

ocupa atiende a los siguientes condicionantes;• Inexistencia de planta alguna sobre rasante.• Profundidad relativa del fondo de los sótanos respecto al ni-

vel freático.• Estratigrafía y condiciones mecánicas del terreno.• Carga permanente de las losas que forman los sótanos.• Luz representativa de esta parte del proyecto (7.5m).

Atendiendo a estos condicionantes, y dado que el peso muertode la construcción resulta mucho menor que la presión ascen-dente que lo solicita, se concibió una losa de subpresión ancla-da al terreno mediante módulos de pantalla que, trabajando africción negativa y situados debajo de cada pilar, resultan capa-ces de equilibrar dicha subpresión. Esta opción permitió cons-truir una losa de un espesor moderado para las cargas y lucescon las que se trabaja; concretamente, se proyecta una losa de80 cm de espesor. Este moderado espesor alivia en cierto modoel comportamiento de las estructuras de contención, ya que alproducirse una depresión mínima del terreno, las pantallas pue-den ser más cortas, puesto que éstas alcanzan con mayor faci-lidad la estabilidad.

Detalle de la coronación de la cimentación profunda en

preparación para recibir la losa de subpresión.

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La losa descansa sobre un encachado de gravas drenantesde 40 cm de espesor que facilita el discurrir del agua hastacuatro pozos. Los pozos se concibieron para evitar que, anteun ascenso inesperado del nivel freático, la subpresión aumen-te por encima de los valores que la cimentación proyectada escapaz de soportar, actuando estos como aliviadero. Concreta-mente, la losa fue diseñada para un valor de 8t/m2 de presiónascendente, contemplando por tanto una subida excepcionaldel nivel freático de 1 m.

Trabajos en la losa de subpresión.

La losa se encuentra, evidentemente, en contacto permanentecon el agua del subsuelo que en la obra resulta débilmente agre-siva por el contenido en sulfatos, según los límites establecidospor la Instrucción del Concreto Estructural. Al respecto, resultanecesario reseñar que la resistencia característica del concretode los elementos estructurales de los sótanos es típicamentede 35N/mm2.

Finalmente, como singularidad relevante de la losa de cimen-tación, se encuentra la adaptación local que la losa experimen-ta para solucionar la fundación de las dos grúas de altura situa-das dentro del recinto de la obra y sustentadas sobre ella. Alrespecto se ha previsto un recrecido local de la losa, a modode gran zapata embebida, de aproximadamente 5 x 5 m de basecon 2 m de altura.

Losas y pilaresLa estructura de los sótanos se adscribe a la más convencio-

nal de las tipologías previstas. Su forma es un entramado depilares que intenta respetar una distancia entre ellos no mayorde 8 m; esta luz es acorde con el uso para estacionamientos endos de estas plantas; éstos, a su vez, sustentan en los casostípicos una losa de concreto armado de 30 cm de espesor. Cons-tituye una excepción el techo del semisótano que, debido a lamayor carga que soporta (tránsito de vehículos de bomberos,jardinería, etc.), se proyectó con espesores que van de 35 a 40cm.

AuditorioEn el interior del entramado general de los sótanos encontra-

mos una singularidad notable, la ubicación del auditorio. Resultaevidente que este recinto presenta una estructura especial parasu cubierta, debido a la pertinente necesidad de no levantar pila-res en el espacio de audiencia y escenario.

En el momento de dirimir la estructura adecuada para la forma-ción del auditorio se tuvieron en cuenta primordialmente las si-guientes premisas: la coincidencia de la posición del auditoriocon la previsión de un montículo a nivel de planta baja, por nece-

Diferentes momentos de la construcción de la cúpula del auditorio.

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sidades de paisajismo y jardinería; de otra parte, la exigua reser-va dimensional que contempla el diseño para el entramado resis-tente. Con base en estos datos se optó por una lámina de doblecurvatura en concreto armado in situ aligerada mediante casetonesde poliestireno expandido, que con su geometría ayuda a resol-ver el problema resistente y conforma en gran medida el montí-culo requerido por el proyecto arquitectónico.

La lámina, compuesta de dos chapas de concreto armado de10 cm y aligeramiento intermedio de 60 cm, descansa en todosu perímetro sobre vigas o muros suficientemente capaces, quea su vez descansan sobre pilares que conducen la carga hastala cimentación.

ESTRUCTURA DE LA TORREComo ya se dijo, el planteamiento de la torre consiste en una

edificación en altura de 141,5 m sobre la cota de rasante quepresenta una planta de geometría más o menos elíptica de ejes39,40 m y 35.42 m. La estructura vertical de carga se resuelvehasta los 110 primeros metros sobre rasante mediante un cilin-dro exterior, proyectado como un muro de concreto armado, yotro cilindro interior, no concéntrico con el anterior, también enconcreto armado. Sobre estos dos cilindros de carga se vanapoyando las diferentes losas. La resistencia característica delconcreto vuelve a ser típicamente de 35N/mm2. A partir de lacota 110 m las losas se sustentan en voladizo desde el núcleointerior, sin contacto con el perímetro exterior, que asciendehasta la cota 132 m; estos forjados corresponden con las cincoúltimas plantas, las de dirección. Cerrando todo el conjunto, ydesde la cota 110 m del muro exterior, nace una cúpula resueltaen acero y vidrio.

Cimentación de la torreSe ha proyectado como cimiento una secuencia continua de

pilotes rectangulares de concreto armado que siguen fielmenteel recorrido de todos los elementos resistentes verticales de latorre; dichos pilotes, empotrados suficientemente en el terre-no, transmiten el peso de la construcción al igual que, en algunazona, para la hipótesis pésima, alcanza las 450t/ml. Los espe-sores de estos elementos oscilan entre los 65 y 80 cm, y pro-fundidades entre 14 y 25 m. Todas estas variables dimensionalesdependen de la magnitud del lastre que deben soportar. Cabereseñar que la porción comprendida por el núcleo y la bateríade ascensores presenta un quinto nivel de sótano desde dondearranca la cimentación proyectada.

Planta tipo de la torre.

Trabajos en las vigas de coronación de la cimentación del núcleo.

Secciones de la cimentación.

Muro exteriorEl muro exterior arranca en la cimentación y asciende hasta

la planta 26, a unos 110 m sobre la rasante de la calle. La paredpresenta desde el comienzo una singularidad determinante: elplanteamiento del proyecto arquitectónico en el momento de



diseñar las aberturas necesarias en cualquier paramento parasatisfacer las necesidades de los espacios interiores. El muroen cuestión contempla una retícula teórica, de módulo cercanoa 92,5 x 92,5 cm que cubre toda la fachada; sujetas siempre aesta retícula se disponen las aberturas de un modo aparente-mente aleatorio. Este hecho obliga a que el perímetro exteriorsea un gran muro de carga de concreto armado, ya que no per-mite el planteamiento de pórtico alguno y ni siquiera el tránsitovertical de la carga hasta la cimentación, resultando por tantoque se proyecte un muro de concreto armado in situ que con-templa las oquedades del diseño.

El elemento en cuestión contempla diferentes espesores paraciertos tramos, pero conservando un espesor constante dentrode cada tramo. Así, en toda la profundidad de los sótanos elespesor proyectado es de 50 cm. Una vez encima de la plantabaja se consideran tres tramos cuyos límites coinciden con ladivisión de los 110 primeros metros de la torre en tercios. En elprimer tercio, el espesor consignado se mantiene en 50 cm; enel segundo pasa a 40 cm, mientras que el último tercio se traba-ja con un ancho de 30 cm. Cabe decir que, cuando el muro sesitúa en el entorno de la cota 76,5 m de proyecto, comienza ainclinarse sobre sí mismo, formando una curva poligonal hastala planta 26; cada tramo recto de dicha poligonal transcurre delosa a losa.

Al optar por dos cilindros elípticos de concreto armado parasustentar las losas sucesivas, muro exterior y núcleo interior,resulta evidente que el exterior va a encargarse de la estabiliza-ción del edificio frente a la actuación de las acciones transver-sales, por su mayor inercia respecto al interior. Así mismo cabemencionar que la esbeltez máxima de la torre es calificable demoderada, hecho que, sumado a la condición elíptica de la plan-ta, provoca que la incidencia de las cargas horizontales por laacción del viento no sea muy relevante en el comportamientoresistente global. Por otra parte conviene reseñar que las ac-ciones derivadas de un hipotético movimiento sísmico, con basea lo establecido por la norma de referencia, Norma de Cons-trucción Sismorresistente: Parte General y Edificación NCSE-94, resultan en este caso de menor intensidad que las ocasio-nadas por el viento.

Para el armado del muro podía descartarse de entrada cual-quier método convencional de colocación de mallas de armadu-ra y refuerzos, debido a la irregularidad de cualquier sector demuro; en efecto, se concibió un sistema basado en jaulas dearmadura de un ancho igual al valor del módulo base, 92,5 cm,que se ligaban posteriormente con la armadura horizontal co-rrespondiente y complementadas con armadura de refuerzo allídonde lo exigiesen los mayores grados de solicitación.

Estas jaulas se depositaban sobre las esperas nacientes delúltimo nivel de concreto colocado, habiendo dispuesto previa-mente los correspondientes moldes de encofrado de ventana.

El vaciado de concreto se planteaba en dos vaciados por plantapara facilitar, en lo posible, el flujo de concreto a todas las par-tes y su obligada compactación. Hubo que revisar después esteplanteamiento debido fundamentalmente a incompatibilidadescon los plazos de ejecución, y finalmente resultó que las jaulasde armadura se presentaron con un ancho correspondiente aunos diez módulos de los de la retícula base, con lo cual, porotra parte, el vaciado del concreto contempló un único vaciadopor planta. Finalmente fue necesario proveer tubos de suminis-tro de concreto a través de múltiples huecos de ventana con elfin de que el mencionado concreto colmatase todos los espa-cios previstos, y aceptar la aparición de ciertos defectos demenor importancia en el concreto, que posteriormente seríanreparados.

Las jaulas de diez módulos de ancho se montan a pie de obrasobre una estructura auxiliar adecuada a los radios de cada sec-tor de planta, que permite que la jaula se conforme con la curva-tura exigida. Para la construcción del muro se usó un encofradoautotrepante.

Jaulas ya preparadas

para ser izadas.

Izado de la jaula hacia la

coronación de la obra.

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Entre los elementos estructurales más singulares del murose mencionan los múltiples casos de encuentro en arista entredos módulos de ventana. Al efecto se proyectó un elementoresistente a modo de cruz de acero, que recibe la carga de laparte superior de concreto armado a través de un conjunto deconectores tipo Nelson que, concentrándola en una pequeñaarista de acero, diseñada siempre en régimen elástico, pasadespués a disiparla en la parte inferior, devolviendo por tanto lacarga al concreto armado, de nuevo a través de un conjunto deconectores del mismo tipo. Como elemento fundamental deayuda a la captación y disipación de la carga se proyectan enunos casos unas armaduras a 45º soldadas al elemento de cruz,tanto en la parte superior como en la inferior; en otros casos seconsignan dos perfiles laminados del tipo HEB, igualmente obli-cuos, soldados convenientemente a la mencionada cruz.

Trabajos en una jaula ya colocada.

Algunas solicitaciones debidas a los medios auxiliares de laconstrucción que afectaron en mayor medida la ejecución de laestructura son las generadas por las acciones de las grúas dealtura que se arriostran contra la torre para darles estabilidad; alrespecto cabe mencionar que la construcción de los muros deconcreto, tanto el exterior como el interior, avanzan inicialmen-te con mayor celeridad que la construcción de las losas, demanera que los muros quedan, en cierta medida, en falso antelos empujes de la grúa que, si no suponen un problema relevan-

Detalle de cruces tipo con armadura oblicua. Se aprecia también

la tubería para el paso de concreto

Grúa arriostrada contra la torre.

Vigas de losas colocadas previamente como arriostramiento. Se

muestra también la estructura de los muros interior y exterior.

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te respecto al comportamiento global, sí lo suponían a nivel local.Para equilibrar esta desfavorable situación se colocaron en algunoscasos un cierto número de vigas simulando las losas antes de loestrictamente necesario para la construcción de las propias losas.

En cuanto al análisis estructural del elemento que nos ocupa,

cabe manifestar que antes del estricto cálculo y conjuntamente

con el equipo de arquitectura, hubo un trabajo exhaustivo de

ubicación de los huecos de ventanas, una a una y planta por

planta, fijando criterios de distorsión del descenso de cargas,

luz máxima de los dinteles, etc. Posteriormente se procedió a la

modelación completa del muro, incluidos núcleo y losas, me-

diante una malla de elementos finitos laminares, calculando en

primera instancia su régimen elástico. Enseguida se detectaron

las zonas de mayor solicitación y gradiente tensional, las cuales

se estudiaron bajo la condición de no linealidad mecánica con

mallas de elementos finitos más refinadas; igualmente, para

obtener la armadura de los elementos de muro más esbeltos,

semejantes a pilares, se tuvieron en cuenta los procesos habi-

tuales de no linealidad geométrica (pandeo).

Detalles de la modelación del muro exterior.

NúcleoNaciendo en los cimientos, este elemento estructural llega

alcanzar 132 m de altura sobre la rasante de la calle, cerrándo-se sobre sí mismo en las últimas plantas para formar una pe-queña cúpula de concreto armado ligeramente apuntada.

El núcleo está formado por un entramado de muros de con-creto armado in situ, en el cual el muro perimetral liga todos lasdemás, confiriendo al conjunto la mencionada planta ovoide.Dicho entramado de muros, por el hecho de no adquirir respon-sabilidad en la estabilización horizontal del edificio, dado el nú-mero y la proximidad entre ellos, se proyectó con un espesormínimo que oscila entre los 25 y 40 cm. El cerramiento de labatería principal de ascensores, fuera ya de este núcleo peropróximo a él, también se proyectó como elemento de carga enconcreto armado (ver Planta tipo de la torre, pág. 44.).

Encofrado autotrepante en el sector del núcleo.

LosasPara realizar la estructura horizontal de las losas de la torre

se tuvieron en cuenta los siguientes criterios:• Obtención del mínimo peso posible.• Facilidad de adaptación al conjunto de diversas redes de ins-

talaciones.• Consecución de una planta sin columnas.• Utilización de los más sencillos procedimientos constructi-

vos posibles.•La prefabricación en taller, o a pie de obra, del máximo nú-

mero de elementos.La parte de la losa contenida en el núcleo interior está hecha

de concreto armado de 20 cm de espesor, apoyada en el densoentramado de muros resistentes que da forma a dicho núcleo.

La parte de piso que va del núcleo al muro exterior se cubrecon una losa mixta con base en vigas de acero entrevigadasmediante chapa grecada colaborante de 6 cm de altura, comple-mentada con concreto in situ hasta que el conjunto chapa-con-creto alcanza una altura de 11 cm. Las vigas de acero se coloca-ron y orientaron de manera que su luz fuera la mínima posible.Ahora bien, siempre guardan una distancia entre sus ejes de 3m y, por otra parte, en la orientación de las vigas solo se admi-ten las dos direcciones paralelas a los ejes principales de la

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elipse que forma el muro exterior, demanera que en determinadas zonasunas vigas descansan sobre otras.

La no coincidencia de los cen-tros de los cilindros resistentesocasiona una solicitación heterogé-nea de los nervios de acero, por loque tal situación estructural condu-ce por sí sola a la aparición de unajerarquía de vigas acentuada en al-gunos casos por el hecho de queunas vigas descansan sobre otras.

La unión de las diferentes vigascon los muros se concibió siem-pre como articulada y resuelta contornillos. Finalmente, las uniones seejecutaron mediante soldadura para facilitar el replanteo, aunquemanteniendo siempre el carácter de articulación. Para ejecutarestas uniones, se han debido embeber previamente en los dife-rentes muros las chapas de acero de fondo necesarias para laposterior recepción de la unión del perfil. Las uniones entre vigasse diseñaron y se ejecutaron con tortillería.

Plantas de direcciónLas plantas de dirección ocupan los seis últimos niveles úti-

les de la torre, pero las últimas cinco presentan una tipologíaestructural ajena a la del resto. Dichas plantas son originales,pues nunca alcanzan el perímetro de la construcción, soportán-dose únicamente en el núcleo interior de la torre. Por tanto,pasan a formar unos voladizos que muchas veces son del or-den de 10 m; por otro lado, se optó por una losa de espesorvariable (25 cm - 50 cm) postensada, con el objetivo de introdu-cir en la estructura una deformación y un estado tensional con-trarios a los que se producirán cuando ésta entre en servicio,haciendo admisibles los corrimientos y tensiones resultantes.

Inicio de construcción de núcleo.

Resulta evidente que el muroperimetral del núcleo interior, conun espesor en torno a los 30 cm,es incapaz de movilizar el momen-to de respuesta suficiente paraequilibrar semejantes voladizos;por ello, en estos casos se optópor un espesor de la losa interiordel núcleo de 50 cm, a fin de hacerpartícipes del problema a los murosinteriores de dicho núcleo. La se-paración entre tal muro perimetral ylos interiores facilita la aparición deun par de fuerzas, que solicitaaxialmente a los referidos muros,capaz de equilibrar al momento ori-ginado por el vuelo.

Las cabezas activas se situaronsiempre en el extremo de las lo-sas, mientras que las pasivas seubicaron, en lo posible, ya en elinterior del núcleo.

CúpulaSe trata de una estructura metálicaformada a base de un conjunto de26 meridianos y 19 paralelos; éstosconstituyen una retícula que susten-ta directamente los marcos de la car-pintería que recogen el doble acris-talamiento que cierra los huecos.

Sectores de losa de una planta tipo y del techo de una planta

técnica listos para el vaciado de concreto.

ReconocimientoNoticreto agradece a los autores y a Xavier Sala, jefe del Proyecto por la firmaLayetana, quienes hicieron posible la realización de este artículo.

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ESTRUCTURAS Y SÍSMICAESTRUCTURAS Y SÍSMICA

ESTRUCTURAS Y SISMICA

NNNNNoticreto oticreto oticreto oticreto oticreto ha considerado pertinente abrir la nueva sección

Estructuras y Sísmica cuya responsabilidad será com-

partida con el Ingeniero Alberto Sarria. La presencia per-

manente del tema en nuestra revista se convierte en una

necesidad pues, como sabemos, Colombia se halla en una zona de

convergencia de tres placas tectónicas cuyos desplazamientos han pro-

ducido sismos que han afectado la vida y el patrimonio de muchos

compatriotas.

La sección tratará aspectos relacionados con el impacto de los sismos

sobre la vida y el discurrir de la sociedad, tales como las interacciones

suelo-estructura, importancia de las normas, impacto social y econó-

mico de los sismos, aproximaciones técnicas que mejoren los diseños

estructurales y procesos constructivos, riesgo sísmico sobre edifica-

ciones convencionales y especiales, etc. Todos ellos recibirán la máxi-

ma atención posible en la nueva sección de Noticreto.

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(Parte I)POR: ING. ALBERTO SARRIA MOLINA

UN ANTIGUO RETO PARA LA HUMANIDAD



DINÁMICA DEL INTERIOR TERRESTREY OCURRENCIA DE LOS SISMOS

Hace unos cinco mil millones de años una masa de polvo estelar de diámetrosimilar a un año luz que giraba y se desplazaba por el cosmos comenzó a contraer-se. Esto aumentó su velocidad angular achatándose poco a poco hasta adquiriruna forma similar a un disco de enorme diámetro. Heterogeneidades en la distribu-ción del polvo estelar agruparon partículas que dieron origen a planetésimos cuyamasa atraía con mayor fuerza nuevas partículas que se acrecionaban al planetaprimigenio. El impacto de cada partícula convertía su energía cinética en térmica;parte de este calor se liberaba al exterior y parte quedaba atrapado en el planetaen crecimiento tal como se aprecia en la parte superior de la figura 1.

INTRODUCCIÓN

E ste artículo pretende mostrar un pano

rama general de los sismos y su impac

to sobre la sociedad, empleando las fi

guras que faciliten su lectura. El tema se

presenta en dos partes: la primera se concentra en

las características generales de los sismos y una

introducción a los daños sobre la infraestructura,

mientras que la segunda parte, describe algunos as-

pectos generales de los maremotos y sus efectos

sobre las construcciones. Presenta una descripción

rápida de la formación planetaria con el fin de mos-

trar el gradiente térmico del interior de la Tierra el

cual, en combinación con la acción gravitacional,

origina la dinámica de la parte sólida del planeta;

ambos fenómenos son la génesis de los sismos y,

por lo tanto, de la mayoría de los maremotos.

Los sismos son fenómenos naturales que ocurren

en las regiones más esforzadas de la parte exterior

del planeta con profundidad focal máxima cercana a

700 km. Su ocurrencia libera en unas decenas de

segundos una enorme cantidad de energía que se

ha venido acumulando lentamente debido a los des-

plazamientos de las placas tectónicas que confor-

man la superficie de la Tierra. Estos desplazamien-

tos no son más que una manifestación de la dinámi-

ca del interior terrestre. La energía liberada se disi-

pa generando un proceso ondulatorio que se propa-

ga por el interior y la superficie del planeta. Las

ondas llegan a las zonas urbanas y después de atra-

vesar la capa de suelo donde se asientan, sacuden

las construcciones produciendo oscilaciones que

pueden afectarlas severamente hasta generar de-

formaciones internas que pueden inutilizarlas o de-

rrumbarlas. Los sismos intensos producen destruc-

ción y muerte pero también han permitido al hom-

bre investigar de manera indirecta la composición

del interior terrestre.

La dinámica interna de la Tierra conduce a la

expulsión del magma por las dorsales marinas, con-

formando franjas cuya polaridad magnética se al-

terna entre la normal, que es la actual, y una inver-

sa; esta expulsión da origen a un incremento en la

superficie terrestre. La superficie planetaria debe per-

manecer constante y la misma área creada debe

desaparecer en las zonas de subducción donde hay rupturas con desplazamientos verticales y

horizontales. Las zonas de subducción se hallan en regiones costeras de algunos continentes y

pueden producir oleajes marinos que se propagan hasta lugares muy distantes, dando origen a

los maremotos. Un ejemplo de sus desastrosos efectos es el tsunami del 26 de diciembre de

2004 en Sumatra y otros países, que dejó cerca de 300.000 muertos.

Figura 1: Esquema de la evolución de la Tierra.El sistema solar se inicia en la nube estelar (arriba e izquierda) que sufre tirones

gravitatorios, aumenta su velocidad angular w y se encoge y achata tal como ocurre

con una bailarina (centro); esto da origen a los planetas primigenios que comienzan a

aumentar su masa y momento lineal por acreción de partículas atraídas por la

gravedad. La energía cinética adquirida por la atracción gravitacional F de cada

partícula se convierte en térmica en cada choque y va aumentando el calor interno del

planeta en evolución (derecha). Se resalta la importancia del calor en el proceso.

El planeta en formación estaba constituido por materiales de muy bajaconductividad térmica, de tal manera que el calor atrapado en su interior demorabamucho tiempo en salir al exterior, como se aprecia a la derecha de la figura. Seformaron así los planetas térreos Mercurio, Venus, Tierra y Marte y los gaseosos

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Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Además, varias decenas de lunas y un enormenúmero de cuerpos estelares menores como los asteroides. Algunos estudios tien-den a demostrar que el impacto de un enorme asteroide contra la Tierra dio origena la Luna terrestre.

En su juventud el planeta Tierra fue impactado por muchos asteroides, algunosde ellos ricos en hierro y otros metales, hielo y otros minerales; el impacto deasteroides de hielo ayudó a conformar un planeta rico en agua. El planeta creció,aumentando su masa y la atracción gravitacional al tiempo que se iba conformandoun proceso de discriminación en el cual los materiales pesados descendían al inte-rior mientras que los livianos ascendían a la superficie. Entre los pesados habíauranio, torio y otros materiales radiactivos de vida media muy larga que liberancalor en su proceso de desintegración nuclear. Se fue conformando entonces unamarcada diferencia de temperatura entre las partes externa e interna del planeta,tal como se aprecia a la izquierda de la figura 2.

Figura 2: Calor interno como parte fundamental de la dinámica del interiorterrestre.El calor acumulado durante la formación planetaria se suma al liberado por materiales

radiactivos para generar el gradiente térmico (izquierda) el cual, en combinación con la

acción gravitacional, conforman el motor de la dinámica del interior terrestre. Se establecen

celdas de convección (abajo) que transportan magma hacia las dorsales terrestres aflorando

hacia cada lado aumentando el área del lecho marino (arriba derecha).

Si una vasija que contiene un líquido se calienta en su parte baja, hay flujo térmicopor convección y contacto propagándose el calor por el interior del líquido, de talmanera que su parte superior será más fría que la inferior. Al ser más fría es másdensa, formándose un gradiente gravitacional que la impulsa hacia abajo, dandoorigen a una dinámica interior con flujos que forman celdas donde se establece unflujo que asciende y desciende. En la Tierra sucede algo similar y el magma ascien-de y llega a la superficie por las dorsales marinas tal como se aprecia en la partesuperior derecha de la figura 2, aumentándose así la superficie planetaria. Como lasuperficie no puede aumentar, la nueva área creada desaparece por las zonas desubducción. Es muy importante tener en cuenta que este proceso es de largo pla-zo, pues involucra desplazamientos sumamente lentos.

Como consecuencia de la dinámica inter-na, hay movimiento de la parte externa delplaneta que se manifiesta en la formación ydesplazamiento de las placas tectónicasgenerándose zonas de convergencia y deexpansión. Al chocar una placa con otra sedeforman almacenando energía potencial.Como el medio es capaz de almacenar unadeterminada energía por unidad de volumense puede llegar a la situación en que las fuer-zas de fricción y cohesión que frenan lasrupturas son superadas por las de tectóni-cas que empujan. Ocurre entonces una rup-tura que libera en pocos segundos la ener-gía almacenada en procesos que tomaronmucho tiempo en conformarse. Se originaasí un sismo cuya génesis es la interacciónentre acciones térmicas y gravitacionalessobre el medio sólido.

El mecanismo de la ruptura es un temade enorme complejidad y en la actualidadlas ciencias de la Tierra combinan esfuer-zos de matemáticos, físicos, químicos ygeólogos para mejorar los sistemas de pre-dicción, de tal manera que un modelo seacapaz de reproducir un registro antes queocurra. Tan compleja situación desaconse-ja simplificar las cosas hasta extremos in-convenientes cuando es urgente obteneruna respuesta. La información de unos cuan-tos registros no puede conformar todas lasposibilidades del comportamiento de la na-turaleza. Quien mantenga medianamenteenterado de lo que se publica en la biblio-grafía internacional confirmará que sobre lossismos se sabe muy poco.

CARACTERÍSTICASDE LOS SISMOS

Los sismos no tienen forma, peso, coloro característica alguna apreciable a simplevista que permita comparar uno con otro.Los sismólogos desarrollaron dos aproxima-ciones para cuantificar los sismos y podercompararlos entre sí. La primera aproxima-ción es puramente cualitativa desde el pun-to de vista analítico: es la noción de intensi-dad sísmica que los compara a partir de los


daños locales evaluados de acuerdo con procedimientos esta-blecidos. La escala de intensidades más empleada es la deMercalli, que tiene doce grados. El grado I corresponde a sismosimperceptibles, mientras que el XII corresponde a devastacióntotal. El otro procedimiento es cuantitativo desde el punto devista analítico y se basa en la medición de los desplazamientoslocales medidos por los sismógrafos. Esta aproximación condu-ce a las nociones de magnitud y momento sísmico directamenterelacionados con la energía liberada en la ruptura. Hay variasescalas de magnitud que dependen del período de la onda so-bre la cual se mide la amplitud del desplazamiento producidolocalmente por el paso de las ondas sísmicas. Para sismos rela-tivamente cercanos se emplean sismógrafos con geófonos enel orden de un segundo. Para sismos distantes los geófonostienen periodo natural en el orden de veinte segundos.

INTENSIDAD Y MAGNITUDLa intensidad es una escala cerrada que implica cierto cono-

cimiento de quien la usa y por lo tanto adolece de una subjeti-vidad que complica su empleo, a menudo realizado por perso-nas sin experiencia en el comportamiento estructural de edifi-caciones, el cual varía notablemente según la tipología de laedificación. Además, los grados de la escala no tienen una re-lación numérica entre ellos. En vista de las dificultades anota-das en la actualidad se emplea en la ingeniería sísmica la esca-la de intensidades de Arias que involucra la integración de laaceleración de los registros; de esta manera es posible esta-blecer la potencialidad de daño de un sismo; sin embargo, lanueva escala tiene el problema de que debe disponerse deregistros de aceleración para poder emplearla.

En contraposición a la de intensidades, la escala de magnitu-des es abierta sobre una escala logarítmica que implica que laenergía liberada por un sismo con una magnitud igual a 6, porejemplo, libera aproximadamente 32 veces más energía queuno de magnitud 5. La evaluación de la magnitud requiere unregistro sobre el cual se evalúan una amplitud ondulatoria y elperiodo de la onda asociada. A pesar de ser abierta, la escalatiene limitaciones que infortunadamente pasan desapercibidaspara muchos ingenieros. Ocurre que los sismos se generanpor la ruptura de fuentes sísmicas que se representan por pla-nos de falla que pueden llegar a tener grandes dimensiones.En general, las dimensiones del plano de falla pueden evaluar-se, pero hay fuertes incertidumbres asociadas a los valoresdeterminados mediante cualquier procedimiento.

Si el sismo se detecta con geófonos cercanos y la fuente esmenor se puede considerar aproximadamente puntual come-tiendo un error tolerable. Si el plano de ruptura es muy grandeya no se puede considerar una fuente puntual porque lleganondas desde puntos muy distantes a los geófonos; se genera

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así la noción de saturación de la escala de magnitudes. En laactualidad se emplean escalas de magnitud Mb, Ms y Mw. Laescala Mb se satura en magnitudes en el orden de 6.5; a partirde un valor similar al anotado debe recurrirse a la escala Ms

para reducir el error en la evaluación de la magnitud; se esta-blecen correlaciones entre Mb y Ms que permiten mejorar loscatálogos sísmicos. Algo similar ocurre con la Ms que se satu-ra en magnitudes en el orden de 8. La escala Mw se evalúasobre el momento sísmico el cual no es saturable. Hay unarelación entre las escalas Ms y Mw.

Foco, epicentro y plano de rupturaLos parámetros sísmicos de mayor importancia para la inge-

niería son: la magnitud, la intensidad local y regional, la distan-cia entre el punto de interés y el foco, la posición espacio-tem-poral del foco y epicentro y el contenido frecuencial y de acele-ración en el nivel local que es donde se implantan las construc-ciones. A la izquierda de la figura 3 se muestra el esquemageneral de una zona de subducción en la cual se aprecian focossísmicos que ocurren como consecuencia de la fractura de lasplacas que convergen. El ambiente general de alta temperaturay presión involucra minerales y rocas con presencia de gasescon mecanismo de ruptura frágil en las partes más exteriores yde dislocación en profundidades mayores donde domina el com-portamiento reológico. Ocurren poliformas de los materialesdependiendo de la profundidad y la temperatura, porque se pre-sentan cambios de estado de la misma manera que el aguapuede ser líquida, sólida o gaseosa, según de la temperatura yla presión a la cual está sometida.

Figura 3: Zonas de subducción, foco y epicentro de un sismoDe izquierda a derecha se aprecian la dorsal marina, la zona de

subducción y la zona de Benioff. El incremento de temperatura y

presión con la profundidad cambia el estado de minerales y

rocas e induce un comportamiento reológico de los materiales.

La falla frágil ocurre en profundidades menores. Los sismos

profundos obedecen a otros mecanismos. El foco tiene longitud

(x), latitud (y), profundidad (z) y tiempo (t). El epicentro es la

proyección del foco: z = 0.

Puede haber rupturas del material esforzado en el contacto oen las placas tectónicas mismas. Si hay rupturas en el contactose habla de sismos interplaca mientras que si hay fallasgeológicas activas que se fracturan se habla de sismosintraplaca. En general, los sismos de mayor magnitud son losque ocurren en los contactos entre placas tectónicas que con-vergen. A la derecha de la figura 3 se muestra el foco de unsismo, el cual es la idealización del sitio donde se inicia la ruptu-ra y se ubica con longitud, latitud, profundidad y tiempo origen(x, y, z, t) mientras que el epicentro es la proyección del focosobre la superficie planetaria y solo tiene coordenadas (x, y, t).Para localizar la posición del foco y el epicentro se requierenestaciones bien ubicadas con geófonos apropiados.

Otros parámetros sísmicos de máxima importancia para laingeniería relacionada con la construcción son las dimensionesdel plano de ruptura y el desplazamiento residual del medio quese ha fracturado. Por ejemplo, en el sismo del 26 de diciembrede 2004 en Sumatra con magnitud Mw similar a 9,5 la ruptura

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tuvo una longitud estimada en 1.400 km con desplazamientos residuales verticalesque en algunas partes posiblemente llegaron a 20 m. En este caso el desplazamien-to vertical es el de la superficie planetaria, de allí la enorme perturbación sobre elmar. En contraste con el enorme sismo mencionado, en uno con magnitud 5 lalongitud de ruptura es de unos cuantos kilómetros y el desplazamiento residual esde unos 10 a 20 cm. En este caso, la fractura no llega hasta la superficie planetaria.La sismología dispone de procedimientos para evaluar estos parámetros de mane-ra directa o indirecta. Es frecuente que la ruptura involucre desplazamientos verti-cales y horizontales y esto es importante para la construcción de la infraestructura,por ejemplo en el caso de obras lineales como oleductos y similares, o en acueduc-tos y sistemas de alcantarillado. La importancia del tema radica en que si hay frac-tura que se propague hasta la superficie planetaria, pueden resultar afectadas obrasde este tipo rompiéndose las tuberías. Esto ha ocurrido muchas veces.

Ingeniería de construcción y la importanciade la medición de aceleraciones

Los acelerógrafos son sismógrafos especiales que se diseñan y construyen paradetectar la aceleración del terreno donde están instalados. Son de máxima impor-tancia para la ingeniería porque la integración del registro de la aceleración contra eltiempo que conforma el acelerograma permite determinar la velocidad y desplaza-miento de las partículas del medio sobre el cual están instalados. Cuando una ondasísmica se propaga por el medio sólido, roca o suelo, perturba las condiciones deequilibrio y sus partículas son desplazadas, pero la rigidez del medio conforma unafuerza restauradora que trata de traerlas a su posición de reposo. Se conforma deesta manera un intercambio entre energía potencial y energía cinética que generauna oscilación de las partículas del medio. Sus desplazamientos de la posición deequilibrio inducen deformaciones espectrales que pueden gobernar el diseño de lasobras con resistencia a la acción sísmica.

Los espectros de aceleración, velocidad y desplazamiento son las máximas res-puestas ante esos tres parámetros que desarrollaría un oscilador amortiguado so-metido a la acción sísmica, para lo cual se integra la ecuación diferencial del movi-miento de la masa, empleando para ello técnicas numéricas puesto que elacelerograma excitatriz no es una función analítica. Sin acelerógrafos no hayacelerogramas y sin acelerogramas, la ingeniería debe comenzar a inventar o aadecuar resultados que casi siempre son discutibles, por decir lo menos. En ladinámica estructural se supone que el oscilador representa las construcciones, desdeluego acudiendo a procedimientos especiales que generalizan la respuesta de unaestructura conformada por osciladores de muchos grados de libertad. Grandesaceleraciones horizontales espectrales para el diseño de una construcción puedenllegar a ser similares o inclusive superiores a la de la gravedad. La velocidad espec-tral puede simplificarse y evaluarse al dividir la aceleración espectral por la frecuen-cia circular natural ω de oscilación de la edificación. Lo que resulta mejor evaluadoes la aceleración espectral, pero en la velocidad hay mayor incertidumbre y en eldesplazamiento espectral, las cosas son más complicadas y más inciertas.

Además de los denominados instrumentos de campo libre como los menciona-dos, es necesario instalar acelerógrafos en edificios y construcciones especialescomo puentes, presas de embalse y otras obras de infraestructura. Solamenteobservando las respuestas estructurales medidas con acelerógrafos y comparandocon los valores analíticos, se produce un verdadero aprendizaje porque los

parámetros con los que se hacen los análi-sis todavía son poco conocidos. Debe que-dar claro que el desconocimiento no es de laingeniería local, sino de la internacional. Elcaso de los puentes es especialmente pre-ocupante porque los coeficientes de amorti-guamiento y la ductilidad empleados para sudiseño se adaptan de edificaciones conven-cionales mucho más redundantes y con uncomportamiento sísmico mejor conocido.

ONDAS SÍSMICAS Y CONS-TRUCCIONES

Las ondas sísmicas que permiten disiparla energía liberada son internas y superfi-ciales. En el caso de muchos sismos lasondas superficiales son producidas por lasondas internas al reflejarse y refractarsesobre la superficie planetaria. En sismos muysuperficiales se producen ondas internas yde superficie simultáneamente. Las ondasinternas son de compresión dilatación, on-das P, similares a las del sonido y de cor-tante, ondas S, similares a las que se pro-ducen en una cable amarrado en una puntay sacudido por una mano que oscila verti-calmente. Las ondas superficiales son detipo R y L con movimientos de las partícu-las del medio transmisor más complejos queel de las ondas P y S. En el caso de lossismos las ondas S portan la mayor partede la energía porque su amplitud es mayorque las de las P. La velocidad c de las on-das es una propiedad del medio por el cualse propagan y siempre se cumple que lamayor velocidad c es la de las ondas Pdenominada cp, seguida por la velocidad delas ondas S, cs. La velocidad es muy impor-tante porque permite diferenciar una ondade otra en un registro y así ubicar focos yepicentros sísmicos. La velocidad de lasondas superficiales es similar, aunque siem-pre menor que la de las ondas S. La veloci-dad ondulatoria en sólidos con relación dePoisson ν, módulo de elasticidad E, módu-lo de cortante G y densidad ρ es:cp={(E/ρ)[(1-ν)/(1+ν)(1-2ν)]}1/2; cs=(G/ρ)1/2;cR=[(0.87+1.2ν)/(1+ν)]cs.


PROPAGACIÓN DE LAS ONDA SÍSMICASEl desplazamiento, velocidad y aceleración del medio pertur-

bado por el paso de las ondas sísmicas es tridimensional y suequilibrio conduce a ecuaciones diferenciales en derivadas par-ciales para cuya solución hay que hacer simplificaciones drás-ticas no por limitaciones matemáticas sino por desconocimien-to del comportamiento de los materiales. De allí la preocupa-ción con las personas que quieren obtener resultados de altaprecisión a partir de fenómenos pobremente descritos desdeel punto de vista analítico; aquí intervienen el criterio y la madu-rez del ingeniero para establecer hasta dónde es posible llevarlas cosas. Aunque la solución analítica es poderosa, losparámetros que permiten plantear las condiciones de equilibrioson poco conocidos, en especial si se toman en cuenta lasheterogeneidades del camino recorrido y la incidencia funda-mental de la temperatura, la presión local y la presencia delíquidos y gases en cada punto de la trayectoria.

CONDICIONES LOCALES,COMPORTAMIENTO ESTRUCTURALY MICROZONIFICACIÓN SÍSMICA

A la roca base del sitio donde están implantadas las cons-trucciones llegan ondas internas S y P que generan ondas Rcon un contenido de amplitud y frecuencia determinado el cualse modifica en mayor o menor medida al atravesar el suelolocal; véase la figura 4. También se pueden conformar ondas L,pero estas requieren una capa superficial que se puede dar ensuelos con preconsolidación apreciable y cuyo espesor debetener un mínimo. Por esto, las ondas L en general no intervie-nen en la ingeniería sísmica. Al llegar a la cimentación los des-plazamientos ondulatorios son transmitidos a la cimentación yla rigidez de la estructura hace que esta trate de seguirlos. Lasmasas de la edificación se oponen a esos movimientos en tér-minos de las fuerzas de inercia generadas sobre cada una, pro-ducto de la masa en cuestión multiplicada por la aceleraciónque afecta a la masa. La aceleración propia de cada masa es,en general, diferente de la del terreno puesto que la construc-ción la altera. Es usual que el ingeniero estructural considereque las masas están concentradas en las placas de losentrepisos en el caso de las edificaciones convencionales.

En las edificaciones no convencionales las masas están dondelos planos las indiquen; por ejemplo, es evidente que en untanque elevado están en el depósito de agua y que el aguahace parte de la masa. Sin embargo, el autor ha visto diseñosen los que la masa se distribuye en los amarres transversalesde las columnas intentando simular algo parecido a una edifica-ción convencional. Esto nada que ver con la realidad y es alta-mente peligroso.

A la derecha de la figura 4 se muestran las deformaciones

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de la estructura debido a una acción que integra las características locales de ace-leración, distribución de frecuencia y duración del sismo con la masa y rigidez de laconstrucción. La rigidez estructural depende de las relaciones constitutivas del ma-terial estructural y de las dimensiones y forma de interacción de los elementos queconforman la estructura. La acción ondulatoria que se propaga por el suelo y sacu-de la cimentación resulta en muchos casos fuertemente afectada por las propieda-des mecánicas y geométricas del material estructural, el tipo de cimentación y lascaracterísticas mecánicas y geométricas globales de la construcción que conducena los modos de oscilación que ocurren con frecuencias propias y diferentes paracada modo. Hay el conocimiento analítico y poderosas herramientas numéricaspara hacer esta evaluación, pero la información sobre los materiales y la interacciónentre los elementos de la construcción es entre deficiente y mala. Allí interviene elconocimiento y buen criterio del ingeniero modelador para aproximarse a la realidadcomplicada notoriamente por el muy complejo comportamiento dinámico del suelode cimentación. Un ingeniero de experiencia y buen criterio no mejora sus resulta-dos a partir de una norma. El buen ingeniero no la necesitaría (si así fuera todas lasconstrucciones previas a una norma serían mal diseñadas) pero la sociedad sí ne-cesita las normas para que en el promedio de un gran número de diseños y cons-trucciones se protejan la vida y el patrimonio.

Figura 4: Ondas sísmicas, sacudimiento y deformación transversal del sistemaestructural. Acción integrada de las ondas sísmicas sobre la estructura. La aceleración

de cada una de las ondas P, S, R se combina localmente para producir un acelerograma

(abajo a la izquierda) que sacude la cimentación de la estructura; la rigidez estructural

arrastra las masas concentradas en los pisos y genera las fuerzas de inercia que

producen las deformaciones piso a piso y la consecuente deriva (figura de la derecha).

De manera simplificada, el suelo de la cimentación se puede modelar con masasconcentradas y rigideces distribuidas de manera similar a la empleada en el sistemaestructural; desde luego, es mejor modelarlo con un proceso de propagaciónondulatoria. Sin embargo, la conformación del material en sus fases sólida, líquida ygaseosa, complica de manera notoria su relación constitutiva, fuertemente no lineal

y muy dependiente de la intensidad de lassolicitaciones y del contenido de humedaden el caso de materiales cohesivos como laarcilla. La estructura particulada del suelotiende a darle una elevada capacidad de di-sipación de energía para cuya evaluaciónglobal los ensayos de laboratorio finalmen-te son una aproximación deficiente puestoque indican valores correspondientes a pun-tos muy localizados de un gran volumen.

El desconocimiento del comportamientodinámico de los suelos supera ampliamen-te la ignorancia que hay en el caso estruc-tural, por sí misma muy significativa. El sue-lo se puede representar como un sistemade grados de libertad múltiples cuya res-puesta ocurre en diferentes modos de os-cilación cada uno con su propia forma y fre-cuencia. Cuando el sismo que llega al sitiode la construcción es rico en frecuenciassimilares a las naturales del suelo, principal-mente en el caso del modo fundamental yel modo fundamental de la edificación essimilar al del suelo, ocurre un triple procesode acoplamiento que genera las máximasfuerzas de inercia en la construcción.

Esta es la razón para que surja la nociónde la microzonificación de las áreas urba-nas, tarea a la cual no se le pueden pedirprecisiones imposibles ni suponer que larespuesta local es independiente de las con-diciones que se acogen a las leyes natura-les. En otras palabras, la respuesta local noes la que el ingeniero considera que le sirvesino la que la naturaleza impone. Ante la in-certidumbre debida a la enorme ignoranciadel hombre frente al comportamiento realde la naturaleza, es necesario instrumentarlas áreas urbanas, en especial cuando exis-te una microzonificación para que un nuevosismo permita calibrar el modelo empleadoy los resultados obtenidos y la zonificaciónrecomendada a las autoridades locales. Unamicrozonificación que no disponga de unconjunto de acelerógrafos en sitios cuida-dosamente escogidos, que sean bien man-tenidos y cuya información se disemine a lacomunidad, no sirve absolutamente paranada. Esa mala práctica debe acabarse por-que es malgastar el dinero de la comunidad.

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una gran idea

VICON,VICON,

POR: KONSTANTIN SOBOLEV

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN, MÉXICO

TOMADO DE LA REVISTA CONSTRUCCIÓN Y TECNOLOGÍA DEL INSTITUTO MEXICANO

DEL CEMENTO Y CONCRETO - IMCYC

M A Y O - J U N I O - J U L I O D E 2 0 0 5 65

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V icon es un nuevo tipo de cemento de alto comportamiento con una granresistencia que incorpora en el proceso de molienda un aditivo complejo.La aplicación de los últimos avances en la ciencia del concreto al procesode producción del cemento ha dado por resultado un concreto de alto

comportamiento. Este producto tan eficiente puede ser utilizado en la producciónde un superconcreto que puede competir no sólo contra los concretos convencio-nales, sino también con el acero, la piedra natural, la cerámica y los polímerosutilizados en la construcción.

Gráfico 1.DE ALTO COMPORTAMIENTOEl desarrollo principal de esta alta tecnología consiste en incorporar durante la

molienda del cemento Portland un nuevo aditivo complejo muy reactivo con basesílica. De esta manera, el clínker se tritura en un molino de bolas junto con unaditivo mineral, yeso y el nuevo aditivo, lo que da por resultado un cemento utiliza-ble para la producción de concreto de alto comportamiento.

Es importante señalar que con altos volúmenes de aditivos minerales las cualida-des especiales del nuevo aditivo producen un cemento superior al ordinario. Pue-den usarse también aditivos locales, en tanto la arena, la piedra caliza, la puzolananatural, los materiales volcánicos, la ceniza volante, la escoria granulada de altohorno y hasta los desperdicios de vidrio o cerámicos pueden ser usados con unbajo costo al emplear aditivos de origen mineral.

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Por otra parte, el uso de la escoriagranulada de alto horno, le provee una ex-celente resistencia al ataque químico y aaltas temperaturas. Y además de tener unaalta resistencia, debido a su baja permeabi-lidad y a su estructura químicamente resis-tente excede fácilmente los estándares delos requerimientos de los cementos resis-tentes a los sulfatos.

INGREDIENTE CLAVEComo se mencionó, el aditivo complejo

incorpora en su formulación un componen-te reactivo de base de sílica, en tanto queen el proceso para la fabricación de la mez-cla pueden ser utilizados diferentes tiposde clínker. Sin embargo, los mejores resul-tados se obtienen utilizando C3S y clínkermineralizados.

Ahora bien, las muestras optimizadas decemento pueden lograr a los 28 días encompresión una resistencia mayor a los 95Mpa mientras que la resistencia a la com-presión en un día con cemento mezcladovicon fue de 44 Mpa. En contraste, el ce-mento normal requiere de un mes para lle-gar a este valor. De manera similar, la re-sistencia a la compresión de vicon a 2, 3, 7y 90 días fue más grande que la del cemen-to Portland ordinario.

EXACTITUD DECISIVAGarantizar un alto nivel de la tecnología

desarrollada para el concreto moderno re-quiere de la aplicación de una variedad deaditivos químicos y aditivos minerales endosis exactas, y un control preciso es laclave para un concreto de alto comporta-miento. Por lo tanto, la última tecnología enlas plantas concreteras de alto comporta-miento se está tornando muy sofisticada,similar al proceso químico o farmacéutico.

En el caso del vicon, sus cambios estánprincipalmente enfocados a la etapa de pro-ducción de cemento y el concreto de altocomportamiento puede ser elaborado enuna planta mezcladora convencional. Estoincrementa su disponibilidad y entrega delconcreto de alto comportamiento. Para in-

Gráfico 2. El proceso de

producción involucra la

adición de aditivo complejo

durante la molienda.

Tabla 1. Propiedades

crementar la producción del cemento vicon, éste puede surtirse en transportesestándar a cualquier tipo de construcción, concreto premezclado o en fábricas deelementos de concreto prefabricado. Esto garantiza una calidad extraordinariamen-te alta del producto final.


MATERIALESMATERIALES

VENTAJAS ECOLÓGICASEl cemento mezclado vicon incorpora una

amplia gama de aditivos minerales osubproductos industriales, el cual reempla-za parcialmente al clínker. Con esta medidase contribuye a utilizar materiales de des-perdicios los cuales de otra manera seríantransportados a lugares de desecho. Tam-bién se tiene un beneficio económico.

EXPANSIÓN DE LASPLANTAS CEMENTERAS

La manufactura del clínker requiere defuertes inversiones de capital y su rendimien-to es muy lento. Por lo tanto, expandir unaplanta existente exige de una fuerte inver-sión. En el caso de utilizar el cemento mez-clado vicon, si bien se necesita de una in-versión para modernizar la molienda, tam-bién se obtiene la ventaja de un incrementode la capacidad de producción, debido alahorro en el clínker.

Sin duda alguna, el aditivo complejo traeconsigo un costo adicional de operación yla instalación de un molino y un equipo decontrol requiere de una inversión extra, peroal mismo tiempo hay una reducción inme-diata en el costo del cemento al utilizar me-nos clínker y los ingresos se pueden incre-mentar debido a la mayor capacidad de pro-ducción.

APLICACIONESY VENTAJAS

El concreto realizado con vicon se puedeaplicar en edificios altos, estructuras prefa-bricadas con concreto reforzado, pistas deaterrizaje, puentes, estructuras a mar abier-to, túneles, plataformas de estacionamien-to, concreto lanzado y para reparación deestructuras, concreto bajo el agua, en pi-sos especiales y otros elementos.

Además, también puede convertirse en elproducto necesario para zonas sísmicas ocomo producto de conveniencia. Otra áreaprometedora es la de contención de los de-sechos peligrosos o nucleares.

Este producto puede convertirse en una excelente alternativa para zonas sísmicas.

Tabla 2. Presupuesto estimado.

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AHABLANDO TÉCNICAMENTEHABLANDO TÉCNICAMENTE

POR: DR. ING. JUAN JOSÉ HOWLAND ALBEAR*ING. ANA ROSA MARTÍN ACOSTA**

* INVESTIGADOR TITULAR DEL MINISTERIO DE LA CONSTRUCCIÓN DE CUBA.**INVESTIGADORA DEL CENTRO TÉCNICO PARA EL DESARROLLO DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN, CUBA.

LAS JUNTASFRÍAS EN ELCONCRETO

LAS JUNTASFRÍAS EN ELCONCRETO

D urante la colocación del concreto se pueden producir juntas fríasimprevistas, las cuales puede que no generen un mayor impactoen la estabilidad estructural de las estructuras, pero sí a los efec-tos de su estética y sobre todo de su durabilidad. Una importante

empresa de concreto premezclado de Cuba realizó una investigación parala cual se prepararon series de probetas con electrodos de acero y dife-rentes espesores de recubrimiento, que incluyeron probetas monolíticas,con junta fría sin tratamiento y con junta fría tratada con una resina comer-cial selladora. Las probetas se sometieron a ensayos acelerados en cáma-ra de niebla salina y se les efectuaron mediciones electroquímicasgalvanostáticas de determinación de la concentración de cloruros y delcoeficiente de difusión de cloruros. Paralelamente se efectuaron ensayosde absorción capilar de agua potable y de mar. Los resultados indicanque las juntas frías, aunque sean tratadas, constituyen puntos débilespara la penetración de los agentes agresivos.

MÁS ALLÁ DE UN SIMPLE PROBLEMA ESTÉTICO

Altura alcanzada por la

absorción capilar del agua

de mar en las probetas.


HABLANDO TÉCNICAMENTEHABLANDO TÉCNICAMENTE

INTRODUCCIÓNUn parámetro de especial importancia en el suministro del

concreto premezclado a las obras es su frecuencia de entrega.La frecuencia de entrega, también denominada «flujo» de con-creto, es el volumen de concreto fresco que tiene que arribar ala obra por unidad de tiempo para poder garantizar que la es-tructura que se ejecuta, o al menos una parte de ella (según losrequisitos del proyecto), sea un verdadero monolito, o lo quees lo mismo, que el vertido del concreto sea continuo y unifor-me, que no se formen las indeseables juntas frías.

Es lamentable que en muchas ocasiones los propios usua-rios del concreto premezclado no comprenden y por tal motivono consideran la importancia que tiene el flujo de concreto en elproceso de conformación de las estructuras, pues si bien lasjuntas frías imprevistas pueden no tener importancia frente alos efectos de la estabilidad estructural, sí la tendrán inevitable-mente frente a los efectos de la estética, especialmente en elcaso de los concretos arquitectónicos, pero sobre todo ten-drán un efecto esencialmente nocivo y aún más importante, enla durabilidad de la estructura.

Con mucha razón se reconoce que las juntas constituyen unaspecto de acusada importancia en el proyecto y ejecución delas construcciones de concreto, así como en su posterior fun-cionamiento y durabilidad1.

Las juntas en el concreto, sean de trabajo, de contracción,de dilatación, o de asentamiento, deben estar perfectamente

La dinámica de la corrosión del acero de refuerzo según el Investigador sueco Kyösty Tutti, en su artículo ”Corrosion of steel in concrete“

de 1982, refleja claramente que existe un tiempo t0 en el que demoran los agentes agresivos en llegar hasta la armadura de acero, tal

como se muestra esquemáticamente en la figura 1, y que el secreto de una prolongada vida útil radica precisamente en hacer más densa,

compacta, uniforme y eficiente esa capa de recubrimiento, que es la que sufre más fuertemente el embate de los agentes agresivos y que

protege el acero; pero si se han creado juntas frías imprevistas durante el vertido del concreto, entonces ha quedado abierto un acceso

directo a la armadura y es presumible que se alcance un nivel significativo de daños en un tiempo mucho menor.

1 J. Calavera, E. González: Juntas en construcciones de concreto.Cuadernos Intemac No. 14, 2º trimestre 1994. INTEMAC, España.

Figura 1. Modelo esquemático

de Tutti para la corrosión del

acero de refuerzo

previstas en el proyecto y, salvo casos muy especiales, dondeesté concebido el empleo de recubrimientos de protección (ca-sos de protección secundaria efectiva del concreto), se deberácontar con un tratamiento específico de impermeabilizaciónmediante productos plastoméricos o elastoméricos, según seansus características de movimiento (en la junta) bajo las condi-ciones de explotación de la estructura.

En muchos casos sucede que los proyectistas o diseñadoresno dominan cabalmente las posibilidades tecnológicas del con-tratista y de sus medios de aseguramiento, para garantizar unvertido de concreto continuo y uniforme, o simplemente que nose dispone de las herramientas de cálculo necesarias para po-der estudiar la posibilidad de efectuarlo y conocer a cabalidadlos recursos que esto implica.

Si estas herramientas se dominan, constituyen un apoyo efi-caz para garantizar desde la etapa de proyección la ubicaciónadecuada de las juntas de trabajo. Los autores de este trabajo,han desarrollado un método de cálculo para determinar en cadacaso concreto de estructura, el flujo de concreto mínimo reque-rido para que no se formen estas indeseables juntas frías y ade-más el cálculo de todos los aseguramientos necesarios (entién-dase equipos, medios auxiliares y personal) para lograr este fin2.

No obstante, todo el que ha trabajado la tecnología del con-creto sabe que, aun perfectamente organizado el proceso devertido con la frecuencia requerida del concreto en obra y con

2 Howland, J.J.: Tecnología del Hormigonado. Capítulo 7, p. 168-177. Cuba, 1995.

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todo el equipamiento necesario, se pueden producir averías yaccidentes que pueden causar lógicamente la formación de jun-tas frías imprevistas. Para esto hay que estar preparado siem-pre en la obra y existen recursos y materiales en el mercadoque permiten que la junta fría «imprevista» y accidental puedaser adecuadamente tratada para que no afecte la durabilidad delas estructuras. Un caso típico son las resinas que se empleanpara adherir concreto fresco al concreto ya fraguado y que, deemplearse adecuadamente, pueden constituir un magnífico eimpermeable puente de adherencia.

El objetivo de esta investigación fue por lo tanto determinar silas juntas frías, tratadas o sin tratar, constituían o no un puntodébil a la penetración de los agentes agresivos externos, espe-cialmente para la corrosión del acero de refuerzo por penetra-ción de cloruros, que es el tipo de ataque más frecuente y dañi-no a las estructuras de concreto armado en las condicionesconcretas de Cuba.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALSe muestreó un concreto de una empresa productora de con-

creto premezclado del país (siguiendo las especificaciones nor-mativas cubanas), con resistencia característica a compresiónespecificada a 28 días de 25 MPa.

El concreto del cual se extrajo la muestra se diseñó para unarelación agua/cemento de 0,4 con un aditivo superplastificantey retardador del fraguado (tipo G según la clasificación ASTM)adicionado en la planta. El concreto llegó a la obra con un asen-tamiento por el cono de 8 cm y se le añadió a modo de“retempering” un aditivo plastificante compatible (tipo A segúnla Clasificación ASTM) para lograr un asentamiento de 18 cmen el momento del vertido. Este es el procedimiento estableci-do para este tipo de concreto en las cartas tecnológicas co-rrespondientes. Luego de esta última adición y una vez homo-geneizado el concreto, se tomó la muestra.

Con esta muestra de concreto se fabricaron probetas de 10x 10 x 20 cm a las cuales se les colocaron en el centro doselectrodos de acero de 0,5 cm de diámetro y una longitud de10 cm, que fueron bien pulidos previamente, uno de los electro-dos con un espesor de recubrimiento de concreto de 4 cm y elotro con 5 cm. Se prepararon tres series de probetas con seisrepeticiones cada una:• La primera serie, identificada como “J” se consideró de refe-

rencia y las probetas eran monolíticas.• La segunda serie, identificada como “JJ” se confeccionó la

probeta con una junta fría a la mitad de su ancho. El tiempo devertido entre el concreto viejo y el nuevo (ambos de igualescaracterísticas) fue de 24 horas.

• La tercera serie, identificada como “JJS” también incluyeuna junta fría a la mitad de su ancho, pero antes de verter elnuevo concreto a las 24 horas, la junta fue tratada con una

resina selladora comercial tipo epoxi para propiciar la uniónentre el concreto fresco y el endurecidoLas probetas fueron conservadas en cámara de curado du-

rante 28 días, cumpliendo los requerimientos normativos. Des-pués de curadas fueron cortadas en uno de sus extremos a unalongitud aproximada de 8 cm, de tal forma que los aceros so-bresalieran unos 2 cm de las probetas.

Posteriormente se recubrió con parafina toda la cara por don-de salían los electrodos y se colocaron en cámara de nieblasalina para someterlas a ensayos acelerados, aplicándoles 30ciclos que consistieron en 6 horas en cámara y 16 horas enambiente de laboratorio, según los requerimientos de la NormaItaliana UNI 5890.66 Corrosione dei metallici. Corrosioneaccelerata in Nebbia Salino. Antes de ser introducidas en lacámara las probetas fueron pesadas, con el fin de poder calcu-lar posteriormente la cantidad de aerosol de cloruro de sodioabsorbido y el porcentaje de absorción.

El régimen de la cámara fue el siguiente:• Solución de cloruro de sodio al 5%.• Presión de 0,5 atmósferas.• Temperatura de 30 ºC.Después de concluido el ensayo en la cámara de niebla sali-

na, a todas las muestras se les efectuaron las medicioneselectroquímicas galvanostáticas, en las mismas fueron polari-zados los electrodos, con el empleo de un electrodo auxiliar decobre-sulfato de cobre como referencia y se tomó un electrodocomo ánodo y otro como cátodo (figura 2); además, se midió lacaída de potencial anódico a la corriente 0 a los 60 s., que semuestra en la tabla 1. Posteriormente se graficaron estas medi-ciones ploteando la variación del potencial para el ánodo y elcátodo contra la densidad de corriente en un gráficosemilogarítmico y con estas curvas se calculó la corriente decorrosión (Icorr) para cada una de las probetas estudiadas y tam-bién se obtuvo la densidad de corriente a 300 mV.

RESULTADOS OBTENIDOSCon los parámetros resumidos en la tabla 1 se puede evaluar

el estado corrosivo de los aceros embebidos en estos hormi-gones mediante las curvas de polarización electroquímicasgalvanostáticas y el cálculo de las corrientes de corrosión.

Los criterios tenidos en cuenta para evaluar si un acero seencuentra en estado pasivo son los siguientes:

• Que el potencial anódico estacionario sea mayor de -250 mV• Que la Icorr sea menor de 0,1 μA/cm2

• Que la caída de potencial anódica a corriente 0 a los 60 s. seapositiva.

• Que la densidad de corriente correspondiente a E = +300 mV,sea menor que 10 μA/cm2


Tabla 1. Resultados promedios de las mediciones electroquímicas

galvanostáticas.

Figura 2. Mediciones electroquímicas galvanostáticas a las

muestras.

En la tabla 1 se pone en evidencia que las juntas (series JJ yJJS) constituyen un punto débil para la vida útil de las estructu-ras, en especial para la protección del acero de refuerzo, y quelas juntas frías sin tratar (serie JJ) lo son en grado aun másextremo.

Después de las mediciones electroquímicas, a las probetasde 10 x 10 x 20 cm se les extrajeron capas de 0,2 cm hastallegar al acero de refuerzo y se les determinó la concentraciónde cloruros según la Norma Cubana NC 54-210 Método deanálisis químico para determinar cloruros y conociendo el con-tenido real de cemento en el concreto se calculó el porcentajede iones cloruro por peso de cemento, tal como se muestra enla tabla 2 (ver siguiente pág.).

El coeficiente de difusión de los iones cloruros que se mues-tra en la tabla 3 se obtuvo graficando el porcentaje de ionescloruro contra la penetración en mm, aplicando la ley de Fickmediante la siguiente ecuación:

Donde:Dcl-: Coeficiente de difusión de los iones cloruro en cm/st: Tiempo de exposición del elemento en s.dx/dc: Tangente al punto de máxima concentración de cloruros

x dc: Área bajo la curva desde 0 hasta la concentración máxi-ma de cloruros

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En este caso los resultados obtenidos resultan totalmentecompatibles con las mediciones electroquímicas, pues se pue-de observar que la difusión de los iones cloruros ha sido tresveces más intensa en el concreto con la junta fría sin tratar(serie JJ).

Tabla 3. Coeficiente calculado de difusión de iones cloruro.

En series paralelas, con probetas de iguales dimensiones ycondiciones, elaboradas de la misma muestra de concreto, seefectuaron ensayos de absorción capilar en agua potable y enagua de mar. En este caso todos los lados de las probetas fue-ron recubiertos con parafina dejando libre solamente las carasinferior y superior, para crear el gradiente de presión y que elagua subiera por los poros capilares del concreto. Las probetas

se colocaron en bandejas con un lecho de arena sílice y se lesañadió en una de las series agua de mar y en la otra serie aguapotable hasta cubrir un centímetro por encima de la base de laprobeta, tal como se muestra en la figura 3. Esta altura se man-tuvo constante mediante permanente vigilancia.

Tabla 2. Concentración

promedio de iones cloruro

en las probetas por capas

en porcentaje total y en

porcentaje en peso de

cemento.

Figura 3. Probetas en el ensayo de absorción capilar, se muestra

la ubicación de la junta fría.

Las probetas fueron pesadas a los 5, 10, 15 y 30 minutos, luegoa 1, 2, 3, 4, 6, 24 ....720 horas, tiempo en el cual dejaron de absor-ber, pues se comprobó que su peso se mantuvo constante.


Cada 24 horas se midió el potencial estacionario de los aceros,cuyos valores se muestran en el Anexo 1. Con los valores delpotencial estacionario se puede estimar el posible estado corrosi-vo de los aceros aplicando los siguientes criterios de evaluación:• Si los potenciales medidos son mayores que -250 mV, existe

más del 90% de probabilidad de que no esté ocurriendo co-rrosión del acero de refuerzo, siendo por tanto bajo el riesgode corrosión.

• Si los potenciales medidos se encuentran en el rango de -250a -350 mV, la actividad de corrosión del acero de refuerzo esincierta, o sea que se encuentra en un estado de transición.

• Si los potenciales medidos son menores de -350 mV, existemás del 90% de probabilidad de que se esté produciendola corrosión del acero de refuerzo.Para cada edad de medición se calculó la cantidad de agua

absorbida y el porcentaje de absorción, que se indican en elAnexo 2; además, como la absorción de agua en las primerasedades se comporta de forma lineal, se pudo conocer el coefi-ciente de absorción para cada tipo de agua, como la pendientede esta línea, que se muestra también en el Anexo 2. Una vezconcluido este ensayo las probetas fueron cortadas longitudi-nalmente y se pudo apreciar la altura total y forma de penetra-ción del agua en cada una de ellas.

Los resultados obtenidos de la absorción capilar y del potencialestacionario de los aceros durante estos ensayos, para los con-cretos con junta sin tratar y tratada con resina, aseveran tambiénque las juntas frías siempre constituyen un punto débil en ladurabilidad de las estructuras de concreto armado y además quees muy importante efectuar el tratamiento de las mismas.

Los potenciales de los electrodos mostraron que en presenciadirecta de agua de mar a edad tan temprana de sometimientocomo a los 15 días la probabilidad de que se esté produciendocorrosión en el acero de refuerzo es no inferior al 90% para losconcretos con juntas frías sin tratar y para el agua potable estaprobabilidad se manifiesta a una edad de sometimiento de 30 días.

Figura 4. Altura alcanzada por la absorción capilar del agua de

mar en las probetas.

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Medición del índice dede vías

Servicio de en el áreade fuerza y masa

de materiales

para laboratoristasy control de calidad

de estructuras

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Figura 5. Altura alcanzada por la absorción capilar del agua potable en las probetas.

Por su parte, el coeficiente de absorción capilar resultó también evidentemente más elevado para la junta fría sintratar. No obstante, hay que destacar como resultado muy interesante el mapeo de la absorción del agua de mar, cuyapenetración se hace mucho más intensa a través de la junta fría, mapeo que se mantiene de forma muy similar aún enel caso de la junta tratada con resina, tal como se muestra en las figuras 4 y 5, lo que puede deberse a un interesanteefecto pared.

Anexo 1: Valor del potencial

estacionario de los aceros durante

los ensayos de absorción capilar


Anexo 2: Cantidad promedio de agua absorbida por las probetas

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CONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTOSEN CONCRETO23 y 24 de Junio. Cali

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