Arquitectura con hormigón postensado y reflexiones para mejorar la transferencia de conocimiento de otras ciencias hacia la arquitectura europea

Arquitectura con hormigón postensado y reflexiones para mejorar la transferencia de conocimiento de otras ciencias hacia la arquitectura europea Marc Sanabra Loewe Titulación académica: Arquitecto Superior (ETSAB), Máster Universitario en Tecnología en la Arquitectura (UPC) -Línea Diseño y Análisis de Estructuras ArquitectónicasInstitución / Universidad / Empresa: Construcciones Arquitectónicas II (UPC) Dirección de trabajo: Av. Dr. Marañón 44-50, Edificio P, 3 ª Planta (EPSEB) País: España Correo electrónico: [email protected] RESUMEN El hecho que el uso del hormigón pretensado sea aún limitado tanto en la arquitectura española como en la europea es un caso claro de lentitud en la transferencia de tecnología de la ingeniería civil a la arquitectura. Observando el fenómeno superficialmente podríamos pensar que sólo se trata de una casualidad o que simplemente no se ha producido transferencia porque no es una tecnología útil para la arquitectura. Pero si recordamos que hace más de 70 años que Freyssinet en Francia - en el corazón de Europadesarrolló y puso en práctica 3 de las 4 principales variantes del hormigón pretensado, y que actualmente todas se utilizan cotidianamente en arquitectura en todo el mundo, quizás es más razonable pensar que en Europa hay algún problema estructural en la transferencia de tecnología entre estas dos áreas de saber tan cercanas. PALABRAS CLAVE: Historia del Hormigón Pretensado, Aplicaciones del Hormigón Pretensado, Transferencia de Tecnología, Arquitecto Especialista. ABSTRACT The fact that the use of prestressed concrete is still limited in both Spanish and European architecture is a clear case of delay in the technology transfer from civil engineering to architecture. When observing the phenomenon in a superficial way one might think that this is only a coincidence or simply that the transfer did not happen because this is not a technology useful for architecture. But if we remember that more than 70 years ago Freyssinet in France, in the heart of Europe, developed and implemented 3 of the 4 main variants of prestressed concrete, and that all currently of them are used daily in architecture around the world, perhaps it would be more reasonable to think that in Europe there is a structural problem in technology transfer between these two so close areas of knowledge. KEYWORDS: History of Prestressed Concrete, Applications of Prestressed Concrete, Technology Transfer, Specialist Architect Vista del puerto de Valencia, bajo el voladizo postensado del edificio “Veles e Vents” para la Copa América de Valencia 2007. Fuente: B-720, 2007 Arquitectura con hormigón postensadoi y reflexiones para mejorar la transferencia de conocimiento de otras ciencias hacia la arquitectura europea INTRODUCCIÓN El hecho de que el uso del hormigón pretensado sea aún limitado tanto en la arquitectura española como en la europea es un caso claro de lentitud en la transferencia de tecnología de la ingeniería civil a la arquitectura. Observando el fenómeno superficialmente podríamos pensar que sólo se trata de una casualidad o que simplemente no se ha producido transferencia porque no es una tecnología útil para la arquitectura. Pero si recordamos que hace más de 70 años que Freyssinet en Francia - en el corazón de Europadesarrolló y puso en práctica 3 de las 4 principales variantes del hormigón pretensado, y que actualmente todas se utilizan cotidianamente en arquitectura en todo el mundo, quizás es más razonable pensar que hay algún problema estructural en la transferencia de tecnología entre estas dos áreas de saber tan cercanas. Este artículo pretende comprender el motivo de dicha lentitud y proponer soluciones para incrementar la intensidad, la calidad y la diversidad de la transferencia de tecnología y en general de conocimiento desde la ingeniería y otras ciencias y artes hacia la arquitectura, de modo que ésta pueda revertir los resultados a la sociedad en forma de una arquitectura mejor. Para alcanzar el objetivo del artículo, se parte del caso concreto del pretensado y se analiza con cierta profundidad. Por eso el trabajo se estructura en 5 partes: • Los 4 tipos de pretensado y sus aplicaciones en Europa • Ventajas del pretensado • Historia de la difusión del pretensado • Causas de la lenta e incompleta difusión del pretensado en la arquitectura europea • Propuestas para mejorar la transferencia de conocimiento de otras ciencias y artes a la arquitectura LOS 4 TIPOS DE PRETENSADO Y SUS APLICACIONES EN EUROPA El principio en que se basa el pretensado es sencillo: predeformarii un elemento estructural antes de su entrada en servicio, para darle una geometría inversa a la deformación esperable en condiciones normales de servicio. Por ejemplo, arquear una viga hacia arriba, antes de que actúen las cargas gravitatorias que en condiciones normales le dan forma de arco hacia abajo. Hormigón armado frente a hormigón pretensado. Fuente: esbozo del autor, 2012. Este principio es aplicable prácticamente a cualquier material y tipología estructural, pero es especialmente efectivo en el hormigón. En este material el pretensado consiste en una precompresión con la que se elimina la fisuración y además optimiza el elemento estructural en su conjunto. Gracias a ello se superan tres de los principales defectos del hormigón armado convencional: a) Se incrementa mucho la durabilidad; b) Se elimina la flecha diferida en vigas; c) Y se aprovecha mucho más el material hormigón, porque toda la sección trabaja comprimida y se evita la existencia de hormigón fisurado que no trabaja y actúa como peso muerto sobre la estructura. Por estos y otros motivos en ingeniería civil el hormigón armado convencional ha terminado completamente desplazado por el hormigón pretensado. A continuación se indican los 4 tipos principales de pretensado y sus aplicaciones actuales en Europa. Los 3 primeros tipos fueron desarrollados y puestos en práctica por primera vez por Freyssinet. • Hormigón pretensado prefabricado con la armadura pretesa (1928) (Freyssinet, 1928) Consiste en... Pretensar cables y verter hormigón para hacer prefabricados lineales. Limitación importante: como la armadura activa no tiene continuidad entre vanos, sólo se pretensa para los momentos positivos pero no para los negativos. Hormigón pretensado prefabricado con la armadura pretesa: 1. Se tesa la armadura anclándola sobre el banco de prefabricación; 2. Se vierte el hormigón; 3. Después de endurecer el hormigón se suelta la armadura del banco de prefabricación, y la viga entra en carga: se pretensa. Fuente: esbozo del autor, 2012. Aplicaciones actuales en Europa: INGENIERÍA CIVIL: Tipología bastante superada. Se utiliza en elementos de poca entidad o estructuralmente sencillos. (Muros de contención, conductos, traviesas de ferrocarril, etc.) ARQUITECTURA: Muy usado. Especialmente en forjados unidireccionales. • Hormigón pretensado vertido in situ con la armadura postesa (1939) (Freyssinet, 1939) Consiste en... Verter hormigón in situ sobre las vainas de los cables. Cuando el hormigón ha endurecido se postesan los cables. Hormigón pretensado vertido in situ con la armadura postesa: 1. Se colocan las vainas sobre el enconfrado; 2. Se vierte el hormigón; 3. Se tensan y anclan los cables, y la viga entra encarga: se pretensa. Fuente: Esbozo del autor, 2012. Aplicaciones actuales en Europa: INGENIERÍA CIVIL: Tipología habitual para resolver geometrías complejas. (Centrales nucleares, presas). Poco rentable para geometrías regulares. ARQUITECTURA: Incipiente. Crece con fuerza en los últimos años. • Hormigón pretensado prefabricado en taller con la armadura postesa (1941-1946) (Tassin, 2006) Consiste en... Prefabricar en taller piezas de medianas o grandes dimensiones, y unirlas en obra mediante el postesado de la armadura. Hormigón pretensado vertido in situ con la armadura postesa: 1. Se colocan las vainas en los distintos segmentos a prefabricar; 2. Se vierte el hormigón en cada segmento; 3. Se unen en obra los segmentos mediante el postensado y anclaje de la armadura. La viga entra encarga: se pretensa. Fuente: Esbozo del autor, 2012. Aplicaciones actuales en Europa: INGENIERÍA CIVIL: Muy usado y en pleno crecimiento. Óptimo para geometrías regulares. (Puentes, depósitos, túneles, etc.) ARQUITECTURA: Utilización mínima. Puesta en obra de puente construido a base de segmentos prefabricados, diseñados para ser postensados en obra. Fuente: VSL International, 2012. • Hormigón pretensado prefabricado in situ con la armadura postesa Consiste en... Prefabricar en obra piezas de medianas o grandes dimensiones, y unirlas mediante el postesado de la armadura. Permite prefabricar piezas enormes, ya que no requieren transporte. Aplicaciones actuales en Europa: INGENIERÍA CIVIL: Tipología en pleno crecimiento. Muy usada para puentes. ARQUITECTURA: No se conocen aplicaciones recientes. VENTAJAS DEL PRETESADO En el listado de ventajas y aplicaciones siguiente todas son atribuibles al hormigón vertido in situ con armadura postesa -que es la tipología más versátil-, y muy pocos a los prefabricados con armadura pretesa -que es la menos versátil-. Para distinguir unos casos de otros se usa el siguiente código: las aplicaciones válidas para las cuatro tipologías se indican con (*), las válidas para los tres tipos de postesado pero no para las armaduras pretensadas, se indican con (**). Las aplicaciones no indicadas, son válidas sólo para postesado con el hormigón vertido in situ: • El canto de cualquier elemento a flexión se puede reducir un 30% -40% respecto a la solución en hormigón armado (*). Esto implica: o Se pueden seguir utilizando las mismas luces que usamos para techos de hormigón armado todo reduciendo el canto un 30% -40% (*), o bien seguir utilizando los mismos cantos incrementando las luces un 60% -90% (*). Por ejemplo: las losas macizas postesas son especialmente óptimas en luces entre los 9 y los 14 m, y permiten fácilmente voladizos (**) de hasta 4 m. o Se puede reducir entre un 30% y un 50% el canto de cualquier viga de apeo. Edificio Veles e Vents, con voladizos de 12 m y luces entre apoyos de 35 m. Fuente: B720, 2007 • Gran capacidad para formar cimentaciones planas sobre terrenos deficientes: o Se puede reducir entre un 30% y un 50% el canto de las losas de cimentación respecto a la solución con armadura pasiva, haciendo que sean una solución competitiva frente al pilotaje. o Para cargas pequeñas (1 a 3 plantas) se pueden sustituir las cimentaciones aisladas por una loseta maciza postensada. • Disminución drástica de las juntas de dilatación (**). Se pueden colocar cada 70 m o más en lugar de cada 30 m. Comparación entre un edificio de hormigón armado y uno de hormigón postensado: Incremento de luces y/o disminución de cantos de techos; eliminación de juntas de dilatación. Fuente: Freyssinet • Incremento muy notable de la durabilidad (*). • Reducción muy notable de los tiempos de construcción (*): o En prefabricados es evidente. o En postensados, el tiempo de desencofrado se reduce * entre un 30 y un 50% respecto al hormigón armado, gracias al uso de hormigones de endurecimiento rápido. Aparte de las aplicaciones anteriores, que son más propias de obra nueva, el postensado también tiene aplicaciones importantes en rehabilitación y restauración. Las dos siguientes son ejemplos: • Apeos para incrementar las luces entre apoyos Esquema de apeo mediante postensado. Fuente: VSL International, 2006. • Refuerzo de techos, para cambios de uso o reparación de estructuras dañadas Hasta que no se reforzaron los voladizos de la Waterfall House de Wright mediante postensado no se pudo corregir el problema de flechas excesivas que arrastraba el edificio desde hacía décadas. El refuerzo fue llevado a cabo por VSL. Fuente: VSL HISTORIA DE LA DIFUSIÓN DEL PRETESADO Los primeros precedentes en el uso del hormigón pretensado se remontan al 1872 (Nawy, 2009) en EE.UU., pero fueron bastante infructuosos. También en EE.UU., en la década de 1920 se desarrolló un pretensado bastante mejorado usado para la formación de depósitos circulares y tuberías, muy utilizado en las décadas posteriores (Nawy, • Reconocer y regular la función del arquitecto especialista con el objetivo de incrementar su prestigio y admitirle una competencia especialmente elevada para ejercer su función especializada y para asumir su responsabilidad. BIBLIOGRAFÍA Bondy Kenneth B. Post-Tensioned Concrete Buildings. Past and Future. An Insider's View. [Publicación periódica] // PTI Journal. - Diciembre de 2006. - págs. 91-100. Bondy Kenneth B. Post-Tensioned Concrete: Five Decades of American Building Construction [Publicación periódica] // Concrete Construction. - Diciembre de 2001. Freyssinet Eugène Procédé de fabrication de pièces en béton armé [Patente]. - France, 2 de octobre de 1928. Freyssinet Eugène Système d'ancrage de câbles sous tension destinés à la réalisation de construction de béton précontraint [Patente]. - France, 26 de août de 1939. Nawy Edward G. Prestressed Concrete: A fundamental approach [Book]. - [s.l.] : Pearson, 2009. Post-Tensioning Institute Post-Tensioning Manual/Sixth Edition [Book]. - Phoenix : Post-Tensioning Institute, 2006. - ISBN 0 9778752 0 2. Tassin Daniel M. Jean M. Muller: Bridge Engineer with Flair for the Art Form [Publicación periódica] // PCI Journal. - March-April de 2006. - págs. 88-101. Unión Internacional de Arquitectos [En línea]. - 03 de 2012. - http://www.uiaarchitectes.org. Universidad de Granada Libro Blanco. Grado en Ingeniería de Edificación [Informe]. - Madrid : ANECA, 2004. Universidad Politécnica de Madrid Libro Blanco. Titulaciones de Ingeniería Rama Industrial [Informe]. - Mardid : ANECA, 2006. Universidad Politécnica de Madrid Libro Blanco. Título de Grado de Arquitectura [Informe]. - Madrid : AENCA, 2005. Universidad Politécnica de Madrid Libro Blanco. Título de Grado en Ingeniería Civil [Informe]. - Madrid : ANECA, 2004. NOTAS AL FINAL i La expresión "hormigón postensado" actualmente no se considera como técnicamente rigurosa, pero se utiliza a lo largo del texto por su concisión y porque es el término más extendido para designar este concepto. La expresión correcta es "hormigón pretensado con la armadura postesa". Esta terminología, que es fiel a la original de Freyssinet, se basa en el hecho de concebir que el "pretensado" (al hormigón o a cualquier otro material) es una acción que se aplica a un elemento estructural previamente a su entrada en servicio. En cambio, cuando decimos que unas armaduras son "pretesas" o "postesas" estamos indicando que se han tensado antes o después del momento de hormigonar, y por tanto ya no nos estamos refiriendo al momento de entrada en servicio. La confusión terminológica viene de utilizar dos términos muy similares para hablar del pretensado del hormigón y del tesado de las armaduras. Estas dificultades no se presentan en otras lenguas, ya que tienen términos bastante diferentes para nombrar los dos conceptos. Por ejemplo, en francés el pretensado (del hormigón) es précontrainte, y el pretensado y postensado de la armadura es prétension y posttension. En inglés: prestress, pretension y post-tension, y en mexicano (más rico que el castellano en este campo): preesforzado, pretensado y postensado. ii En este contexto predeformar se puede considerar equivalente a pretensar siempre que el material pretensado trabaje en régimen elástico, cosa mayoritariamente cierta en hormigón pretensado. En este caso se ha usado la aproximación al pretensado usando el concepto de predeformación, y no directamente el de pretensado, por el hecho de considerar esta aproximación más visual y, por tanto, más adecuada al público no especialista en estructuras al que se dirige este artículo. iii Curiosamente las tres empresas de postensado más potentes del mundo son empresas fundadas y actualmente con sede en Europa: Freyssinet (Francia), VSL (Suiza) y Dywidag (Alemania). iv “Ley Ómnibus” es el nombre por el que se conoce la Directiva 2006/123/CE del Parlamento Europeo y el Consejo del 12 de diciembre de 2006. v Según el artículo 26.1 de esta ley, se permite que los prestadores de servicios puedan garantizar la calidad de sus servicios mediante organismos independientes de control de calidad o mediante una carta de calidad elaborada por organismos profesionales (colegios o similares) que sean de ámbito europeo. vi Este organismo a nivel europeo debería ser una especie de federación de colegios de arquitectos europeos.