11 12 EP Prefabricación Tema 1

PREFABRICACIÓNTEMA 1:INTRODUCCIÓN

IntroducciónPrefab. 2011/12

Índice Introducción.

Aspectos históricos.

Campos de aplicación.

Ventajas de la prefabricación.

Sistemas de edificios prefabricados.

Puentes prefabricados.

Normalización y coordinación dimensional.

Fabricación, transporte, montaje.

Bibliografía

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Introducción Exigencias de la opinión pública (usuarios) acerca de las estructuras:

Funcionalidad

Mínimo coste

Seguridad durante construcción y uso: baja siniestralidad

Impacto ambiental (y visual) reducido

Calidad

La prefabricación implica la industrialización de la construcción, es decir, la aplicación a la construcción de las técnicas de producción en instalaciones fijas de alto rendimiento, con elevados niveles de control y calidad.

Como proceso industrializado, las tolerancias son del orden de milímetros (unidad preferente en prefabricación).

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Introducción La prefabricación, como proceso industrializado, implica:

Fabricación de elementos en serie

Gran precisión dimensional

Intercambiabilidad de elementos de cualquier serie

Nos vamos a centrar en la prefabricación con hormigón estructural (armado y pretensado), si bien es inherente a otros materiales como el acero estructural, la madera,...

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Introducción Dinteles, pilas, pilares y zapatas prefabricadas (Precast concrete

crossheads, piers, supports and footings)

Placas de hormigón prefabricadas(Precast concrete slabs and panels)

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Introducción Edificios de varias plantas (zapatas-pilares-vigas-losas)

Multistory buildings (footings-suports-beams-slabs)

Escaleras prefabricadasPrecast concrete stairs

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Introducción Las principales propiedades del hormigón estructural son:

Versatilidad de formas y acabados: material moldeable.

Resistencia estructural, y capacidad para resistir sobrecargas adicionales (en caso de ductilidad)

Resistencia al fuego elevada, sin necesidad de recubrimientos de otros materiales. Adaptabilidad a la CTE sin más que modificar dimensiones y recubrimientos.

Aislamiento térmico y acústico.

Durabilidad: baja permeabilidad, basicidad del hormigón (pasivación de las armaduras), disponibilidad de diferentes tipos de cementos en función de ambientes agresivos.

Monolitismo: facilita la rigidización de las estructuras si es necesario.

Economía: actualmente es el material estructural mayoritario.

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Introducción La prefabricación implica:

Una disminución considerable del plazo de construcción. Actualmente muchos contratos penalizan el incumplimiento de plazos y bonifican la reducción de los mismos (clientes privados, empresas concesionarias).

Una reducción del coste total de la obra, al reducir los plazos, medios auxiliares, y coste de personal adscrito a la obra.

La minimización de los problemas ocasionados al tráfico en obras realizadas en vías en explotación.

Un aumento de la seguridad de la obra: el montaje se realizará por procedimientos establecidos, a cargo de empresas con personal especializado y cualificado.

Una menor dependencia de las condiciones meteorológicas que afectan al hormigonado (lluvia, bajas temperaturas,viento,...).

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Aspectos históricos William Lascelles (1832-1885), Inglaterra: patente de un sistema de

paredes de hormigón prefabricadas reforzadas con perfiles de hierro.

François Hennebique (1842-1921): inclusión de elementos prefabricados de hormigón en una fábrica de harina en Francia. Peso propio de los elementos prefabricados limitado por la capacidad de dos hombres fuertes (medios auxiliares).

Principios del S.XX: uso extensivo de elementos como paneles de fachada incluyendo ventanas.

Primera Guerra Mundial: construcción de dependencias del ejército con hormigón prefabricado. Auge de empleo de hormigón prefabricado debido a la escasez de madera estructural y de acero (propiciada por las guerras). Sistemas de prefabricación cerrada imperantes.

Durante las guerras mundiales, escasez de acero. Empleo creciente del hormigón. 9


Aspectos históricos Tras la 2ª Segunda Guerra Mundial:

reconstrucción en Europa. Aumento del tráfico, construcción de carreteras y edificios.

Auge de la prefabricación cerrada en los países del Este. Estandarización de edificios para rentabilizar la producción.

América: Walnut Lane Memorial Bridge, 1er puente de vigas, Philadlephia 1950, hormigón pretensado (véase la Fig. 2). SunshineSkyway (bahía de Tampa).

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1950’s: Introducción cordón de pretensado de 7 alambres. Grandes bancadas de pretensado. HAR´s. Curado al vapor.

1954 Se crea el Precast/Prestressed Concrete Institute (PCI).

1950-1970 Estandarización productos.

Walnut Lane Memorial Bridge


Aspectos históricos Francia: Freyssinet logra llevar a la práctica con éxito el hormigón

pretensado, años 30. Numerosos intentos previos fracasaron debido al desconocimiento de las pérdidas de pretensado, y al bajo límite elástico de los aceros empleados.

España: Pacadar S.A. Primera planta de prefabricados pretensados en España (1944).

Tras la Segunda Guerra Mundial surge la necesidad de reconstruir Europa. Gran auge de la prefabricación cerrada en los países del Este. Estandarización de edificios para rentabilizar la producción.

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Aspectos históricos 1970´s acero de baja relajación: menores pérdidas de pretensado,

reducción de secciones transversales o aumento de vanos.

Los sistemas de prefabricación mayoritarios son los de prefabricación abierta.

Auge del empleo de procedimientos constructivos tradicionales en puentes metálicos, aplicados a la construcción de puentes de hormigón: puentes de dovelas prefabricadas, puentes construidos por avance en voladizo, puentes atirantados,...

1980´s Importancia de la durabilidad

1990´s Importancia de la estética y acabados

2000’s Materiales altas prestaciones

Importancia de los aspectos medioambientales

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La prefabricación es España1939 Se constituye IDEAM,S.A., consulting del grupo Pacadar.

1944 Se constituye Pacadar,S.A. con la exclusiva para España y América Latina de las patentes de Freyssinet de hormigón pretensado.

1945 Pacadar fabrica la primera viga pretensada en España.

1951 Pacadar fabrica las vigas para el puente de Anoeta, primer tablero de puente realizado en España con vigas prefabricadas.

1960 Prefabricación de placas para forjados de grandes luces y sobrecargas. Primer programa de tableros de puente losa prefabricados.

1971 Primer Programa de Naves Industriales prefabricados.

1975 Pacadar fabrica el primer tablero con vigas CAJÓN y losa totalmente prefabricada. Prefabricación de placas alveolares para forjados.

1976 Prefabricación de grandes paneles de cerramiento con aislamiento incorporado.


La prefabricación es España1979 Prefabricación del primer edificio en altura con núcleos rígidos.

1982 Primer programa de pasarelas peatonales completamente prefabricadas con vigas GAVIOTA.

1983 Prefabricación de edificios para grandes superficies.

1985 Pacadar fabrica el primer tablero atirantado con dovelas prefabricadas para puentes de grandes luces.

1991 Prefabricación del primer puente de canto variable continuo.

1992 Prefabricación de edificios en altura con estructura hiperestática.

1995 Prefabricación del primer puente arco prefabricado.

1995 Pacadar prefabrica la primera losa continua pretensada. Programa de edificios prefabricados modulares para uso comercial con plantas diáfanas.

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La prefabricación es España1996 Pacadar prefabrica puentes continuos de 80m de luz con vigas cajón de

canto constante (Pacadar noroeste en Galicia).

1998 Prefabricación del primer puente continuo prefabricado para cargas de ferrocarril AVE.

1999 Prefabricación de viaductos hiperestáticos monocajón de canto variable de 60 metros de luz.

2001 Prefabricación de vigas pretensadas con hormigón ligero?

2003 Récord de altura en pila de puente prefabricada, superando los 45 m.

2003 Primer puente hiperestático de canto variable y directriz curva.

2004 Se alcanzan los 42 metros de luz en puentes de directriz curva de radio 200 m.

2005-act. Gran calidad de diseño y acabados (Alvisa)


Aspectos históricos En los últimos 30 años, el desarrollo de la industria de la prefabricación ha

tomado diferentes rumbos en E.E.U.U. y Europa. En Europa, debido a la reducida relación entre el coste de la mano de obra y material, los proyectos singulares han seguido siendo viables. Sin embargo, en E.E.U.U. la elevada demanda de personal de la construcción cualificado disparó el precio de la mano de obra, lo que marcó la fuerte tendencia hacia la máxima estandarización de la construcción (según Nilson, ved Elliott).

Países donde prefabricación más desarrollada: USA, Canada (PCI), Países Bajos, Italia, España, Gran Bretaña (FIB)

En España la prefabricación es una industria muy desarrollada: más de 2000 empresas, 30000 trabajadores, facturación anual de más 3000 millones de euros (IECA).

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Campos de aplicaciónEl mercado de la construcción se puede considerar dividido en dos grandes sectores:

La obra civil, de propiedad en general pública (excepto infraestructuras de grandes empresas como p.e. autopistas, oleoductos, gasoductos,...). La licitación de obra nueva está sujeta a decisiones políticas (presupuestos del Estado). Es un mercado con grandes picos y valles en cuanto a facturación anual.

La edificación, de propiedad mayoritariamente privada (con excepciones). Aquí tiene un especial peso la reducción de plazos de ejecución (disminuyen costes financieros, aumenta facturación anual,...), que se suele cuantificar en el presupuesto de la obra (primas por reducción de plazo, penalizaciones por incumplimiento).

Este es un sector de gran demanda, pero que está experimentando una desaceleración importante. Gran parte de los ingenieros (más del 30%) trabaja en este sector.

Actualmente hay un aumento de actividad de empresas constructoras en el extranjero. Países desarrollados: Países del Este, Grecia, Norteamérica, Emiratos Árabes. Países en vías de desarrollo.


Campos de aplicación La automatización de la obra, sea civil o de edificación que supone la

prefabricación permite prever el coste de las obras, lo que posibilita cuantificar el presupuesto con una gran precisión.

Campos en los que se emplea la prefabricación:

Edificación

Puentes

Obras marítimas: cajones, muelles, pantalanes, escolleras,...

Obras hidráulicas: tuberías, depósitos,...

Obras subterráneas: marcos, arcos, revestimientos,...

Elementos de urbanización: pavimentos, bordillos, mobiliario urbano,...

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Ventajas de la prefabricaciónVentajas técnicas Posibilidad de grandes luces (hasta 40 metros en edificación, >80 metros en

puentes) y grandes cargas Relaciones luz/canto elevadas, baja deformabilidad (posibilita mayor número de

plantas para una misma edificabilidad) Optimización de las dimensiones, mediante HAR y/o técnicas de pretensado Mayor seguridad frente a defectos de diseño y ejecución Mayor seguridad frente a acciones imprevistas (sobrecargas, asientos en

estructuras hiperestáticas,...) Mayor seguridad frente a acciones del fuego Posibilidad de colocación en lugares donde hay escasez de mano de obra o el

trabajo in situ no es viable Confort térmico y acústico Mayor fiabilidad: control intenso Elevada durabilidad gracias a hormigones compactos de alta calidad Posibilidad de construir estructuras desmontables


Ventajas de la prefabricaciónVentajas económicas Aún cuando el coste de una estructura prefabricada sea similar al coste de

ejecución in situ, se puede optar por la prefabricada debido a:

Menores plazos de construcción (hasta 1/3 de los correspondientes a la estructura in situ). Esto conlleva el adelanto en la explotación y uso, con los consiguientes beneficios para propiedad.

El impacto ambiental (y visual) es conocido de antemano: ausencia de canteras y vertederos en obra, posibilidad de desmontaje de las estructuras (cerrando el ciclo constructivo), posible reubicación de las estructuras desmontables... Todo esto conduce a un menor coste global.

El menor riesgo de deterioro y hundimiento en incendios.

Los menores gastos energéticos: gran aislamiento térmico.

Unos gastos de mantenimiento mínimos.

El precio cerrado de elementos contratados (suministro y montaje).

La diversidad de empresas suministradoras.20


Ventajas de la prefabricaciónVentajas en el proyecto

Empleo de piezas tipificadas

Asistencia por parte de la empresa suministradora

Conviene diseñar con un mínimo número de piezas diferentes: menores acopios, amortización de costes fijos, disminución de los plazos de montaje, disminución de la probabilidad de error durante el montaje.

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Sistemas de edificios prefabricados Clasificación de estructuras prefabricadas de edificación según el

procedimiento constructivo:

Sistemas celulares

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Núcleos resistentes a cortante prefabricados (FIP)


Sistemas de edificios prefabricados Sistemas estructurales con pórticos o esqueletos prefabricados

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Sistema traslacional tipo esqueleto vigas-pilares con nudos articulados

(IECA)

Sistema traslacional tipo esqueleto vigas-pilares con nudos rígidos (IECA)


Sistemas de edificios prefabricados

24Sistema estructural con muros de carga (FIP)

Rigidez en la distribución interior

Sistema mixto esqueleto vigas-pilares más fachada resistente (PCI Design Book))

Sistema de esqueleto vigas-pilares con núcleo resistente (PCI Design Book))


Sistemas de edificios prefabricados Diversos subsistemas de hormigón prefabricado:

Forjados prefabricados (precast concrete slabs)

Cubiertas prefabricadas

Fachadas prefabricadas

Diversos prefabricados

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Forjado de viguetas y bovedillas (FIP) Diversos tipos de forjados como losas alveolares, piezas TT. (FIP)


Sistemas de edificios prefabricados

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Pilares rectangulares o circularesElementos para

forjados

Vigas para forjados

Antepechos

Paneles sandwich

Escaleras

Paneles para tabiques interiores


Puentes prefabricados Puentes prefabricados (precast concrete bridges)

Se puede prefabricar el tablero o parte del mismo, las pilas, los estribos o parte de los mismos, las cimentaciones de las pilas o parte de las mismas,...

Los puentes con tablero prefabricado se pueden clasificar según el proceso constructivo seguido, por ejemplo:

Puentes de vigas prefabricadas

Puentes de avance en voladizo (dovelas prefabricadas)

Puentes ejecutados con cimbras auto-lanzables (dovelas prefabricadas)

Puentes atirantados (dovelas prefabricadas)

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Puentes prefabricados

28Alzado de paso superior (overpass) e inferior (underpass) de vigas prefabricadas (IECA)



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Sección transversal de puente de vigas (IECA)

Construcción de viaducto (Catálogo de Pacadar Noroeste)



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Autovía del Noroeste, puentes de dovelas prefabricadas, tramo Castrolamas-Noceda,

cortesía de Pedrafita UTE (ACS y FCC)


NormalizaciónDefiniciones y principios Tipificación: descomposición de la obra en diversos elementos tipo, de los

que fabricamos un determinado número. Conviene reducir el número de elementos diferentes.

Normalización: elementos estándar con desviaciones admisibles. Hacen posible la colocación de series largas.

Coordinación modular: relación entre distintos elementos utilizando una dimensión base.

Módulo básico: dimensión básica, habitualmente M=100 mm

Planeamiento modular: selección de una malla básica. Módulos usuales múltiplos de 3M=300 mm.


Normalización

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Modulación de la planta de un edificio de oficinas según malla base de 300 x 300 mm x mm (IECA)


Normalización Dimensión o posición básica: Dimensión o posición que sirven de

referencia para establecer los límites de desviación.

Desviación: diferencia entre la dimensión real o posición real y la dimensión básica o posición básica.

Desviación admisible: límite aceptado para la desviación, con su signo. Serie preferente 10, 12, 16, 20, 24, 30, 40, 50, 60, 80, 100 mm. Consultar Anejo 11 de la EHE.

Tolerancia: diferencia entre los límites admisibles de las desviaciones de una dimensión o posición. Es un valor absoluto sin signo.

Error: desviación (∆) entre dimensiones teóricas y reales.

Juntas: huecos entre elementos, dimensión nominal J.

El incumplimiento de las tolerancias puede conllevar: consecuencias estructurales (p.e. mal apoyo de las vigas). consecuencias funcionales (p.e. no estanqueidad de juntas). consecuencias geométricas (p.e. invasión de la propiedad privada).


Normalización Ejemplos:

Desviación admisible en longitud de vigas prefabricadas:

± 0,001L ≤ 20 mm (Anejo 11, EHE)

Paneles o pilares verticales prefabricados∆ 41000 H 50 , 6 30(Anejo 11, EHE)

Contraflechas frecuentes en vigas pretensadas de armadura pretesa de puente=L/250 sin repercusiones resistentes, funcionales ni estéticas (ACHE, E-10).

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NormalizaciónTolerancias de fabricación

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Tolerancias longitud viga (EHE, Anejo 11)

Antreproyecto M: módulo básicoDM: dimensión modular o de coordinación

Proyecto 1:200

DN: dimensión básica o nominal dibujadaJ: ancho de junta

Fabricación1:10

DE: dimensión efectiva= margen de tolerancias

Montaje1:1

DMED: dimensión medidaDesviación =


Normalización Tolerancias en la posición de las armaduras y vainas de postesado

(ACHE, E-10)

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NormalizaciónTolerancias de montaje

La tolerancia de montaje, Tp, es el valor máximo que dos piezas pueden alejarse o acercarse entre sí, desde su posición teórica.

Ejemplo 1: Suponiendo que las dimensiones básicas de un componente son absorbidas y compensadas en las juntas. Determinar los tamaños máximos y mínimos de juntas (Jmax y Jmin), y la tolerancia de ancho de junta TJ.

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Tolerancias de montaje


Normalización Ejemplo 2:

Una fachada prefabricada se compone de módulos de 3600 mm de dimensión modular horizontal (incluye panel y junta). El ancho nominal de las juntas entre paneles es de 15 mm. La desviación admisible en el ancho de los paneles es de 10 mm 5 mm.

Comprobar si un panel de 3595 mm de medida horizontal efectiva es admisible. ¿Y uno de 3575 mm?

Si el montaje se realiza de forma que la desviación admisible de posición horizontal es de 2 mm, deducir qué margen de variación se puede producir en el ancho de juntas ¿Es este margen admisible?

Repetir el apartado anterior, con una desviación admisible de posición horizontal de 4 mm.

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NormalizaciónTolerancias del conjunto

El conjunto de las piezas va a tener una tolerancia en función de la tolerancia de cada pieza.

Generalmente, la tolerancia de las piezas será menor que la tolerancia de cada una por separado.

Tolerancia del conjunto

En la Tabla siguiente se proporciona la propuesta del Prof. Janicki para tolerancias yuxtapuestas.

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Normalización

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Tolerancias yuxtapuestas


Normalización Posibles fuentes de error en el montaje:

Cualificación del personal

Control durante el montaje

Replanteos de la situación de piezas

Medios auxiliares

Actuando sobre estos elementos se puede disminuir la Tp.

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Normalización Tipos de errores:

Errores sistemáticos Constantes: fácilmente identificables Variables: improbables si se actúa conforme a procedimientos de

fabricación establecidos. Difícilmente detectables. Errores accidentales: se suelen ajustar a una función de densidad

Gaussiana. Se suele efectuar control estadístico (mediante muestreo).

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Función de densidad típica de errores accidentales (J Salas)


Fabricación, transporte y montajeFabricación (production)

Tipos de instalaciones

Fijas: fabrican una variedad de elementos para zona de influencia. Son las más habituales.

Semifijas: fabrican gama de productos destinados a un cliente u obra.

Móviles: en obra. Por ejemplo instalación de dovelas o vigas pretensadas de armadura postesa para puentes.

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Fabricación, transporte y montaje Esquema de producción (production diagram)

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Fabricación, transporte y montajeTransporte (transport)

Previamente al proyecto de la estructura:

Analizar proceso de montaje (grúas, cimbras), y accesibilidad de medios auxiliares a la obra (accesos).

Verificar viabilidad de transporte de elementos prefabricados a lugar de obra, condicionado por trazado de carreteras y estructuras existentes.

Comprobar el gálibo de pasos superiores en vía de acceso a obra.

Dos tipos de transporte:

Dentro de la fábrica: supone una prueba de carga, debido a que son solicitaciones elevadas en hormigones jóvenes. Las tensiones en hormigón máximas no deberán superar los valores admisibles (consultar ACHE, E-10).

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Fabricación, transporte y montaje

46Suspensión en vigas (PCI)

Mesa de giro de paneles (PCI)



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Esfuerzos generados durante el giro de paneles (PCI)



Desde la fábrica al sitio de ubicación definitiva: regulados por normativas de Dirección General de Tráfico (véase la figura 25). Real decreto 2822/1998, de 23 de diciembre por el que se aprueba el reglamento general de vehículos. Redactar un Plan de Seguridad del transporte. Tener en cuenta los apoyos en las cajas del camión, atado de la carga, la transmisión de esfuerzos al vehículo y la protección contra golpes de las piezas.

Suspensión con viga de reparto (PCI)



49Determinación de voladizos en transporte de vigas por carretera (PCI)


Fabricación, transporte y montajeMontaje (erection)

Etapa crítica (máxima siniestralidad en estructuras prefabricadas).

Diseño de elementos: dispositivos de elevación, conexiones.

Atención a movimientos durante izado.

El encaje de piezas en vertical facilita el montaje.

Estudiar accesibilidad de medios auxiliares (p.e. grúas).

Importancia del replanteo (topografía). Control y comprobaciones: cierre de poligonales. Control diario.

Subcontratar a especialistas (empresas de montaje).

Plan de seguridad.

Contemplar en diseño de elementos prefabricados.

Ejemplo: panel de fachada frente a esfuerzos durante el izado.

Buscar máxima estabilidad ¡¡¡¡¡la estructura deberá estar en equilibrio en todo instante!!!!!



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Izado de elementos

Ejemplo de colocación


Bibliografía (FIB): “Precast concrete bridges”, state of the art report prepared by Task

Group 6.4 leaded by Prof. Dr. José Calavera, FIB, 2004.

(ACHE, E-10): “Recomendaciones para el Proyecto, Ejecución y montaje de Elementos prefabricados”, monografía E-10, CICCP, Madrid, 2004.

(FIP): FIP-ATEP, “Estructuras de edificación prefabricadas”, Madrid, 1996.

(IECA): Vaquero, J. et. al., “Edificación con prefabricados de hormigón”, IECA, 1996.

(J Salas): Salas Serrano, J., “Elementos e Edificación. Construcción Industrializada, Prefabricación”, UNED, Fundación Escuela de la Edificación, 1987.

(PCI): “PCI design handbook: precast and prestressed concrete“,5ª edición, PCI, Chicago, 1999.

(Elliott): Elliott, K.S., “Multi-storey precast concrete framed structures “, Blackwell Science, 1996.


Bibliografía http://www.pacadar.es/

http://www.grupoprainsa.com/alvisa/intro.htm

http://www.pci.org/intro.cfm

http://www.cpci.ca/downloads

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Laboratorio (Laboratory)

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Alemacenamiento de ferralla y pretensado

Reinforcement and prestressing steel stock

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Taller de ferralla

Reinforcement workshop

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Planta de hormigón

Concrete plant

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Paneles

Walls

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Paneles

Walls

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Paneles

Walls

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Pilares

Supports


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Vigas

Beams

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Vigas

Beams

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Placas alveolares

Hollow core slabs

Slipformer Trolly Plotter

Sawing machine

Aspirator

Curing compound machine

drilling

machine

Fresh

concrete saw

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Placas alveolares

Hollow core slabs

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Hollow core slabs

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Placas alveolares

Hollow core slabs


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Grandes prefabricadosGreat prestressed units

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Grandes prefabricados

Great prestressed units

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Grandes prefabricados

Great prestressed units


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Acopio de moldes y prefabricados

Production and molds stock

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Documents

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