El hormigón prefabricado es un producto de construcción que se produce vertiendo hormigón en un molde o "forma" reutilizable que luego se cura en un entorno controlado, se transporta al sitio de construcción y se coloca en su lugar; algunos ejemplos incluyen vigas prefabricadas , paneles de pared, pisos, techos y pilotes. Por el contrario, el hormigón moldeado en el lugar se vierte en formas específicas del sitio y se cura en el sitio. [1]
Recientemente se está utilizando espuma de poliestireno expandido ligero como núcleo de paneles de pared prefabricados, ahorrando peso y aumentando el aislamiento térmico .
La piedra prefabricada se distingue del hormigón prefabricado por el agregado más fino utilizado en la mezcla, por lo que el resultado se aproxima al producto natural.
El hormigón prefabricado se emplea tanto en aplicaciones interiores como exteriores, desde autopistas, puentes y proyectos de gran altura hasta estructuras de estacionamiento, escuelas primarias y secundarias, almacenes, edificios de uso mixto e industriales. Al producir hormigón prefabricado en un entorno controlado (normalmente denominado planta de hormigón prefabricado), el hormigón prefabricado tiene la oportunidad de curarse adecuadamente y ser supervisado de cerca por los empleados de la planta. El uso de un sistema de hormigón prefabricado ofrece muchas ventajas potenciales sobre el vertido en el lugar. La producción de hormigón prefabricado se puede realizar a nivel del suelo, lo que maximiza la seguridad en su vertido. Existe un mayor control sobre la calidad del material y la mano de obra en una planta de hormigón prefabricado en comparación con un sitio de construcción. Los encofrados utilizados en una planta de hormigón prefabricado se pueden reutilizar cientos o miles de veces antes de tener que reemplazarlos, lo que a menudo hace que sea más económico que el vertido en el lugar en términos de costo por unidad de encofrado. [2]
Los sistemas de encofrado de hormigón prefabricado para aplicaciones arquitectónicas difieren en tamaño, función y costo. Los paneles arquitectónicos prefabricados también se utilizan para revestir total o parcialmente la fachada de un edificio o para erigir paredes independientes con fines paisajísticos, de insonorización y de seguridad. En casos apropiados, los productos prefabricados (como vigas para puentes, carreteras y cubiertas de estructuras de estacionamiento) pueden ser elementos estructurales pretensados . El drenaje de aguas pluviales, las tuberías de agua y alcantarillado y los túneles también utilizan unidades de hormigón prefabricado.
Los moldes de hormigón prefabricado pueden estar hechos de madera, acero, plástico, caucho, fibra de vidrio u otros materiales sintéticos, y cada uno de ellos proporciona un acabado único. [3] Además, hay muchos acabados de superficie disponibles para los cuatro tipos de paneles de pared prefabricados (sándwich, sándwich enlucido, capa interior y paneles de revestimiento), incluidos los que crean el aspecto de tablas horizontales y piedra de sillar . Se puede agregar color a la mezcla de hormigón, y las proporciones y el tamaño del agregado también afectan la apariencia y la textura de las superficies de hormigón terminadas.
Los constructores de la antigua Roma utilizaban hormigón y pronto lo vertían en moldes para construir su compleja red de acueductos , alcantarillas y túneles. Los usos modernos de la tecnología prefabricada incluyen una variedad de aplicaciones arquitectónicas y estructurales, incluidas piezas individuales o incluso sistemas de construcción completos.
En el mundo moderno, los edificios con paneles prefabricados fueron pioneros en Liverpool , Inglaterra , en 1905. [4] El proceso fue inventado por el ingeniero municipal John Alexander Brodie . Las cuadras de tranvías de Walton en Liverpool siguieron en 1906. La idea no fue ampliamente adoptada en Gran Bretaña. Sin embargo, fue adoptada en todo el mundo, particularmente en Europa Central y Oriental [5] así como en el Programa Million en Escandinavia.
En los EE. UU., el hormigón prefabricado ha evolucionado en dos subindustrias, cada una representada por una asociación importante. La industria de estructuras de hormigón prefabricado, representada principalmente por el Precast/Prestressed Concrete Institute (PCI), se centra en elementos de hormigón pretensado y en otros elementos de hormigón prefabricado utilizados en estructuras sobre el suelo, como edificios, estructuras de estacionamiento y puentes, mientras que la industria de productos de hormigón prefabricado produce productos para servicios públicos, subterráneos y otros productos no pretensados, y está representada principalmente por la National Precast Concrete Association (NPCA).
En Australia , la empresa de ferrocarriles del gobierno de Nueva Gales del Sur hizo un uso extensivo de la construcción de hormigón prefabricado para sus estaciones y edificios similares. Entre 1917 y 1932, construyó 145 edificios de este tipo. [6]
Además de los paneles de revestimiento y los elementos estructurales, se pueden ensamblar edificios enteros a partir de hormigón prefabricado. El ensamblaje de hormigón prefabricado permite completar rápidamente tiendas y oficinas comerciales con un mínimo de mano de obra. Por ejemplo, el edificio Jim Bridger en Williston, Dakota del Norte, se prefabrica en Minnesota con servicios de aire, electricidad, agua y fibra preinstalados en los paneles del edificio. Los paneles se transportaron más de 800 millas hasta los yacimientos petrolíferos de Bakken, y el edificio comercial fue ensamblado por tres trabajadores en un tiempo mínimo. El edificio alberga más de 40.000 pies cuadrados de tiendas y oficinas. Prácticamente todo el edificio se fabricó en Minnesota.
El refuerzo del hormigón con acero mejora su resistencia y durabilidad. Por sí solo, el hormigón tiene una buena resistencia a la compresión, pero carece de resistencia a la tensión y al corte y puede sufrir grietas cuando soporta cargas durante largos periodos de tiempo. El acero ofrece una alta resistencia a la tensión y al corte para compensar lo que le falta al hormigón. El acero se comporta de forma similar al hormigón en entornos cambiantes, lo que significa que se contraerá y se expandirá con el hormigón, lo que ayuda a evitar las grietas.
Las barras de refuerzo son la forma más común de refuerzo del hormigón. Por lo general, están hechas de acero y se fabrican con nervaduras para adherirse al hormigón a medida que se cura. Las barras de refuerzo son lo suficientemente versátiles como para doblarse o ensamblarse para soportar la forma de cualquier estructura de hormigón. El acero al carbono es el material de las barras de refuerzo más común. Sin embargo, el acero inoxidable, el acero galvanizado y los revestimientos de epoxi pueden prevenir la corrosión. [7]
A continuación se muestra una muestra de los numerosos productos que utilizan hormigón pretensado o prefabricado. Si bien esta no es una lista completa, la mayoría de los productos pretensados o prefabricados suelen clasificarse en una o más categorías.
Dado que los productos de hormigón prefabricado pueden soportar las condiciones climáticas más extremas y aguantarán muchas décadas de uso constante, tienen amplias aplicaciones en la agricultura. Estas incluyen silos de búnker, comederos para ganado, rejillas para ganado , cercas agrícolas, comederos en H, comederos en J, rejillas para ganado, abrevaderos para ganado, comederos, paneles de hormigón, canales de purines y más. Los paneles de hormigón pretensado se utilizan ampliamente en el Reino Unido para una variedad de aplicaciones, incluidos edificios agrícolas, almacenes de granos, pinzas de ensilaje, almacenes de purines, muros para ganado y muros de contención en general. Los paneles se pueden usar horizontalmente y colocar dentro de las correas de las vigas en I (RSJ ) o frente a ellas. Alternativamente, los paneles se pueden moldear en una base de hormigón y usar como muro de contención en voladizo.
Los componentes de construcción de hormigón prefabricado y los elementos de equipamiento del lugar se utilizan arquitectónicamente como repisas de chimenea, revestimientos, productos de acabado, accesorios y muros cortina. Las aplicaciones estructurales del hormigón prefabricado incluyen cimientos, vigas, pisos, paredes y otros componentes estructurales. Es esencial que cada componente estructural esté diseñado y probado para soportar las cargas de tracción y compresión a las que estará sometido el elemento durante su vida útil. Los núcleos de poliestireno expandido se encuentran ahora en paneles de hormigón prefabricado para uso estructural, lo que los hace más livianos y sirven como aislamiento térmico.
Los aparcamientos de varias plantas se construyen habitualmente con hormigón prefabricado. Las construcciones implican la unión de piezas de aparcamiento prefabricadas que son paneles de pared estructurales de varias plantas, columnas interiores y exteriores, suelos estructurales, vigas, paneles de pared, escaleras y losas. Estas piezas pueden ser grandes; por ejemplo, los módulos de suelo estructural de doble T deben levantarse hasta su lugar con la ayuda de sistemas de anclaje de elevación de hormigón prefabricado . [8]
El hormigón prefabricado se emplea en una amplia gama de sistemas de contención de tierra diseñados. Los productos incluyen muros de contención comerciales y residenciales , diques marinos , paneles de tierra estabilizados mecánicamente y otros sistemas de bloques modulares. [9]
Los productos de gestión de aguas pluviales y sanitarias son estructuras diseñadas para instalación subterránea que han sido diseñadas específicamente para el tratamiento y eliminación de contaminantes de las escorrentías de aguas pluviales y sanitarias. Estos productos de hormigón prefabricado incluyen bóvedas de detención de aguas pluviales , sumideros y pozos de registro . [10]
Para sistemas de comunicaciones, eléctricos, de gas o de vapor, las estructuras de hormigón prefabricado protegen las conexiones y controles vitales para la distribución de servicios públicos. El hormigón prefabricado no es tóxico y es seguro para el medio ambiente. Los productos incluyen: pozos de mano, productos de núcleo hueco , bases para postes de luz, cajas de medidores, bóvedas de paneles, cajas de paso, estructuras de telecomunicaciones, plataformas para transformadores, bóvedas para transformadores, zanjas, edificios de servicios públicos, bóvedas para servicios públicos , postes para servicios públicos, bóvedas de ambiente controlado (CEV) y otras estructuras de servicios públicos.
Los productos prefabricados para agua y aguas residuales contienen agua, aceite u otros líquidos con el fin de procesarlos posteriormente para obtener líquidos no contaminantes y productos para el suelo. Los productos incluyen: sistemas de aireación , cajas de distribución, tanques de dosificación, pozos secos , interceptores de grasa , pozos de lixiviación, interceptores de arena-aceite/aceite-agua, fosas sépticas , tanques de almacenamiento de agua/alcantarillado, pozos húmedos, cisternas contra incendios y otros productos para agua y aguas residuales.
Los productos de transporte de hormigón prefabricado se utilizan en la construcción, seguridad y protección del sitio de carreteras, aeropuertos y sistemas de transporte ferroviario. Los productos incluyen: alcantarillas de cajón , alcantarillas de 3 lados, sistemas de puentes, cruces ferroviarios, traviesas de ferrocarril, muros /barreras de sonido , barreras Jersey , segmentos de túnel, barreras de hormigón, TVCB, barreras de reserva central, bolardos y otros productos de transporte. El hormigón prefabricado también se puede utilizar para hacer pasos inferiores, cruces de superficie y subterráneos peatonales. El hormigón prefabricado también se utiliza para las vías rodantes de algunos metros con neumáticos de caucho .
Los pavimentos modulares están disponibles en una gran variedad de colores, formas, tamaños y texturas. Estas versátiles piezas de hormigón prefabricado pueden diseñarse para imitar ladrillo, piedra o madera.
Las bóvedas subterráneas o mausoleos requieren estructuras estancas que resistan las fuerzas naturales durante períodos prolongados de tiempo.
El almacenamiento de materiales peligrosos, ya sea a corto o largo plazo, es un problema ambiental cada vez más importante, que requiere contenedores que no solo sellen los materiales, sino que sean lo suficientemente fuertes para soportar desastres naturales o ataques terroristas.
Los diques marinos , los muelles flotantes, la infraestructura submarina, las cubiertas, las barandillas y una gran cantidad de servicios se encuentran entre los usos de los elementos prefabricados a lo largo de la costa. Cuando se diseñan teniendo en cuenta el peso, los productos prefabricados contrarrestan las fuerzas de flotación del agua significativamente mejor que la mayoría de los materiales.
El preesforzado es una técnica que consiste en introducir tensiones en un elemento estructural durante la fabricación o la construcción para mejorar su resistencia y rendimiento. Esta técnica se emplea a menudo en vigas, columnas, enjutas, tes simples y dobles, paneles de pared, unidades de puentes segmentados, vigas en T con bulbo, vigas en I y otros elementos de hormigón. En muchos proyectos se ha descubierto que el hormigón preesforzado ofrece el menor coste total, teniendo en cuenta la producción y el mantenimiento durante su vida útil. [9] [11]
El panel de doble pared de hormigón prefabricado se ha utilizado en Europa durante décadas. El diseño original de doble pared consistía en dos láminas de hormigón armado separadas por un vacío interior, unidas mediante cerchas de acero empotradas. Con las recientes preocupaciones sobre el uso de energía, se reconoce que el uso de cerchas de acero crea un "puente térmico" que degrada el rendimiento térmico. Además, dado que el acero no tiene el mismo coeficiente de expansión térmica que el hormigón, a medida que la pared se calienta y se enfría, cualquier acero que no esté incrustado en el hormigón puede crear tensiones térmicas que causan grietas y desconchados.
Para lograr un mejor rendimiento térmico, se agregó aislamiento en el vacío y, en muchas aplicaciones actuales, las cerchas de acero se han reemplazado por sistemas de conexión compuestos (fibra de vidrio, plástico, etc.). Estos sistemas, que se desarrollan especialmente para este propósito, también eliminan el problema de la expansión térmica diferencial. [ cita requerida ] El mejor rendimiento térmico se logra cuando el aislamiento es continuo en toda la sección de la pared, es decir, las vigas están separadas térmicamente por completo hasta los extremos del panel. Utilizando aislamiento continuo y sistemas de conexión compuestos modernos, se pueden lograr valores R de hasta R-28.2.
El espesor total de los paneles de pared sándwich en aplicaciones comerciales es típicamente de 8 pulgadas, pero sus diseños a menudo se personalizan para la aplicación. En un panel de pared típico de 8 pulgadas, las láminas de hormigón tienen cada una 2-3/8 pulgadas de espesor), intercalando 3-1/4 pulgadas de espuma aislante de alto valor R. Las láminas interiores y exteriores de hormigón se mantienen juntas (a través del aislamiento) con algún tipo de sistema de conexión que puede proporcionar la integridad estructural necesaria. Los paneles de pared sándwich se pueden fabricar con la longitud y el ancho deseados, dentro de los límites prácticos dictados por el sistema de fabricación, las tensiones de elevación y manipulación, y las restricciones de envío. Los paneles de 9 pies de altura libre son comunes, pero se pueden encontrar alturas de hasta 12 pies.
El proceso de fabricación de paneles de hormigón prefabricado para paredes tipo sándwich permite que se produzcan con superficies terminadas en ambos lados. Estos acabados pueden ser muy lisos, con las superficies pintadas, teñidas o dejadas al natural; para las superficies interiores, el acabado es comparable al de los paneles de yeso en cuanto a suavidad y se puede terminar utilizando el mismo procedimiento de imprimación y pintura que es común para la construcción convencional con paneles de yeso. Si se desea, se puede dar al hormigón un acabado arquitectónico, en el que el hormigón en sí se colorea y/o texturiza. Los colores y las texturas pueden proporcionar la apariencia de ladrillo, piedra, madera u otros patrones mediante el uso de moldes reutilizables o, en las aplicaciones más sofisticadas, se pueden verter ladrillos, piedras, vidrio u otros materiales reales en la superficie del hormigón. [ cita requerida ]
Las aberturas de puertas y ventanas se moldean en las paredes en la planta de fabricación como parte del proceso de fabricación. En muchas aplicaciones, los conductos y cajas eléctricas y de telecomunicaciones se moldean directamente en los paneles en las ubicaciones especificadas. En algunas aplicaciones, los componentes de servicios públicos, plomería e incluso calefacción se moldean en los paneles para reducir el tiempo de construcción en el lugar. Los carpinteros, electricistas y plomeros deben hacer algunos pequeños ajustes cuando se familiarizan por primera vez con algunos de los aspectos únicos de los paneles de pared. Sin embargo, aún realizan la mayoría de sus tareas laborales de la manera a la que están acostumbrados.
Los paneles de hormigón prefabricado para paredes tipo sándwich se han utilizado en prácticamente todo tipo de edificios, incluidos colegios, edificios de oficinas, edificios de apartamentos, casas adosadas, condominios, hoteles, moteles, residencias estudiantiles y viviendas unifamiliares. Aunque normalmente se consideran parte del cerramiento o "envoltura" de un edificio, se pueden diseñar para que también formen parte del sistema estructural del edificio, eliminando la necesidad de vigas y columnas en el perímetro del edificio. Además de su eficiencia energética y versatilidad estética, también proporcionan una excelente atenuación del ruido, una durabilidad excepcional (resistentes a la putrefacción, el moho, etc.) y una construcción rápida.
Además de las buenas propiedades de aislamiento, los paneles sándwich requieren menos fases de trabajo para su realización. En comparación con los muros dobles, por ejemplo, que deben aislarse y rellenarse con hormigón en la obra, los paneles sándwich requieren mucho menos mano de obra y andamiaje. [12]
La industria del hormigón prefabricado está dominada en gran medida por proyectos iniciados por el Gobierno para el desarrollo de infraestructuras. Sin embargo, estos también se utilizan ampliamente para construcciones residenciales (de baja y alta altura) y comerciales debido a sus diversos atributos favorables. La eficiencia, durabilidad, facilidad, rentabilidad y propiedades sostenibles [ cita requerida ] [13] de estos productos han supuesto un cambio revolucionario en el tiempo que se consume en la construcción de cualquier estructura. La industria de la construcción es una industria que consume una gran cantidad de energía, y los productos de hormigón prefabricado son y seguirán siendo más eficientes energéticamente que sus homólogos. La amplia gama de diseños, colores y opciones estructurales que ofrecen estos productos también los convierte en una opción favorable para sus consumidores.
Muchos proyectos de transporte estatales y federales en los Estados Unidos requieren que los proveedores de hormigón prefabricado estén certificados por la Architectural Precast Association, la National Precast Concrete Association o el Precast Prestressed Concrete Institute.
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Medios relacionados con Hormigón prefabricado en Wikimedia Commons