VIII- Técnicas de sostenimiento y de consolidación permanentes con acero

VIII-1. Sostenimiento y refuerzo con acero de construcciones de cimentación

La primera fase de una rehabilitación incluye a menudo una celda de sostén, de consolidación o incluso de puesta en seco de las estructuras de cimentación para repararlas y/o consolidarlas. Estos trabajos son normalmente indispensables para garantizar una larga vida útil de las instalaciones que se quiere modificar o restaurar.

Estas técnicas facilitan enormemente la estabilización definitiva de las construcciones antiguas, cuyas estructuras soterradas se han debilitado, bien por condiciones de construcción inapropiadas, por una alteración de dichas condiciones provocada por una consolidación desigual del terreno, por alteraciones de la capa freática o por intervenciones previas realizadas de forma incorrecta. El interés de estas soluciones se basa en el hecho de que con frecuencia son el único medio de llevar a cabo operaciones de reparación y de refuerzo, que serían imposibles con las técnicas tradicionales. Por ejemplo, la rapidez de ejecución de las tablestacas para crear pantallas estancas, o la posibilidad de acceso y de puesta en obra en condiciones difíciles para los micropilotes son una razón suficiente para emplearlos en estas condiciones tan complejas. En la imagen: Preparación de un ataguías de tablestacas alrededor de un pilar del puente Carlos de Praga antes de los trabajos de consolidación.

VIII-2. Construcción de micropilotes de consolidación con tubos petrolíferos roscados

Los micropilotes se adaptan bien a las renovaciones y recalce de muros, gracias a la facilidad de manipulación de las máquinas de perforación equipadas con cabezales inclinables. Los micropilotes normalmente se perforan con un diámetro inferior a 250 mm. La herramienta de perforación se monta sobre camisas de aproximadamente 1 metro que se atornillan, unas sobre otras, sin necesidad de una altura libre elevada. El montaje de las barras se lleva a cabo con conectores roscados para los micropilotes a tracción. Los otros sistemas de montaje son la soldadura o los conectores especiales. La sustentación depende de la fricción lateral. En general, se desprecia la resistencia por punta. Para la puesta en obra de esta técnica, se realiza una perforación y se monta un tubo metálico de tipo petrolífero de 140 mm de diámetro sin soldadura. El tubo se emplea para inyectar la lechada de cemento. La presión de inyección depende del tipo de suelo y el resultado deseado. Las cargas se transmiten a la cabeza de los micropilotes, que están equipadas de una chapa y en ocasiones de un sistema de vástago. El fuste transmite la carga hacia el cemento, que disipa la carga de compresión en el terreno mediante la fricción con las paredes. Para lograr la fricción lateral, es necesario que haya movimiento entre el fuste del pie y el terreno. La puesta en carga de los micropilotes implica una consolidación que puede ser desde muy ligera en casos de roca, hasta muy pesada para suelos blandos como por ejemplo la arcilla plástica. La carga efectiva de los micropilotes habituales de 140 mm de diámetro suele estar situada alrededor de los 500 kN. Fase de instalación de micropilotes de acero.

Ejemplo de refuerzo de la cimentación existente mediante micropilotes. Detalle de la posición de los pilotes bajo los nuevos encepados de cimentación.

VIII - 3. Desarrollo de una obra de refuerzo de columnas góticas por medio de micropilotes de acero

Fases sucesivas de consolidación y recuperación del sótano del convento de los Bernardinos.

VIII - 4. Construcción de micropilotes de consolidación con tubos petrolíferos roscados

Es frecuente la construcción de parkings bajo edificios de hierro con acabados de ladrillo del siglo XIX. En ese caso se requiere de un recalce de las estructuras existentes con consolidación. El acero, gracias a su ligereza y sencillez de puesta en obra, es el material ideal para estibar, blindar o apuntalar estas construcciones.

Los estacionamientos bajo los pabellones Flachat de Asnières y bajo el pabellón de Albi requirieron la consolidación mediante la suspensión de las estructuras para realizar los muros y las construcciones de infraestructuras. Este tipo de consolidación mediante perfiles metálicos se adapta en función de la estructura a sostener, pero la metodología es normalmente la misma.

La estructura y los muros exteriores se sostienen mediante la implantación en el suelo de micropilotes constituidos por tubos metálicos de tipo petrolífero atornillados entre ellos e inyectados con cemento. A continuación se recalza el muro periférico, mediante zunchado con cimentación (caso de pabellones Flachat) o barras oblicuas con cimentación (caso del pabellón de Albi). Las cargas se transmiten a los micropilotes.

Para sostener la estructura metálica del pabellón de Albi (ejemplo), se ha llevado a cabo un recalce general. El objetivo de esta intervención era limitar el impacto de las deformaciones en la estructura existente del siglo XIX durante la construcción del parking subterráneo para evitar perjudicar la integridad del edificio. Para ello, se han sostenido la estructura y los muros exteriores mediante micropilotes sellados por una lechada de cemento en el suelo. Los pilotes se inyectaron a una profundidad de 10 metros, espaciados de 4,80 m. Estaban constituidos por tubos metálicos de tipo petrolífero atornillados entre ellos.

Tras la puesta en obra de los micropilotes y la ejecución de una zapata espesa de hormigón bajo los muros exteriores, las fachadas se inmovilizaron por medio de barras oblicuas espaciadas 4,80 m para soportar las fuerzas horizontales ejercidas por los pilares de la estructura en los muros exteriores. Los seis pilares interiores de fundación y de ladrillo que sostienen la estructura del pabellón se estabilizaron y reforzaron mediante una zapata ancha de hormigón armado de 50 cm de espesor, colocada sobre 4 micropilotes, y bloqueados por 4 barras oblicuas. Una vez estabilizada la estructura, se pudo retirar el enlosado para llevar a cabo las operaciones de excavación del parking.

VIII - 5. Ejecución temporal de micropilotes o de consolidación con pilotes hincados de tipo HP

Los pilotes de cimentación de tipo HP son viguetas en H laminadas en caliente. En estas viguetas el espesor de alma es igual al espesor de las alas para obtener una estabilidad de forma elevada durante el hincado y una mejor relación masa/perímetro. Se adaptan bien a las operaciones de consolidación o de anclaje de construcciones temporales, como los apuntalamientos de las fachadas.

Estos elementos son prácticos para los terrenos blandos, ya que evitan una excavación problemática, especialmente en instalaciones delicadas. También sirven para ejecutar construcciones de cimentación definitiva o explotaciones temporales (pabellones de exposiciones). La puesta en obra es sencilla, ya sea por hincado o por vibroperforación, según la naturaleza del terreno. Los pilotes resisten por fricción y/o por resistencia por punta. Pueden montarse para soleras independientes de tipo "solera sobre pilotes" o de manera aislada para cimentaciones locales. En el caso de un uso temporal, el valor máximo de capacidad de carga está limitado por el valor nominal de extracción, que normalmente se sitúa alrededor de los 500 kN.

VIII - 6. Recalce de cimentaciones mediante anexión de pilares precimentados

La técnica de los pilotes precimentados se adapta a la ejecución de nuevas cimentaciones bajo edificios ya existentes. Las construcciones de parkings emplean a menudo está técnica. Antes de comenzar, se apuntala la estructura existente. Los pilares de acero se montan y constituyen la nueva cimentación de la construcción.

Los pilares metálicos tienen una altura ligeramente superior a la del sótano en el que se trabaja. Se introducen en un pozo perforado tras excavar con la perforadora. La base está sellada en una masa de hormigón armado colado en el fondo de los pozos, a nivel de la cimentación final. El forjado superior del futuro parking se apoya sobre estos pilares y la excavación «topo» hace solidarios los trabajos de infraestructura.

Se tendrá en cuenta la posibilidad de pandeo de los pilares durante la fase de la obra. Para evitar este fenómeno, se rellenan los pozos de grava, intercalada regularmente por masas de apoyo, de hormigón pobre, a niveles predefinidos. Si se controla la posición en plano de las cabezas de los pilares, el ajuste de la verticalidad es más delicado. Se puede atenuar la desviación por medio de cilindros hidráulicos.

En este caso, las ventajas del pilar metálico son la ligereza y la facilidad de manipulación. Es ideal para las operaciones de montaje y ajuste. También facilita los trabajos la posibilidad de soportar grandes cargas verticales con una sección reducida.

VIII - 7. Ejemplo de puesta en suspensión de una estructura completa

En este caso, el edificio existente ha sido objeto de una verdadera operación quirúrgica para hacer levitar la antigua central eléctrica del Prado y obtener un edificio polivalente. La conservación en pie de los muros de ladrillo del nuevo edificio y de la estructura de acero se logra por medio de tres bloques de anclaje dispuestos en forma de triángulo e incluyendo la circulación vertical (ascensores, montacargas y caja de escalera).

Esta superestructura está constituida por una red de vigas de acero y soporta la capa de ladrillo reforzada por un corsé. Se corta el zócalo y el edificio se separa del suelo desafiando la ley de la gravedad. Para la parte subterránea, se ejecuta la estructura y cimentación por medio de técnicas tradicionales. Por último, se recubre la estructura de ladrillos con una estructura metálica para aumentar la altura y el número de pisos.

VIII - 8. Reestructuración de una plaza de toros en centro comercial mediante suspensión temporal de los muros periféricos

Las Arenas - Un proyecto de reestructuración interior de gran alcance Las Arenas está situada en Barcelona cerca del barrio de Montjuic, junto a numerosos museos, el recinto ferial y el estadio olímpico. Se trata de una plaza de toros transformada por el arquitecto británico Richard Rogers. El complejo ha conservado la estructura original de ladrillo y se ha convertido en un centro comercial. Para posibilitar el acceso al reciento desde el nivel de la calle, se ha excavado la base de la fachada y se ha suspendido la plaza de toros sobre un conjunto de 20 pares de pilares de acero en forma de bumerán. El objetivo principal de la rehabilitación era renovar la cubierta histórica y crear cuatro grandes entradas para poder alojar los nuevos espacios dedicados a la nueva finalidad de la construcción. Los 45 000 m² de superficie inicial se han transformado en 149 000 m² de espacios comerciales, zonas de ocio, áreas auxiliares y un parking para 1250 vehículos. Suspensión en el aire de una corona de ladrillo de 100 metros de diámetro La modificación de la transmisión de los esfuerzos de la construcción existente puesta totalmente en suspensión es una operación muy delicada durante la fase de los trabajos. La conexión de la plaza de toros, inicialmente situada sobre un montículo, con el nivel de la calle en la parte inferior requirió una excavación bajo la estructura inicial para interrumpir la transmisión directa de las cargas en la cimentación existente.

Para recuperar la transmisión y respetar las características de la nueva estructura, se creó un nivel de arcadas suplementario mediante la puesta en obra de una corona periférica de hormigón pretensado sobre pilares de acero, que sustenta a modo de zunchado la mampostería original. El trabajo consistió en apuntalar previamente los pisos superiores de la arena mediante montantes de acero para poder construir la corona periférica y excavar progresivamente, apuntalando la estructura paso a paso, para reconstruir a continuación una nueva cimentación y colocar los pilares "bumerán".

Representación esquemática del proceso de transformación de la plaza de toros de Barcelona en cuatro fases:

Vista sucesiva de la plaza de toros de Barcelona en cuatro momentos representativos de la construcción:

Vista de las torres provisionales de apuntalamiento, de la corona periférica y de la modelización de los pilares "bumerán":

VIII - 9. Reestructuración de la torre PB12 de La Défense para convertirla en la Torre Opus

Diferentes etapas de transformación de la torre PB12 en la torre Opus:

La reconstrucción de la torre PB12 de La Défense se enfrentaba al problema del permiso de construcción. Una vez llevada a cabo la demolición de la torre original, se corría el riesgo de no obtener un nuevo permiso de construcción, dado el reglamento de urbanismo actual. La autoridad contratante y el gabinete de arquitectura Valode y Pistre recurrieron por tanto a la solución de reestructuración con renovación completa de la estructura para asegurar el valor patrimonial. Para ello, se decidió sustituir los 86 pilares de la fachada original espaciados 1,5 por 26 pilares situados sobre una trama de 6 metros. Evolución de la estructura de la torre operada gracias a la transformación:

Además de la renovación completa del inmueble construido en los años 60, la reestructuración de las fachadas y del forjado permitió ganar 70 cm en los lados norte, sur y este. También permitía ampliar el lado oeste de la torre. Debido a las grandes luces entre dichos elementos y su unión al núcleo central, era necesario recurrir a la solución "pilares y vigas metálicas" para reducir las dimensiones de las secciones. Los pilares tubulares mixtos de hormigón armado (Ø 610 mm, esp. 12 mm) garantizan el recalce del forjado existente y de los nuevos elementos complementarios de la reestructuración. Los pilares también cumplen una función de soporte de la nueva fachada. La implantación de los nuevos elementos de carga comienza por realizar cavidades entre las estructuras existentes. Los pilares montados por tramos de dos niveles se solidarizan temporalmente al forjado con la ayuda de "V" de apuntalamiento de acero. Se colocan los redondos y a continuación el hormigón. Tras el montaje de los nuevos elementos de carga hasta el último nivel, se sierran las espinas de fijación y se retiran de arriba hacia abajo. Las losas se unen al perfil del extremo conectando los nuevos elementos de carga (fijados mediante pernos) a dicha viga. Fase de trabajos para la extensión de la torre Opus:

Pierre Engel para www.constructalia.com