Tecnología

Innovación en el uso de cerámica en la arquitectura

 

 

 

 

 

 

 

 

En este artículo se presenta un sistema de cubierta basado en un tejido cerámico estructural, denominado Flex-brick.

Flex-brick actúa como un semiprefabricado colaborante flexible adaptable a cualquier curvatura que debe acabarse con concreto en obra para formar cubiertas laminares de cerámica armada. Este sistema da agilidad constructiva para cubiertas de geometría curva. Se explican los conceptos de lámina de cerámica armada y semiprefabricación colaborante, así como su aplicación, ensayos estructurales realizados y de sus ventajas en la arquitectura.
Fue Eladio Dieste, quien en la década de los cuarenta presentó un nuevo sistema de cubierta estructural: las cubiertas laminares de cerámica armada, que se consiguen con la disposición en retícula de los elementos cerámicos de manera que haya continuidad longitudinal y transversal de juntas para alojar en ellas el armado bidireccional, al tiempo que con mortero y concreto se rellenan las juntas y es cubierto el conjunto con una fina capa de compresión. El resultado recuerda al de un forjado siendo una innovación en el uso de la cerámica en arquitectura. El tejido cerámico estructural 146 reticular muy delgado en el que los casetones fueran los ladrillos con la tabla vista por el intradós. Pero la principal diferencia con los reticulares, además de su espesor y el empleo de geometrías laminares plegadas, de directriz catenaria o de doble curvatura, es que en las láminas cerámicas los ladrillos no son meros aligerantes de peso, sino que contribuyen en la resistencia general trabajando a compresión.
Con este sistema se han construido más de un millón de metros cuadrados en Uruguay, Argentina y Brasil, se han conseguido claros de hasta 50 metros con cantos de lámina no superiores a 12 cm y los casos que se han resuelto son variados (Fig.1), propio para grandes espacios para fábricas, depósitos, silos horizontales, polideportivos, iglesias, mercados, estaciones de autobuses, hangares y gasolineras.

Limitaciones
Los principales obstáculos que frenan la aplicación de este sistema son:
a) La cimbra suele ser cara por lo que se deben proponer técnicas que contemplen la optimización de esta fase de la construcción.
b) La excesiva dependencia de la mano de obra que tiene la construcción con ladrillos. Es necesario un estudio más profundo que contemple una mayor industrialización en todos sus procesos para fomentar su uso en la edificación contemporánea.

Propuesta de sistema industrializado
Flex-brick es un ensamble de bandas paralelas de semiprefabricados flexibles de ladrillos combinados con armaduras que gracias a su flexibilidad inicial se disponen arqueados en obra adaptados a cualquier curvatura de cimbrado (Figuras 2 y 3), que actúan como “colaborantes” estructurales del concreto, conjunto in situ por su extradós.

El sistema constructivo consta de dos fases: la semiprefabricada flexible que curva a voluntad un tejido cerámico en seco y la fase in situ rígida que consigue la continuidad material y estructural mediante el colado de concreto en las juntas armadas y la capa superior. El semiprefabricado colaborante del Flex-brick es un tejido o trenzado de barras de acero que sustenta y confina una retícula de ladrillos dispuestos en tabla y ranurados lateralmente para el paso y conexión con el trenzado. Su flexibilidad permite que se pueda almacenar y transportar enrollado en bobinas (Fig. 4) y que en obra se desenrolle fácilmente sobre la cimbra. Éste colabora estructuralmente y sirve de soporte de las varillas de armado introducidas en las juntas entre ladrillos en la fase prefabricada. Con otra malla colocada en la fase in situ por la parte superior de los ladrillos se consiguen los dos planos de armado de la lámina, preparada para rellenar con concreto sus juntas y su capa superior.
Las láminas que llegan a la obra en bobina proponen un formato de construcción fácil y acorde con las geometrías curvas. Por ello también se ha desarrollado específicamente para este sistema unas cimbras a base de tejidos metálicos y planchas de poliéster que también se desenrollan sobre una cimbra ligera desde una bobina y que son reaprovechables para diversas ocasiones.

Ventajas
Se trata de cubiertas ligeras: por ser laminares (optimiza su espesor hasta 7 cm) y por ser cerámicas (con espesores equivalentes el peso de la cerámica es de un 25% a un 35% más ligero que el del concreto); esto supone un ahorro en la construcción de la estructura y de las cimbras y encofrados temporales que las soportan. El cimbrado de estas cubiertas puede ser el mismo requerido para el andamiaje de los operarios. Asimismo, el bajo precio de la cerámica en el mercado conduce a una relación precio/peso competitiva respecto a otras cubiertas patentadas. Además, el armado bidireccional y las geometrías laminares permiten cubrir grandes claros con pequeños espesores y sin necesidad de tímpanos. Por su parte, las construcciones con este tipo de cubiertas demuestran un elevado confort higrotérmico debido a las excelentes propiedades físicas de la cerámica en la regulación de la temperatura y la humedad ambientales.
También es una solución ecológicamente ventajosa pues la producción de ladrillos consume menos energía que la del acero y la del concreto. Su componente principal, la arcilla, es abundante en la naturaleza y su extracción no es contaminante. Además, las cubiertas cerámicas pueden reciclarse en su demolición como agregado para nuevas construcciones. También, es una estructura que ya presenta su acabado interior definitivo; no se requiere ningún tratamiento o capa final añadida al intradós por el satisfactorio aspecto de la cerámica, de gran calidez cromática.
Posibilita una gran velocidad del ciclo cimbrado-descimbrado puesto que el 85% de la lámina ya está cocido y tan sólo debe endurecer el 15% del concreto que se proyecta entre las juntas para que el conjunto sea estable (Dieste llegó a descimbrar en 24 horas). Si asociamos esta ventaja a una construcción con cimbras móviles que diariamente permiten avanzar segmentos de una cubierta se consigue una velocidad de ejecución similar a la de la industrialización pesada.
Su mantenimiento es mínimo debido a la estabilidad química de la cerámica y las reparaciones parciales son fáciles por la composición modular de los ladrillos. Ofrece una excelente resistencia al fuego y, en general, un buen comportamiento frente a solicitaciones térmicas y reológicas. Además, las láminas de cerámica armada exhiben una notable calidad arquitectónica y formarían parte de las nuevas tendencias favorables al retorno de las cubiertas no planas.
A estas ventajas les añadimos las propias de una mayor industrialización de estas cubiertas para que resulten competitivas en nuestros mercados actuales:
• La prefabricación asegura una mejora de los acabados y del control de calidad ante la escasa calificación actual de los operarios en la construcción.
• Representa un gran ahorro de mano de obra por la seriación propia de los productos industrializados.
• El montaje de cubiertas prefabricadas mediante grúas acelera el proceso constructivo, cuestión que cada vez resulta de mayor repercusión económica.
• Incrementa la seguridad laboral porque este sistema disminuye el número de operarios y de operaciones en la cubierta.

Ventajas del tejido cerámico estructural
• Permite la libre elección en obra de la curvatura de las láminas, escogiendo cualquier parámetro de flecha (peralte de la curva) y cuerda (claro a cubrir).
Además de la ilimitada oferta de curvaturas, esta ventaja beneficia al productor, puesto que ahorra la gran cantidad de moldes que con las innumerables variaciones de las curvaturas requeridas ocuparían mucho espacio en un taller de prefabricación.
• La producción del semiprefabricado se realiza en bobina, facilitando su acopio, almacenaje y transporte, a la vez que agiliza el montaje de la cubierta: la grúa sólo debe acompañar el desenrollado de la bobina sobre el encofrado.
• El tejido cerámico ofrece con sólo dos materiales un importante abanico de variables geométricas: distancia entre juntas longitudinales y entre las transversales, ancho de ambas juntas, espesor de lámina, ancho de lámina y longitud de lámina. Esta longitud no está limitada por la del camión de transporte sino por el desarrollo de la bobina (hasta 60 m) por lo que, en la dirección de las directrices de la cubierta, las luces a cubrir con una sola bobina son importantes. Y el ancho de tejido cerámico sólo depende del ancho de la longitud del eje de la bobina que cabe en el medio de transporte (hasta 12 m) y de la potencia de la grúa que lo mueve.
• La prefabricación como un tejido le otorga una considerable precisión geométrica en la continuidad y homogeneidad de las juntas entre ladrillos, lo que garantiza la facilidad de los ensambles de las láminas en obra.
• Permite la continuidad del armado entre láminas prefabricadas en la dirección de sus generatrices, es decir, deja de actuar solamente como una sucesión de arcos de descarga para conseguir una unidad con las propiedades de una lámina autoportante que soporta flexiones en la dirección de sus generatrices y, por tanto, es capaz de soportarse desde unos pocos pilares como una viga de gran canto.

Ensayos estructurales
Se han hecho ensayos en el Laboratorio de la Escuela Politécnica Superior de Girona y en el Laboratorio de Tecnología Estructural de la Universidad Politécnica de Cataluña en Barcelona. La campaña de ensayos se ha establecido sobre láminas en arco catenario de 4 m de cuerda, 1 m de flecha y 7,5 cm de espesor (4,5 cm de ladrillo + 3 cm de concreto), articuladas y atirantadas en sus apoyos. Los ensayos han sido a la falla y se ha aplicado una carga puntual a velocidad constante mediante pistón a ¼ del claro de la lámina. La instrumentación por lámina ha contado tanto con transductores de desplazamientos verticales y horizontales en varios puntos como con galgas extensométricas en el armado longitudinal. Las láminas se han construido con parámetros variables para conocer la repercusión estructural de diferentes cuantías de armado (5#8 y 5#6) y diferentes resistencias de mortero.

Resultados experimentales
Se muestran las gráficas extraídas por la instrumentación y una tabla con los parámetros de cuantía de acero y de resistencia de morteros de cada lámina ensayada. De los datos recogidos se resume que: • Se llega a resistir hasta 26 kN y la menor de las cargas últimas, 14,2 kN, es improbable en una cubierta curva no transitable de este
tipo. Para estos valores de carga puntual aplicados en el punto más desfavorable todas las láminas se encuentran claramente en zona de servicio y sobradamente capacitadas para soportar cargas 4 veces mayores con flechas que no exceden de los 2 cm.

• La repercusión del acero influye con claridad que el mortero, especialmente mientras la lámina se fisura, puesto que al aumentar la cuantía de armado se atenúa la pérdida de rigidez debida a esta fisuración y se incrementa la capacidad última en una proporción similar a la del aumento de la cuantía.
• En la formación de la segunda rótula se llega a la plastificación de la armadura en la sección de aplicación de la carga, para una deformación cercana a los 2.5 mm/m.
• Al producirse la segunda rótula no se provoca el colapso, no se desprende ni un ladrillo y la lámina mantiene una considerable capacidad residual después de la falla, por lo que se descarta la posibilidad de una falla frágil, tan peligrosa en los elementos estructurales. Por tanto, estas láminas poseen un buen comportamiento estructural ante cargas concentradas y una notable ductilidad.

Obras
Uno de los primeros ejemplos construidos con este sistema fue el stand de la Hispalyt para Construmat de 2001 y 2003 (Fig. 5). En este pabellón de 5 x 11 m se consiguió que el techo, las paredes y el suelo fueran de un único trazo, con un solo material y formato. Esta envolvente muestra las posibilidades formales del Flex-Brick en la arquitectura: espesores constructivos mínimos; intradós cerámico cálido; bóvedas de directriz asimétrica; en definitiva: una sección libre.
Ante el éxito de estas primeras exposiciones del sistema y los datos procedentes de los ensayos estructurales y de los prototipos construidos se estudió el paso de los stands efímeros a proyectos permanentes de viviendas unifamiliares.
Se han intentado en varias oportunidades. Ya en el año 1998, antes de las pruebas con los stands feriales, se proyectó para la cubierta de una vivienda en L’Ametlla del Vallés (Barcelona) una lámina de doble curvatura que en un extremo empezaba con una curvatura cóncava y en el opuesto acababa convexa.
El segundo intento, proyectado en el año 2002 en Olivella (Barcelona), sí fue aceptado esta vez con curvatura simple y diferentes perfiles de directriz laminar.
El tercer intento, que sí se construyó en Sant Martí de Tous (Barcelona), es un diseño más sencillo, con un único perfil de directriz laminar que envuelve un doble espacio desde el suelo hasta una jácena metálica a 6 m de distancia y 4 m de altura.

Proceso constructivo
Debido a que las láminas son más ligeras que una cimbra tradicional, el sistema de cimbrado es más ligero. Encima se desenrolla y extiende un encofrado compuesto por mallas metálicas, planchas de poliéster y láminas de caucho EPDM que son recuperables para otras puestas (Fig. 6 y 7).
Las láminas de Flex-brick se desenrollan desde una bobina que se maneja encima del cimbrado con grúa. La precisión geométrica del tejido permite un fácil ensamble transversal de las láminas y la continuidad de sus juntas. El concreto se realiza mediante un lanzado por vía húmeda, que permite controlar mejor la consistencia de la mezcla y su homogeneidad en toda la proyección. La capa superior se regulariza aplicando una plancha vibradora diseñada para el sistema. Los resultados han sido completamente satisfactorios. c

 

Dr. Vicente Sarrablo¹

¹Profesor de la Universidad Internacional de Cataluña, Barcelona, España.

 

 

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