Cimentaciones Tradicionales vs Sostenibles_TFG Arquitectura

CIMENTACIONES TRADICIONALES VS CIMENTACIONES SOSTENIBLES: UN CAMINO A SEGUIR

TRABAJO DE FIN DE GRADO ÁLVARO RUANO GONZÁLEZ TUTOR: ALBERTO ALARCÓN GARCÍA ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE ARQUITECTURA UNIVERSIDAD DE ALCALÁ DE HENARES 2016/2017

RESUMEN

ABSTRACT

A lo largo de los dos últimos siglos, la construcción ha experimentado cambios muy notables, tanto en materiales, técnicas o sistemas, sustituyendo por completo los modelos antiguos por unos totalmente nuevos.

Over the last two centuries, construction has experienced very remarkable changes in materials, techniques or systems, completely replacing the old models with totally new ones.

A día de hoy, toda esta ciencia evoluciona exponencialmente, con continuos desarrollos que se enfocan específicamente a la situación y condiciones en que vivimos, dando nuevas soluciones y siempre yendo más allá, para mejorar la calidad de la construcción y revertir los procesos erróneos del pasado. Sin embargo, el problema es que esto ha afectado a la totalidad de los componentes de los edificios, salvo el más importante, los cimientos.

Con el desarrollo del hormigón armado desde mediados del s. XIX, y su aplicación en estructuras, su empleo en cimentaciones ha sido prácticamente absoluto, y en los últimos 150 años se ha desarrollado esta técnica intensamente, pero en los últimos años se ha llegado a un punto en que estas soluciones no se adecúan al momento en que nos encontramos. Se están quedando obsoletas para la mayoría de casos, y su evolución ha sido prácticamente nula respecto al resto de los elementos constructivos.

Desde este contexto, surgen las cimentaciones sostenibles, como respuesta de cambio y renovación frente a esta tradición tan arraigada. Su base se remonta también a mediados del s. XIX, pero no ha tenido desarrollo hasta hace pocos años. Y es ahora cuando resurgen para adaptarse a una situación en la que la sostenibilidad se aplica en todos los ámbitos posibles, tratando de revertir los procesos dañinos y volver a un estadio previo medio ambiental.

Al igual que la construcción ha evolucionado hacia la prefabricación, en un afán de eficiencia económica y material, las cimentaciones sostenibles se abren paso en este campo como una alternativa con un gran potencial.

Palabras clave: cimiento, tradicional, sostenible, impacto, alternativa.

Today, all this science evolves exponentially, with continuous developments that focus specifically on the situation and conditions we live, giving new solutions and always going beyond, to improve the quality of construction and reverse the wrong processes of the past. However, the problem is that this has affected all of the building components, except the most important, the foundations.

With the development of reinforced concrete since the middle of nineteenth century and its application in structures, its use in foundations has been practically absolute, and in the last 150 years this technique has been intensively developed. In the last years we reached a point where these solutions are not appropriate to the moment we are. They are remaining obsolete for the majority of cases, and its evolution has been practically null respect the rest of the constructive elements.

In this context, sustainable foundations arise, as a response of the change and renewal to this deeply rooted tradition. Its base also dates from to the middle of nineteenth century, but they has not been developed until a few years ago. And it is now when they resurface to adapt to a situation in which sustainability is applied in all possible areas, trying to reverse harmful processes and return to a previous environmental stage. As construction has evolved towards prefabrication, in an effort for economic and material efficiency, sustainable foundations are appearing in this field as a potencially alternative.

Key words: foundation, traditional, sustainable, impact, altenative.

ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN

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2. CIMENTACIONES TRADICIONALES: TODA UNA PROBLEMÁTICA

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2.1. ¿Qué son? Cosa del pasado 2.1.1. Construcción desde el siglo pasado: mampostería vs hormigón armado 2.1.2. Tipologías de cimentación actuales

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2.2. Construcciones masivas: consumo en potencia 2.2.1. Un poquito más grande, por si acaso 2.2.2. Mejunje de materiales 2.2.3. ¿Hormigón con acero o acero hormigonado?

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2.3. Puesta en obra: tierra va, tierra viene, y las excavadoras se entretienen 2.3.1. Grandes movimientos de tierras 2.3.2. ¿Mejoras del terreno?

2.3.3. ¿Y toda esta tierra?

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2.4. Puesta en obra: maquinaria descomunal 2.4.1. Máquinas, cuanto más grandes mejor 2.4.2. La calle es nuestra 2.4.3. No es para nada complejo...

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2.5. Extracción de cimientos: todo un espectáculo 2.5.1. Grandes estructuras requieren grandes máquinas 2.5.2. Buscar, localizar, destruir

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2.6. Abandono de cimentaciones: turbios paisajes 2.6.1. Se han dejado una ruina...

2.6.2. ¿Nadie se encarga de esto?

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3. CIMENTACIONES SOSTENIBLES

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3.1. ¿Qué son? Un camino a seguir 3.1.1. Un concepto reciente, pero nada nuevo 3.1.2. Los cimientos no han evolucionado como los prefabricados 3.1.3. Todo lo contrario al estándar

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3.2. Ventajas: por dónde empezar...

3.2.1. Prestaciones, carga instantánea 3.2.2. Mano de obra, tiempo, costes 3.2.3. Maquinaria, servicios, transporte 3.2.4. Reciclaje 3.2.5. Respeto ambiental

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3.3. Estado del arte: superficial vs profunda 3.3.1. Micropilotes: piloedres 3.3.2. Pilotes: screw piles

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4. DESARROLLO DE CASOS Y APLICACIONES 4.1. Mobiliario urbano 4.2. Estructuras ligeras/temporales 4.3. Edificaciones de pequeña dimensión 4.4. Edificaciones de gran dimensión 4.5. Síntesis

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5. CONCLUSIONES

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6. BIBLIOGRAFÍA

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1. INTRODUCCIÓN La construcción es un ámbito muy complejo que durante la mayor parte de la historia ha avanzado lentamente, pero gradualmente y cada vez más, siendo un proceso casi imperceptible para una sola vida. Nos servimos de ella para edificar todo aquello que necesitamos, y conforme avanza el tiempo, se dan cambios, descubrimientos, que permiten que los edificios que se realizan, poco a poco se van haciendo cada vez más complejos. Esto es, bien porque cambian los materiales empleados, bien porque lo hacen las técnicas con que se manipulan dichos materiales, o bien porque surgen nuevas necesidades y servicios que hacen el proyecto más elaborado y completo.

Esta evolución en la construcción ha encontrado un momento culmen a partir del cual el ritmo de investigación y desarrollo ha crecido exponencialmente, hasta el punto en el que día a día se van descubriendo nuevas tecnologías, las cuales no son aplicadas y puestas en obra hasta unos pocos años más tarde, ya cuando la tecnología se asienta y se consolida, momento a partir del cual queda al alcance colectivo para trabajar con ella. En los últimos ciento cincuenta años ha empezado este proceso, cuyas revoluciones tecnológicas han permitido dicha evolución, y con ello se abandona poco a poco las antiguas metodologías constructivas en pos de la novedad, dadas sus múltiples ventajas. En la construcción nos referimos básicamente al hormigón armado y al acero, cuyo desarrollo ha sido el más notable y con mayor alcance de influencia, en los últimos siglos, ya que ha supuesto una total sustitución de los modelos tradicionales y los procesos asociados a ellos.

Ha tenido tanto impacto que tras de sí hay una industria tan potente, que ha generado una fuerte infraestructura y herramientas para su aplicación en prácticamente la totalidad de las construcciones que podamos imaginar, forma, tamaño, espacio… y a día de hoy se sigue trabajando en ello. Sobre todo, el hormigón armado ha tenido una absoluta inclusión en los proyectos puesto que podía aparecer en su totalidad desde los cimientos hasta la cubierta, siendo el material único del edificio. En lo relativo a los cimientos, este material sí que ha supuesto un eclipsamiento frente a sus predecesores, e incluso en la actualidad sigue siéndolo, puesto que no hay nada más que se emplee para cimentar salvo las distintas soluciones de hormigón armado.

Relativo a la construcción sobre rasante, tuvo mucho impacto durante algunos años, a la par que el acero, pero desde mediados del siglo pasado, han surgido muchos más frentes de investigación en materiales y metodologías constructivas que han dejado de lado estos dos materiales.

Una nueva revolución material que ha cambiado el paradigma de la construcción es la aparición de la prefabricación, que supone una nueva concepción en este campo y que cambia bruscamente la tradición constructiva. Con este cambio, se empiezan a dejar un poco de lado las tan extendidas soluciones de acero y hormigón, que también han encontrado su campo de prefabricación para entrar de nuevo en el mercado. Y todo este proceso se ha traducido directamente en la eficiencia y optimización de materiales, tiempo y dinero, factores que mueven el mundo. De esta forma, se da un salto desde las soluciones húmedas hasta las secas, que dan lugar a construcciones totalmente prefabricadas, en este afán de ahorrar a toda costa.

Pero nos olvidamos de mencionar un tema importante dentro de esta secuencia de sucesos: en los dos últimos siglos se ha disparado los niveles de contaminación, la cual ha devenido en graves problemas que no solo afectan a las personas, sino a todo el planeta y cuya gravedad necesita de urgente tratamiento. La contaminación es algo que hasta no hace muchos años era algo desdeñado y que no recibía atención alguna, pero afortunadamente el pensamiento se dirige hacia su solución. Y dentro de este contexto la construcción y la industria tras de sí ha tenido mucha culpa, puesto que el acero y el hormigón son materiales muy contaminantes, y su profunda expansión e interiorización han contribuido a generar este problema.

Este es un factor determinante que ha apoyado el desarrollo de las técnicas prefabricadas, el desarrollo de nuevos materiales menos contaminantes, y la vuelta a la utilización de materiales tradicionales y naturales, cuyo impacto es mucho menor y permite al menos evitar la progresión de los niveles de contaminación. Cada vez más se utiliza el término sostenible para referirse a este proceso de reversión de lo que se ha hecho en los años anteriores, intentar a toda costa minimizar y eliminar en la medida de lo posible las emisiones y consumos masivos.

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Como hemos comentado, la construcción se ha enfocado hacia el tema de la sostenibilidad, haciendo de cada elemento constructivo, del más grande al más pequeño, que trate de ser lo más sostenible posible, desde el propio material hasta todos los procesos que conlleva. Sin embargo, hay una, tan solo una parte, que se ha quedado totalmente fuera de esta partida: los cimientos.

Si bien absolutamente todo lo que vemos de un edificio puede haberse sometido a revisión en su búsqueda por evolucionar a algo sostenible, los cimientos han caído totalmente en el olvido, o no han tenido consideración alguna para reinventarse y entrar en el mismo saco que el resto de la construcción. Esto significa una cosa: siguen siendo iguales que hace más de cien años, hormigón armado, que tan solo ha sufrido desarrollo a lograr mejores prestaciones, pero se sigue consumiendo dos de los materiales de construcción más contaminantes.

Ya no es solo el empleo de dichos materiales, sino de toda la problemática que traen tras de sí las cimentaciones tradicionales, sin poder gozar de las ventajas económicas, energéticas y de ahorro que suponen los prefabricados, que suponen una diferencia muy notable. Hay un problema grave, y es que los cimientos se están quedando obsoletos, después de dos siglos se siguen empleando las mismas cimentaciones tradicionales, y hace falta que se reinvente el concepto de cimiento, bien por material, bien por diseño, o bien por técnica, han de evolucionar hacia el momento que nos encontramos.

Por fortuna no todo está perdido, pues desde hace tan solo unos pocos años se ha empezado a hablar de cimentaciones sostenibles, aunque siguen estando en la sombra, cada vez más están en conocimiento de la gente y son el paso que se necesita dar de momento para adaptarse al momento. Las cimentaciones sostenibles, o que podemos denominar también desmontables, emplean los mismos materiales que la tradicionales, acero en la práctica mayoría y hormigón armado una pequeña minoría.

Sin embargo, la diferencia que les pone el apellido viene dada, en primer lugar, por la reducción considerable de la cantidad de material empleado, y posteriormente, en el ahorro que supone la eliminación de la mayoría de procesos por los que pasan las cimentaciones tradicionales, y la novedad es

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que pueden ser extraídos al igual que se instalan y por ello son reciclables. Además, entran en el mundo de los prefabricados, por lo que cuentan con todas sus ventajas y contribuyen a la sostenibilidad dentro de la construcción.

Como decimos, la cimentación sostenible es un concepto reciente, que todavía se encuentra en una fase de experimentación y que todavía le quedan unos años para entrar de lleno en la práctica de la construcción, pero que poseen un potencial enorme y se postulan como una alternativa muy eficiente frente a las soluciones actuales.

Como apunte antes de entrar en materia, es necesario recalcar que el presente análisis tiene un enfoque centrado en los casos de construcciones sobre rasante y sus respectivas cimentaciones, ya sean superficiales o profundas, pero los casos que cuentan con sótanos, grandes volúmenes excavados, etc. quedan fuera del ámbito de estudio, puesto que requieren otro tipo de atención y análisis, si bien guardan ciertas similitudes, difieren en otros aspectos.

2. CIMENTACIONES TRADICIONALES: TODA UNA PROBLEMÁTICA 2.1. ¿Qué son? Cosa del pasado Los cimientos constituyen la parte más importante de toda edificación, y son a la vez la que menos atención recibe dentro de un proyecto. No podríamos gozar ni disfrutar de cualquiera de los edificios más emblemáticos y fascinantes que existen si no tuvieran unos adecuados cimientos que los sostengan, y para entender de que se tratan lo mejor es empezar por lo más básico: ¿Qué es un cimiento?

Del lat. caementum.

1. m. Parte del edificio que está debajo de tierra y sobre la que estriba toda la fábrica.

Según la Real Academia Española, esta definición de cimiento tiene que ver esencialmente con la manera de construir que se ha empleado siempre en la mayoría de construcciones, y que ahora no contempla todas ellas. Hasta hace más o menos un siglo, es el momento desde el cual cambia poco a poco esta tradición constructiva, desaparecida casi por completo ya en nuestros días.

A lo que nos referimos con esto, no es sino al cambio de construcción tradicional con una estructura basada en los muros de carga, de gran espesor y que empleaban materiales pétreos, y por ello pre-

cisaban de todo un fuerte cimiento a lo largo de su desarrollo. Cuando el hierro fundido y el hormigón armado se consolidan, los muros de carga pierden poco a poco terreno frente a soluciones puntuales, los pilares, a la par que se sustituyen los materiales clásicos como el ladrillo o la mampostería empleada en los muros por estos esbeltos pilares de fundición u hormigón, salvando casos de pilastras de fábrica. Estos ejemplos se resuelven con cimientos aislados para cada unidad de apoyo.

Entonces aparece un error de definición en la palabra cimiento según la RAE, puesto que estamos dejando de emplear fábricas para los edificios a favor de otro tipo de materiales, que comúnmente son lo contrario y tienen otras características más solicitadas. Hoy por hoy hablamos esencialmente de hormigón armado y de acero que nos llevan al desarrollo de elementos puntuales en la estructura, y no lineales como tradicionalmente ha sido. ¿Cómo entonces debería definirse un cimiento? Lo más sensato quizá sea referirnos a él directamente como a la función que desempeña dentro de toda construcción: un cimiento es la parte del edificio que transmite al terreno las cargas que recibe de la estructura que soporta. De esta manera ya quedan englobados todos los posibles casos.

Cimientos del s. XVIII del Convento Santa Catalina de Viena, Buenos Aires. El cimiento arranca desde una base de polvo de ladrillo, con posterior mamposteria y ladrillo finalmente. La parte inferior del cimiento serecubre con alquitrán para evitar que la humedad ascienda hasta las hiladas de ladrillo.

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2.1.1. Construcciones desde el siglo pasado: mampostería vs hormigón armado Con esta aclaración entendemos ya que la tradición de la construcción de cimientos se ha basado en el empleo de grandes cantidades y formatos de mampostería, desde las grandes catedrales, cuyos cimientos pueden llegar a ser casi como la propia catedral, hasta la construcción de discretas viviendas de apenas unas pocas plantas.

La mampostería y cantería empleada se disponía en algunos casos a hueso, sin ningún tipo de junta, y en otros se enlazaban las piezas con morteros sencillos de cal y arena y posteriormente morteros que incluían cemento. Los cimientos tenían una forma trapezoidal que se asentaba sobre una base de arena, siendo mayor la base inferior, y decreciendo hasta la superior en un ángulo de entre 45 y 60 grados, que transmiten las cargas eficientemente. Estos cimientos estaban pensados para resistir todo el peso de la fábrica que iba a levantarse además de evitar los asientos del terreno y su posible deformación.

Las cimentaciones tenían unas dimensiones considerablemente grandes, puesto que los materiales pétreos de los muros de carga, unidos al gran espesor que podían llegar a alcanzar, daban lugar a unas cargas tremendamente elevadas que tenían que resistir, y que a día de hoy no contemplaría-

Ejecución de una cimentación de mampostería actual. Arranca con una base de grava en vez de arena como antiguamente y emplea piezas de cantería enlazadas con mortero.

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mos en la mayoría de situaciones. Otro de los problemas existentes era la inexistencia fiable de un método de cálculo, y los métodos que había, solo unos pocos sabían desarrollar. Es por esto que se establecían medidas a través de ensayos de prueba y error y se definían unas proporciones tipo, que de sobra garantizaban la seguridad y estabilidad de los edificios.

Como resultado tenemos unas enormes cantidades de material bajo rasante, que podían llegar a tener varios metros y que podrían constituir un estrato nuevo del suelo, muy sobredimensionadas para las cargas que necesitaban soportar, pero que garantizaban la seguridad. Siempre mejor que sobre a que falte.

Cuando se empieza a trabajar con estructuras de hormigón armado, se hacen muchos ensayos de tensiones logrando resultados desconocidos hasta entonces, y puesto que seguía existiendo el problema del cálculo, las soluciones que se iban tomando eran mucho más “livianas” y acordes a las cargas con las que se trabajaba, pero seguían estando muy sobredimensionadas, aunque ya eran mucho más discretas que las anteriores.

Armados dispuestos de una zapata aislada. Una vez ejecutada la zanja para las cimentaciones de hormigón armado, se sitúan los armados correspondientes a esperas de ser hormigonado.

Esto significa un salto en la concepción de las cimentaciones puesto que el hormigón puede manipularse para generar la forma deseada según su contenedor, lo cual ha conllevado una eficiencia

cuenta dejando sin consideración otras posibles alternativas que puedan dar una mejor respuesta a cada caso.

hormigón lo han hecho una muy buena solución durante todo el siglo XX y a día de hoy tiene mucho desarrollo y es el principal material para cimentar y levantar los edificios.

Las cimentaciones empleadas hoy día no dejan de ser cimientos que se llevan usando desde el siglo pasado, prácticamente las mismas que cuando se empezó a utilizar el hormigón armado de forma sistemática. Para que entendamos en qué situación se encuentran las cimentaciones tradicionales basadas en el hormigón armado, veremos las distintas clases más básicas, haciendo una clara distinción entre cimientos superficiales y profundos.

material en el diseño, acorde a la transmisión de cargas y su carácter compuesto de acero y

Al ser tan versátil se desarrollaron nuevas técnicas de cimentación que salían de lo convencional (cimiento superficial bajo muro de carga) y se dieron múltiples soluciones que respondían a las distintas problemáticas que tenía cada proyecto. Además, tiene la posibilidad de mezclarse con otros aditivos que le permiten cambiar sus características y proporcionarle otro tipo de beneficios, que le hacen eficiente en cualquier tipo de suelos sin que resulte dañado.

2.1.2. Tipologías de cimentación actuales

En cuanto a superficiales tenemos varias técnicas empleadas según las características del proyecto, eligiendo la que más se adecúe a cada caso, en función del tipo de terreno, cargas, estructura... Sin olvidar que estas cimentaciones se consideran como tal hasta los tres metros de profundidad.

Esto ha generado que se haya impuesto como el líder en las obras de cimentación. Pese a todo ello, a día de hoy con frecuencia aparecen nuevas técnicas y soluciones, que tienen poco uso, están en un periodo de experimentación y que nos demuestran que el hormigón armado no lo es todo, ni es la mejor opción en muchos de los casos, pero como es lo tradicional ahora y sobre lo que más experiencia tenemos, siempre es la primera opción a tener en

Destacan principalmente: zapatas (aislada, excéntricas, combinada y corrida), pozos de cimentación, emparrillados y losas (continuas, con refuerzos, con pedestales, en cajón, nervadas y aligeradas).

Las zapatas y pozos son, por lo general, de desarrollo puntual, mientras que emparrillados y losas son soluciones de extensión superficial.

Tipos de cimentaciones superficiales. Los dos tipos básicos son zaptas y losas, y dentro de cada uno hay subclases que varían en cuanto a su composoción.

Cimentaciones profundas: pilotes. Al igual que en las superficiales, los pilotes tienen una amplia gama de variantes según su ejecución, tipo,...

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Todos estos casos no tienen profundidades de más de tres metros, pues entonces ya consideraríamos emplear el otro tipo de cimientos, los profundos.

En este grupo tenemos los pilotes y las pantallas, siendo los primeros los más empleados, puesto que las pantallas son necesarias cuando se excava bajo rasante. Dentro de los pilotes podemos destacar los pilotes ejecutados in situ, prefabricados e hincados, y pueden presentar una morfología muy variada. Para pantallas encontramos dos casos, las pantallas de pilotes y las pantallas continuas, cuyo uso depende del terreno, y son a la vez elementos de contención.

Con todo esto ya estamos listos para ver y entender toda la problemática que tienen tras de sí las soluciones basadas en las obras con hormigón armado que han conquistado la mayor parte del mundo. Es necesario hacer una revisión del estado actual de estos sistemas y tener en cuenta la situación que vivimos, y así poder desligarnos de aquello a lo que estamos acostumbrados y empezar a aceptar las novedades que tratan de subsanar los problemas que nos conciernen a todos.

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2.2. Construcciones masivas: consumo en potencia Uno de los principales problemas de la utilización del hormigón armado constituye el empleo de una elevada cantidad de material para conformar los grandes volúmenes que se proyectan en las cimentaciones y debido a la gran diversidad de materiales que lo constituyen, requiere de multitud de oficios y servicios para poder llevarse a cabo, lo cual supone un consumo de energía muy notable y un alto nivel de contaminación.

Además, la gran demanda actual de estos productos, da lugar a grandes explotaciones que modifican irreversiblemente el paisaje y que, con frecuencia, no cuentan con ningún tipo de proyecto de restauración para tratar de devolverlos a su estado original una vez han sido terminados de explotar.

2.2.1. Un poquito más grande, por si acaso No es de extrañar que, por ser la parte más importante de todo edificio, no se escatime en cimientos, dado que si en algún caso fallara sería fatal y con casi seguridad irreparable o de muy costosa solución de parche. Pero una cosa es invertir en una buena cimentación y otra agrandar y agrandar hasta llegar a unas masas descomunales totalmente fuera de escala.

Cantera y planta de hormigón de Arce, Piélagos. Explotación masiva para la obtención de los áridos del hormigón y componentes del cemento.

Las normativas vigentes aplican una cantidad de coeficientes de seguridad que no hacen otra cosa que aumentar el tamaño desproporcionadamente para los esfuerzos a soportar, pues podrían aguantar muchísimo más con las medidas que marcan los cálculos, y por tanto no es realmente útil proyectar estas estructuras tan exageradas pues no van a mejorar ni aportar ningún beneficio al comportamiento del conjunto, sino mayor peso del edificio que al final tiene consecuencias en la compactación del terreno y en el descenso que sufra.

Así se consigue tan solo elevar el presupuesto significativamente, y es que los cimientos precisamente por ser tan grandes y estar tan sobredimensionados suponen un alto porcentaje del costo total de la obra que puede rondar el 40% dependiendo del caso, y eso es tan solo lo que queda debajo del edificio, y esta cifra no debería ser tan alta, sino que este incremento de volumen es el que hace llegar a esta cifra. Esto va acompañado del consiguiente consumo innecesario de recursos naturales y de grandes inversiones de energía y medios para su extracción y procesamiento, que al final van a quedar todos ellos enterrados irremediablemente, con lo cual todo el exceso que no necesita el cimiento se saca de la tierra, se procesa, y se vuelve a introducir en ella en vano. Todo un consumo descontrolado.

Ejemplo claro de sobredimensionamiento: zapatas desproporcionadas que reciben unos delicados pilares, y todas ellas enlazadas casi como un emparrillado.

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2.2.2. Mejunje de materiales El hormigón armado suena muy bien, parece incluso sencillo, hormigón y acero juntos. Realmente tiene unas prestaciones excepcionales, pero para lograrlas hay que poner especial cuidado en la receta del hormigón, pues para nada es sencillo: el hormigón es una amalgama de diversos materiales que requieren de una particular atención a la hora de mezclarse, cuidando todas las proporciones de cada elemento que interviene.

Fundamentalmente son cuatro los materiales que lo constituyen: cemento, arena, grava y agua, y a su vez el cemento tiene toda una industria tras de sí para su producción, que es producto de varios materiales y que pasa por numerosos tratamientos. Dispuestos los cuatro ingredientes hay que mezclarlos en la proporción adecuada para lograr un hormigón de buena resistencia.

A parte, existe una gran variedad de aditivos que permiten al hormigón adquirir diversas propiedades que le permitan ser más resistente, fraguar más rápido o más despacio, cambiar su fluidez, … En general el hormigón es un producto muy elaborado y que requiere de mucho trabajo. Cuando se utilizan prefabricados se garantiza la calidad del producto y sus mejores prestaciones, dado que está sometido a rigurosos controles de calidad que permiten manejar todas las variables, pero ello tiene un precio.

Sin embargo, cuando se trabaja in situ con el hormigón o cuando viene fresco de fábrica hay que tener mucho cuidado con las mezclas y su tratamiento, puesto que sus propiedades pueden cambiar notablemente respecto de las alcanzadas en entornos controlados, además de que se necesitan guardar probetas de los distintos hormigones utilizados en obra para su posterior análisis en laboratorio, ya que si por alguna razón no cumpliera con las especificaciones mínimas del proyecto, habría que derruir lo construido, aunque esto sucede en pocas ocasiones.

Es por ello un producto bastante complejo al cual le queda una última fase: hay que introducirle además las barras de acero que deben estar corrugadas para que agarre mejor el hormigón, y así consiga trabajar correctamente a tracción, compresión y flexión. Habemus homigón armado.

2.2.3. ¿Hormigón con acero o acero hormigonado?

Hay casos en los que resulta verdaderamente sorprendente como se puede invertir el significado del hormigón armado. Se trata hormigón reforzado con barras de acero en su perímetro para resistir las tracciones que el hormigón no es capaz de soportar, calculadas para consumir lo menos posible de acero, puesto que es la parte cara de esta pareja y la inclusión de más material del necesario no hace otra cosa que añadir costes al proyecto, además de

Cimentación para un aerogenerador. La cantidad desmesurada de acero empleada para la zapata está fuera de escala, un simple pilotaje sería mucho más rentable. La apariencia nos da la sensación de que no se sabe si hay más acero u hormigón de relleno.

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suponer un desperdicio material significativo, que a menudo se multiplica, por sucederse el error en continuos elementos. Pero cuando se dan casos en los que el hormigón armado se convierte en una masa compleja de hierros entrelazados, en la que proporción entre uno y otro son similares, ya no se trata de lo mismo, sino que es una estructura de acero rellena con hormigón en sus huecos, y esto es un consumo disparado y abrumador, para lo cual simplemente hay que optar por otras estrategias.

Este problema podría solventarse con otro tipo de soluciones constructivas que resuelvan de otra manera mucho más eficiente el problema, haciendo uso de una cantidad mucho menor de recursos, sobre todo de acero, y de esta manera economizar en los proyectos de cimentaciones, no es necesario dejar enterrado el saldo extra.

Hay ocasiones en las que no se tienen contemplaciones a la hora de inflar las estructuras y meter material gratuitamente para estar seguro de que aquello “no falle”. Pero hacer las cosas bien cuesta menos.

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2.3. Puesta en obra: tierra va, tierra viene, y las excavadores se entretienen Lo más habitual en la casi totalidad de los proyectos que se vienen haciendo desde hace años, es preparar el terreno antes de realizar ningún tipo de construcción de cimientos, para que pueda estar en sus mejores condiciones. Por ello, se suele “limpiar” la primera capa del suelo que es mecánicamente peor que el estrato que hay por debajo. Se ejecutan una serie de labores entonces que precisan de distintas técnicas y maquinaria que permitan trabajar en él. La principal labor es la de excavación, que en proyectos bajo rasante supone un fuerte impacto y requieren mucha más atención y recursos. En general esta serie de trabajos previos supone una gran paliza antes de empezar la obra.

2.3.1. Grandes movimientos de tierras Los trabajos de excavación dentro de la obra pueden llegar a ser de una dimensión notable, incluso para aquellos casos en los que no se ha proyectado una construcción bajo rasante. Pero con frecuencia se excava y se extrae una enorme cantidad de tierra para poder llegar al terreno competente y en él, vuelta otra vez a cavar para dejar sitio a los futuros cimientos, a partir de los cuales se levantará la estructura principal hasta la cota cero, salvando toda la profundidad excavada. No se extrae la tierra correspondiente a la situación de las zapatas que

Trabajos de nivelado y excavado del terreno para preparar la cimentación. Se mueven grandes volúmenes de tierra para adecuar la zona.

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hay que ejecutar, sino que se saca toda la tierra que corresponde a la superficie del edificio en cuestión hasta la cota superior del cimiento, se hace un vaciado general, y es entonces cuando se excavan los espacios para los cimientos.

Además, es necesaria la presencia de maquinaria, ya que sin ella no se podría realizar la extracción del terreno, y a parte todo este volumen vaciado tiene que ser retirado y llevado a vertederos de tierras, que, en el mejor de los casos, se encargarán de gestionar esta tierra que resulta un residuo. Todo esto supone unos trabajos de vaciado y transporte importantes y que empleando otras técnicas no serían necesarios, ya que son un gasto y consumo que afectan al entorno, como depósitos descontroladas de tierra y su esparcimiento al aire durante su transporte.

2.3.2. ¿Mejoras del terreno?

Con frecuencia, cuando se ha realizado la excavación, el terreno puede no ser competente, por no llegar a las características esperadas para poder cimentar en él, y por ello es necesario realizar trabajos para mejorar su capacidad portante, para ello recurriendo a encachados de grava normalmente, cuando no se requiere una gran mejora, pero tam-

Mejora del terreno para una cimentación superficial a través de la compactación del suelo por micropilotaje. El terreno queda inutilizado para posibles aplicaciones futuras.

bién se realiza en todas las cimentaciones un vertido de hormigón menos resistente antes de asentar los cimientos finales, que no deja de ser una manera de mejorar el suelo. Otras técnicas son mucho más radicales, como es la inyección dentro del suelo de lechadas para mejorar la resistencia del mismo, de tal manera que ya sea apto para cimentar en él, o peor aún, podemos intentar compactar el suelo mediante la compresión del terreno a base de golpes, con una grúa especial que levanta bloques de gran tonelaje y los deja caer desde cierta altura, lo cual resulta una labor ardua y que es molesto por las vibraciones que produce y el ruido generado.

En esta línea de compactación del terreno, tenemos también el micropilotaje del terreno o la hinca de pilotes prefabricados en el suelo, ambos casos requieren de grandes trabajos y empleo de recursos para poder llevarlos a cabo. Pero es interesante definir hasta qué punto estas actividades suponen una mejora del suelo, puesto que sobre todo en los últimos casos, inhabilitan el terreno para otro tipo de uso en el caso de que en el futuro se desmantele esa construcción por cualquier motivo, ya que ha generado un estrato nuevo, totalmente distinto.

Si se buscaran aplicaciones agrícolas o naturales sería imposible usar ese suelo, precisaría de una sustitución completa del mismo, y en los casos menos radicales su extracción. En el mejor de los casos, se podría adecuar un nuevo proyecto en ese terreno,

y aun así tendría muchas limitaciones. Mejorar el terreno es mejorarlo para la vida útil de edificio, pero lo destruye en el resto de los sentidos.

2.3.3. ¿Y toda esta tierra?

Como hemos comentado, el vaciado dentro de la obra es una acción importante y que maneja volúmenes de tierra bastante generosos. El problema surge cuando sacamos tanta tierra y no la devolvemos a su sitio en la medida de los posible, porque si bien es cierto que se extraen grandes volúmenes para realizar los cimientos, una vez ejecutados se podría devolver el volumen de tierra restante hasta rellenar el terreno, ya que los cimientos no son tan grandes como para que no quepa la tierra de vuelta a su sitio. De este modo se gestionaría mucho mejor la tierra extraída y la cantidad a desplazar sería de lejos mucho menor.

Pero en lugar de esto, estas masas de tierra son retiradas y transportadas mediante grandes camiones, que realizan largos trayectos hasta su depósito en espacios dedicados o en vertederos de tierra en los que se encargan de su gestión, para evitar corrimientos de tierras y evitar accidentes indeseados.

Esto da lugar a la generación de nuevas topografías y relieves que afectan al ambiente próximo y a quienes habitan en dicho lugar, puesto que es todo un artificio.

Como decimos, también se desprende parte de la

Acumulación de la tierra resultante de la excavación. El depósito continuado de tierras procedente de obras dará lugar a un nuevo relieve en la zona de deshecho.

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tierra durante este transporte y se queda suspendida en el aire, que afecta negativamente a la salud de las personas. Supone en general otro tipo de contaminación y de impacto ambiental, que podría evitarse con otras técnicas o con el reciclaje de esa tierra, disminuyendo al menos la cantidad total de tierra desplazada. Todo ello lo suponemos para obras en las que no hay proyectados sótanos, pues en esos casos sí que sería necesario extraer la tierra equivalente, nos referimos a todos los casos de construcción sobre rasante.

Realmente no resulta ni tan fácil ni tan económico tener que transportar todos los volúmenes de tierras desde el lugar de la obra hasta otro punto mucho más alejado, en lugar de reservarlos en la propia obra en su defecto en un lugar cercano para la posterior restitución de la misma una vez haya sido ejecutada la cimentación.

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2.4. Puesta en obra: maquinaria descomunal En relación a todo lo que se ha comentado en el apartado anterior, cabe destacar que no podría llevarse a cabo en ninguno de los casos sin el empleo de una maquinaria profesional y especializada para cada una de las tareas, aunque algunas de las máquinas más asequibles son en cierto grado polivalentes, pudiendo desempeñar diversas funciones con el simple cambio de unas pocas piezas.

Pero a pesar de todo, en la construcción hay toda una industria de maquinaria asociada, que cada vez es más compleja y tal como concebimos hoy las obras, serían inviables sin estas máquinas, pero en muchos de los casos podríamos prescindir de ellas y optar por soluciones más sencillas y menos invasivas, a la par que económicas, pues su empleo supone un gran costo, requiere de una eficiencia máxima para que resulten rentables.

2.4.1. Máquinas, cuanto más grandes mejor En todo lo relativo a las tareas que implican la preparación del terreno, realizar los movimientos de tierras pertinentes y dejarlo listo para ejecutar los cimientos, la maquinaria empleada es básicamente excavadoras varias para que se encarguen de excavar y desplazar la tierra, y por otro lado todos los camiones que puedan ser necesarios para evacuarlas.

Grúa de hinca de pilotes prefabricados para compactar el suelo. Toda esta clase de maquinaria tiene unas dimensiones notables y es de caro alquiler.

Incluso si hablamos de las tareas más sencillas, la maquinaria que empleamos es de cierto calibre ya que supone que tengamos un periodo en el calendario con todo el ruido que generan y el estorbo de toda ellas entrando y saliendo continuamente de la obra. Y solo hablamos de lo más pequeño, pero en cuanto necesitamos poner sobre el tablero todos los camiones de ferralla para los cimientos y estructuras, hormigoneras, grúas… El presupuesto se dispara y en cuanto haya algún problema, los retrasos afectan enormemente al costo por el alquiler de la maquinaria.

La guinda del pastel viene con las máquinas más especiales como las empleadas para el pilotaje o la ejecución de pantallas continuas, así como grandes grúas móviles que levantan pesos de gran tonelaje o piezas de gran envergadura, todo un alarde de tecnología que tiene su precio. La única forma de hacerlo rentable es ser lo más eficiente posible y elegir bien para cada caso.

2.4.2. La calle es nuestra Habitualmente nos encontramos por la calle que han cortado una de ellas porque están haciendo obras, pero nos referimos a la edificación, no a intervención en la propia calle, y es que de toda la maquinaria que antes se menciona, todas son muy

Diferentes máquinas que se emplean para el pilotaje, ya sea para perforar el terreno, descolgar armaduras y hormigonar.

Son necesarios los distintos equipos para llevarlo a cabo.

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grandes en relación al espacio en el que pueden interactuar, y es por ello que se cortan las calles, dado que muchas de ellas operan desde fuera. Cuando una máquina tiene que entrar, otra sale, un camión aparece para sustituir al que ya está lleno, un oficio distinto hace acto de presencia,…

riencia para realizar las labores de intervención en el suelo y su posterior cimentación, puesto que se necesita lograr cierto grado de precisión con estas máquinas que tienen poca tolerancia, y lo que garantiza un buen resultado es la habilidad del propio trabajador.

Al final tenemos tanta maquinaria de por medio que lo más sensato es cortar la calle para que puedan trabajar mejor y con mayor rendimiento, pero al costo de impedir el tráfico a través de esa calle y generando en ella un cúmulo de ruido y polvo que tanto nos gusta cada mañana. Sería interesante poder operar con otros medios y técnicas que fueran más respetuosos en este sentido y que tengan menor efecto en la zona, que no sean tan invasivas y agresivas.

Desde la propia excavación del terreno para llegar al nivel indicado, hasta la ejecución de las zanjas para los cimientos, es necesario que no haya errores, pues el replanteo de nuevo supondría mucho más tiempo de trabajo. La eficiencia de estas máquinas es fantástica en tanto se utilicen de forma correcta, pero si no se quieren asumir riesgos, es posible plantearse otras alternativas.

2.4.3. No es para nada complejo…

A esto hay que sumarle otro plus, ya que el empleo de esta maquinaria tiene riesgos dentro de la obra.

No nos referimos a seguridad del personal, pues se da por sentado eso, si no a los riesgos que se asumen al intervenir en una parcela entre medianerías por ejemplo, puesto que si no se tiene cuidado y el operario de turno comete algún error, esto puede suponer daños en las edificaciones colindantes, que pueden ser desde lesiones leves hasta casos relativamente graves. Para eso estamos hablando de que se necesita personal cualificado y con expe-

Manipulación del armado de un pilote con distintas grúas. Toda la actividad se realiza en plena calle, y por ello ha sido necesario cortarla.

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2.5. Extracción de cimientos: todo un espectáculo La mejor parte de las cimentaciones tradicionales es la que viene a la hora de las demoliciones y desmantelaciones, pues al no tener un proyecto para su extracción y desmontaje, se realiza de la forma más básica: rompiendo.

En toda la construcción sobre rasante esto ha ido cambiando con el tiempo puesto que el empleo de materiales y productos nuevos, junto a técnicas menos agresivas, permiten hasta cierto punto desmontar los elementos del edificio conservándolos total o parcialmente, lo cual permite su reciclaje y reutilización (prefabricación en mayor o menor grado). No es este el caso para los cimientos, pues son generados de forma masiva y no tienen posibilidad de reutilización, se toman enteros y se trituran poco a poco hasta que no queda más que una grava salpicada de aceros retorcidos.

pia zapata, o en tal caso emplear varias máquinas para su extracción. Pero cuando les ha llegado su hora y es necesaria su retirada para poder ejecutar un nuevo proyecto, las cosas no son tan fáciles, puesto que para extraerlas es necesario excavar a su alrededor hasta que quedan totalmente al descubierto, y una vez en este punto, las excavadoras se encargan de arrastrarlas desde su sitio hasta la zona donde posteriormente son tratadas.

Esta tarea no es para nada fácil puesto que las zapatas, por su gran peso, deslizan en el terreno y si no se tiene cuidado al sacarlas con la excavadora, estas pueden volver sin remedio hasta su origen y es necesario empezar de nuevo. Por lo general no se emplean grúas para levantar los cimientos, es más común el empleo de excavadoras. Y esta es tan solo una de las partes.

2.5.1. Grandes estructuras requieren grandes máquinas Lo más común es el empleo de zapatas para cimentar, y estas por lo general ya suelen ser de una dimensión considerable, y si vamos a edificaciones de gran calibre, las zapatas pueden llegar a ser muy generosas. Es por esto que para lidiar con ellas es necesario emplear, sobre todo, grandes excavadoras, cuyo tonelaje no sea vencido por el de la pro-

Retroexcavadora desenterrando y arrastrando una zapata. Es necesario buscar los cimientos, desentarrarlos y finalmente trasladarlos para su procesamiento.

Cuando las zapatas son muy pesadas, es necesario recurrir a excavadoras más grandes o bien trabajar con dos o más para poder desplazarlas.

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2.5.2. Localizar, asegurar y destruir El tratamiento que reciben los cimientos es algo tan sencillo como encontrarlos, puesto que muchos están enterrados, o durante la demolición quedan enterrados; posteriormente ponerlos a buen recaudo en la zona establecida y finalmente se rompen y se trituran para poder ser evacuados. Pese a esto, no resulta ser tan fácil como pueda imaginarse. Buscarlos es relativamente sencillo ya que se conoce su sitio en caso de haberse enterrado, aunque pueden perderse de vista y requerir algo más de tiempo y dedicación.

Pero luego viene lo complicado, que es desenterrarlos y desplazarlos, como ya hemos comentado, y entre tanto la excavadora tiene que generarse sus propias rampas para poder acceder a las zapatas, y poder remolcarlas poco a poco hasta una superficie común donde llevarlas y allí se encarguen de ellas.

Lo más fácil es operar con dos excavadoras, pues se evita así que el cimiento se mueva inesperadamente. Una vez extraídos los cimientos, es necesario destruirlos pues que no se pueden evacuar tal como están.

Cuando tienen unas dimensiones determinadas, viene otra máquina, que en vez de tener un pico de percusión tiene una mandíbula de cizalladura, y se come esos bloques triturándolos hasta el tamaño de una grava grande, y entonces ya está listo para separarse, por un lado, el amasijo de barras de acero dobladas, y por otro toda la parte de grava de hormigón.

Es ya entonces cuando están dispuestos para ser cargados en un camión y ser evacuados de la obra estos residuos. Todo este proceso es muy laborioso y de un tiempo de ejecución bastante elevado, porque no hay manera de sacarlos de donde están y llevárselos sin más.

Para ello es necesario simplificar la zapata en unidades más pequeñas, para lo cual se rompen con una excavadora a golpe de percusión, una tarea lenta y muy ruidosa, que poco a poco deja bloques más pequeños y dejando al descubierto los aceros.

Cuando las zapatas se acumulan en la zona designada, otra excavadora se encarga de triturarlas mediante percusión para obtener piezas más pequeñas.

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Los bloques pequeños se terminan de trituran con otra máquina que literalmente se come los escombros, lo que permite obtener el acero y transportar el hormigón fácilmente.

2.6 Abandono de las cimentaciones: paisajes turbios Como ya hemos visto, el proceso de retirar cimentaciones del terreno es una tarea bastante laboriosa y que conlleva bastante tiempo, y por ello resulta costoso. Esto se convierte en un problema cuando por la razón que sea, permanecen en el suelo estas cimentaciones a esperas de ser extraídas, pero que comúnmente, no tienen ningún proyecto para ello, y nadie se hace cargo de ellas, cuya consecuencia más directa es la generación de un paisaje de ruina, puesto que, con el tiempo, la naturaleza lo empezará a devorar.

También es un problema esto, ya que la presencia de estos cimientos complica este proceso natural.

Hablamos de ruina porque estas situaciones pueden durar muchos años, tiempo suficiente para que comience a crecer vegetación donde pueda. Al final nos quedan paisajes contaminados, no llegan a ser naturales ni urbanos, sino una desagradable mezcla.

2.6.1. Se han dejado una ruina...

La mayor parte de estas situaciones se da debido a que se inicia la construcción de un proyecto, y una vez ha empezado por cuestiones de presupuestos, licencias, etc. este queda pausado, y posteriormente el proyecto se cancela. El resultado es una obra a

medias que se quedará sin ningún tipo de proyecto para levantar y sacar toda la construcción, devolviéndolo a su estado inicial antes de que empezara la obra.

Estos residuos se quedarán así hasta que se decida ejecutar un nuevo proyecto en ese suelo ya que nadie se encargará de esa construcción, y para lo cual será necesario demoler lo que ya estuviera construido y empezar de nuevo, puesto que el tiempo habría hecho mella en la estructura y no sería posible su reutilización. Como no es interés de nadie, o no interesa lo suficiente como para preocuparse de estos casos de ruina, se deja en el olvido esperando que alguien tenga la intención de construir nuevamente en ese sitio, asumiendo así todos los gastos que supone deshacer lo que había allí antes.

2.6.2. ¿Nadie se encarga de esto?

En otro tipo de casos similares tenemos los derribos de edificios, que precisan ser demolidos porque puedan suponer un riesgo para las personas debido a su estado (edificios de antigüedad, edificios que han sufrido daños, etc). Tampoco cuentan con un proyecto específico para retirar sus cimientos una vez ya han sido demolidos, puesto que es un costo elevado y resulta mucho más fácil dejarlos ahí plantados en su sitio, a expensas de que alguien decida tomar cartas en el asunto.

Obra abandonada en Baiona. Debido a la falta de mantenimiento o al proyecto de demolición de esta construcción sin futuro, el tiempo ha dado lugar a la generación de aguas estancadas, una pequeña laguna insalubre en la que abundan los insectos y otras especies.

Es una de las peores situaciones que se pueden dar tras el abandono de una obra, además de la mala imagen que da.

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De esta manera el suelo no puede recuperarse ni puede ser destinado a otro tipo de uso porque tiene una gran cantidad de material pétreo que lo inhabilita para otras actividades. Con otros sistemas de cimentación que permitieran su desmantelamiento con un costo mínimo, se repensaría el provocar estas situaciones y actuar en consecuencia, y en caso de llegar a estos casos, su solución sería más que viable.

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3. CIMENTACIONES SOSTENIBLES: 3.1. ¿Qué son?

3.1.1. Un concepto reciente, pero nada nuevo

Si bien antes definimos lo que hasta ahora era un cimiento y cómo podríamos reinterpretarlo para adaptar su significado hacia algo que se adecúe a nuestro tiempo, para entender de que se tratan los cimientos sostenibles tenemos que ahondar un poco en el significado de su apellido: ¿qué es sostenible?

Las cimentaciones desmontables poco a poco empiezan a abrirse un hueco en nuestras vidas, y es que no tienen más de cinco años desde que alguna pequeña empresa haya ahondado en ellas y haya hecho su propia línea de producción. Es un término relativamente nuevo en este aspecto, pues parece que hasta ahora no conocíamos otra cosa que las zapatas, losas o pilotes de hormigón armado.

2. adj. Que se puede mantener durante largo tiempo sin agotar los recursos o causar grave daño al medio ambiente.

En este sentido estamos hablando de una forma de construir que sea lo más respetuosa con el medio ambiente, que se adecúe al entorno en el que se implanta y sea compatible con el sistema estructural y constructivo adoptados, siendo lo más eficiente posible en cuanto a consumo de recursos y energía, y limitando el impacto en el medio a lo estrictamente necesario, para lo cual es fundamental dedicarse al diseño en gran medida y a través de él llegar a nuevas técnicas y métodos que permitan reducir al máximo la huella que dejamos. Con este planteamiento surgen las cimentaciones sostenibles, también podemos llamarlas desmontables, que suponen una nueva forma de pensar en lo que construimos bajo tierra.

Como hemos visto anteriormente, toda esta problemática que traen consigo no va a aparecer en estos nuevos cimientos, cuya característica más destacada es que pueden desmontarse de la misma forma en que se instalan. Gracias a esto tienen mucho que decir y su mayor problema ahora es que resultan casi desconocidos para la mayoría, pero poco a poco se van introduciendo en algunos proyectos y demostrando su viabilidad. Durante este tiempo que llevan en circulación podría considerarse que siguen en fase de experimentación, pero con muy buenos resultados y en poco tiempo los veremos con mucha frecuencia.

Los primeros trabajos de este tipo se remontan a 1836 cuando Alexander Mitchell hizo una patente de un pilote con una cabeza helicoidal para poder pilotar el terreno, sobre todo en el mar, y destacan

Ejemplos de construcción de faros sobre screw-piles, dibujos de José Eugenio Ribera. Esta técnica empleada busca poder cimentar en el agua, llegando al estrato firme, y a partir de este cimiento levantar una estructura generalmente triangulada. Muy popular en su tiempo para la construcción de faros.

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por ello la construcción de algunos faros mediante este sistema, y desde entonces se ha ido desarrollando la técnica hasta nuestros días.

Esta idea de cimentación desmontable tuvo cierto desarrollo en los años 70 y 80, con varios estudios de cómo podría una pieza introducirse en el terreno y poder extraerse posteriormente. Los distintos modelos expresaban una idea común, que se trataba de un pilote de acero tubular con una o varias hélices que les permitían atravesar los estratos del suelo. Trabajan en el diseño de las piezas que la componen y atendiendo especialmente a la cabeza que se introduce en el terreno y al otro extremo donde se pudieran realizar acoples de más secciones para ganar profundidad. Y desde esos diseños que van estrechamente ligados a la técnica de perforación para la ejecución de pilotes se ha llegado a las soluciones actuales.

3.1.2. Los cimientos no han evolucionado como los prefabricados Los cimientos a día de hoy siguen siendo una parte de la construcción que se realiza en la mayoría de situaciones in situ, puesto que es colocar aceros y ahogarlos en hormigón. A diferencia de estos, los elementos que componen estructuras y cerramientos sobre rasante, han ido experimentando con el tiempo distintas soluciones que aportaban algo nuevo: juntas en seco y la producción en fábrica

Pilote prefabricado. Tiene el mismo problema de los demás pilotes: necesita descabezado para enlazarlo con otros elementos. Pese a compactar el terreno no se emplean demasiado.

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de todas las piezas y/o paneles de gran formato, en busca de alcanzar mejores prestaciones y lograr menores tiempos de ejecución dentro de la obra.

Dentro de este pensamiento de prefabricación, se incluía también la intención de hacer que estos elementos fueran algo recuperable, que en algún momento pudiera deshacerse para trasladarse y reutilizarse, dándole un enfoque más sostenible.

Y es que los cimientos nunca han experimentado esta situación de cambio ni se han tenido en cuenta para poder hacer de ellos elementos desmontables, concebidos como algo masivo y que debe perdurar, y únicamente han dado un ligero paso en este sentido los pilotes, pues una de sus técnicas es la de hinca de pilotes prefabricados, pero estos no son extraíbles. También está el caso de los pilotes más antiguos del mundo, los de madera, los cuales también son para que se queden en su sitio y no se mueven de ahí, aunque estos son naturales y de muy bajo impacto.

Por otro lado, sí que ha habido algún intento por hacer zapatas prefabricadas, pero estas no funcionan muy bien en cuanto a su enlazabilidad con la estructura principal, así como entre ellas, y por ello no tienen impacto en la construcción. Esta situación empieza a cambiar con los cimientos desmontables, cuya lógica se equipara a la de los elementos prefabricados que se utilizan en el resto del edificio, puesto que entran todos ahora en el mismo grupo.

Zapata prefabricada. Su diseño no permite unir zapatas entre sí, y la enlazbilidad con el pilar no es buena.

3.1.3. Todo lo contrario a lo estándar Hemos hablado de los cimientos tradicionales como algo tosco, bruto y muy voluminoso, cuya ejecución puede llegar a ser muy delicada y compleja y que además requiere de una potente maquinaria para su puesta en obra, desde la preparación a conciencia del terreno, hasta la disposición de cada hierro antes de verter el mejunje encima, toda una laboriosa tarea de colocación y revisión de todos los elementos, y que finalmente se convierte en algo sucio y engorroso que consume una cantidad de tiempo precioso y gran cantidad de residuos.

optar, y ninguna de ellas necesita modificar el suelo, con lo cual logramos una obra limpia y sin restos que haya que evacuar posteriormente. Las cimentaciones sostenibles se van a convertir en algo muy goloso cuando estén presentes en los proyectos más atrevidos.

Los cimientos desmontables nada que ver tienen pues empiezan por dejar de ser una solución masiva a tratarse de piezas empalmables que pueden manejarse entre los propios obreros y que constan tan solo de un par de piezas distintas que van una seguida de la otra. Si por resistencia nos preocupamos no hay problema puesto que podemos llegar a ella por agrupación de estos elementos y cambiando su dimensión, hasta llegar a la resistencia solicitada.

Es una técnica de ejecución muy simple y rápida que no requiere más que de un instrumental mínimo y concreto y de unas pocas manos que lo manejen y no precisa de ningún tipo de labor previa ni de adecuación del terreno, puesto que con el estudio geotécnico sabremos por cuál de las dos opciones

Instalación limpia, rápida, sin necesidad de trabajar el terreno, listo para ponerse en carga. Únicamente hecho de acero carece de la problemática que acarrea el hormigón.

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3.2. Ventajas: por dónde empezar...

La principal motivación para decidir cambiar de una cimentación tradicional a estos nuevos cimientos sostenibles es el gran abanico de ventajas que ofrece frente a los primeros, ya que no solo estamos hablando de cuestiones económicas, que a fin de cuentas es casi a lo que se reduce todo, sino que yendo un poco más allá, podemos encontrar mejoras notables en la manera de trabajar y construir, haciendo mucho más eficiente el trabajo en obra, puesto que supone una simplificación muy destacable respecto a lo que estamos acostumbrados.

También entramos en alguna de las principales problemáticas actuales, como el consumo abusivo de materias primas y productos, así como la contaminación que conlleva el tratamiento y transformación de todos ellos, ya que lo que buscamos es la ausencia de hormigón en estas estructuras para minimizar las emisiones. Es por tanto una solución, que no es perfecta, pero sí que supone un avance y una mejora en estas cuestiones sobre las que profundizaremos ahora.

ción en altura (torres), hasta las alturas más comunes empleadas en construcción son completamente funcionales.

Como toda cimentación, depende esencialmente del terreno, pero comúnmente encontramos mejores estratos conforme profundizamos en él, y es muy fácil con estas nuevas técnicas alcanzarlos empleando una cantidad de material muy reducida, puesto que nos estamos basando en el empleo de pilotes de una u otra manera, y siempre vamos a llegar al punto en el que el terreno rompe antes que la estructura de cimentación, ya que tratamos con acero, con lo cual podemos hacer frente a las solicitaciones más ambiciosas sin preocuparnos de que el cimiento falle, solo hay que preocuparse de que no lo haga el terreno.

Si lo que nos preocupa es si estas estructuras serán capaces de soportar todo lo que se les viene encima, la respuesta es sí, son plenamente eficientes y aunque encuentran sus limitaciones en la edifica-

Otra ventaja añadida es que al igual que podemos hacer agrupaciones de pilotes de hormigón armado, también lo haremos con los de acero para mejorar la capacidad portante y así hacer frente a las cargas más considerables. La otra clave fundamental dentro de este tipo de cimientos, es que al ser todos ellos prefabricados, pueden ejecutarse uno a uno, de forma seguida, y una vez estén ya instalados se puede proceder a levantar el siguiente nivel de estructura, ya que pueden entrar en carga sin ningún problema, no tenemos ese retraso que nos

Con los cimientos desmontables, se puede lograr un completo proceso prefabricado y eficiente, con un alto porcentaje de recursos reutilizables.

Los cimientos sostenibles permiten la carga instantánea, puesto que, al no tratarse de hormigón fresco, no requieren tiempo de curado. Además sus especificaciones son muy buenas.

3.2.1. Prestaciones, carga instantánea

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produce el tiempo de fraguado del hormigón, con lo cual conseguiremos acelerar los tiempos en la obra sustancialmente, pues no es solo el fraguado, sino que la ejecución es también mucho más rápida puesto que una máquina se encarga de introducir por percusión o rotación los pilotes.

3.2.2. Mano de obra, tiempo, costes Para ejecutar una cimentación basada en elementos desmontables, tan solo necesitaremos a un par de obreros que manipulen los tubos de acero en el caso de piezas de pequeñas dimensiones, y que con una máquina manual incluso se puede ejecutar la operación. Si tratamos de elementos de mayor envergadura simplemente necesitaríamos una maquina más grande que nos proporcione ese extra de potencia para atornillar los pilotes, y para ello tampoco hace falta recurrir a más personal.

De esta manera se logra un trabajo mucho más eficiente y sincronizado, en el que sencillamente se va de punto a punto atornillando, con una precisión bastante más fiable que con hormigón. Esto se traduce en un ahorro de tiempo muy considerable puesto que no tendremos que esperar a ejecutar excavaciones, nivelados, disposición de armaduras, llegada y vertido del hormigón, vibraciones, más nivelaciones… vaya, todo un complicado proceso reducido a atornillar pilotes. Como no entran en juego diferentes tareas, que requieren de diferen-

Para los casos más sencillos, es muy fácil: una persona emplea una máquina manual para instalar los pilotes. Tiempos y costes muy reducidos con un resultado eficiente.

tes oficios y una organización más compleja, se simplifica el proceso, ganando mucho tiempo respecto de los ejemplos tradicionales. Esto tiene un efecto doble, pues al prescindir de la variedad de oficios, prescindimos de maquinaria, de personal, de trabajo, y todo ello significa una sola cosa: menos pelas.

Si un cimiento me lo hacen dos personas con un camión y una máquina pequeña, me cuesta menos que tener varios camiones, mayor personal y más tareas que hacer.

3.2.3. Maquinaria, servicios, transporte Como hemos mencionado anteriormente, la ejecución de cimentaciones sostenibles tan solo requiere de una sola máquina, la que permite le percusión o rotación de los pilotes. Con el apoyo de uno o dos obreros que manipulen las secciones de pilotes, solo hay que dar vueltas. No vamos a necesitar una excavadora que nos haga lentamente la excavación, un camión lleno de barras de acero, que muy meticulosamente han de ser colocadas, ni una hormigonera que corra contrarreloj para que no se estropee el hormigón fresco. No es necesario todo este instrumental asociado a dichas tareas, puesto que no se requieren las mismas. No vamos a tener la calle ocupada con varios vehículos que esperan a descar

Las secciones que se montan son todas modulares y esto permite una producción, almacenaje y transporte óptimos.

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gar su material mientras otros terminan de hacer sus labores, solamente contaremos con el camión que nos traiga las piezas de los pilotes, puesto que al ser piezas desmontables y que son prefabricadas, tienen un transporte optimizado y únicamente se requiere una máquina para ejecutarlos. Aquí radica una diferencia muy notable en una obra que puede ser muy limpia, ordenada y tranquila, a un espacio sucio, lleno de obstáculos y chocándose los unos con los otros, no hay color la verdad.

3.2.4. Reciclaje Si hablamos de sostenibilidad no podíamos olvidarnos de este tema. Una de las características fundamentales de las cimentaciones desmontables es precisamente el apellido. Desmontable no significa otra cosa que la capacidad de poder volver a usar esa pieza una vez deje de ser necesaria. Este aspecto tiene su mayor eficiencia en las estructuras temporales, puesto que se instalan aquí y mañana estarán allí, y de esta manera podemos contar con la misma cimentación para la misma obra, o para otra que lo permita tantas veces como sea necesario.

Incluso si hablamos de edificaciones de mayor durabilidad, si dentro de veinte o treinta años necesitamos mudarnos, podemos hacerlo, con un costo muy bajo para sacar los cimientos y el mismo para su instalación: la ventaja, los cimientos ya los tenemos. Esta posibilidad permite una gran flexibilidad

Lo más destacable de los cimientos sostenibles es la capacidad de ser retirados del terreno y poder volver a utilizarlos en otra construcción.

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a la hora de desplazar edificaciones sobre todo prefabricadas, y desde otro punto de vista, replantear la cimentación si hubiera cambios en el proyecto o fallos en la ejecución. Concebiremos esta forma de pilotar como si se trataran de tornillos: técnica, diseño, herramientas, material… Podemos ponerlos y quitarlos sin problema, las veces que haga falta.

Relacionado con el reciclaje también hay que decir que, frente a las soluciones tradicionales, no tenemos que destruir la pieza, fundirla y forjarla de nuevo, pues es la única forma de reciclar el acero en hormigón armado; en este caso se aprovecha tal cal sin tocar nada. Por ello el reciclaje es óptimo.

3.2.5. Respeto ambiental Este apartado es fundamental también, pues a día de hoy estamos en un momento en el que se explota sin control los recursos y energías. Cimentar un edificio a día de hoy supone un impacto muy fuerte en el medio ambiente, y los cimientos sostenibles tratan de minimizar estos efectos para contribuir al proceso de reversión que se está empezando a dar.

Empezamos desde las emisiones de dióxido de carbono. Los cimientos desmontables carecen de hormigón alguno, el cual constituye un 5% de emisiones de CO2 mundial, y aunque el acero también supone fuertes emisiones, buscamos esta reducción en la ausencia de hormigón y optimizando el material al máximo, se marca la diferencia con un

consumo similar de acero. El consumo de toneladas de hormigón sin miramientos, tiene su principal impacto en las canteras y explotaciones para la obtención de sus materias, y careciendo de él, habría una extracción más controlada y menos puntos de explotación, con lo cual se respeta y mantiene el entorno natural, dado que estas explotaciones una vez se agotan, no tienen proyectos de recuperación que las devuelvan a su estado previo, con lo cual queda el medio totalmente alterado e inhabilitado para la naturaleza.

nibles este problema no existe: introducimos una pieza y luego la extraemos, pero la composición del terreno es la misma, únicamente sufre una compactación y en su retirada puede ser necesaria la aportación de suelo para rellenar el posible hueco, que no en todos los casos resultaría, pero es una forma también de reaprovechar las tierras procedentes de las excavaciones de las obras, con lo cual de una forma u otra supone un apoyo a mantener el medio ambiente lo más inalterado posible.

Ligado al tema de la emisión de dióxido de carbono tratamos el consumo de energía. Se consume mucha energía para procesar, transformar, y poner en obra el hormigón armado, pues requiere muchísima maquinaria y transporte, para este proceso, mientras que con los pilotes desmontables ahorramos gran cantidad de procesos innecesarios para su puesta en obra, y con ello se evita un consumo inútil de energía y, por consiguiente, de CO2.

Por otro lado, podemos hablar de la contaminación del terreno, entendiendo esta como el resultado de dejar cimientos o materiales de relleno en su interior cuando la edificación se ha retirado, no corre a cuenta de nadie su extracción y su posterior tratamiento para devolver el suelo a su estado previo, quedando inservible para otras actividades o posteriores edificaciones, es necesario un tratamiento del suelo. Cuando empleamos cimientos soste-

Reduciendo en gran cantidad todos los factores que implica la cimentación, nos damos cuenta de que el resultado es tanto o mejor como con las cimentaciones tradicionales, pero con una mayor eficiencia y responsabilidad con el entorno.

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3.3. Estado del arte: superficial vs profunda Las dos situaciones en que podemos cimentar son de forma superficial, a no más de tres metros, y a partir de ahí serán ya profundas. Se han desarrollado dos tipos de cimiento sostenible, uno de los cuales es superficial, y el otro responde a los dos casos.

Como hemos comentado ya, uno se trata de pilotes o micropilotes de acero, también llamados, helical piles o screw piles, que son pilotes atornillados al terreno y se trata de perfiles tubulares, que cuentan con hélices para perforar el terreno y cabezales para acoplar las secciones necesarias.

El otro de los casos es un poliedro de hormigón armado de pequeñas dimensiones, manejable por una persona, que cuenta con varias perforaciones por las que se introducen unos micropilotes de acero, también tubulares, que se hincan en el terreno en vez de perforarlo. Estos son los dos tipos de cimiento sostenible que hay actualmente, y según la empresa puede haber ligeras variaciones de diseño, pero el concepto es exactamente el mismo y ambos funcionan con estos perfiles tubulares.

3.3.1. Micopilotes: Piloedres Los denominaremos micropilotes para referirnos a su trabajo como cimentación superficial, aunque en la construcción tradicional significan otra cosa.

Vamos a centrarnos en un caso muy concreto: los

Piloedres. Este diseño innovador es cosecha de un ingeniero español, Juan José Rosas Alaguero. Piloedre es una cimentación que es ya prefabricada, con la capacidad de ser desmontable, reutilizable y cuya instalación es sumamente sencilla.

Como se ha descrito antes, Piloedre es un poliedro de hormigón armado que cuenta con cuatro perforaciones en su volumen a través de los cuales se hincan cuatro micropilotes de acero tubular, y cuenta con otro agujero roscado para atornillar placas metálicas desde las cuales levantar una estructura.

Este poliedro pesa unos 30 kg de tal manera que puede manipularse con las manos, y los micropilotes de 40mm de diámetro y de 120 cm de longitud, también son manejables.

Gracias a este diseño, todas las piezas del piloedre pueden embalarse garantizando unos costes y posibilidad de transporte muy eficientes. Mediante un martillo o un martillo eléctrico, estos tubos de acero se clavan al terreno y con una tapa se sella la apertura superior. No requiere ningún tratamiento más, está listo para ser puesto en carga. Es únicamente necesario un obrero para instalar la pieza.

Si hablamos de resistencia, Piloedre está recomendado hasta una carga de compresión de 70 KN, es decir, de unas 7 tn, siendo esta la carga de seguridad (minorado con un factor de seguridad de 3),

Las dos tipologías para analizar se tratan de un ejemplo para cimentación superficial, el Piloedre, y para cimentación profunda, el screw pile, que puede emplearse también en superficial. El resto de productos similares que hay en el mercado tienen las mismas bases que estos dos casos, por lo que son suficientes para analizar cimientos sostenibles.

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aunque podría llegar a ser mayor, y en tracción vertical alcanza esfuerzos de 40 KN. También esta carga varía según la tipología de suelo en la que se vaya a realizar la cimentación. Por supuesto, como cimentación superficial que es, solo puede emplearse en los casos en que se utilizarían zapatas, cuando estas no son recomendables para un determinado terreno, Piloedre tampoco lo será.

aceptar errores de replanteo, puesto que se puede sacar y volver a ponerse en su situación correcta. Es el piloedre, por tanto, una solución muy efectiva, que cambia el concepto de cimentaciones tradicionales y con un gran abanico de ventajas frente a las soluciones actuales, que tiene mucho que aportar y en poco tiempo irá ganando terreno a las soluciones actuales.

Los tubos de la pieza están dispuestos a 40 grados de inclinación y aportan un gran aumento de la rigidez de la cimentación, y por consiguiente la carga de hundimiento del terreno. Si intentamos arrancar el piloedre del suelo, aparecerán unas grietas en superficie que coinciden con la situación de los tubos de acero. En cuanto a su puesta en obra, piloedre significa una simplificación notable respecto de la actual instalación de cimientos, desde la optimización material y su ejecución, hasta su capacidad de transporte para llegar a cualquier sitio, lo que se traduce en criterios de mínimo impacto ambiental.

3.3.2. Pilotes: screw piles

Esto va unido a su capacidad de reutilización, dado que los piloedres son desmontables, una visión muy distinta a las cimentaciones tradicionales, proyectadas cada una para cada elemento estructural a soportar y quedando posteriormente dentro del suelo con el consiguiente impacto, frente la posibilidad de extracción y reutilización en otra estructura una vez dejen de ser necesarios. Además, como dato importante, piloedre tiene la capacidad de

Las hélices que tienen los pilotes están separadas a conciencia, puesto que aportan mayor capacidad a compresión y a tracción, lo que los hace más eficientes como cimiento, reduciendo el asiento en el terreno puesto que aumenta la presión de hundimiento del suelo. Las secciones de los pilotes suelen tener una longitud de no más de 350 cm, y estas secciones tienen los cabezales adaptados para que puedan ensamblarse continuamente unos con otros

Hablamos ahora de pilotes puesto que están pensados para ejecutar cimentaciones profundas, aunque también pueden emplearse en cimentaciones superficiales. La técnica que se está empezando a explotar mucho ahora son los pilotes de acero tubular con hélices para perforar el terreno, los screw piles. Suponen una muy buena solución para cimentaciones en relación a la cantidad de material empleado y su dimensión y las prestaciones que ofrece.

Proceso de montaje de Piloedre. En primer lugar, el material llega a obra, en un pequeño paquete. Posteriormente, se hace un pequeño hoyo para alojar el poliedro de hormigón. A continuación, se disponen los tubos y se hincan un martillo manual o eléctrico, poco a poco. Por último, se tapan las cabezas de los tubos. Ya est listo para fijar la estructura.

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mediante tornillería del tal manera que se puedan conseguir grandes profundidades de pilotaje, hasta alcanzar el firme si fuera necesario. La limitación de este sistema estaría en la resistencia a torsión a la hora de atornillarlos, pues este daría el máximo de profundidad que se puede alcanzar.

En cuanto a prestaciones, los diferentes modelos comerciales pueden oscilar desde los 30 KN de carga de servicio recomendada, hasta los 250 KN, pero podrían resistir una cantidad muy superior (minorados con un factor de 2,5). Para estas características estamos hablando de una dimensión del tubo muy pequeña de tan solo 90 mm de diámetro y 9,5 mm de espesor. Si fuera necesario soportar cargas de mayor tonelaje, se podría aumentar las dimensiones del pilote hasta alcanzar las prestaciones deseadas, un simple cálculo del tubo.

Estas resistencias también tienen una variante, que viene dada por la máquina que instala el pilote, existiendo dos modelos: uno manual y otro de acople a maquinaria especializada. Si lo ejecutamos manualmente tendremos unas resistencias menores, entorno a un 20% menos respecto del otro método. Como hemos comentado, la limitación a la hora de excavar en profundidad viene dada por la resistencia al par de fuerzas que genera la torsión al roscar las secciones.

Otra posibilidad para aumentar la resistencia, es agrupar los pilotes en grupo, y estos enlazarlos entre sí, y al tener poca superficie pueden juntarse varias sin problema alguno.

Al igual que piloedre, los screw piles se caracterizan por su simplicidad en el proceso de ejecución, su carácter modular le permite ser transportado y empaquetado de forma eficiente, y su puesta en obra es muy rápida, sin dejar residuos. Destaca que su ejecución genera poco ruido y vibraciones mínimas, lo cual hace que no sea molesto para el entorno cercano. No olvidemos una de las cosas más destacables, y es su capacidad de recuperación, puesto que, igual que se enrosca en el suelo para instalarlo, puede removerse del mismo dando vueltas en el sentido contrario. En general es una técnica muy económica y de muy poco impacto que no requiere de tratamientos del suelo para su ejecución Como ventaja añadida, podemos sacarle partido a este tipo de cimentación, empleando pilotes de un diámetro mayor tal que en su interior puedan albergar tubos para una instalación de geotermia. Para ello sería necesario que la cimentación tuviera una profundidad determinada para que la temperatura del terreno sea constante y pudiera ser eficiente el intercambio de calor.

Proceso de montaje de screw pile. En primer lugar, se acopla a la excavadora una sección de pilote. Posteriormente, se sitúa en la marca del replanteo. A continuación, se perfora lentamente manteniendo la verticalidad del pilote. Por último, se suelta la sección y se repite el proceso hasta finalizar el pilotaje.

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4. DESARROLLO DE CASOS Y APLICACIONES Después de haber visto en qué consisten, de qué se tratan, qué nos aportan, por qué son necesarias las cimentaciones sostenibles, llega la hora de comprobar y analizar cuáles son las aplicaciones, los ejemplos para los que estaría recomendado el uso de este tipo de cimientos, incluso ver si pueden llegar a ser viables y una alternativa asequible para los casos más ambiciosos.

Es también cierto que el empleo de estos elementos tiene un límite a partir del cual dejan de ser rentables o eficientes, y estableceremos un pequeño margen de actuación para ellos. Pero lo importante de todo esto es, que es practicamente la totalidad de casos para los cuales podemos utilizar cimentaciones sostenibles, y tan solo unos casos puntuales quedarían fuera de lugar.

Para llevar a cabo este análisis, se han establecido diferentes categorías conforme al tipo de construcción que se plantea para cada caso. Estas categorías son las siguientes: mobiliario urbano, estructuras temporales y estructuras ligeras, edificaciones ligeras (entendiendo como tal construcciones de una escala pequeña y un nivel de cargas bajo) y por último edificaciones pesadas (en este caso, para edificios con mayores exigencias). Dentro de estas cuatro categorías, se han establecido unos pocos casos acerca de los usos más habituales que podemos CASOS

encontrar en una ciudad. Estableciendo unos criterios de superficie en planta y un número de apoyos (previa consulta de distintos proyectos), se procede entonces a evaluar las cargas de cada caso, conforme a los parámetros establecidos por el Código Técnico, para poder llegar a la carga resultante que recibiría el apoyo que finalmente llega al cimiento. De esta manera podremos ver en función de la carga recibida, ya que se tratan de soluciones puntuales, si los cimientos planteados son aptos.

También entrará en juego el factor más determinante a la hora de realizar una cimentación, el tipo de suelo. Para ello contamos con dos grupos, terrenos arcillosos o granulares, y estos a su vez los distinguiremos entre bajos, medios y altos. De este modo intentamos cubrir una gran variedad de suelos. Para no complejizar mucho, todos los estratos serán uniformes y carentes de nivel freático.

También es importante destacar que para el caso del Piloedre, el propio ingeniero provee para estos casos generales de suelos, sus propias cargas de trabajo recomendadas. Para el caso de los screw piles, utilizaremos para el cálculo la misma fórmula que para los pilotes perforados que se ejecutan en hormigón armado. El análisis de cargas para los disntintos casos es el siguiente:

DIMENSION

PLANTAS

CARGAS (KN)

APOYOS

TOTAL (KN)

MOBILIARIO URBANO Bolardo Hormigón Farola Marquesina Autobús Marquesina Parking

/ 4,70m / 40m2

/ / / /

1 1,2 5 7

1 1 4 2

1 1,2 1,25 3,5

ESTRUCTURAS LIGERAS/ TEMPORALES) Carpa Paneles Solares (pack) Torre Alta Tensión Aerogenerador

450m2 / 30m 50m

1 / / /

24 62 62 602

10 4 4 8

2,4 15,5 15,5 78

EDIFICACIONES LIGERAS Nave Industrial Vivienda Unifamiliar Estación de Servicio Guardería Cafetería

6684m2 150m2 220m2 600m2 400m2

1 2 1 1 1

14400 2500 3100 6750 4700

144 16 20 36 24

100 155 155 188 195

EDIFICACIONES PESADAS Bloque de Pisos Hospital Biblioteca Estación de Tren Museo (Cubierta)

1334m2 6080m2 1500m2 42834m2 3844m2

10 3 8 2 1

111000 215000 140000 750000 150000

108 144 80 534 8

1030 1490 1750 1405 1875

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4.1. Mobiliario Urbano CASO (KN/apoyo)

PILOEDRE

ARCILLA BLANDA (150 KN/m2)

ARCILLA MEDIA (300KN/m2)

ARCILLA DURA (500KN/m2)

GRANULAR BAJO (170KN/m3)

GRANULAR MEDIO GRANULAR ALTO (200KN/m3) (230KN/m3)

12,5KN

40KN

70KN

17,5KN

30KN

45KN

Bolardo > 1KN Farola > 1,2KN Marq. BUS > 1,25KN Marq. Parking > 3,5KN

1 1 1 1

1 1 1 1

1 1 1 1

1 1 1 1

1 1 1 1

1 1 1 1

SCREW PILE (50mm) Calculadora (KN) Bolardo > 1KN Farola > 1,2KN Marq. BUS > 1,25KN Marq. Parking > 3,5KN

1,50m 5,004375 1 1 1 1

1,50m 7,065 1 1 1 1

1,50m 6,86875 1 1 1 1

2,00m 3,5168 1 1 1 1

1,50m 3,709125 1 1 1 1

1,50m 4,8218625 1 1 1 1

Esta categoría es una de las principales para el uso actual que tienen las cimentaciones sostenibles, puesto que los productos comerciales están enfocados para tal fin. Como podemos observar en todos los casos tan sólo necesitamos una unidad de uno y otro tipo de cimiento, pues las cargas consideradas son muy bajas.

su sitio. Son aptos para cualquier tipo de terreno debido a su liviano peso y en el caso de los pilotes no requiere más que de la profundidad de excavación mínima, aunque realmente no fuera necesaria una pieza tan larga.

Resulta al final una opción casi prioritaria de estos cimientos frente a las soluciones habituales, cuyo uso y manejo no requiere de experiencia alguna y sin apenas darnos cuenta estaría todo colocado en 4.2. Estructuras ligeras/temporales CASO (KN/apoyo)

PILOEDRE

ARCILLA BLANDA (150 KN/m2)

ARCILLA MEDIA (300KN/m2)

ARCILLA DURA (500KN/m2)

GRANULAR BAJO (170KN/m3)

GRANULAR MEDIO (200KN/m3)

GRANULAR ALTO (230KN/m3)

12,5KN

40KN

70KN

17,5KN

30KN

45KN

Carpa > 2,4KN Torre T. > 15,5KN P. solar > 15,5KN Aerogenerador > 78KN

1 2 2 /

1 1 1 2

1 1 1 2

1 1 1 /

1 1 1 3

1 1 1 2

SCREW PILE (100mm) Calculadora (KN) Carpa > 2,4KN Torre T. > 15,5KN P. solar > 15,5KN Aerogenerador > 78KN

5,00m 31,0075 1 1 1 3

5,00m 42,39 1 1 1 2

5,50m 40,55833333 1 1 1 2

4,00m 28,1344 1 1 1 3

4,50m 45,56925 1 1 1 2

6,00m 80,8236 1 1 1 1

Para el caso de las estructuras ligeras, podemos observar como no habría ningún tipo de problema a la hora de emplear los cimientos en lo que a cargas se refiere. Sin embargo dentro de este grupo hay una singularidad en los casos, que se trata del aerogenerador.

Este es perfectamente soportable por el Piloedre en los terrenos medios a altos, pero su uso carece de sentido debido a la longitud del mismo, que trabaja como un voladizo y por tanto necesita ser empotrado para garantizar su fijación al terreno. En el caso

de los pilotes atornillados no habría problema alguno, más alla de emplear un conjunto agrupado o pilotes de una sección o profundidad mayores. No tendríamos este problema en el caso de la torre de alta tensión puesto que tiene otro tipo de geometría y una longitud menor, por lo que sí que podría emplearse Piloedre en tal caso.

No debemos olvidar que tanto en esta como en la anterior categoría, se emplean piezas comerciales de pilotes, pero a partir de ahora son necesarias otras dimensiones que salen del estándar.

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4.3. Edificaciones ligeras CASO (KN/apoyo)

ARCILLA BLANDA (150 KN/m2)

PILOEDRE

ARCILLA MEDIA (300KN/m2)

ARCILLA DURA (500KN/m2)

GRANULAR BAJO (170KN/m3)

GRANULAR MEDIO (200KN/m3)

GRANULAR ALTO (230KN/m3)

12,5KN

40KN

70KN

17,5KN

30KN

45KN

Nave ind. > 100KN Vivienda u. > 155KN E. servicio > 155KN Guarderia > 188KN Cafeteria > 195KN

9 13 13 16 16

3 4 4 5 5

2 3 3 3 3

6 9 9 12 12

4 6 6 8 8

3 4 4 5 5

SCREW PILE (200mm) Calculadora (KN) Nave ind. > 100KN Vivienda u. > 155KN E. servicio > 155KN Guarderia > 188KN Cafeteria > 195KN

8,00m 102,05 1 2 2 2 2

5,50m 105,975 1 2 2 2 2

5,50m 104,6666667 1 2 2 2 2

4,00m 109,0208 1 2 2 2 2

5,00m 196,25 1 1 1 1 1

4,00m 202,4672 1 1 1 1 1

Aquí damos un salto importante en lo que a nivel de solicitaciones se refiere. Encontramos que para los terrenos de peor calidad necesitaríamos muchas piezas de Piloedre para poder cumplir con los esfuerzos, mientras que en los mejores suelos son pocas piezas necesarias.

una superficie muy inferior a la de las zapatas de cimentación empleadas habitualmente, por lo tanto se trata de un problema esta cifra. Sí que lo es por contra, al llegar a un número superior, la elaboración de piezas de reparto para enlazar todos los Piloedres a la estructura que reciba.

Usar 16 Piloedres en un apoyo no debería alarmarnos, dado que si lo pensamos estamos disponiendo un cuadrado de 4x4 piezas las cuales tienen una superficie en planta menor a 30x30cm2, y en total llegaríamos a una superficie de 1,20x1,20m2,

En el caso de los pilotes, no hay problema alguno, con una profundidad razonable para casi todos los suelos, tan solo requeriría dos piezas en vez de una en los peores terrenos. Como alternativa, mayor profundidad o sección.

4.4. Edificaciones pesadas CASO (KN/apoyo)

ARCILLA BLANDA (150 KN/m2)

ARCILLA MEDIA (300KN/m2)

ARCILLA DURA (500KN/m2)

GRANULAR BAJO (170KN/m3)

GRANULAR MEDIO (200KN/m3)

GRANULAR ALTO (230KN/m3)

12,5KN

40KN

70KN

17,5KN

30KN

45KN

Bloque > 1030KN Estacion > 1405KN Hospital > 1490KN Biblioteca > 1750KN Museo Cub. > 1875KN

/ / / / /

/ / / / /

/ / / / /

/ / / / /

/ / / / /

/ / / / /

SCREW PILE (400mm) Calculadora (KN) Bloque > 1030KN Estacion > 1405KN Hospital > 1490KN Biblioteca > 1750KN Museo Cub. > 1875KN

22,00m 540,08 2 3 3 4 4

15,00m 536,94 2 3 3 4 4

16,00m 523,3333333 2 3 3 4 4

10,00m 1099 1 2 2 2 2

7,00m 1085,812 1 2 2 2 2

5,50m 1102,3441 1 2 2 2 2

PILOEDRE

En este grupo ya nos lanzamos a unas cargas muy considerables, sin duda llegamos aquí a los niveles más exigentes, pero a los cuales se puede hacer frente.

Piloedre ya se sale fuera de este rango de cargas, el elevado numero de piezas que requeriría sería completamente inviable, y la única alternativa para su empleo sería el diseño de piezas de una escala mayor, pero no podemos calcularlas y por ello quedan fuera de aplicación en este caso.

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Los screw piles por contra si que pueden hacer frente a tal problema. Como podemos ver, según crece la profundidad y sección de los pilotes, pierden efectividad en los terrenos arcillosos, los cuales son más exigentes con las medidas de dichos tubos, llegando a requerir más del el doble que los granulares, los cuales tienen muy buen comportamiento sin llegar a unas profundidades tan elevadas. Esto demuestra una gran eficiencia.

4.5. Síntesis CARGAS (KN) Museo Cubierta Biblioteca Hospital Estación Tren Bloque Viviendas Cafetería Guardería Estación Servicio Vivienda Unifam, Nave Industrial Aerogenerador P. Solar Torre T. Carpa Marq. Parking Marq. Bus Farola Bolardo

1875 1750 1490 1405 1030 195 188 155 155 100 78 15,5 15,5 2,4 3,5 1,25 1,2 1

CARGA MAXIMA (KN)

/ / / / / 16 16 13 13 9 / 2 2 1 1 1 1 1

/ / / / / 12 12 9 9 6 / 1 1 1 1 1 1 1

/ / / / / 8 8 6 6 4 3 1 1 1 1 1 1 1

/ / / / / 5 5 4 4 3 2 1 1 1 1 1 1 1

/ / / / / 5 5 4 4 3 2 1 1 1 1 1 1 1

/ / / / / 3 3 3 3 2 2 1 1 1 1 1 1 1

12,5

17,5

30

40

45

70

TERRENO A. Blanda CARGAS (KN) Museo Cubierta Biblioteca Hospital Estación Tren Bloque Viviendas Cafetería Guardería Estación Servicio Vivienda Unifam, Nave Industrial Aerogenerador P. Solar Torre T. Carpa Marq. Parking Marq. Bus Farola Bolardo

G. Bajo

G. Medio

A. Media

G. Alto

A. Alta

SCREW PILE (mm) 1875 1750 1490 1405 1030 195 188 155 155 100 78 15,5 15,5 2,4 3,5 1,25 1,2 1

4 4 3 3 2

40

2 2 2 2 1

20

PROFUNDIDAD (m) RESISTENCIA (KN/m2) RESISTENCIA (KN/m3) TERRENO

8

22

1,5

5,5

15

1,5

5,5

150

300

500

A. Blanda

A. Media

A. Dura

16

2

1 1 1 1 1

2 1 1 1

1 1 1 1 5,5

1 1 1 1

1 1 1 1 4

2 2 2 2 1

1 1 1 1 1

3 1 1 1

1 1 1 1 5

2 2 2 2 1

2 2 2 2 1

3 1 1 1

1 1 1 1 5

2 2 2 2 1

2 2 2 2 1

2 1 1 1

1 1 1 1 1,5

4 4 3 3 2

2 2 2 2 1

3 1 1 1

10

5

4 4 3 3 2

4

170 G. Bajo

10

1,5

1 1 1 1 4,5

5

200 G. Medio

7

1,5

6

4

5,5

230 G. Alto

Después de haber observado todos los casos por separado y haber contrastado las dos alternativas de los cimientos propuestos, podemos hacer un pequeño resumen a través del cual observar de forma directa en cuales de los casos es más rentable la utilización de estos cimientos.

Solamente quedan fuera de lugar en los edificios pesados, puesto que se tratan de piezas de menos de 30x30x30cm3, es lógico, y solo podemos imaginar que funcionarán si estas piezas tuvieran por lo menos 1m3 de volumen con su correspondiente redimensionado de los tubos.

Si hablamos de los Piloedres, su rango de uso es practicamente de la mayoría de ejemplos, sobretodo resulta eficiente en el mobiliario y las estructuras temporales, salvando alguna excepción, en lo que a edificación se refiere, muestra muy buen comportamiento para casi todos los suelos, presentando más dificultades en los menos resistentes, pero aun así podrían seguir usándose sin problema alguno, mediante grandes agrupaciones, tenemos cifras razonables.

En el caso de los pilotes, no tenemos objeción alguna, funcionan muy bien en todos los terrenos, sobre todo en los granulares si nos vamos a los casos más exigentes. Dado que empleamos la misma fórmula de cálculo que para los pilotes perforados de hormigón armado, nos vamos a encontrar con los mismos volúmenes necesarios, salvo que los screw piles están huecos, cuentan con hélices que mejoran su comportamiento, y su trabajo por punta es mucho más efectivo. No hay excusa para cambiar.

Página 41

CASO (KN/apoyo)

ARCILLA BLANDA (150 KN/m2)

SCREW PILE (50mm) Calculadora (KN) Bolardo > 1KN Farola > 1,2KN Marq. BUS > 1,25KN Marq. Parking > 3,5KN

1,50m 5,0 1 1 1 1

SCREW PILE (100mm) Calculadora (KN) Carpa > 2,4KN Torre T. > 15,5KN P. solar > 15,5KN Aerogenerador > 78KN

1,50m 5,0 1

ARCILLA MEDIA (300KN/m2)

ARCILLA DURA (500KN/m2)

1,50m 7,1 1 1 1 1 2,50m 17,3

14,00m 80,5

1,50m 17,7 1 1 1

1 1 1

1,50m 6,9 1 1 1 1 10,50m 81,2

1,50m 19,6 1 1 1

1

13,00m 79,8

1

COMPARACION DE SECCIONES SCREW PILE (200mm) Calculadora (KN) Nave ind. > 100KN Vivienda u. > 155KN E. servicio > 155KN Guarderia > 188KN Cafeteria > 195KN

8,00m 102,1 1

SCREW PILE (400mm) Calculadora (KN) Bloque > 1030KN Estacion > 1405KN Hospital > 1490KN Biblioteca > 1750KN Museo Cub. > 1875KN

21,00m 518 2

SCREW PILE (400mm) Calculadora (KN) Nave ind. > 100KN Vivienda u. > 155KN E. servicio > 155KN Guarderia > 188KN Cafeteria > 195KN

2,00m 100 1

SCREW PILE (800mm) Calculadora (KN) Bloque > 1030KN Estacion > 1405KN Hospital > 1490KN Biblioteca > 1750KN Museo Cub. > 1875KN

18,50m 1039 1

13,00m 157,0

16,50m 195,5

5,50m 106,0 1

1 1

9,00m 155,4

11,50m 190,8

37,50m 881

40,50m 947

1 33,00m 1046 1

46,00m 1413

49,00m 1498

29,50m 947

41,00m 1047 1

1

25,00m 712 2

1 2

2 2

2 6,00m 188

6,50m 199

1 1

1,50m 155 1 1 1

1

35,00m 1765

38,00m 1897

1 1

3,00m 198

1,50m 220 1 1 1 1 1

1 1

1 29,00m 1501

10,50m 157,0

1

2 2

4,50m 155

5,50m 104,7 1

1 1

1 32,00m 760

12,00m 197,8

1 1 1

Como último apunte, se plantea un cálculo mucho más pormenorizado para los screw piles de todos estos los ejemplos, puesto que anteriormente tratábamos dimensiones generalizadas. Podemos ver las medidas reales que precisa cada caso y hacernos una mejor idea de como podrían figurar en un proyecto. También se ha buscado en la medida de Página 42

16,00m 190,0

10,50m 1046 1

18,50m 1498

23,00m 1752

25,50m 1893

7,00m 1047 1

1 1 1

1 1 1

1

18,00m 1507

1

lo posible ir a soluciones de un elemento por cada apoyo, de tal manera que podamos intentar ver hasta qué punto sería rentable soluciones puntuales o agrupadas, si tenemos limitaciones de excavación o no, si tenemos mejores estratos en superficie y otros más deficientes a mayor profundidad o viceversa,...

GRANULAR BAJO (170KN/m3) 1,50m 2,6 1 1 1

GRANULAR MEDIO (200KN/m3)

2,00m 3,5

1,50m 3,7 1 1 1 1

1 1,50m 10,8 1

2,50m 17,2

10,50m 81,4

1,50m 14,5 1

1 1

1,50m 4,8 1 1 1 1 2,00m 19,5

14,50m 198,9

4,00m 109,0 1

6,00m 166,2

7,00m 195,4

3,00m 115,9 1

27,00m 754

36,00m 942

9,50m 1042 1

13,00m 1446

16,00m 1801

2 2

1 1 17,00m 1921

7,00m 1086 1

9,00m 1407

10,00m 1570

12,00m 1899

5,50m 1102 1

7,00m 1412

1 1

7,50m 1515

1 1 1

2,00m 1211 1

9,50m 1935

1

1,50m 227 1 1 1 1 1 4,50m 1917

4,00m 202,5

1 1

1

2,00m 213

4,00m 1702

3,50m 176,4 1 1

1

2,50m 1061 1

2,50m 125,0 1

1

1 1

1 1

5,00m 196,3

1

1,50m 159 1 1 1

6,00m 80,8

1

1 1

1 1

2

27,00m 1884

4,00m 155,7

1 1

1

1,50m 18,8 1 1 1

1

1 1 1

1,50m 85,4

1 1 1

13,50m 188,4

GRANULAR ALTO (230KN/m3)

1 1 1,50m 296 1 1 1 1 1

2,50m 1515

3,00m 1820

3,50m 2125

1 1 1 1

También es importante comprobar como, frente al mismo problema, dos soluciones distintas, una de mayor profundidad y menor diámetro frente a otra de mayor sección y menor longitud, pueden alterar el consumo total de piezas, de material, y estudiar sus ventajas e inconvenientes. Apriori observamos que la segunda solución de duplicar sección nos

1,50m 1179 1

2,50m 1574

2,50m 1970

1 1 1 1

1 1

ofrece unas profundidades de pilotaje muy reducidas, sobretodo en terrenos granulares donde casi decrece en cuatro veces la longitud del tubo. Por ello es necesario estudiar que problemas podrían desarrollar, como un posible aplastamiento, o ver cuanto espesor es neceario, pero resulta obvio que los cimientos sostenibles son el camino a seguir.

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5. CONCLUSIONES Es importante volver a recordar que en este estudio se ha profundizado exclusivamente en los casos de construcciones que tienen un volumen construido sobre rasante, puesto que las edificaciones que cuentan con sótanos y grandes espacios excavados, requerirían otro tipo de atención. Partimos de que las cimentaciones sostenibles se hallan ahora en una fase de experimentación y aunque sus ventajas quedan a la vista, todavía queda mucho desarrollo de esta técnica. Sobre las técnicas superficiales no queda duda alguna, son una alternativa más que razonable. Las dudas vienen con las profundas: 1. Lo más notable es la velocidad y eficiencia en la ejecución de la técnica, puesto que todos los cimientos actuales, superficiales o profundos, no dejan de ser técnicas húmedas: tan solo dos personas y una máquina manual, es suficiente para una cimentación simple. Se puede complejizar según los esfuerzos, pero no por el terreno. Simplicidad máxima de la obra de cimentación.

2. A lo anterior va íntimamente ligada la cuestión económica, ya que, si reducimos mano de obra, tiempo y material, el presupuesto desciende muy notablemente. Aquí aparece un interrogante: ¿cuál es el límite de lo económico según la envergadura de la obra? El consumo de acero es probable que, llegado a un punto, deje de ser rentable si la cimentación alcanza determinada dimensión, para lo cual la inclusión de hormigón pueda ser la solución.

3. El problema que afronta es que es tecnología poco desarrollada: tiene pocos años de investigación, y comercialmente solo ofrece piezas pequeñas destinadas a casos poco exigentes, como mobiliario, estructuras ligeras o temporales, o edificaciones de baja carga. Aunque siempre se pueden realizar encargos a medida, estos ya dejarían de ser económicos y es por esto que es necesaria una industria especializada en la técnica, tanto para el desarrollo de nueva maquinaria, como de la mejora del diseño del cimiento y de su ejecución.

4. Es importante estudiar la viabilidad que presenta la técnica según se profundiza en el terreno: la profundidad alcanzada quedará definida por el tipo de suelo, por la máquina que inserte el pilote (debe contar con la potencia suficiente para llegar a la mayor profundidad), y por último y más importan-

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te, la resistencia del pilote a la torsión ejercida por la máquina durante su instalación. Estudiar cómo sufren las secciones de pilotes, ya que es primordial para su instalación y retirada. Habría que investigar en soluciones de refuerzo livianas, o posibles rellenos de hormigón. Ver si una relación entre relleno y el espesor del tubo llega a un buen equilibrio.

5. Hasta ahora hay productos de poca dimensión, pero permiten ejecutar un gran abanico de construcciones y existe la maquinaria para realizarlas.

La rentabilidad económica depende del alquiler de estas máquinas, así como de obras de mayor envergadura que requieran otros vehículos más especializados y la producción ex profeso de las piezas.

6. Es necesario estudiar la viabilidad del pilotaje en función de las dimensiones de la sección, la profundidad y el espesor de la sección, traducido directamente al consumo de acero. Como hemos visto, una mayor sección de pilote implica una reducción muy significativa de la profundidad requerida, pero esto se traduce en mayor espesor del tubo y en la posible aparición de problemas como el aplastamiento o las torsiones, y volvemos al tema de refuerzos livianos para el tubo. De ahí tener que estudiar la casuística de pilotaje.

7. Destacan las emisiones de dióxido de carbono en la producción de estos materiales: el hormigón produce 1tn CO2/tn producida, mientras que el caso del acero es el doble. Por tanto, el ahorro viene dado por la desaparición del hormigón, pues el consumo de acero es poco mayor. La reducción de contaminación viene reforzada por el reciclaje de los pilotes, que evita la nueva fundición del acero y el consumo que conlleva. La reducción de maquinaria y procesos también reduce en gran medida las emisiones generadas. Habría que analizar los datos reales de estas variables, y lograr un equilibrio en el diseño del pilote para que sea lo menos contaminante su producción.

8. En cuanto a las prestaciones, las cimentaciones desmontables cumplen de sobra con las soluciones actuales, puesto que el problema es la resistencia del terreno y no la del pilote, y es la cantidad de volumen insertado la que nos da la capacidad del terreno. Al plantear un tubo hueco frente a un pilote tradicional, el volumen dentro del suelo es

el mismo, pero no el material consumido, y por ello puede derivar en problemas de aplastamiento como decimos. Otro caso importante es el diseño de las puntas, que tienen gran relevancia en la resistencia del terreno, puesto que los productos comerciales tienen la punta abierta la mayoría de ellos, cuando una solución más eficiente, sería una punta en cono cerrado.

9. Las puntas de los pilotes hay que considerarlas: en su inserción, una punta abierta permite a la tierra quedar dentro del tubo, y a su retirada poder quedar en el sitio. Por el contrario, con una punta cerrada, lo que se genera es una compresión mayor del terreno, dando mejores capacidades mecánicas, pero en su retirada, dejará un agujero como un pilote tradicional. Esto requeriría un posterior relleno para devolver el suelo a su estado original en la medida de lo posible. Tendrá mayor impacto en las obras de grandes dimensiones y es algo a considerar, puesto que requeriría una compresión del terreno para posteriores proyectos.

=

=

-

10. Por último, al tener un tubo hueco, es posible alojar en su interior tubos destinados a la geotermia. Al llegar a una temperatura constante, la transmisión de calor por el acero sería muy rápida, pero desde el acero al aire interior y desde éste al fluido del tubo, no sería quizá muy eficiente, requiere de un estudio para ver si la solución es viable y barajar soluciones, como una posible inclusión de agua en el relleno del tubo, lo que requeriría una junta estanca entre cada sección, y que aportaría una transmisión de calor mucho más eficaz. Además el agua podría ayudar a reforzar el tubo frente a esfuerzos de aplastamiento, mitigando la compresión lateral debida al empuje del agua.

Como punto final, decir que es necesaria una profunda renovación y evolución de la construcción que queda dentro del suelo y que poco a poco va quedando obsoleta, puesto que la innovación y desarrollo solo se produce en lo que queda por encima del terreno. Es importante adecuar todos los parámetros de la construcción al tiempo que vivimos. Y aunque los cimientos sostenibles que se han tratado quedan fuera del alcance de grande obras (como las torres, debido a sus abrumadoras solicitaciones), para el resto es una gran alternativa.

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6. BIBLIOGRAFIA https://piloedre.es/ http://surefootfootings.co.uk/ https://www.technopieux.com/es-ES/ http://www.abcanchors.co.uk/ http://www.screwfast.com/ http://www.cnbetterscrew.com/ http://www.schraubfundamente.de/en/ https://www.youtube.com/user/HotelDemolition/ videos https://patents.google.com/

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