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ESTRUCTURA DE CONCRETO PREFABRICA DA PARA UN TANQUE ELEVADO Felipe Sánchez Miguel*

RESUMEN

Se describe en este artículo el proceso de construcción y montaje de un tanque elevado, el cual se apoya en una estructura de concreto donde se emplea el sistema de prefabricación. Asimismo se presentan los antecedentes del proyecto y las características tanto de los tanques de almacenamiento, como del concreto utilizado en la estructura.

SUMMAR Y

This paper describes the construction and erection process of an elevated tank that stands on a concrete structure where a prefabrication system is used. Also, the project 's background and the characteristics of both the storage tanks and of the concrete used in the structure are presented.

Ingeniero Civil, Gerente General de Constructora e Inmobiliaria ISFER. S. A.

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Introducción

En la industria de la construcción, cada día cobra mayor importancia la prefabri- cación. Entre las razones principales por las cuales se ha venido generalizando el uso de elementos prefabricados, está la posibilidad de sistematizar y simplificar el proceso de producción, sea de elemen- tos aislados o de estructuras completas. Estas características de prefabricación permiten desarrolllar métodos y tecno- logías nuevas, lo cual eleva la producti- vidad y supone finalmente ahorros de tiempo y recursos, acompañados de una mejora en la calidad de las estructuras.

Antecedentes del proyecto

En el presente artículo se describe el proceso de construcción y montaje de un tanque elevado, apoyado en una estruc- tura de concreto, mediante el sistema de prefabricación. Este tanque, con capaci- dad de 40 m3 y 20 m de altura, fue dise- ñado y construido por la Constructora e Inmobiliaria ISFER, S. A., de acuerdo con los requerimientos señalados por el Patronato de Obras e Instalaciones del Instituto Politécnico Nacional. La obra se localiza en Av. Ticomán 600, Col. Za- catenco, sitio donde se encuentra ubica- do el Laboratorio de Estructuras de la Escuela Superior de Ingeniería y Arqui- tectura de dicho instituto.

Características de los tanques de alma- cenam iento

Siempre que existe la necesidad de dis- poner de una cantidad de agua como re- serva para fines de abastecimiento de in- dustrias, servicios y usos domésticos, se requiere construir depósitos apropiados. En virtud de que e l régimen de deman- das es variable en todos los casos, es pre- ciso almacenar agua sobrante, cuando el gasto que se consume es menor que el de las aportaciones. Este almacenamien- to proporciona el agua requerida, cuando el gasto demandado es mayor que el que suministra la conducción.

Aunque existe gran variedad de estas estructuras, es posible establecer clasifi- caciones apropiadas, atendiendo a los siguientes criterios.

o Por los materiales de que están construidos.

0 Por su posición respecto a la su- perficie.

Considerando los materialesque inter- vienen en su construcción, se cuenta con tanques de acero, concreto, mamposte- ría, madera, plástico, asbesto-cemento y algunos otros materiales.

Por su forma, es posible clasificarlos en esféricos o semiesféricos, circulares y rectangulares, principalmente.

En cuanto a su posición, existen tan- ques superficiales, enterrados o subte- rráneos y elevados.

Función arquitectónica de los tanques elevados

Es conveniente subrayar la importante función arquitectónica de los tanques de regularización y almacenamiento. Al respecto, son dos los criterios principales que se deben comentar.

Por una parte, e l diseño arquitectóni- co de los tanques (en particular los ele- vados) puede y debe contribuir a l mejo- ramiento del paisaje urbano. En realidad, no existen razones de orden económico ni técnico que obliguen a dejar de lado un esfuerzo de diseño que resulte agra- dable a la vista. Sin embargo, aun hoy en día se observan tanques cuyas formas

y proporcionamientos podrían mejorar- se en gran medida.

El segundo aspecto que se debe con- siderar es la función distintiva que puede cumplir un tanque para una empresa o institución de gobierno individualmente considerada. En efecto, a l construirse una estructura, puede orientarse su dise- ño para simbolizar losvalores más impor- tantes de cada empresa o institución en particular. Y ello no implica costo adi- cional alguno, pues sólo es necesario te- ner presente la importancia y utilidad de un diseño arquitectónico acertado. De esa manera, es posible lograr una forma de estructura expresiva y dife- rente, de acuerdo con cada requeri- miento especial.

Objetivos del proyecto

El objetivo general del proyecto consis- tió en obtener una economía en costo y en tiempo, con respecto a l método de construcción tradicional.

Simultáneamente se fijaron los obje- tivos complementarios siguientes:

0 Simplificación del proceso produc- tivo.

Alta calidad de acabados.

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Idea Formal

o Por su forma.

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Fig. 1.

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0 Diseño de uniones sencillas de ma- nejar.

O Empleo de maquinaria existente en el país.

0 Utilización de materiales de bajo mantenimiento.

Se propuso el método de prefabrica- ción como otra opción para la generali- dad de los tanques elevados que se cons- truyen en la actualidad. El método tra- dicional de construcción impone el em- pleo de obra falsa, lo cual siempre enca- rece el proyecto. Además, los métodos tradicionales no permiten lograr un ex- pedito control de calidad, en virtud de las dificultades que conlleva la altura y las características físicas de este tipo de estructuras.

Características del concreto

Entre los insumos utilizados en la pro- ducción de la estructura que soporta el tanque, el concreto ocupa un lugar de gran importancia. Por lo que respecta a los requisitos de calidad, manejo y con- trol del concreto utilizado, seobtuvieron los siguientes resultados:

Fabricación

Se utilizó concreto premezclado estruc- tural de f ' , = 300 kg/cm2 con un reve- nimiento de 14 * 2 cm y se aplicó un fluidificante integral. La resistencia de 300 kg/cm2 puede considerarse común, por lo que no se requirió de concreto con requisitos de alta resistencia. Por su parte, el fluidificante permitió un mane- jo más eficiente de las mezclas, al mismo tiempo que se logró un acabado aparen- t e de gran calidad.

Por otra parte, existe e l inconvenien- t e de que los rendimientos decrecen a medida que se trabaja a niveles más altos. Desde la perspectiva de los materiales, las estructuras metálicas requieren un mantenimiento más asiduo que las es- tructuras de concreto reforzado. En re- sumen, éstos y otros factores aconsejan impulsar la prefabricación con el objeti- vo de optimizar los recursos que están a l alcance de los constructores. No obstan- t e las anteriores observaciones, e l aspec- to arquitectónico tuvo señalada impor- tancia en el proyecto; el criterio prevale- ciente fue lograr un diseño económico cuyo efecto no resultara rebuscado pero tampoco elemental y que, además, se integrara al paisaje urbano y constituyera un hito en e l área circundante.

Manejo del concreto

Aprovechando la existencia de un espa- cio de maniobra disponible, se coloca- ron los moldes para recibir e l concreto directamente de la olla premezcladora, en cada uno de los moldes; de esta for- ma se obtuvo un ahorro de tiempo y movimientos.

Pruebas de resistencia

Una importante restricción de diseño consistió en el hecho de que las piezas debían soportar esfuerzos mayores a l momento de su izaje, que los correspon- dientes a los de trabajo una vez integra- da la estructura. En virtud de esta res-

que la capacidad de carga de cada ele- mento alcanzara el 1 O0 % de los esfuer- zos de diseño. Para medir esta resisten- cia de las piezas se procedió a realizar pruebas destructivas, pues ofrecen un mayor grado de exactitud.

Compactación del concreto

Para una debida compactación del con- creto en los moldes de colado, lo ideal es contar con una mesa vibratoria. Lo anterior es posible y conveniente en la producción en serie. En este caso, se optó por un medio de vibración externo ante la necesidad de no elevar los cos- tos de producción.

Curado

Con el propósito de mantener un grado de humedad constante en cada una de las piezas durante el proceso de fragua- do, se pensó en formar un depósito con- formado por las caras de los moldes, las cuales se prolongaron 5 cm. El depósito de agua formado de esta manera se cu- brió con polietileno para lograr una at- mósfera húmeda, con una temperatura más elevada que la del medio ambiente. Mediante este dispositivo fue posible aplicar un curado económico.

Producción y montaje de la estructura

Aprovechando e l espacio disponible en la obra, se decidió colar la estructura en el sitio mismo, ubicando cada pieza con arreglo al plan de izaje previamente ela- borado. De este modo, se lograron ma- niobras sencillas Y mínimas de colado

tricción, hubo necesidad de garantizar y descimbrado (figura 2).

. . ._ . . . . 1. Estacionamiento 2. Ese Cienasr de la Tima 3. Lab. lng. Hidráulica 4. Laboratorio 5. Z o ~ d e t a j ~ 6. CalieTimndn

9. Roset6nceml 10. Anillo Superior 11. cistem

Fig. 2.

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Una vez elaborados los proyectos ar- quitectónicos, estructurales y de instala- ciones, así como el programa de obra y e l despiece de la estructura, se procedió a realizar a escala, mediante el uso de una maqueta, los ensayos de las manio- bras de montaje de acuerdo con un cri- terio de tiempos y movimientos mínimos.

Como se observa en la figura 3, los elementos constructivos fundamentales del tanque elevado son:

1. Las columnas.

2. El “rosetón” interior.

3. El anillo superior.

4. E l tanque.

Como elementos menores, se consi- deran las anclas, pasamanos y escaleras.

Fig. 4.

Fig. 5.

Todos los elementos constructivos fun- damentales fueron prefabricados.

Para la fabricación de los elementos principales, se construyeron tres ci m bras de madera, las cuales se apoyaban sobre plantillas de concreto, donde se trazó cada uno de los elementos (figura 4).

En la fabricación de las columnas se utilizó cuatro veces la cimbra de contac- to lateral, ya que como base se empleó la misma pieza colada con anterioridad (figura 5). Antes de proceder a l colado de cada pieza, se verificaron tanto las anclas de conexión como los ganchos de izaje (figura 6).

En la cimentación de la estructura del tanque se alojó una cisterna con ca- pacidad de 150 m3 (figura 7). La manio- bra de montaje se realizó con una grúa hidráulica de 40 ton de capacidad, que

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9.7.

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Fig. 8.

es la indicada para el proyecto debido a la altura y peso de las piezas.

Secuencia de montaje

Una vez transcurrido el periodo de fra- guado, y garantizada la resistencia del concreto en cada una de las piezas (fi- gura 8), se procedió a l montaje de la estructura.

En el modelo a escala se estudió y determinó el centro de gravedad de ca- da pieza; para lograr así garantizar la verticalidad de las columnas,apoyándose

Primera etapa: La maniobra consistió en levantar las piezas de su molde, de acuerdo con su diagrama de esfuerzos.

Segunda etapa: Consistió en el izaje de las columnas para colocarlas en candele- ros situados previamente en la cimenta- ción. La primera columna se colocó en su sitio. Enseguida, se plomeó, nivel6 y acuñó para proceder a troquelarla. En la maniobra referida, la grúa dispuso de los espacios de maniobra necesarios y, de este modo, la pluma llevó a su sitio, con un solo movimiento, a cada uno de los elementos.

La primera columna montada fue pre- cisamente la que se encontraba frente a la grúa, por lo que no constituyó ningún estorbo para la maniobra. A continua- ción, se montó la columna contraria a la primera, con objeto de formar e l primer marco en un plano, tras lo cual se logró rigidizar los dos elementos. Una vez fi- jado este primer marco, se repitió la ma- niobra para formar el segundo marco, esta vez perpendicular a l primero. Fig. 9.

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a l mismo tiempo en mojoneras de nivel y en las referencias de trazo (figura 9).

La rigidez de los marcos se incremen-

Fig. 10.

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Fb. 12.

FIg. ll.

Flg. 13.

3 6

Fb, 14.

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tó grac ias a unos tensoresco locados paratal efecto. Estos permitían lograr la se-paración correcta entre columnas, paracolocar posteriormente el rosetón cen-tral. Una vez que lascolumnasestuvieroncolocadas y r ig id izadas en forma adecua-da, se procedió a colocar el “rosetón”introduciéndolo por arriba (figura 10 yll) para fijarlo de inmediato a las 4 co-lumnas. En una maniobra posterior secolocó el anillo superior, fijándolo a lascolumnas mediante placas, las cualesco inc id ían con o t ras p lacascn las co lum-nas. La coincidencia necesaria exige unbuen control de calidad y del proceso defabricación de las piezas (figura 12).

El tanque se fabricó con lámina y secoloc mediante una maniobra de grúa

Fig. 15.