Depósitos de hormigón

Aunque existen diversos materiales de construcción que permiten su uso en obras hidráulicas, el hormigón sigue siendo una alternativa realmente económica para dar solución a problemas relacionados con la retención y almacenamiento de agua así como otros líquidos.

Encofradores ajustando armaduras en muro. Créditos: Pxhere CC0 Public Domain

Tan frecuente es su uso (mucho más con la incorporación de los prefabricados) que los depósitos de hormigón pueden encontrarse en proyectos de piscinas, almacenaje de vino, cubetos para recogidas de hidrocarburos, industria ganadera y alimentaria, instalaciones de riego por goteo, recogida de aguas pluviales, almacenamiento de agua para uso residencial y BIEs…

Cargas a las que puede verse sometido un depósito de un fluido. Imagen propia.

Una de las principales ventajas que ofrece es su larga vida útil con unos costes de mantenimiento realmente bajos.

Evidentemente, uno de los requisitos que debe cumplir un depósito (sea de hormigón o no) es la superación de unos estándares de resistencia y durabilidad pero, también, la impermeabilidad se presenta como un condición indispensable. En el caso del hormigón esto se consigue con una adecuada dosificación, compactación y curado.

Un correcto diseño y una adecuada ejecución de las juntas evitarán fisuras por las que pueda permear el líquido. Resulta prácticamente imposible alcanzar a construir una estructura de hormigón armado con una inexistente fisuración pero si la anchura no excede de unos valores tipificados el líquido no fluirá. Numerosos reglamentos internacionales se hacen eco de este efecto (Cirsoc 2005 en Argentica, CBH 87 en Bolivia, NTCRC 2004 en México, GB 50010-2010 en China, R-033 en Rumanía, SIA 262:2003 en Suiza, ACI 318M-11 en USA, NSR-10 en Colombia, CSA-A23 en Canadá, NTC 2008 en Italia y el mismo Eurocódigo 2 de EU Internacional). En España, en el artículo 49 de la Instrucción EHE-08 se presenta la fisuración como un Estado Límite de Servicio capaz de poner fuera de servicio la estructura no por falta de estabilidad sino por cuestiones funcionales (aparte de otras como aspecto, comodidad o la anteriormente mencionada, durabilidad). Cuando se calcula la tensión de los aceros necesaria para cuantificar la anchura de las fisuras se obtendrán en el estado límite  de servicio ya que este fenómeno se trata como un problema de servicio y no como uno de agotamiento.

Tabla para verificación de fisuras.

Verificar el ELS de fisuración consiste en comprobar que la abertura característica de la fisura (w_k) es inferior al valor máximo (w_máx) recogido en la tabla 5.1.1.2 de la EHE-08 una vez que la tensión de la fibra más traccionada supere la resistencia media a flexotracción a partir de la resistencia media a tracción y del canto de la pieza, todo ello, atendiendo al tipo de exposición de nuestra estructura conforme a lo que recoge el artículo 8.

Un factor que el ingeniero no puede elegir es la condición en que se encuentra el suelo ya que un diseño incorrecto puede provocar asientos o, peor aún, asientos diferenciales si se trata de capas de naturaleza diferente o flotación si la capa freática está próxima a la superficie.

La flotación ocurre si el peso del depósito es inferior al empuje generado por la capa freática por lo que hay que asegurar que:

En algunos casos, cuando es necesario incrementar el peso del depósito, es posible realizar un recrecido de la solera para que las tierras circundantes colaboren aportando un peso estabilizante.

Incorporar juntas «water stop» en los lugares adecuados, considerando la posibilidad de que estén sometidas a movimientos estructurales, es algo necesario que no debe abandonarse a la improvisación en obra debiendo quedar definido desde la fase de proyecto y supervisando la correcta ejecución donde se respeten las distancias según se trate de juntas de dilatación o de contracción. Uno de los errores que pueden ocasionar problemas cuando la estructura entre en uso es no interrumpir las armaduras cuando éstas atraviesan la junta impidiendo de esta forma el movimiento.

La losa inferior del tanque puede sufrir una coacción al hormigonarla debido al rozamiento que se establece entre ella y el suelo lo que provocará fisuraciones difícilmente predecibles. Colocar láminas de polietileno en el fondo y acabar el hormigón de limpieza de forma cuidada ayudarán a mitigar este efecto.

Losa armada en estado previo al hormigonado. Imagen propia.

Colocar un tacón para encofrado coincidiendo con el inicio de la pared del depósito para sujetar sobre él el encofrado es una buena práctica que permitirá hormigonar una mayor altura  en una única operación siempre que se asegure un correcto vertido y una adecuada compactación.

Si hablamos de las acciones que experimenta el depósito deberemos fijar nuestra atención en sus condiciones con el entorno y en las distintas subestructuras que lo componen. El empuje hidrostático será una acción permanente sobre las caras interiores del muro. Cuando el depósito se encuentra vacío entra en juego la presión del terreno debida al peso propio y cuando el depósito se encuentra lleno, la presión del terreno que carga la losa sería la diferencia entre las presiones verticales hacia arriba y hacia abajo. En el caso en que el nivel freático se halle sobre el nivel de la solera, cuando se calcule ésta habrán de considerarse, además de las tensiones del terreno, el empuje debido a la subpresión.

Las tierras circundantes actuarán sobre las caras exteriores de nuestro muro —aportando una componente estabilizadora del peso sobre el talón si éste existe—.

En caso de muros de hormigón pretensado se provoca una acción que comprime circunferencialmente la pared y compensa parcial o totalmente los efectos de tracción que se originan por causa del empuje hidrostático, el gradiente de temperatura, la retracción, etc. Esto se ve materializado en armaduras postesas que se anclan en los contrafuertes y son tales los efectos que se producen en caso de desviaciones sobre proyecto que requieren un riguroso control de ejecución. Por último acciones de carácter sísmico, de viento expuesto —caso de que no se trate de depósitos enterrados—, la acción térmica y otra suerte de efectos diferidos como retracción, fluencia y relajación, obligan a aumentar las cuantías geométricas de las armaduras debiendo tenerse en cuenta al evaluar las fuerzas de pretensado.

Cuando se cuente con capacidad para decidir la forma del depósito —cosa que no siempre es posible— pueden adoptarse unos criterios básicos:

1.- Cuando los empujes se resisten mediante fuerzas de tracción-compresión se puede recurrir a depósitos circulares que se estudiarán estableciendo las analogías de membrana.

2.- Cuando los empujes se resisten mediante un trabajo de flexión se recurre a depósitos rectangulares o a depósitos circulares calculados frente a fuertes presiones (en contraposición de las moderadas presiones a que se ven sometidos los del apartado anterior).

La complejidad del modelaje de esfuerzos  actuantes en depósitos de cierta envergadura lleva a adoptar métodos de cálculo basados en escalar el problema que, si bien son conocidos desde hace siglos —ya Arquímedes hace más de 2200 años usaba pequeñas áreas y volúmenes conocidos para calcular otras mayores— el empleo de herramientas informáticas ha beneficiado en mucho su uso. Se trata de descomponer la estructura en secciones de planta horizontal y ménsulas verticales y aplicar una descomposición de la carga exterior ajustando la compatibilidad acordada en los corrimientos radiales de los distintos estados con el fin de obtener ecuaciones de cambio de la presión anular —de diagrama no lineal— y el momento flector debidos al empuje del líquido. Este modelo permite cuantificar y ubicar las unidades de refuerzo pretensado transformando la función real en un diagrama de tipo bilineal que resulta mecánicamente equivalente.

Modernas técnicas de análisis denominadas de elementos finitos (MEF) permiten realizar discretizaciones espaciales y temporales para aproximarnos a la solución matemática ideal. El empleo de esta herramienta con una “alta definición” de cálculo proporciona un número fabuloso de ecuaciones que hay que afrontar con sofisticados métodos de cálculo y con la inestimable ayuda de software de análisis estructural. Sin embargo, desde antes de estar inmersos en la era de la computación, se construían depósitos estables muchos de los cuales aún mantienen en su período de vida útil y esto se explica porque se pueden emplear métodos simplificados que se aproximan adecuadamente a la solución y que, como demuestra la experiencia, resultan de una aceptable seguridad. Estos métodos suelen pasar por calcular las paredes como placas rectangulares sometidas a cargas de tipología triangular (líquido, tierras…) con un apoyo empotrado por todos sus lados salvo el borde superior considerado libre. La base, sin embargo, es más difícil de modelar con características estándar dado lo impredecible del terreno y para ello el ingeniero contaba con la inestimable ayuda de numerosas tablas y prontuarios donde se evaluaban las fórmulas de Terzaghi, Coulomb, Atterberg, Darcy, Casagrande, Chellis, Hiley, Menard, Peck, Feld y tantos otros nombres ilustres de la mecánica de suelos.

Autor: Prof. Javier Luque

Bibliografía:

– Instrucción EHE 08

– Hormigón armado y pretensado. Juan Murcia Vela y otros autores

– Hormigón armado.  Alfredo Páez

– Hormigón armado (tomo 3º). Álvaro García Meseguer

– Hormigón armado. André Guerrin, R. C

– Muros de hormigón armado. José Calavera Ruiz