F. Pfenniger (*)
Entre los usos y aplicaciones del acero que se comentan con frecuencia están las relacionadas con la arquitectura y construcción de edificios de todo tipo y de obras civiles como puentes y pasarelas. Pocas veces, sin embargo, se pone en relieve el tremendo aporte que el acero realiza en obras civiles como obras de contención. Un ejemplo de esto son los tablestacados (o tablaestacados).
Las tablestacas son pilotes hincados que forman una estructura de contención flexible de tipo pantalla denominada tablestacados, empleada habitualmente en ingeniería civil, que forma una pared hermética destinada a la protección de muelles, muros de contención en general o para ejecutar entibaciones. Sin embargo no están limitadas a dichas aplicaciones y, dadas sus características, son usadas en la construcción de edificios para la contención transitoria o definitiva de terrenos o para la habilitación de subterráneos. Normalmente son prefabricados y, aunque en el origen fueron de madera, hoy son mayoritariamente realizadas en acero, aunque también las hay en hormigón, aluminio y vinilo o compuestos.
Los sistemas de tablestacados de madera ya se conocían en la antigüedad. Pilotes hincados uno al lado del otro, conforman una pantalla que permite contener la tierra y/o el agua, fueron utilizados en muelles y muros de atraque. Con posterioridad, los pilotes principales se distancian y reciben relleno del espacio intermedio mediante estacas o tablones hincados directamente en el terreno. En su parte superior y, dependiendo de la altura, también en tramos intermedios, los pilotes se conectan mediante largueros que actúan en como una viga que permite alinear todas los tablones hincados.
Imagen 1
Cuando el objetivo es sólo de contención de terreno, las tablestacas se pueden disponer de tope. En los casos en que se requiera además estanquidad al agua, se utilizan sistemas que sellan el contacto entre las tablestacas. Los sistemas más comunes de tablestacados de madera son el sistema Wakefield hecho con tres piezas de madera unidas por clavos o pernos que conforman un machihembrado (por el desplazamiento de la pieza central) y los sistemas de machihembrados o conectados con lengüeta metálica en elementos de espesores menores. Una variante del anterior lo constituye la disposición horizontal de los tablones lo que le otorga a la pantalla una característica más cercana a un muro. Uno de los inconvenientes de esta solución es el aumento relativo del espesor de la pantalla (espesor del pilote + espesor del tablón) lo que en los casos de entibaciones puede ser incidente. Pese a que son de un costo relativamente menor, las principales limitaciones de los tablestacados de madera son su reducida durabilidad y su nula posibilidad de reaprovechamiento. Aunque se conocen casos de sistemas de pilotes que alcanzan gran profundidad a partir de grandes secciones compuestas por muchas piezas de madera unidas mediante pernos, en general hoy sólo son recomendables en alturas inferiores a 3,0m. Por lo mismo, suelen usarse en obras temporales o transitorias y obras menores o de un carácter rústico u ornamental. Estas últimas especialmente cuando se usa madera densa o nativa, como se aprecia en la imagen 2.
Imagen 2- Tablestacas de madera y pilotes con pantalla horizontal – Fuente http://maderaseltilo.com.ar/
Las soluciones de tablestacas de hormigón armado presentan una alta durabilidad pero como inconveniente presentan un gran peso que hace más dificultosa la maniobra de movilización e hincado. Por otra parte, por la naturaleza misma del material, suelen ser de dimensiones mayores, con espesores que fluctúan entre los 15 a 30cm. Esto, en ciertos casos puede ser un inconveniente, aunque no precisamente en el ejemplo de la imagen 3, siguiente.
Imagen 3- http://www.ojedatablestacados.com/
En contraste con los casos comentados, las tablestacas de acero presentan una gran resistencia por lo que pueden hacerse en espesores muy bajos (en general menores a 13mm) lo que facilita enormemente su hincado. Por otra parte, por su geometría, permiten diseños que reducen efectivamente la deformación de pandeo se ajustándose a las necesidades del proyecto con lo que se logran pantallas de anchos totales muy reducidos.
Tratándose de pantallas que soportan la carga del terreno o de agua, los tablestacados se clasifican principalmente en cuatro grandes tipo. El primer tipo está compuesto por los tablestacados en voladizo o en ménsulas, que consisten en que la pantalla hincada (en una profundidad que es objeto de cálculo estructural) soporta la presión lateral que ejerce el terreno sobre ella básicamente por la profundidad y efectividad de su parte hincada y por la capacidad portante del material que la compone. Dependiendo de las condiciones de cálculo, este tipo de tablestacados son recomendados para alturas inferiores a 6,0m.
Imagen 4– Tablestacado en voladizo o ménsula
El segundo grupo lo constituyen los tablestacados arriostrados, que son buenas soluciones en casos de excavaciones de zanjas, por ejemplo. La disposición de dos pantallas paralelas permite colgar (mediante cadenas, frecuentemente) unos perfiles de arriostramientos entre las pantallas en uno o más niveles que colaboran con su estabilización soportando los esfuerzos de compresión. En el sentido inverso, dependiendo de la configuración de las pantallas hincadas, los tablestacados se pueden estabilizar mediante tensores, en que en vez de puntales, los elementos trabajan a tracción. Estos tensores se pueden fijar a otra pantalla paralela a la principal dispuesta “detrás” de ella (hacia el lado del terreno que es contenido) o fijar a elementos puntuales denominados “muertos”.
Imagen 5– Tablestacado arriostrado, tablestacado atirantado
Imagen 6– excavación zanja y protección con pantalla de tablestacados arriostrado – Fuente: Catálogo Ischebeck España
El último grupo lo constituyen los tablestacados anclados que, a su vez, se pueden separar según el tipo de anclaje que los soporta. Así, existen los anclajes sencillos, los anclajes en voladizo, los anclajes con bulbo, los anclajes con marco tipo A y los anclajes con pilotes.
Imagen 7– Tablestacados anclados
Así, las tablestacas de acero permiten construir una estructura de contención del suelo en forma eficiente, con gran economía de espacio a partir de elementos prefabricados de distinta geometría. Los perfiles metálicos que permiten contener los empujes de la tierra en un corte, excavación u obra civil que se usan, mayoritariamente, son en forma de "U" o de "Z", como se muestran en la imagen 8.
Imagen 8– Tablestacas de acero en U y Z
Uno de los aspectos interesantes que los productores de tablestacados de acero han desarrollado es el sistema de conexión entre las placas que se desarrolla bajo dos principios: conexión de rótula y conexión machihembrada. Ambas permiten facilitar el hincado, asegurando la estanquidad de la conexión y permitiendo ajustes geométricos en la alineación de la pantalla.
Las tablestacas de acero se producen de dos formas distintas, lográndose características, cualidades y hasta valores diferentes. En primer lugar están las tablestacas que se producen por laminación en caliente, a partir de perfiles previamente elaborados. Este procedimiento es similar a la laminación por caliente de perfiles estructurales (ver: arquitecturaenacero.org/uso-y-aplicaciones-del-acero/materiales/proceso-siderurgico) y logra una mayor precisión geométrica de los perfiles, lo que, entre otras cosas, permite mejores calces y mayor estanquidad al agua. Por otra parte las tablestacas de acero se pueden producir también a partir de procesos de conformado en frío.
En este caso, se produce un radio de curvatura en la conformación geométrica del perfil que necesariamente será mayor y de menor precisión que el que se logra en los procesos de laminación en caliente. Por otra parte, el conformado en frío de las tablestacas tiene limitaciones de espesores y tipos de acero qu e pueden someterse al proceso de doblado. Hay otras consideraciones técnicas que sugieren diferencias a tener presentes entre las tablestacas laminadas en caliente y las conformadas en frío. Entre ellas se menciona que las laminadas en caliente producen una estructura homogénea del en la sección del perfil, lo que puede ser distinto en los perfiles conformados en frío que en que se concentran tensiones en las zonas del doblado. Todo lo anterior hace que las tablestacas conformadas en frío, que tienen un costo menor, se recomienden más para obras de menor escala y aún para faenas temporales y se prefieran las tablestacas laminadas en caliente para obras mayores y definitivas.
Imagen 9– Tablestacas de acero
Imagen 10– Pantalla tablestacada con anclajes
Imagen 11- 12– Faena de pantalla tablestacado en el agua. Marina Pez Vela, Costa Rica. Fotografía gentileza de Arcelor Mittal
Imagen 13– Rompeolas, San Antonio, Chile – Gentileza de Arcelor Mittal
Hay distintas formas de abordar la secuencia de la faena de construcción de una pantalla de tablestacados y ellos dependerán de las condiciones de servicio, del terreno y de los objetivos a lograr. Sin embargo, se pueden diferenciar dos grandes grupos de obra, a saber, hincar a una distancia del terreno a consolidar, luego rellenar y compactar del lado del terreno o bien, hincar y afianzar y luego excavar del lado. En la imagen 14 siguiente, se puede apreciar la faena de construcción del muelle en el puerto de Mejillones, en el norte de Chile. La pantalla de tablestacas de acero está hincada en el fondo marino y define y delimita el área del muelle. El relleno con material estabilizado se va haciendo en forma progresiva compactando contra el muro, mientras se pueden instalar los anclajes o tensores que corresponda.
Imagen 14 – Construcción Muelle en Mejillones, Chile, Gentileza de Arcelor Mittal
En la secuencia fotográfica que sigue se puede apreciar desde la preparación de las tablestacas, el hincado en la pantalla a la derecha y la pantalla ya hincada en la pantalla de la izquierda de la imagen 16 y, por último, la consolidación con una viga cabezal de hormigón armado y el inicio de la excavación de la zanja del paso bajo nivel en la imagen 17. Todas ellas corresponden a la construcción de un paso bajo nivel en Bogotá, Colombia. Fotografías gentileza de Arcelor Mittal.
Imagen 15 - Paso bajo nivel en Bogotá – Gentileza Arcelor Mittal
Imagen 16– Paso bajo nivel en Bogotá – Gentileza Arcelor Mittal
Imagen 17– Paso bajo nivel en Bogotá – Gentileza Arcelor Mittal
El éxito de cualquier instalación de tablestacas depende del uso del equipo adecuado a las condiciones del suelo en el sitio. Los procesos de hincado más comunes son por golpes y por vibración. Hoy existen técnicas que aseguran que tanto los golpes como las vibraciones no afecten a los terrenos o a las construcciones vecinas.
Imágenes 18 y 19 – Instalación y detalle de anclajes – Fuente: Catálogo Ischebeck España
Una de las ventajas importantes de la construcción de las pantallas de contención en base a tablestacas de acero es la reducción del plazo de construcción y lo poco invasiva que resulta. Ello, sumado a sus características estructurales, técnicas y de durabilidad, las convierten en una solución constructiva que, teniendo históricamente amplia aplicación y uso en obras civiles y portuarias, progresivamente ha incursionado en obras de edificación. Las pantallas de tablestacados de acero representan una solución interesante, eficiente y económica para enfrentar los desafíos de obras civiles y de construcción de subterráneos en obras de edificación. Como se ha comentado brevemente, tienen ventajas sobre pantallas hechas con otros materiales y frente a soluciones de muros de contención ofrecen soluciones estructurales eficientes que llevan a faenas más sencillas, más sencillas de impermeabilizar, que reducen los plazos y facilitan el control de calidad y la inspección y pueden representar, en definitiva, un menor costo total en la faena. Como siempre, habrá que tomar las precauciones de protección y de mantenimiento que corresponda, pero los distintos fabricantes, proveedores y empresas de montaje ofrecen el asesoramiento basado en una larga experiencia que ya sobrepasa el siglo de operaciones. Frente a la pregunta casi evidente de la corrosión, para obras portuarias se suele trabajar con aceros marítimos (ASTM A690) o, en algunos casos, con aceros de aleación especial desarrollados por los mismos fabricantes, como es el caso del acero AMLOCOR de Arcelor Mittal. A lo anterior, se suman las distintas estrategias de protección superficial como el galvanizado por inmersión en caliente que recomiendan algunos mandantes y otras soluciones de protección que se pueden implementar, dependiendo la exposición a la que están expuestos los productos (zona de salpicadura del agua, zona de inmersión permanente, calidad y tipo de agua y suelo, etc.). Entre ellas, comentar que una solución a veces aplicada es calcular la pérdida de espesor en función de la durabilidad esperada y especificar tablestacas con un sobre espesor.
Las dos fotografías que siguen nos vuelven a poner en valor el acero ya no sólo como un elemento que permite, facilita u optimiza una obra determinada, si no su aporte a la propia terminación. En el caso de los estacionamientos de la UCP Charitas de Brasil, podemos ver un edificio enteramente concebido y estructurado en acero: la estructura portante en base a columnas y vigas laminadas, la losa colaborante o steel deck y los muros de contención hechos con tablestacas de acero. Una solución integrada de distintos sistemas, elementos y componentes de acero.
Imagen 20 – Túnel Congonhas – 40 terminado. Gentileza Arcelor Mittal
Imagen 21 – Estacionamiento UCP -Charitas Brasil - Gentileza Arcelor Mittal
(*) El autor agradece a José Luis Bórquez y Paulina Herrera M. de Arcelor Mittal Chile por sus gentil entrevista, sus aportes aclaraciones y el material compartido.