La historia del método Tilt-Up

por David Kelly

Este es el segundo de una serie de artículos que describen la historia, los avances y las innovaciones que ha experimentado el sector de la construcción con el método «tilt-up», desde sus inicios a principios del siglo XX hasta su notable crecimiento a lo largo del último siglo.

Si algo funciona, no lo cambies: un dicho muy manido que se aplica a muchas partes del proceso de montaje de paneles prefabricados, aunque quizá a ninguna tanto como al anclaje de elevación y al embrague, componentes fundamentales en la instalación de paneles de hormigón que pesan decenas, y a veces cientos, de toneladas. 

Debido a la confianza que los contratistas han depositado en los sistemas de elevación modernos, su diseño ha cambiado muy poco en los 50 años transcurridos desde que los fabricantes estadounidenses comenzaron a importar sistemas de elevación de elementos prefabricados alemanes a finales de la década de 1970 y principios de la de 1980.

Sin embargo, al igual que gran parte de la historia de la construcción con paneles prefabricados, en los inicios del sector se observó una gran ingeniosidad, así como un proceso de prueba y error, a la hora de colocar los paneles en su sitio.

Los primeros presentadores

Cuando la construcción «tilt-up» se popularizó como método de construcción en el sur de California tras la Segunda Guerra Mundial, prácticamente no existían insertos de elevación adecuados, por lo que los contratistas inventaron los suyos propios. Algunos incrustaban barras de acero de refuerzo o cables metálicos con un lazo que sobresalía de la superficie del panel y que podía cortarse tras el montaje. Otros utilizaban pernos de ojo grandes con sus correspondientes tuercas y los moldeaban dentro del hormigón. Si se lubricaba adecuadamente, el perno podía retirarse una vez montado el panel, dejando el lazo en su lugar.

Cada uno de estos sistemas presentaba importantes inconvenientes. A menudo, los pernos que se habían insertado antes de verter el hormigón no podían localizarse una vez que se había moldeado el panel. Si se encontraban, no era raro que resultara imposible retirarlos. Incluso si todo salía bien, a menudo no era posible retirar los pernos de ojo de elevación debido a los daños que sufría su delicada rosca durante el proceso de elevación, lo que obligaba a cortarlos a ras de la superficie del panel.

Mejor ingeniería

En la década de 1950, aparecieron el perno helicoidal y el inserto. La rosca del inserto se fabricaba enrollando firmemente un alambre alrededor de un mandril. Esto daba lugar a una rosca de paso grande, lo que facilitaba la extracción del perno. El perno de este tipo de rosca tenía roscas grandes y lisas, menos propensas a obstruirse con hormigón y menos susceptibles de sufrir daños. 

Varios fabricantes producían bobinas, pernos e insertos. No eran totalmente intercambiables porque el diámetro del alambre enrollado determinaba el perfil de la rosca, y no todos tenían el mismo grosor. No existía una norma oficial ni un organismo regulador para este tipo de rosca, por lo que los usuarios debían asegurarse de utilizar insertos y pernos de la misma marca.

Los insertos de bobina para los paneles de levantamiento de fachadas tenían muchas formas diferentes, pero en la mayoría de los casos la bobina se colocaba cerca de la superficie para facilitar su fijación, con patas que se hundían profundamente en el hormigón y con algún tipo de desplazamiento para evitar que se desprendieran fácilmente. La forma más común tenía cuatro patas, soldadas por resistencia a las bobinas, y luego dobladas cerca de la superficie inferior para lograr un mayor anclaje y capacidad de elevación. Las patas solían soldarse a la bobina por pares, lo que ayudaba a lograr la combinación ideal de calor, presión y duración necesaria para realizar esta soldadura. Si se hacía mal, las patas podían desprenderse durante la colocación.

Algunos de los primeros insertos de bobina más populares eran de doble bobina, con dos bobinas alineadas y separadas entre 25 y 38 cm. Se atornillaba a las bobinas una placa angular con un refuerzo y un perno de ojo, y el gancho o la eslinga de la grúa se fijaba al refuerzo. Esta configuración distribuía la carga en el concreto para formar dos conos pequeños o un cono grande. Al cambiar la longitud de las patas soldadas a la bobina, el inserto podía funcionar en diferentes profundidades de concreto. 

Para evitar que el hormigón entrara en contacto con las varillas durante el enrasado, se insertaba un trozo corto de varilla roscada sin cabeza de perno. El extremo superior del perno tenía una ranura que permitía extraerlo con un destornillador. A esta pieza se la conocía comúnmente como “perno de fijación ranurado” y, por lo general, se le aplicaba grasa para facilitar su extracción. Este perno debía colocarse ligeramente por debajo de la superficie del hormigón para permitir el enrasado. La grasa del perno dejaba una mancha oscura en el hormigón acabado para facilitar la localización del inserto a la hora de levantarlo. Tras montar el panel, se retiraba la “placa de elevación angular” y se tapaba el orificio.

Estudios posteriores revelaron que, al aumentar el diámetro del perno para las cargas de corte y el diámetro de las patas de alambre para la resistencia al desprendimiento, era posible obtener prácticamente la misma capacidad de carga con un inserto de bobina simple que con uno de bobina doble. Los contratistas preferían la versión de bobina simple porque solo tenían que manejar un perno por inserto en lugar de dos durante la elevación y el remendado. La unidad simple se utilizaba con una placa de elevación giratoria con argolla, en lugar de la placa de elevación de doble ángulo.

A medida que se desarrollaron nuevos materiales, el perno de acero ranurado fue sustituido por un tapón de poliestireno de un solo uso y, más tarde, por un tapón de plástico. Algunos de los tapones de plástico tenían unas protuberancias que sobresalían del hormigón para facilitar su localización, mientras que otros contaban con una esponja que absorbía el agua del hormigón, dejando una mancha seca o blanca.

Para levantar el borde superior de los paneles de manera que estos quedaran a plomo, se fabricaron inserciones en espiral similares con patas de diferentes formas para facilitar su colocación en el borde superior del panel.

Simplificar el proceso

El uso de insertos de bobina requería limpiar el tapón y retirar el concreto de la bobina, así como enroscar el perno para fijar la placa de elevación. Para ello era necesario utilizar una llave grande o una llave de impacto con cable. La retirada de las placas de elevación requería una escalera larga y una llave grande o una llave de impacto con cable. La escalera debía recolocarse para cada inserto, ya fuera en el estrecho espacio alrededor de la grúa o entre la grúa y el panel, lo que suponía una pérdida considerable de tiempo de la grúa. 

En la década de 1970, los contratistas especializados en la técnica «tilt-up» buscaban formas de acelerar las operaciones de elevación retirando del suelo las placas de elevación de los paneles ya montados, preferiblemente sin necesidad de utilizar herramientas pesadas.

Uno de los primeros intentos consistió en utilizar un perno en espiral dividido longitudinalmente en tres piezas que se unían mediante pasadores en una ranura. La pieza central del perno sobresalía por encima de la cabeza del mismo y accionaba una palanca conectada al suelo mediante una cuerda. Una vez que la grúa colocaba el panel y aliviaba la carga sobre el inserto, se podía tirar de la cuerda para que la pieza central se deslizara fuera del perno y las otras dos piezas se colapsaran dentro de la bobina mientras se extraía todo el perno. En teoría, esto funcionaba bien y era más rápido porque nadie tenía que trepar y girar el perno, pero las piezas no siempre se deslizaban con facilidad y el ángulo de la cuerda era demasiado pronunciado para permitir que el perno saliera fácilmente de la bobina.

Posteriormente, se desarrollaron insertos de elevación para eliminar la bobina y el perno, utilizando en su lugar un manguito para la bobina y una barra hueca lisa para el perno. Una varilla atravesaba la barra hueca y empujaba hacia afuera dos lengüetas de acero con resorte —o cuatro rodamientos de bolas, en una versión posterior— hacia una ranura que las fijaba en el manguito. Una vez montado el panel, la varilla se retiraba mediante un mecanismo situado en la placa de elevación que utilizaba un cordón desde el suelo. La altura del inserto se adaptaba a diferentes profundidades de hormigón cambiando la longitud de las patas que sostenían el manguito. Este sistema funcionaba bien si el mecanismo se limpiaba y se lubricaba adecuadamente, pero surgían problemas si entraba suciedad y polvo en el sistema.

Otro intento de eliminar la bobina y el perno consistió en un cilindro con dos varillas separadas entre sí, soldadas a lo largo de la parte inferior para sostener sus patas. Las dos varillas estaban lo suficientemente separadas como para que una pieza en forma de T pudiera deslizarse por el cilindro entre ellas y luego girarse para bloquearse debajo de las varillas. El extremo superior de la “T” estaba unido a un cable corto con un lazo. El gancho de la grúa, o grillete, se unía al lazo, lo que permitía que el cable corto se moviera por el interior del cilindro y siguiera la línea de carga del cable de la grúa. La liberación al suelo se lograba mediante una horquilla en un cordón entre el cable corto y el cable de la grúa. Desafortunadamente, el cable corto a menudo chocaba contra la pared interior del cilindro y se retorcía.

Consideraciones de seguridad

En 1980, el departamento de OSHA de California comenzó a analizar la seguridad de los equipos de construcción con paneles prefabricados y propuso un factor de seguridad de para todos los equipos reutilizables, como grúas, barras de separación, cables, grilletes y ganchos. También propuso un factor de seguridad de cuatro para los insertos de elevación y un límite de carga de 1,000 libras para las barras de refuerzo o los cables empotrados. 

Los representantes del sector, entre los que se contaban al menos dos fabricantes, los convencieron de que un factor de seguridad de cuatro era adecuado para el hormigón prefabricado, en el que los insertos de elevación se utilizan varias veces, pero que un factor de seguridad de dos era más apropiado para los insertos de construcción tilt-up, que solo se utilizan una vez. El departamento de la OSHA de California estuvo de acuerdo, y se adoptaron estos factores de seguridad, que fueron las únicas normas de elevación para el sector de la construcción tilt-up durante años. Más tarde, otros organismos revisaron la seguridad en la construcción tilt-up y adoptaron factores de seguridad similares.

Insertos modernos

A finales de la década de 1970 y principios de la de 1980, se encontró una solución mejor para los sistemas de elevación en Alemania, donde dos empresas habían tenido éxito con conceptos rivales para sistemas de elevación de elementos prefabricados de hormigón. Estos nuevos diseños no tardaron en cruzar el Atlántico para utilizarse en proyectos estadounidenses.

Ambos productos importados resultaban igualmente atractivos para los contratistas de obras de inclinación de EE. UU.; eran resistentes y duraderos, no dependían de piezas pequeñas ni de lubricación in situ, y su embrague podía modificarse para accionarse a distancia.

El sistema Frimeda se patentó en Alemania en 1963. Utiliza un dispositivo de sujeción o “embrague” que pasa un perno curvo a través de un orificio en una barra de acero vertical —el anclaje— moldeada en el panel de hormigón, pero a la que se puede acceder posteriormente gracias a su molde desmontable de plástico que rodea la cabeza del anclaje. Este embrague se inserta en el anclaje de manera muy similar a como se inserta el cierre de un collar a través de uno de sus eslabones. 

La mitad inferior de la pieza con forma de rosquilla del embrague se apoya en el concreto cuando la carga se aplica en cualquier dirección que no sea vertical. El interior del orificio se convierte en el punto de apoyo del embrague, lo que elimina cualquier marca en la superficie. El inserto se libera del suelo mediante una cuerda situada en el mango largo del embrague. La altura del inserto se ajusta mediante la longitud de la barra de acero incrustada y los pies de apoyo. La resistencia en el concreto puede variarse aumentando la profundidad en el concreto y la configuración de la barra vertical. El inserto y el embrague están disponibles en diferentes resistencias al aumentar el grosor de la barra de acero y el diámetro del embrague. La forma de la barra de acero que se ha utilizado en el sistema tilt-up ha cambiado de una T a una S, y finalmente a una V para facilitar la fabricación y aumentar las resistencias a la extracción.

El sistema Deha también se patentó en Alemania en la década de 1960. Su inserto tiene el aspecto de un anclaje de hormigón de doble cabeza forjado o HCA. La cabeza inferior —por lo general, la más grande y plana de los dos extremos— se encaja en una base de alambre o plástico para sostenerla verticalmente y mantenerla separada de la cara inferior del concreto. La cabeza superior tiene una cubierta protectora de plástico que forma una cavidad para el embrague. El embrague tiene una anilla, una bola con un orificio y una ranura. El orificio de la bola se desliza sobre la cabeza y se gira hasta que el vástago del anclaje queda en la ranura. El inserto se libera del suelo con una manija larga en el embrague. La bola del embrague se apoya dentro de la depresión formada en el concreto para crear un punto de apoyo y así eliminar las marcas en la superficie. Al igual que con el inserto anterior, la resistencia en el concreto se puede aumentar incrementando la profundidad en el concreto. El inserto y el embrague están disponibles en diferentes capacidades de carga al variar los diámetros básicos del inserto y del embrague.

Hoy en día, estos dos sistemas de elevación, que se pueden encontrar en prácticamente todas las obras de construcción con paneles prefabricados, son, salvo por pequeñas variaciones, casi idénticos a los diseños desarrollados por ingenieros alemanes en la década de 1960 e importados a Norteamérica en la década de 1980. 

Son fáciles de usar, requieren poco mantenimiento, son increíblemente resistentes y han presentado muy pocos fallos, si es que han tenido alguno, cuando se han instalado correctamente en los millones de paneles basculantes montados durante las últimas cinco décadas.