La construcción monolítica es un método de construcción de edificios, en el que el material estructural principal es el hormigón armado monolítico . La característica principal de la construcción monolítica es que el lugar para la producción de material para edificios monolíticos es el sitio de construcción . El uso de hormigón armado monolítico permite realizar una variedad de formas arquitectónicas, así como reducir el consumo de acero en un 7-20% y de hormigón hasta en un 12%. Pero al mismo tiempo, aumentan los costos de energía, especialmente en invierno, y aumentan los costos de mano de obra en el sitio de construcción.
Inicialmente, en Rusia se utilizó hormigón ligero y encofrado de madera simple . Se utilizó piedra triturada de ladrillo y escoria de carbón (escoria de combustible) como agregado grueso . A partir de ese hormigón en la década de 1890, se erigieron en San Petersburgo paredes, bóvedas y techos de muchos edificios residenciales, públicos e industriales.
El hormigón monolítico pesado se utilizó por primera vez en 1886 durante la construcción de las paredes de una caseta de ferrocarril en el ramal Kostroma del ferrocarril Moscú-Yaroslavl. Sus muros tenían dos hileras de huecos verticales ventilados. El hormigonado se realizó en tableros de inventario de madera, ya utilizados en la construcción de estructuras ferroviarias. La práctica de construir muros exteriores de hormigón pesado con un espacio de aire continuó en los años siguientes. Por lo tanto, la descripción del método para erigir las paredes de un edificio residencial a partir de hormigón apisonado monolítico estaba contenida en el llamado privilegio recibido en 1894 por el inventor de San Petersburgo A. L. Schiller. : su propuesta incluía dos tipos de encofrados de madera: el externo plegable, con nervaduras verticales altas que se construyen durante el proceso de hormigonado, y el interno permanente, que se deja en el espacio de aire.
A principios del siglo XX, se había acumulado una experiencia mundial significativa en la construcción de edificios residenciales a partir de hormigón monolítico. El famoso inventor estadounidense T. A. Edison desarrolló un método para erigir casas de hormigón monolítico en encofrado envuelto repetidamente (patente de 1908). Utilizó hormigón colado preparado con cemento finamente molido de producción propia con la introducción de aditivos plastificantes. El método Edison no recibió más distribución, sin embargo, el hormigón colado ha encontrado aplicación en varios países, incluido el nuestro, en la construcción de edificios residenciales monolíticos.
En la URSS , en la segunda mitad de la década de 1920, se inicia una nueva etapa en la introducción del hormigón monolítico en la ingeniería civil. Entonces, en 1926-1929, se construyó en Jarkov la famosa Casa de la Industria Estatal de 14 pisos con un marco monolítico de hormigón armado, y luego otros edificios de varios pisos. Las soluciones técnicas implementadas en estos años correspondieron al nivel internacional de desarrollo tecnológico, que fue facilitado, en particular, por documentos normativos, por ejemplo, “Menos Normas para Obras de Hormigón Armado”.
Establecida en 1925, la empresa de construcción por acciones rusa-alemana Rusgerstroy (más tarde transformada en el fideicomiso Teplobeton) comenzó a utilizar hormigón de escoria de piedra pómez para paredes monolíticas (una parte de cemento Portland y tres partes de arena con grava, escoria granulada , piedra pómez y escoria de caldera ). Para la preparación del hormigón se utilizaron hormigoneras pequeñas del sistema Kaiser, primero importadas, luego producidas por la planta Light Miner. Al mismo tiempo, los polipastos de mina y el encofrado agrandado, varias veces envuelto, comenzaron a usarse para levantar hormigón; se ensambló a partir de paneles verticales, de 1 m de ancho y un piso de altura, a partir de tableros de 25 mm de espesor, fijados con listones horizontales externos, riostras temporales internas y amarres de alambre. En Moscú, dicho encofrado se introdujo en 1927, en Leningrado, en 1929.
Confíe en "Teplobeton" construido en Moscú, Leningrado, Rostov-on-Don, Tula, Bryansk, Voronezh y otras ciudades muchos edificios residenciales con paredes rellenas de hormigón de escoria de piedra pómez. Entre sus edificios de Moscú se encuentran un edificio residencial de 6 pisos en la plaza Tishinskaya, una casa en Shabolovka, un albergue para estudiantes en Usachyovka. Uno de los inconvenientes importantes de tal construcción fue la composición multicomponente del concreto, además, la piedra pómez que formaba parte del concreto tuvo que ser traída desde lejos, desde el Cáucaso. Esta deficiencia fue superada por la creación en la década de 1920 y principios de la de 1930 de la ciencia del hormigón, el desarrollo de métodos científicos para seleccionar la composición y la tecnología para preparar el hormigón, métodos para controlar su calidad (los trabajos de N. M. Belyaev, B. G. Skramtaev, Yu A Shtaerman, K. S. Zavriev) para estudios especiales sobre hormigón ligero (obras de N. A. Popov, R. M. Mikhailov y otros).
En el Instituto Estatal de Estructuras, establecido en 1927, se desarrollaron hormigones de tres componentes (cemento, arena y escoria), que se utilizaron por primera vez para rellenar paredes de 50 cm de espesor en edificios residenciales de 2 pisos de la planta Kosogorsky en la región de Moscú y luego en edificios de dos plantas Z de Metallotrest en el Distrito Central de Moscú. En ese momento, se construyeron en Leningrado casas de 4 o 5 pisos con paredes de una sola capa hechas de hormigón de ceniza de grado 35 y grado 50. En Transcaucasia (Baku, Tbilisi), se utilizó hormigón de piedra pómez para construir muros monolíticos, y a veces suelos. Por ejemplo, en Tbilisi (en Plekhanovsky Prospekt) en 1935 se construyó una casa de 6 pisos con paredes exteriores de 35 cm de espesor hechas de hormigón de piedra pómez. El trabajo se llevó a cabo con los mismos métodos que utilizó el fideicomiso Teplobeton. Los techos de esta casa fueron de hormigón armado grado 50 y tenían nervaduras en dos direcciones cada 5-5,5 m.
Otro inconveniente de la construcción de viviendas monolíticas de esa época era la imperfección del encofrado de paneles de madera . Superarlo se vio facilitado por la introducción del encofrado deslizante. Dicho encofrado se utilizó por primera vez en los EE . UU ., en Filadelfia , en 1903. Las empresas competidoras desarrollaron varios sistemas de encofrado diferentes, el más famoso de los cuales fue el sistema McDonald. Este sistema se usó principalmente en la construcción de estructuras altas con planta redonda y, después de la década de 1920, con varias configuraciones de planta.
El método de encofrado deslizante es el siguiente: se instala un anillo de encofrado de 120 cm de altura a lo largo de todo el perímetro de las paredes (después de colocar los cimientos).Usando gatos hidráulicos, mecánicos o neumáticos, el anillo se mueve gradualmente (desliza) - hacia arriba a una velocidad de 15-30 cm/h El edificio crece al mismo ritmo. El refuerzo y el hormigón se colocan continuamente en el encofrado y, a medida que el encofrado se eleva, sale hormigón endurecido con una resistencia de 3-5 kg / cm². Esto es suficiente para soportar el peso de estructuras, andamios, equipos y personas en el encofrado. Los gatos están montados en marcos conectados a los paneles de encofrado, de modo que el gato se arrastra a lo largo de una barra de acero incrustada en el hormigón fresco y tira de toda la estructura de encofrado junto con él. El hormigón que emerge de debajo del encofrado se frota del andamio.
La primera experiencia en la URSS en la construcción de un edificio residencial en un encofrado deslizante se remonta a 1930: la organización de Moscú Zavodstroy realizó el hormigonado de muros de hormigón de escoria de piedra pómez de una sola capa de un edificio de 7 pisos en la plaza Bolshaya Kolkhoznaya con este método. Sin embargo, aún no había la precisión necesaria del movimiento del encofrado y la calidad del trabajo. La sociedad anónima de la industria de la construcción establecida a fines de 1925 (la mayoría de sus fideicomisos estaban en Ucrania) comenzó a utilizar encofrados deslizantes en la construcción de ascensores en 1928, y a principios de la década de 1930 se utilizó por primera vez en la construcción de viviendas en condiciones invernales. En Bakú, las paredes exteriores e interiores de una sola capa se erigieron con hormigón chingil no reforzado , cuyo relleno era piedra triturada de piedra caliza local. Los techos se realizaron en encofrado de madera escudo de hormigón armado chingil. En 1935, el costo de tales casas se redujo en un 12 % en comparación con casas de ladrillo similares.
Sin embargo, los gatos utilizados en ese momento eran imperfectos, lo que aumentaba los costos de mano de obra incluso en comparación con la construcción con ladrillos. La economía del hormigón en la construcción, así como los mecanismos de elevación, también era compleja, ajetreada. Por lo tanto, se intentaron mejorar el encofrado del panel: aumentar su tamaño, usar metal en lugar de madera, vincular de manera óptima las soluciones de diseño de la casa con los métodos de implementación. En 1931, se llevó a cabo un concurso en Leningrado para estructuras monolíticas de edificios residenciales de paredes delgadas, para métodos mecanizados de su construcción a partir de hormigón colado y en poco tiempo. Sin embargo, las primeras 13 casas con una altura de 4-6 pisos con paredes exteriores de hormigón de ceniza, construidas en 1931-1935, tenían inconvenientes: congelación de las paredes, grietas por contracción, aislamiento acústico insuficiente de los locales.
En 1935-1936 en Leningrado, en la calle Kirochnaya 20, se erigió una casa más avanzada de 6 pisos con encofrado metálico de un piso de altura. Los muros internos de carga fueron de hormigón armado pesado de 10 cm de espesor, en la parte superior tenían ensanchamientos para soportar las vigas de los pisos de madera. Los muros exteriores, además de una capa de hormigón pesado de 10 cm de espesor, tenían una capa aislante de hormigón con escoria pómez (26 cm) y losas de paramento (4 cm). En la construcción de esta casa, los costos de mano de obra se redujeron en un 19% y el costo, en un 12% en comparación con casas de ladrillo similares. En el verano, el piso se erigió en seis días con el concreto listo al 70 %.
Sobre la base de esta experiencia, la Conferencia de toda la Unión sobre la construcción monolítica y de bloques grandes celebrada en 1936 calificó la construcción de casas con hormigón colado como un método de construcción industrial de pleno derecho. El estallido de la guerra detuvo su desarrollo. En la reconstrucción del país después de la guerra, había una necesidad urgente de construir mucho, rápido y barato. Estas necesidades pudieron satisfacer las tecnologías de construcción de paneles grandes y bloques de volumen. Gracias a ellos, se eliminó el problema de vivienda más agudo y se pasó de la vivienda comunal a los apartamentos familiares, pero esto llevó al aburrimiento y la monotonía de las nuevas ciudades y regiones. A fines del siglo XX, comenzó un intento de reintroducir la construcción monolítica para aumentar la expresividad arquitectónica de los edificios estándar masivos. El método de construcción monolítica se utilizó principalmente en la construcción de edificios de varios pisos que sirven como acentos compositivos en el desarrollo.
La experiencia acumulada en la construcción de viviendas monolíticas ha puesto de manifiesto las innegables ventajas técnicas y económicas de este método, por lo que, durante la primera década del siglo XXI, la construcción monolítica prácticamente ha desplazado a la construcción con ladrillo, grandes bloques e incluso grandes paneles. del mercado. Hasta la fecha, la industria de la construcción de viviendas monolíticas tiene una base técnica desarrollada y una variedad de sistemas de encofrado.
El proceso de construcción monolítica consiste en procesos tecnológicamente secuenciales relacionados:
La secuencia de algunos procesos puede variar según el tipo de estructura.
Como es sabido, el hormigón percibe las cargas de tracción de 15 a 20 veces peor que las cargas de compresión. Para compensar el débil trabajo del hormigón en tracción, en su estructura se incluyen varillas de acero - refuerzo .
A partir de barras de refuerzo de varios diámetros, mediante soldadura o alambre de acero recocido especial, se "tejen" jaulas de refuerzo del diseño futuro.
Para dar y mantener la forma de las estructuras, hasta que adquieran la fuerza necesaria, se utiliza el encofrado. El encofrado para muros y columnas está hecho de perfiles de acero o aluminio revestidos con madera contrachapada laminada. El encofrado de losa está representado, por regla general, por bastidores telescópicos verticales ( Gatos ), sobre los cuales se colocan vigas de madera especiales, y sobre las vigas, a su vez, se coloca madera contrachapada laminada.
La superficie del encofrado, que está en contacto directo con el hormigón, se trata antes del hormigonado con aceite técnico (emulsol), que se basa en aceites minerales y tensioactivos. Esto es necesario para mejorar la calidad de la superficie de las estructuras y aumentar el número de ciclos de rotación del encofrado.
La instalación del encofrado se puede realizar tanto de forma manual como mecánica.
La mezcla de hormigón se coloca en un encofrado preinstalado. Para excluir la posibilidad de huecos dentro de la futura estructura durante el proceso de colocación, la mezcla de hormigón se compacta con vibradores profundos. La maza del vibrador se sumerge en la mezcla de hormigón hasta que dejen de aparecer burbujas en la superficie de la mezcla.
El cuidado del hormigón incluye un conjunto de medidas para evitar el secado prematuro de la mezcla de hormigón en verano y la congelación de la mezcla de hormigón recién colocada en invierno, así como la protección del hormigón recién colocado contra precipitaciones excesivas.
La principal ventaja de los edificios monolíticos sobre todos los demás es la ausencia de costuras entre las diferentes estructuras del edificio. En términos generales, un edificio monolítico es un "bloque" sólido de hormigón armado, que proporciona una gran rigidez del marco y la capacidad de crear edificios de gran altura. Además, la estructura monolítica tiene una alta resistencia sísmica , ya que la alta rigidez del marco minimiza la tendencia al agrietamiento. En edificios monolíticos, existe la posibilidad de remodelación de locales durante la operación sin riesgo de daños a las estructuras de carga, así como superficies de paredes y techos de alta calidad, lo que reduce la cantidad de trabajo de acabado. También una ventaja significativa es la masa más pequeña en relación con los edificios de ladrillo (en un 15-20%).
Entre las deficiencias, este método de construcción es muy costoso y requiere mucho tiempo, requiere equipos costosos, una gran cantidad de trabajadores e ingenieros altamente calificados . Una pared monolítica tiene una alta conductividad térmica y, por lo tanto, requiere aislamiento. Además, las paredes se caracterizan por la falta de permeabilidad al vapor, es decir, las paredes “no respiran” y esto debe compensarse con ventilación forzada.