ES2554909T3 - Pared de hormigón estructural con aislamiento térmico y proceso de fabricación - Google Patents

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Abstract

Pared de hormigón estructural con aislamiento térmico, que comprende: - Una primera capa (1) de hormigón de espesor entre 80 mm y 200 mm dependiendo de la resistencia requerida, con una densidad entre 2.4 toneladas/m3 y 1.2 toneladas/m3, con una resistencia mecánica a compresión en los cubos normalizados EN estándar después de 28 días > 20 MPa, (que van desde 20 a 60 MPa) y con una conductividad térmica situada entre 2.2 y 0.2 W/m*k - Una segunda capa (2) de hormigón autocompactante, de espesor entre 100 mm y 600 mm, dependiendo del valor de aislamiento térmico requerido de toda la pared, con una resistencia mecánica desde 0.1 MPa a 10 MPa, con un flujo de asentamiento entre 400 mm - 800 mm, con una conductividad térmica entre 0.07 W/m*K y 0.2 W/m*K, con una densidad entre 0.3 toneladas/m3 y 1 ton/m3, y con contenido de aire entre 30% a 60%, y - una tela (3) no tejida situada entre la primera capa de hormigón y la segunda capa de hormigón que comprende fibras de poliamida o fibras naturales con una resina fenólica como aglutinante del enrejado, teniendo la tela no tejida una densidad entre 40 y 200 Kg/m3 y un espesor por encima de 3 mm, más probable entre 3 mm y 30 mm que sigue siendo impermeable a ambas capas de hormigón, primera y segunda, de modo que el núcleo de la tela no tejida permanece libre de cualquiera de las dos capas de hormigón, preferiblemente, la sección mínima de la tela no tejida libre de capas de hormigón es de alrededor de 1 mm a 2 mm, de modo que la primera capa de hormigón proporciona propiedades estructurales y la segunda capa de hormigón proporciona propiedades térmicas que dan un valor de aislamiento de la pared situada entre 0.2 a 0.5 W/m2K.

Description

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DESCRIPCION
Pared de hormigon estructural con aislamiento termico y proceso de fabricacion Campo tecnico
La invencion se refiere a un sistema de estructura de pared sandwich para casas, edificios o cualesquiera otras construcciones. La tecnica se basa en el uso de materiales de construccion vertidos en encofrado o moldes directamente en el sitio de construccion, con el fin de conferir propiedades de aislamiento estructurales, as! como termicas a dicha pared. El material de construccion es hormigon - en sentido amplio - usando una matriz que contiene cemento o mezclas de materiales de cemento, agua, aditivos, as! como agregados de peso ligero de varias formas de tamano y naturaleza.
Antecedentes
Las paredes de hormigon son normalmente aisladas termicamente utilizando un material adicional (ya sea en el lado interno o en el lado externo) ya que el hormigon convencional no tiene buenas propiedades de aislamiento.
Muchas tecnicas existentes se asocian materiales aislantes y estructurales en la fabricacion de paredes. En general, estas tecnicas usan combinaciones de materiales extremadamente diferentes en capas, elegidos por su funcion de rendimiento. En el ejemplo de paredes de hormigon, la parte estructural se garantiza por el hormigon y la parte de aislamiento termico por los aislantes del tipo poliestireno, poliuretano, roca o lana de vidrio, que se colocan en una o ambas superficies de la pared. El material de aislamiento esta ya sea pegado o fijado en las paredes.
Estas tecnicas demandan una sucesion de operaciones y dejan obviamente, al menos uno de los lados de la pared sin proteccion mecanica, lo que requiere el establecimiento de capas adicionales (morteros, yeso o paneles rlgidos, por ejemplo) para obtener un acabado de la superficie y la superficie de resistencia aceptable.
Tambien existen muchas tecnicas en la industria de premoldeado o de prefabricado para proporcionar paneles en sandwich con propiedades estructurales y termicas para la construccion. Sin embargo, en comparacion con las ventajas relacionadas con el moldeado de obra, el premoldeado presenta muchas desventajas principales obvias, como por ejemplo los altos costes y el alto impacto ambiental relacionado con el transporte, la falta de flexibilidad en las formas, los problemas relacionados al unirse etc.
El sistema descrito por EP0322923 presenta una estructura de sandwich que se puede utilizar para aplicaciones verticales realizadas sobre el terreno. El documento EP0322923 describe el uso de una capa intermedia dedicada al aislamiento termico, hecha de poliestireno extruido, y rodeado por dos capas de hormigon. Este sistema proporciona una pared con propiedades termicas y las propiedades estructurales y se caracteriza por superficies convencionales interiores y exteriores rlgidas de hormigon.
En el sistema descrito por EP0322923, las dos capas de hormigon se deben verter simultaneamente, con aproximadamente la misma velocidad para evitar la rotura de la capa aislante intermedia. Un sofisticado sistema de anclaje en la capa de aislamiento en las dos capas adyacentes de hormigon se describe en la patente. Tener una capa de aislamiento termico intermedio produce dificultades tecnicas y limita y complica significativamente la construccion de la pared.
Tambien existen sistemas de paredes monollticas de hormigon que aseguran con una capa tanto la funcion termica y estructural, como en el documento WO 2009/083809. Estas paredes tienen valores de conductividad termica entre
0.5 y 0.6 W/m*K y densidades superiores a 1.4 ton/m3. Debido a los valores relativamente altos de la conductividad termica, las estructuras monollticas requieren espesor muy importante para lograr valores de aislamiento termico aceptables para la pared.
Para alcanzar un valor de 0.5 W/m2K el sistema descrito en el documento WO 2009/083809, la pared tendrla que tener un espesor de 1.2 m con una conductividad termica de 0.55 W/m*k. Se puede ver claramente que tal sistema no es adecuado para paredes aisladas estructurales para las que el espesor se encuentra entre 0.25 y 0.7 m.
Una pared similar se describe en el documento WO 01/00921 A1.
Descripcion
La invencion se refiere a una pared de hormigon con aislamiento estructural y termico, donde las resistencias mecanicas, as! como se obtienen propiedades termicas utilizando hormigon basado en materiales de construccion capaces de fundirse de naturaleza de cemento que contienen solo los agregados minerales o aire, sin requisitos para el material de base organica adicional en la forma de agregados o capas continuas.
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El sistema de construccion descrito a continuacion, se compone de al menos dos capas de hormigon diferentes, incluyendo al menos una capa de hormigon autocompactante ligera, que tienen diferentes propiedades de conductividad mecanicas y termicas de una segunda capa de hormigon, sin recurrir a un aislante termico adicional, para obtener un valor de aislamiento de la pared situada entre 0.2 y 0.5 W/m2K.
La invencion de la pared de hormigon estructural con aislamiento termico, que comprende:
- Una primera capa de hormigon de espesor entre 80 mm a 200 mm dependiendo de la resistencia requerida, con una densidad entre 2.4 toneladas/m3 y 1.2 toneladas/m3, con una resistencia mecanica a compresion en cubos normalizados EN estandar despues de 28 dlas > 20 MPa, (que van de 20 a 60 MPa) y con una conductividad termica situada entre 2.2 y 0.2 W/m*k.
- Una segunda capa de hormigon autocompactante, de espesor entre 100 mm y 600 mm, dependiendo del valor de aislamiento termico requerido de toda la pared, con una resistencia mecanica desde 0.1 MPa a 10 MPa, con un flujo de asentamiento entre 400 mm - 800 mm, con una conductividad termica entre 0.07 W/m*K y 0.2 W/m*K, con una densidad entre 0.3 toneladas/m y 1 ton/m , y con contenido de aire entre 30% a 60%, y
- Una tela no tejida situada entre la primera capa de hormigon y la segunda capa de hormigon que comprende fibras hechas de poliamida, poliamida o fibras naturales con una resina fenolica como aglutinante de la red, que tiene la tela no tejida
una densidad entre 40 y 200 Kg/m3 y un espesor por encima de 3 mm, mas probablemente entre 3 mm y 30 mm que sigue siendo impermeable a ambas capas de hormigon, primera y segunda, de modo que el nucleo de la tela no tejida se mantiene libre de cualquiera de las dos capas de hormigon, preferiblemente, la seccion minima de la tela no tejida libre de capas de hormigon es alrededor de 1 mm a 2 mm, de modo que la primera capa de hormigon proporciona propiedades estructurales y la segunda capa de hormigon proporciona propiedades termicas a la pared con un valor de aislamiento de la pared situada entre 0.2 a 0.5 W/m2K
La tela tiene una importante porosidad conectada abierta que permite el anclaje de cada capa de hormigon superficialmente en ambos lados, aunque el tejido se selecciona para que sea impermeable a cada una de las capas de hormigon de modo que puede actuar como una capa de separacion, mientras que se funde el primer hormigon.
La tela asegura que las dos capas de hormigon no quedan en contacto directo y asegura el enlace mecanico entre las dos capas de hormigon y asegura el movimiento relativo entre las dos capas por deformacion elastica.
Alternativamente, la tela no tejida puede ser de tipo no tejido geotextil.
Esta pared de hormigon estructural con aislamiento termico permite que se produzcan tensiones de cizallamiento por la diferente dilatacion termica de las dos capas de hormigon estan alojadas por la deformacion elastica del nucleo no impregnado de la tela no tejida
El sistema de la pared de hormigon hecho de la primera capa de hormigon se ve reforzado tambien por barras de refuerzo convencionales
El anclaje de la primera capa de hormigon se ve reforzado por la vibracion convencional del hormigon de consistencia normal cerca de la superficie de la tela, utilizando vibracion ultrasonica tradicional.
El anclaje de la segunda capa de hormigon es habilitado por sus propiedades reologicas, a saber, su fluidez y viscosidad.
Alternativamente, la primera capa de hormigon tendra propiedades autocompactantes con un flujo de asentamiento entre 400 mm - 800 mm y el anclaje se dara a partir de las propiedades reologicas del hormigon en la superficie de la tela no tejida.
La segunda capa de hormigon tiene una expansion termica que es al menos 3-5 veces mas baja que el hormigon estructural (3*10-6 m/m*°C para un valor de conductividad termica de 0.15 W/m*K en comparacion con 11*10 -6 m/m*°C para un hormigon CS con una conductividad termica de 0.5 W/m*K).
El sistema de pared de hormigon descrito es adecuado para la puesta de encofrados o moldes: puesto que la pared se compone de al menos dos capas de hormigon con diferentes propiedades en el estado fresco y endurecido en el que el tejido, situado entre ellas, tambien juega otro papel importante en el alojamiento de las respectivas expansiones termicas de la primera y segunda capa de hormigon, para evitar que las grietas de corte aparezcan en la interfaz entre las dos capas de hormigon.
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La presente invention supera las desventajas de la tecnica anterior conocida, en que:
- La pared descrita es una estructura de sandwich con al menos dos capas de hormigon diferentes,
- No utiliza capas intermedias de aislamiento termico,
- Las propiedades estructurales se proporcionan por una primera capa de hormigon,
- Las propiedades termicas se proporcionan por una segunda capa de hormigon,
- En las tecnicas de moldeo convencional utilizadas en el lugar, y las dos capas de hormigon puede ser moldeadas por separado, ya que no hay necesidad que se fundan juntas como en EP0322923
- Las superficies exterior e interior son de hormigon rlgido
- El nivel de los valores de aislamiento termico obtenidos para un espesor dado se han mejorado considerablemente en comparacion con una pared de hormigon ligero monolltico
Las ventajas del sistema de pared de acuerdo con la invencion son por lo tanto faciles de comprender:
- Las dimensiones de la pared se disenan con base a los requerimientos mecanicos (composition y espesor de la capa de la primera capa de hormigon), y los requisitos de aislamiento (composicion y espesor de primera capa de hormigon y la composicion y el espesor de la segunda capa de hormigon).
- El espesor global de la pared se puede optimizar minimizando el espesor de la primera capa de hormigon con respecto a la segunda capa de hormigon.
- La tecnica de moldeo es muy convencional y se puede realizar utilizando moldes o encofrado normal.
- Las dos capas de hormigon, primera y segunda, no tienen que ser moldeadas de manera sincronizada, ya que las dos capas estan separadas por una capa de tela,
- La capa de tela permite un anclaje mecanico de las dos capas de hormigon en su porosidad abierta de la superficie, mientras que el nucleo de la tela permanece sin cubrir por el hormigon.
- El nucleo flexible de la capa de tela por lo tanto acomodara tensiones de cizallamiento que surgen de las diferentes propiedades de expansion termica de ambas capas de hormigon, sin crear grietas en la interfaz entre las dos capas de hormigon.
- La combination de las capas de hormigon estructurales y termicas permite mantener el espesor de pared entre 0.3 a 0.7 m, mientras que alcance un valor de aislamiento de entre 0.2 a 0.5 W/m2K.
El proceso de fabrication de la pared descrita de hormigon estructural con aislamiento termico comprende las etapas de:
- Colocation de la tela no tejida dentro del espacio delimitado por un primer y un segundo encofrado, separando el volumen de la pared completa en dos secciones para que sean vertidas, respectivamente, la segunda capa de hormigon termica y la primera capa de hormigon estructural,
- Colocar y adjuntar una rejilla o malla metalica o de pollmero rlgido sobre toda la superficie de la tela no tejida en el lado donde se coloca la segunda capa de hormigon de espesor entre 100 mm y 600 mm,
- Colocar al menos un espaciador convencional de pollmero o metalico perpendicular a la rejilla desde la tela a cada encofrado para mantener una distancia constante y fija entre la tela para garantizar una dimension controlada de la primera y segunda capa. La longitud de los espaciadores se selecciona para que coincida con la dimension deseada del espesor de la primera y segunda capas.
- Verter la primera capa de hormigon entre el primer marco y la cara de la tela sin la rejilla,
- A continuation, verter la segunda capa de hormigon entre la cara de la tela con la rejilla y el segundo encofrado.
- Retirar el primero y segundo encofrado una vez que el hormigon haya alcanzado la resistencia suficiente, despues de mlnimo 1-2 dlas.
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La rejilla rlgida y los espaciadores presentan las ventajas de resistir a la presion hidrostatica de la primera capa de hormigon de modo que la tela no se deforme por la presion y puedan ser controladas las dimensiones del espesor de la primera y segunda capa de hormigon.
De acuerdo con la invencion, la composition de la primera capa de hormigon se vierte siempre antes de que la composicion de la segunda capa de hormigon.
Este dispositivo permite tener un valor controlado de, respectivamente, el espesor de la primera capa y el espesor de la segunda capa dentro de las dimensiones generales de encofrado.
La preparation de la rejilla, tela no tejida y espaciadores, son tecnicas convencionales utilizadas por ejemplo para el encofrado de las losas de hormigon preparadas.
Breve description de los dibujos
La descripcion de los diferentes componentes del sistema previsto anteriormente se complementa con un dibujo destinado a facilitar la comprension de su estructura y funcionamiento.
La figura 1 muestra una vista en section transversal de la pared de acuerdo con la invencion.
La figura 2 muestra una vista en seccion transversal de imagen de la pared de acuerdo con la invencion.
La figura 3 muestra una vista en seccion transversal de la imagen de la interfaz entre la segunda capa de hormigon despues de retirada.
La figura 4 muestra una imagen microscopica de la tela no tejida.
La figura 5 muestra el bosquejo del encofrado con la separation de la tela y las dos zonas que se llenaran con los dos respectivos el hormigon y el espaciador S, de acuerdo con la parte de procedimiento de la invencion.
En dichas figuras las siguientes referencias se indican:
1. - Primera capa de hormigon
2. - Segunda capa de hormigon
3. - Tela no tejida
4. - Rejilla
5. - Espaciador
Descripcion detallada de la invencion • Pared de hormigon estructural
La figura 1 muestra una vista en seccion transversal de la pared de acuerdo con la invencion, con una primera capa (1) de hormigon que tiene propiedades estructurales y que tiene un espesor T1, una segunda de hormigon (2) espumosa con propiedades termicas y un espesor T2 y un tejido de separacion de tela (3) no tejida colocado entre las dos capas (1, 2) de hormigon.
De acuerdo con una primera realization, la pared estructural comprende una primera capa (1) de hormigon y una segunda capa (2) de hormigon con una densidad de alrededor de 280 kg/m3, correspondiente a la composicion de la Tabla 1.
Superplastificantes de tipo PCE, policarboxilato, se anaden a la mezcla de hormigon disenada para lograr las propiedades autocompactantes requeridas.
Tabla 1
Constituyentes
Composicion primera capa de hormigon (1) (kg/m3) Composicion segunda capa de hormigon (2) (Kg/m3)
Cemento CEM I
282 165
Cenizas volantes
239 110
Humo de sllice
17
Agregados de vidrio expandido A 0.1mm/0.7mm
62 67
Agregados de vidrio expandido 1mm/2mm
29 -
Agregados de arcilla expandida 2mm/10mm
466 -
Agregados de vidrio expandido B 0.25mm/0.5mm
- 38
Agregados de vidrio expandido C 2mm/4mm
- 58
Agua
185 101
PCE
11.3 5.5
Arrastre de aire
0 1.4
En este ejemplo, la segunda capa de hormigon se utiliza con un tipo de agregados ligeros con tres rangos diferentes de tamanos:
5 - A de 0.1 mm a maximo 0.7 mm,
- B de 0.25 mm a 0.5 mm,
- C de 2 mm a 4 mm.
Alternativamente, la segunda capa de hormigon se puede disenar con dos tipos de agregados, a saber, agregados de arcilla expandida adicionales de intervalo de tamano de 2 mm-10 mm, reemplazando por ejemplo parcialmente el 10 intervalo de 2 mm a 4 mm de los agregados ligeros de vidrio expandido C.
Por otro lado, la primera capa de hormigon usa dos tipos de agregados de vidrio expandido y arcilla expandida.
En todos los casos, la primera capa de hormigon utiliza simultaneamente arcilla expandida y agregados expandidos mientras que la arcilla expandida representa al menos 60% de los agregados totales (en peso).
La Tabla
15
2 resume las propiedades obtenidas para los dos hormigones:
Tabla 2
Propiedades
Primera capa de hormigon (1) Segunda capa de hormigon (2)
Resistencia mecanica (MPa)
29 2
Densidad
1289 495
Conductividad termica W/m*k
0.38 0.09
Contenido de aire
7% 45%
5
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20
25
30
35
40
Como resultado, el valor de aislamiento para una pared de acuerdo con esta realizacion, con un espesor de la primera capa de hormigon de 150 mm y un espesor de la segunda capa de hormigon de 200 mm, serla de alrededor de 0.36 W/m2K.
Aumentar el espesor de la segunda capa de hormigon de 300 mm permite alcanzar un valor global de aislamiento a 0.26 W/m2K.
En una segunda realizacion preferida, la composicion de la primera (1) y segunda (2) capas de hormigon pueden ser identicas, con la unica diferencia de que la segunda capa (2) de hormigon es una version espumosa de la primera capa de hormigon, con un contenido de aire de al menos 30%.
La figura 4 muestra una microscopla de la tela no tejida, donde las fibras y los huecos entre las fibras son claramente visibles para permitir el anclaje de las dos capas de hormigon en la estructura.
La figura 2 muestra una imagen de una seccion transversal de la pared de acuerdo con la invencion. Se puede observar que las dos placas de hormigon se adhieren a la tela (3) y que el centro de la tela (3) permanece libre de hormigon.
• Proceso de manufactura
El anclaje de la primera (1) y segunda (2) capas de hormigon en la superficie de la tela (3) es suficiente para asegurar que la tension de traccion de la segunda capa de hormigon sea mayor que 0.07 MPa.
Teniendo en cuenta las tecnicas de colocacion, varias alternativas pueden prever el uso de tecnicas de moldeo convencionales para los sitios de trabajo.
En una primera realizacion preferida, como se muestra en la figura 5, la tela (3) se coloca dentro del espacio delimitado por el primero (6) y segundo (7) encofrado, separando el volumen de la pared completa en dos secciones para que se viertan, respectivamente, la segunda capa (2) termica de hormigon y la primera capa (1) estructural de hormigon.
Una rejilla (4) rlgida metalica o de pollmero o malla se coloca sobre toda la superficie de la tela (3) (a la que se puede unir), en el lado de la segunda capa (2) de hormigon de espesor (T2) entre 100 mm y 600 mm.
Los convencionales espaciadores (5) polimericos o metalicos se colocan (unidos) perpendiculares a la red y se expanden hacia el lado del encofrado para mantener una distancia constante y fija entre la rejilla (4) -Tela (3) y el encofrado que delimita la superficie externa de la segunda capa (2) de hormigon, asegurando una dimension controlada de la primera (1) y segunda capa (2).
La longitud de los separadores (5) se selecciona para que coincida con la dimension deseada del espesor (T2) de la segunda capa (2)
En una segunda realizacion, el proceso de fabricacion de la estructura de pared comprende las etapas de:
- Un encofrado se construye con un espesor (T1) entre 100 mm a 200 mm,
- A continuation, la tela (3) se coloca en la superficie del encofrado,
- Despues de eso, la primera composicion (1) de hormigon se vierte en el encofrado,
- Por ultimo, la segunda composicion (2) de hormigon se vierte en el encofrado.
- Despues de 1-2 dlas, se retira el encofrado (desmolda).
- Un marco se coloca entonces a una distancia igual al espesor de la segunda capa (2) de hormigon de la superficie cubierta por la tela (3) y
- La primera capa (1) de hormigon se moldea en el espacio igual al espesor de la segunda capa (2) de hormigon, representado por la distancia entre el encofrado y la tela (3) anclada en la primera capa (1) de hormigon previamente vertido.

Claims (2)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    REIVINDICACIONES
    1. Pared de hormigon estructural con aislamiento termico, que comprende:
    - Una primera capa (1) de hormigon de espesor entre 80 mm y 200 mm dependiendo de la resistencia requerida, con una densidad entre 2.4 toneladas/m3 y 1.2 toneladas/m3, con una resistencia mecanica a compresion en los cubos normalizados EN estandar despues de 28 dlas > 20 MPa, (que van desde 20 a 60 MPa) y con una conductividad termica situada entre 2.2 y 0.2 W/m*k
    - Una segunda capa (2) de hormigon autocompactante, de espesor entre 100 mm y 600 mm, dependiendo del valor de aislamiento termico requerido de toda la pared, con una resistencia mecanica desde 0.1 MPa a 10 MPa, con un flujo de asentamiento entre 400 mm - 800 mm, con una conductividad termica entre 0.07 W/m*K y 0.2 W/m*K, con una densidad entre 0.3 toneladas/m3 y 1 ton/m3, y con contenido de aire entre 30% a 60%, y
    - una tela (3) no tejida situada entre la primera capa de hormigon y la segunda capa de hormigon que comprende fibras de poliamida o fibras naturales con una resina fenolica como aglutinante del enrejado, teniendo la tela no tejida una densidad entre 40 y 200 Kg/m3 y un espesor por encima de 3 mm, mas probable entre 3 mm y 30 mm que sigue siendo impermeable a ambas capas de hormigon, primera y segunda, de modo que el nucleo de la tela no- tejida permanece libre de cualquiera de las dos capas de hormigon, preferiblemente, la seccion minima de la tela no tejida libre de capas de hormigon es de alrededor de 1 mm a 2 mm,
    de modo que la primera capa de hormigon proporciona propiedades estructurales y la segunda capa de hormigon proporciona propiedades termicas que dan un valor de aislamiento de la pared situada entre 0.2 a 0.5 W/m2K
  2. 2. Proceso de fabrication de la pared de hormigon estructural con aislamiento termico de la revindication 1, caracterizado porque comprende las etapas de:
    - Colocation de la tela (3) no tejida dentro del espacio delimitado por un primer y un segundo encofrado, separando el volumen de la pared completa en dos secciones para que sean vertidas, respectivamente, la segunda capa (2) termica de hormigon y la primera capa (1) de hormigon estructural;
    - Colocacion y fijacion de una rejilla rlgida metalica o de pollmero o malla sobre toda la superficie de la tela no tejida en el lado donde sera colocada la segunda capa de hormigon de espesor entre 100 mm y 600 mm;
    - Colocacion de al menos un espaciador polimerico o metalico convencional perpendicular a la rejilla de la tela a cada encofrado para mantener una distancia constante y fija entre la tela para garantizar una dimension controlada de ambas primera y segunda capas, en donde la longitud de los espaciadores se selecciona para que coincida con la dimension deseada del espesor de la primera y segunda capas;
    - Verter composition de la primera capa (1) de hormigon entre el primer marco y la cara de la tela sin la rejilla;
    - A continuation, verter la composicion de la segunda capa (2) de hormigon entre la cara de la tela con la rejilla y el segundo encofrado;
    - Extraction del primero y segundo encofrado.
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