Text by Mitch Bloomquist
Images by Matthew McFarland, M Studio West

LA IGLESIA COPTA ORTODOXA DE ST. MARK EN CHICAGO EMPEZÓ SU PROYECTO DE EXPANSIÓN DE SU EDIFICIO EN DICIEMBRE DE 2014, JUSTO A PRINCIPIOS DEL INVIERNO EN EL CORAZÓN DEL MEDIO OESTE. OPTARON POR CONSTRUIR CON UNA CONSTRUCCIÓN DE CONCRETO TILT-UP DEBIDO AL AHORRO DE TIEMPO QUE PERMITÍA ESTE MÉTODO.

En muchas partes del país, la construcción en invierno presenta retos importantes. Los datos de la Oficina de Censo muestran que el gasto de construcciones no residenciales en el invierno desde 2012 a 2014 tuvo un promedio de 33% menos durante enero, febrero y marzo en comparación con los meses de julio, agosto y septiembre. El frío intenso, el hielo y la nieve crean ambientes laborales peligrosos y pueden hacer más lento el trabajo en una obra donde se debe continuar cumpliendo con los reglamentos estrictos de salud y seguridad. Cuando las condiciones climatológicas alcanzan niveles críticos, las operaciones inevitablemente se detienen.

Sin embargo, el mundo no puede detenerse por tres meses cada año. Para muchos propietarios, la construcción en inverno es necesaria. Refaat Abid Abdel-Malek, Ph.D., P.E., F.ASCE que funge como el representante del propietario para la construcción, explicó que la Iglesia Copta Ortodoxa de St. Mark en Chicago, una congregación de la Iglesia Copta Ortodoxa de Alejandría (Egipto), ha crecido de una congregación de 120 familias en la década de los 80s a más de 500 familias y continúa creciendo actualmente. La expansión era necesaria y la iglesia estaba ansiosa por empezar el proyecto.

Con un santuario existente que aloja un máximo de 400 personas, la iglesia usa su gimnasio para ofrecer un segundo servicio cada domingo. Los servicios de culto se llevan a cabo a las 8:30 de la mañana hasta el mediodía. Debido a que la escuela dominical y las actividades sociales se llevan a cabo después del culto, los servicios deben realizarse al mismo tiempo pues no hay suficiente tiempo para realizarlos a diferentes horas. Un servicio se ofrece en una combinación de árabe y copto y el otro se ofrece en inglés.

La expansión agregará un nuevo santuario con una capacidad de 550 creando un lugar de culto más cómodo y adecuado para uno de los dos servicios liberando así el gimnasio para otras actividades. La iglesia ofrece su espacio a la comunidad cuando no está en uso y está incorporando espacio adicional para la comunidad así como un espacio adicional para la escuela dominical a su expansión.

Barclay Gebel, vicepresidente de Concrete Strategies LLC, el contratista de tilt-up para la construcción y diseño del proyecto de expansión de St. Mark, señaló que el edificio fue originalmente diseñado para una construcción convencional con bastidores de acero. “El propietario tomó la decisión final de cambiar el exterior del edificio a una construcción tilt-up en vez de otros métodos”, dijo Gebel. “Paradigm Consulting (empresa de arquitectura) ha utilizado la construcción de tilt-up en varios proyectos pasados de iglesias y sugirió que las ventajas valían la pena analizarse”.

“Estábamos a finales de la temporada y queríamos tener la habilidad de trabajar durante el invierno así que hicimos una pausa y analizamos nuestras opciones”, dijo Abdel-Malek. Ellos consideraron diferentes vehículos de entrega incluyendo la construcción con bastidores de acero, bloques de concreto, prefabricado vaciado en la planta y la construcción de tilt-up. Sin importar la estructura, ellos planean revestir los muros con ladrillo y piedra para que coincidan con la arquitectura existente. “Considerando todo el ensamble de muros, los costos de cada una de estas opciones fueron sorprendentemente parecidos”, dijo Abdel-Malek. “Los tilt-up nos ofrecieron más flexibilidad con respecto al diseño arquitectónico, que era importante, y presentaba, por mucho, el programa más eficiente”.

Los tilt-up tienen mucha documentación que lo califica como un método de construcción eficiente en clima frío. “En años recientes se ha dedicado mucha investigación para demostrar la efectividad en mantener un aumento de resistencia del concreto a pesar del frío e incluso en temperaturas ambiente gélidas”, dijo Jim Baty, director técnico de la Tilt-Up Concrete Association (TCA). “Con paneles de concreto que fácilmente obtienen la resistencia del diseño adecuado para la elevación, la ventaja rápidamente se inclina a favor del tilt-up. Las grandes secciones de la caja de muros se erigen con una sola operación de grúa en comparación con otros sistemas de ensamblaje que requieren andamios y costosas cajas semejantes a carpas para mantener temperaturas adecuadas para las condiciones laborales y el desempeño de los productos”. Un mito común en cuanto a la construcción de tilt-up es que no es adecuada para el clima frío. No solo es esto falso, como lo demuestra el gran número de proyectos construidos cada año en Canadá y en otras regiones del norte, sino que también los tilt-up demostraron ser beneficiosos para este proyecto en mal clima. La velocidad de la construcción, que hizo famoso al tilt-up, aumenta durante condiciones de clima frío donde cada día cuenta.

“Presentamos una duración de ocho a diez semanas para convertir el proyecto en tilt-up y construirlo”, dijo Gebel. Concrete Strategies comenzó a formar los paneles en diciembre de 2014. Los 46 paneles de carga tilt-up se colaron en tres losas de vaciado reciclables separadas que rodean la huella del edificio. Debido a las restricciones del sitio, los paneles tenían que verterse en dos secuencias. La primera secuencia de paneles se construyó del 12 al 20 de enero de 2015. “Después de construir la primera serie de paneles, el tilt-up está fuera de la ruta crítica” dijo Gebel. Como es típico con el tilt-up, trabajadores de otros oficios pueden comenzar a trabajar rápidamente al tiempo que se llevan a cabo las secuencias de paneles posteriores.

El día antes al que se había programado para verter el concreto en la segunda secuencia de paneles, cayeron dieciocho pulgadas de nieve en la obra y hubo temperaturas más gélidas.

Según el Chicago Tribune, la ciudad pasó todo el mes de febrero rompiendo récords por las temperaturas más bajas y nevadas. El Servicio Meteorológico Nacional reportó que la temperatura promedio en febrero fue de 14.6 grados Fahrenheit que empató al récord del mes establecido en 1875. La temperatura promedio normal de febrero en Chicago, según el servicio meteorológico, es de 27.7 grados Fahrenheit.

Para colmo, febrero también ingresará a los libros de récords como el tercer febrero con más nevadas con poco menos de 27 pulgadas registradas en el aeropuerto internacional de O’Hare, una pulgada menos de la segunda mayor nevada en febrero de 1896.

Aunque la nieve presentó un reto, el frío fue cruel. “Trabajamos en temperaturas reales de hasta -6 grados Fahrenheit”, dijo Gebel. “Se requirió que todos los trabajadores se cubrieran toda la piel expuesta para evitar quemaduras por el frío y que tomaran descansos de al menos cuatro a quince minutos a lo largo del día para calentarse”. Se tuvo que prestar atención especial al equipo también. “Todos los equipos que utilizamos funcionaban con motores de diesel. Los dejábamos encendidos a lo largo del día y conectados durante la noche para mantener calientes los bloques del motor”. También se tuvo mayor cuidado para asegurar condiciones laborales seguras en el sitio. Se retiró la nieve por completo de las áreas de trabajo y se desparramó arena sobre las áreas con hielo para evitar riesgos de resbalones.

Construir los paneles a temperaturas bajo cero presentó algunos retos pero Concrete Strategies tenía las soluciones. Las cuadrillas usaron sopletes de gas propano para derretir el hielo de los cimientos lo que permitió colocar los paneles y rellenar los insertos de elevación con anticongelante RV para mantenerlos libres de hielo y nieve. Se soltaron los paneles congelados a las losas de vaciado usando cuñas y puntales. Los paneles finales que forman una torre impresionante se construyeron el 23 de febrero de 2015.

La torre, ubicada en la esquina de la ampliación, complementa una torre existente en el extremo opuesto del edificio. El diseño requería que se dividiera una estructura en dos segmentos. Los primeros 44 pies de la torre debían medir 16 pies y 6 pulgadas de ancho, mientras que el segmento superior se reduciría a 13 pies y 5 pulgadas de ancho. El retranqueo de alrededor de 18 pulgadas cerca de la sección media de la torre era demasiado grande para espesar simplemente los paneles pues la torre debía alojar unas escaleras entre el sótano y el nivel del entrepiso por encima del santuario principal. La estructura de 70 pies de altura está compuesta de paneles apilados en dos elevaciones con un panel tilt-up horizontal como un miembro de soporte de carga para los paneles superiores de compensación, “optamos por usar una cubierta tilt-up horizontal en los paneles inferiores para soportar el peso de los paneles superiores y el revestimiento de la mampostería”, dijo R. Douglas Antholz, PE, SE, de KPFF Consulting Engineers. “La secuencia de la construcción no permitiría verter una solera de concreto después de construir los paneles inferiores y retranquear los paneles complicaba considerablemente su construcción”.

“Nos hemos acostumbrado a esperar paneles únicos con las iglesias”, dijo Scott Collins, PE, gerente de ingeniería en Meadow Burke con sede en Tampa, Florida, la empresa que diseñó y proporcionó los sistemas y accesorios de elevación de concreto. “Lo bueno de trabajar con Concrete Strategies es que toman en cuenta por completo nuestras recomendaciones sobre las distribuciones de las juntas de los paneles para una mejor eficiencia general en la construcción de los paneles”. Muchos de los paneles en la obra tienen características especiales que complementan la arquitectura de la estructura original.

La Iglesia Copta Ortodoxa St. Mark existente fue construida en 1981 y se terminó en 1983. El edificio, que se encuentra justo al lado de la histórica Ruta 66 en Burr Ridge, Illinois, un suburbio afluente de Chicago, en los condados de Cook y DuPage, tiene una fachada de ladrillos y piedras. Además de igualar la condición de los materiales de la estructura existente, la distribución de las masas de la ampliación también es sensible al edificio original.

Los paneles se compensan hacia adelante y atrás para distribuir la masa de la estructura. En la mayoría de estos casos, los paneles fueron vertidos con tramos de retorno integrales eliminando la necesidad de paneles pequeños para cerrar los espacios fuera del plano en el perímetro. Aunque los retornos agregaron complejidad al diseño de la elevación, ahorraron tiempo y dinero durante la construcción.

En la parte delantera de la estructura, las aperturas altas, largas y arqueadas ofrecieron un contraste a la fachada monolítica del edificio original mientras que las fachadas monumentales arqueadas unen el edificio nuevo con el viejo. Las partes superiores de varios paneles adyacentes están curvadas para formar las grandes fachadas arqueadas. Las formas curvilíneas se presentaron en el plan al igual que la elevación. Los paneles arqueados (radio exacto) se vertieron en estructuras hechas de madera y contrachapado construidos sobre las losas de vaciado.

Varios paneles con figuras irregulares no dejaron mucho espacio para tener diseños de elevación estándar. “Esto nos obligó a idear algunos patrones creativos de inserción que estoy seguro que dejó a algunos de los chicos en el campo rascándose la cabeza”, dijo Collins.

Quizá el panel más difícil en la obra, según Antholz, terminó siendo dos paneles en la elevación sur. “Como se concibió originalmente, el panel de 58 pies de alto y 40 pies de ancho, tenía una sola apertura de 37 pies de ancho en la base”, dijo Antholz. “Por sí solo, es un panel difícil de diseñar, pero la complicación adicional de las cargas soportadas significaba que la arquitectura debía modificarse un poco”. El panel soporta el nivel principal del santuario en el interior, que está compuesto de tablones prefabricados de núcleo hueco cubiertos de concreto y un revestimiento de mampostería en el exterior. “Un elemento de columna de concreto de 30 pulgadas por 18 pulgadas, vertido integralmente en el panel, se agregó para soportar las cargas pesadas”, explicó Antholz. “Los tramos de retorno gruesos en las orillas del panel fueron analizados de manera similar que los elementos de la columna de concreto con objeto de adaptar la carga a mayor altura que la permitida usando los procedimientos de paneles de fachada (slender wall) de ACI 318 Ch. 14”. Puesto que el panel hubiera pesado casi 200,000 libras, se tomó la decisión de dividirlo en dos.

Con el exterior del edificio revestido de ladrillo y piedra, los paneles se vaciaron con la cara interior del panel hacia abajo. “Desde el punto de vista de un anteproyecto, esto creó un reto para asegurar que estábamos usando la orientación correcta”, dijo Antholz. Normalmente, la cara exterior del panel se verte con la cara hacia abajo pues la losa de vaciado proporciona el mejor acabado en la superficie. Verter los paneles de esta manera permitió que la cuadrilla colocara las piezas empotradas de acero justo en la losa en vez de tener que colgarlas desde la cimbra o del refuerzo de acero. El hecho de que los paneles nunca serían expuestos también ayudó en la colocación del equipo de soporte.

Según Collins, la mayoría de las riostras de los panales se anclaron a los Badgers de Meadow Burke, un sistema de anclaje al suelo helicoidal. Instaladas en la parte exterior del edificio, estas anclas y riostras dejan el interior del edificio abierto para erigir el acero estructural. Con 2 pies de escarcha presente, las anclas helicoidales no podían instalarse como se haría normalmente. Concrete Strategies utilizó una broca de 6 pulgadas para barrenar previamente los orificios para las anclas.

Aunque muchos aspectos de la construcción de este proyecto podrían considerarse anormales cuando se comparan con un proyecto de tilt-up típico, el aprendizaje que se obtuvo con este método de construcción es que es suficientemente flexible para adaptarse a algunos de los diseños y retos más difíciles de la construcción. El tilt-up permitió tener un proyecto para seguir adelante cuando otros métodos de construcción eran demasiado lentos o limitantes.

Abdel-Malek compartió el entusiasmo de la iglesia por el producto que se les entregó y expresaron un gran agradecimiento al equipo de la obra. “Estamos muy impresionados con el profesionalismo de Concrete Strategies”, dijo Abdel-Malek. “Su esfuerzo honesto en cumplir con nuestro programa, su conducta en el sitio, su equipo y su mano de obra son todos de primera clase”.

Después del evento, los beneficios adicionales de la decisión de la iglesia en optar por tilt-up se están reconociendo. “Al empezar conocíamos los beneficios relacionados con el programa. No nos dimos cuenta plenamente de los beneficios adicionales de nuestra decisión”, dijo Abdel-Malek. “Ahora que se instalaron los paneles, estamos muy contentos con la durabilidad y calidad de los muros. Los beneficios relacionados con la eficiencia de energía también es algo que disfrutaremos por muchos años”.

SOBRE CONCRETE STRATEGIES

Miembro de la TCA desde 1989

Concrete Strategies emplea a alrededor de 350 empleados de campo y gana aproximadamente $100,000,000 en ingresos anualmente desde su oficina central en St. Louis, MO. La empresa tiene una asombrosa reputación por su velocidad, calidad y sobre todo operaciones, con un compromiso total con la seguridad. Durante los últimos 10 años, Concrete Strategies ha sido uno de los proveedores más grandes del país en servicios de concreto de tilt-up, terminando proyectos en 43 estados. Con 12 premios por Logros de la Tilt-Up Concrete Association (TCA), Concrete Strategies es reconocido continuamente por despachos importantes de ingeniería y diseño por su calidad y por introducir consistentemente medidas innovadoras de arquitectura y ahorro de costos en proyectos de tilt-up. El equipo experimentado en operaciones y diseño incluso ha convertido proyectos de vaciado en el sitio a tilt-up con objeto de ahorrar costos y tiempo al cliente, a la vez que garantiza la seguridad y acabados de calidad.

SOBRE KPFF CONSULTING ENGINEERS

Miembro de la TCA desde 2015

Fundado en el año 2002, la oficina en St. Louis de KPFF proporciona servicios de ingeniería civil y estructural a la industria de diseño y construcción. Sus ingenieros tienen décadas de experiencia en diseñar estructuras de paneles tilt-up para todo tipo de construcción incluyendo almacenes, escuelas, edificios industriales e iglesias. Además de su trabajo en la industria de tilt-up, KPFF St. Louis ofrece una amplia gama de experiencia en ingeniería para todo tipo de edificios en todo Estados Unidos, aplicando su amplia experiencia en resolver los problemas más difíciles y desafiantes.