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APOYO A LA ADOPCIÓN EXPANDIDA DEL MERCADO DE LOS PANELES DE MUROS EMPAREDADO AISLADOS PARCIALMENTE COMPUESTOS

English | Translation Sponsored by Nox-Crete Products Group

La Tilt-Up Concrete Association recientemente se ha involucrado en los esfuerzos de promoción para fomentar la adopción expandida del mercado y la aceptación de paneles de muros emparedado aislados parcialmente compuestos.

Aunque no es un invento nuevo, estos paneles están teniendo un auge en la demanda debido a sus numerosas ventajas sobre otros sistemas alentado por los cambios a la aplicación del Código Internacional de Conservación de Energía, principalmente la presencia del requisito de aislamiento continuo junto con la expansión geográfica de los requisitos del valor de aislamiento. El auge en la demanda se está enfrentando con un poco de titubeo por parte de los adoptadores importantes de la industria que podría suprimir el impacto final de la tecnología y la escala del mercado.

Un llamado a la acción sobre esta cuestión proviene de la comunidad de ingeniería de tilt-up que desea que la manera en que estos paneles son analizados, diseñados y funcionan en el mundo real sea más transparente y accesible. El asunto se ha hablado por varios años en reuniones del comité sobre el concreto de tilt-up (ACI 551) de la American Concrete Institute, así como en el Consejo de Directores de la Tilt-Up Concrete Association. El tema también ha sido sujeto de varias conversaciones en la Convención y Exposición Internacional de Tilt-Up de los últimos dos años.

En respuesta al interés creciente por un entendimiento definido sobre el comportamiento y confianza en la predictibilidad global (diseño), la Tilt-Up Concrete Association ha formado un grupo de trabajo especial. El grupo de trabajo de ingeniería de la TCA sobre paneles emparedado parcialmente compuestos, en una reunión con la Convención ACI en el otoño del año pasado llegó a un consenso sobre 1) la necesidad de un entendimiento mejor sobre el comportamiento de estos sistemas y sus componentes, 2) el tipo de investigación que debe llevarse a cabo y 3) un bosquejo de un método unificado para el diseño de estos sistemas.

Existe un traslapo tremendo entre la ACI 551 y el grupo de trabajo de ingeniería de la TCA sobre los paneles emparedado parcialmente compuestos. El grupo de trabajo anticipa trabajar de cerca con el ACI 551 sobre la aplicación del producto de este esfuerzo en el código de concreto existente. Andrew McPherson (Seretta Construction, Orlando, FL), el actual presidente del ACI 551 y pasado presidente del Consejo de Directores de la TCA servirá como presidente del grupo de trabajo de la TCA. Él será apoyado por Philip Kopf, PE, FTCA (The Kopf Consulting Group, Inc., Marietta, GA) quien servirá como el presidente técnico.

El grupo de trabajo ha recibido una propuesta de Marc Maguire, PhD de Utah State University que describe a detalle un plan para desarrollar los datos y las herramientas necesarias para apoyar los objetivos del grupo de trabajo de la TCA.

¿QUÉ SON LOS PANELES EMPAREDADO PARCIALMENTE COMPUESTOS Y CUÁLES SON LOS BENEFICIOS?

Los paneles de muro emparedado de concreto de tilt-up no compuestos y aislados tradicionales están formados de un muro de media asta delgado (arquitectónico) de concreto en el exterior, una capa de aislante y un muro de media asta más grueso (estructural) de concreto en el interior. Las capas se mantienen unidas con conectores no conductivos de diferentes especificaciones de geometría y rendimiento. En esta aplicación, los conectores transfieren la carga vertical y horizontal de la fachada de regreso al muro de media asta estructural. Solo el muro de media asta de concreto estructural interior se emplea para resistir las cargas estructurales.

Los paneles de muro emparedado parcialmente compuestos difieren en que ambos muros de media asta de concreto se consideran para contribuciones a la capacidad de soporte de carga y la resistencia de fuerza del panel. Esto se logra mediante un diseño de conector más complejo y robusto entre los muros de media asta facilitando la transferencia de cargas hacia adelante y atrás a través del medio aislante que los separa. Con ambos muros de media asta actuando juntos, se asume (logra) un comportamiento cercano al espesor completo del panel, proporcionando un uso más eficaz del concreto. Esta eficacia puede permitir un uso general de materiales más económico y más eficaz. La figura 1 muestra diseños típicos de un panel de 32 pies con un viento típico de 90 mph, exposición C. En otras palabras, un panel común de almacén.

Figura 1

Como se muestra arriba, los paneles parcialmente compuestos reducen la cantidad de concreto necesaria en un panel muro creando un ahorro de costos. Existe el potencial de que estos paneles de peso más ligero sean adecuados para áreas sísmicas ya que se reduce la masa de los muros del edificio. Incluso pueden proporcionar un poco de amortiguación o absorción de energía cuando se utilizan en aplicaciones de muros de cortante. Los paneles más ligeros también ayudan a reducir los costos de construcción (grúa más pequeña) y pueden extender la construcción de tilt-up a paneles incluso más altos que lo posible actualmente, al aumentar la profundidad efectiva sin aumentar la cantidad de concreto.

MERCADO ACTUAL

Casi 180 millones de pies cuadrados de paneles de tilt-up se construyeron en 2017 y menos del 10 por ciento de los edificios de tilt-up utilizan algún tipo de construcción de panel emparedado aislado (compuesto o no compuesto).

Los paneles de muros de concreto aislados que ofrece la industria de prefabricados (manufactura de planta) muy a menudo están diseñados con metodologías que asumen un alto porcentaje de comportamiento compuesto que se acerca a una respuesta de espesor total a las cargas aplicadas. El porcentaje de paneles de muros aislados en la industria de tilt-up que utiliza una acción parcialmente compuesta en el diseño es mucho más bajo. Un porcentaje muy pequeño, menos del 5%, de todo el tilt-up aislado es parcialmente compuesto. Nuestro grupo de trabajo estima que esto podría aumentar a más de 50% después de que la tecnología sea algo predominante.

La altura potencial de estos paneles también será afectada por esta investigación. La altura promedio actual de los paneles de tilt-up parcialmente compuestos es de alrededor de 35 pies. Este número también podría aumentar drásticamente con el apoyo de más investigación y metodologías de diseño accesibles.

CRECIMIENTO POTENCIAL Y APLICACIÓN CASI ILIMITADOS

Como se mencionó anteriormente, el mercado para paneles de muros aislados tendrá un crecimiento tremendo a medida que se implementan los cambios al código de energía. Sin entrar a detalles sobre la aplicación del Código Internacional de Conservación de Energía más del 98% de todos los edificios deben tener un valor R mínimo en el muro de 5.7 o más. Los valores R son solo para zonas de clima 1 y 2 que representan solo la franja costera inferior de todo EE.UU. y Hawái. El resto de los climas continúan aumentando a partir de ahí. El estado de Texas, que es el mercado de tilt-up más grande en la actualidad, tiene requisitos de valor R continuos para todos los edificios de 5.7, 7.5 y 9.5 empezando desde el sur al norte sin que ninguna parte del mercado esté exenta del aislamiento continuo por motivos climáticos. Por lo tanto, la aplicación de los paneles emparedado aislados en la industria de tilt-up tiene un potencial de volumen prácticamente ilimitado.

Con respecto a los tipos de edificios, la construcción de tilt-up ya se emplea con regularidad en todo el país para edificios de oficinas de varios pisos, centros de distribución, escuelas, bibliotecas, centros minoristas, instalaciones industriales, edificios de gobierno y más. El apoyo a la innovación de la industria de tilt-up tiene un impacto amplio y diverso.

UN MÉTODO MÁS ACCESIBLE

Aunque hay cosas que no sabemos sobre los paneles emparedado aislados parcialmente compuestos, se ha hecho un buen trabajo en el pasado. El comité sobre paneles de muro emparedado prefabricados del Precast Institute publica un informe titulado “State of the Art of Precast/Prestressed Concrete Sandwich Wall Panels” (Vanguardia de los paneles de muros emparedado de concreto prefabricado/pretensado) que contiene muchísima información relacionada con la historia de los paneles de muros emparedado, su aplicación, diseño y consideraciones de los detalles, rendimiento de aislamiento y el estrés, montaje y arriostramiento de los paneles. El informe se queda corto en cuanto a proporcionar algún tipo de metodología de diseño universal.

Actualmente, cada fabricante de conectores de paneles compuestos utiliza una metodología de diseño propia para ofrecer un producto de ingeniería, similar al de un armazón de madera diseñado o un panel de muro prefabricado. El problema con este método en la industria de tilt-up es que el fabricante de los conectores no es el ingeniero de registro del panel. Otra consideración es que el ingeniero no está en control de la manufactura como con la industria de prefabricados y la realidad de la mano de obra de producción de licitación pública, así como la responsabilidad por la construcción de paneles aumenta la separación entre el diseño y la construcción. Además, a diferencia de un armazón de madera diseñado donde cada elemento tiene propiedades bien definidas y documentadas, existen puntos desconocidos o, como mínimo, discrepancias asociadas con los conectores en los paneles de concreto aislados parcialmente compuestos.

Como se mencionó anteriormente, esto es problemático para los ingenieros de estructuras de tilt-up que quieren tener un mejor entendimiento del comportamiento y las metodologías del diseño de estos sistemas. Esta solicitud de la comunidad de ingeniería para obtener más investigación y transparencia, al tiempo que se aborda un problema potencial de responsabilidad, proviene de su responsabilidad profesional como un profesional certificado.

Por lo tanto, debido a la realidad del mercado que impide la responsabilidad de una sola fuente por el diseño del sistema de aislamiento y la construcción del panel, similar a lo que existe en la producción de un armazón de madera o panel prefabricado, la relación tradicional entre el diseño y la construcción es un vehículo de entrega esencial.

LA RUTA A LA ADOPCIÓN DEL MERCADO

Es la intención del grupo de trabajo de ingeniería de la TCA sobre paneles emparedado parcialmente compuestos trabajar dentro del marco establecido del ACI 318 y en los procesos de aprobación del Consejo Internacional de Códigos y la Sociedad Estadounidense para Pruebas y Materiales para promover las metodologías universales de pruebas y diseños que también podrían resultar en un reconocimiento o modificación del código. La facilidad con la que estos sistemas pueden incorporarse al diseño de un proyecto sin circunstancias o consideraciones especiales es crítico para su escala de impacto. Para hacerlo, la compatibilidad de diseño corroborada con los códigos y la posible aceptación de dichos códigos es exactamente lo que se necesita para que los ingenieros de diseño utilicen completamente su potencial sin esfuerzo o riesgo indebido.

El objetivo es hacer que esta tecnología prometedora sea predominante al eliminar las barreras creadas por la práctica propia, la investigación limitada específica a la industria de tilt-up, así como una falta de pruebas estándar que permitan a la comunidad de ingeniería de tilt-up tener acceso total al conocimiento del comportamiento, rendimiento y predictibilidad global de los paneles emparedado aislados parcialmente compuestos. Lograr esto proporcionará a los propietarios medios económicos y de alto rendimiento para cumplir con los códigos de energía cambiantes en línea con todo lo que esperan de la construcción de paneles de muros de concreto de alta calidad. Es una victoria para la industria del concreto, la comunidad de ingeniería, el medio ambiente y los consumidores.

GRUPO DE TRABAJO DE INGENIERÍA DE LA TCA SOBRE LOS PANELES EMPAREDADO PARCIALMENTE COMPUESTOS

Andrew S. McPherson (Presidente) (Presidente del ACI 551)
Philip Kopf, P.E., F.TCA (Presidente Técnico)
Craig J. Olson, P.E.
James R. Baty II, F.ACI (de oficio)
John G. Hart, P.E., S.E.
Jeffrey R. Needham, PE, SE, F.TCA
Marc Maguire, PhD (de oficio)
Mitch Bloomquist (de oficio)
Scott Collins, P.E.
Kimberly Waggle Kramer, P.E., S.E., F.ACI
Jim Lintz, P.E., S.E., LEED AP
Joseph J. Steinbicker, P.E., S.E., F.TCA

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