Por Laurence Smith, P.E., J.W. Lindsay Enterprises ljsmith@jwlindsay.com
El sistema Tilt-Up – un método de construcción en el que los paneles de concreto para muros se funden en el sitio y se levantan para colocarlos en su posición – ha ganado aceptación rápidamente en los últimos años debido a su rapidez de construcción, eficiencia en costos y tratamientos arquitectónicos avanzados. Sin embargo, como en todos los demás aspectos de la industria del concreto, es importante que los ingenieros y contratistas comprendan todos los aspectos del proceso de planificación para poder capitalizar plenamente las eficiencias del método Tilt-Up. De principio a fin, o de la A a la Z, una consideración cuidadosa de numerosos detalles, cifras, mediciones y más, le permitirá maximizar el potencial que ofrece solo el sistema Tilt-Up.
Antes de comenzar el diseño de cualquier proyecto, los ingenieros deben realizar una evaluación cuidadosa del mismo. Consideren el uso del edificio. ¿Será para uso comercial, industrial u otro? ¿Cuántos pisos tendrá el edificio? Conozcan las superficies en pies cuadrados de la losa y las paredes. ¿La relación entre el suelo y las paredes excede el 80 por ciento? Tengan en cuenta si el clima será un factor determinante y si la ubicación del proyecto afectará la facilidad para conseguir trabajadores o materiales. Prestar atención a estos detalles ayuda a garantizar una base sólida para el éxito del proyecto.
Una vez que los miembros del equipo de diseño evalúen los detalles del proyecto, podrán determinar si el proyecto es un buen candidato para Tilt-Up. De hecho, otro producto puede ofrecer una mejor opción para el proyecto. Si Tilt-Up es el mejor candidato, el proyecto debe cumplir ciertos requisitos. Primero, el sitio debe tener suficiente espacio para el vaciado de los paneles y para que una grúa trabaje. Si el área de los muros excede el 80 por ciento del área de piso disponible, probablemente se requerirán pilas o camas de vaciado. Además, los pisos inclinados requieren superficies alternativas, mientras que los sótanos y las piscinas presentan sus propios desafíos, como planes de arriostramiento únicos. Evalúe cuidadosamente el costo asociado con el uso del método Tilt-Up para determinar si es el método de construcción más rentable disponible, pero asegúrese también de considerar otros factores no relacionados con el costo, como la velocidad de construcción, la eficiencia energética, la durabilidad y más.
PLANIFICACIÓN PARA EL ÉXITO
El éxito en la obra comienza con el diseñador y el calculista. Muchos proyectos, especialmente los más pequeños, requieren que el diseñador-constructor sea ultraeficiente para ofrecer valor al cliente. Como resultado, la planificación adecuada es esencial. El proceso de planificación implica numerosos pasos, desde la elección del sistema de muro para el trabajo hasta la disposición y la secuencia de montaje.
Ensamblaje de muro: La elección del ensamblaje de pared correcto implica considerar tres opciones: paneles de concreto simple, paneles post-aislados o paneles sándwich. Los paneles de concreto simple son los menos costosos, pero ofrecen la menor eficiencia energética. Los paneles post-aislados son opciones de precio medio que ofrecen eficiencia energética de rango medio. Los paneles sándwich son los más caros y los de mayor eficiencia energética, ya que proporcionan el mejor uso de la masa térmica.
Consideraciones del panel: A continuación, se determina la altura del panel. Los factores a considerar al planificar la altura del panel incluyen la altura libre hasta la parte inferior de la estructura, la profundidad de la vigueta, la pendiente del techo y el parapeto del techo. El parapeto del techo puede ser del tipo panel liso o panel sándwich. Si bien los paneles sándwich ofrecen la capacidad de proporcionar una envolvente térmica completa, es posible que no sean necesarios, dependiendo del clima y el uso del edificio. Además, a medida que se establece la altura del panel, se debe considerar la profundidad del panel debajo del piso terminado. Para determinar la altura del panel, sume las medidas de la altura libre, la profundidad de la vigueta, la pendiente del techo, el parapeto del techo y la profundidad del panel debajo del piso terminado.
En ciertas situaciones, un muro de cimentación es beneficioso. Un muro de cimentación permite eliminar la banda de cierre y la junta fría en la losa. Con un muro de cimentación, hay más espacio disponible en el piso como superficie de colada, y se necesita menos área de panel como superficie de colada. Además, los paneles pesan menos y, por lo tanto, pueden ser más anchos, y se incurre en menores tensiones de izaje. Con un muro de cimentación, el piso ofrece un montaje más fácil para la cuadrilla y aumenta la seguridad el día del montaje.
A medida que se determina la altura del panel, también se debe considerar el grosor del panel. Típicamente, el grosor del panel está entre 5.5 y 10 pulgadas. En circunstancias extremas, como paneles muy altos o aquellos con grandes cargas estructurales, puede ser necesario un grosor de panel de 12 pulgadas o más. En estas situaciones, recuerde que las paredes de más de 10 pulgadas requieren dos capas de refuerzo. Tenga en cuenta que el grosor no puede ser menor que la altura sin soporte dividida entre 50 (para refuerzo de una sola capa) o 65 (para refuerzo de doble capa). Estos grosores son solo para la capa estructural de concreto. Cualquier concreto adicional debido a los recortes proporciona peso extra, pero no resistencia extra.
Grúas: Las grúas vienen en numerosas variedades y rangos de precios. Las grúas hidráulicas ofrecen la opción menos costosa, las grúas convencionales son una opción de rango medio y las grúas oruga son las más caras. La seguridad es de suma importancia al utilizar grúas en un sitio; por lo tanto, se debe prestar especial atención a la capacidad de la grúa. Al considerar la capacidad de la grúa, primero determine el peso del panel más pesado. Para una grúa hidráulica, la capacidad es cinco veces el peso del panel más pesado. Una grúa convencional proporciona cuatro veces el peso del panel más pesado, y una grúa oruga podría proporcionar tres veces y media el peso del panel más pesado. Por el contrario, si hay pocas opciones de maquinaria en el área del proyecto, puede ser necesario dejar que la grúa dicte el tamaño de los paneles. Debido a su peso, los paneles sándwich a menudo cambian la selección de la grúa. Además, no olvide el peso del aparejo.
La ubicación de la grúa es otra consideración importante en el proceso de planificación. ¿Se colocará la grúa sobre o fuera de la losa? Si se coloca una grúa sobre la losa, recuerde que el peso de la grúa puede dañar la losa. Una grúa sobre la losa también puede obstaculizar la planificación del espacio y el uso de la losa. Por otro lado, una grúa apoyada sobre una losa tiene una superficie de trabajo lisa, brinda al operador y a la tripulación una mejor visibilidad y generalmente se mueve más rápido.
Superficie de colado: Normalmente hay tres superficies de colado para elegir: losa, otros paneles (colado en pila) o camas de colado temporales.
Panelización de los muros: Al calcular la panelización de los muros, se deben considerar varios elementos. Primero, tenga en cuenta el plano arquitectónico y dibuje las elevaciones. Establezca ejes y luego considere las ab.
Dimensiones y pesos de los paneles: Una preocupación primordial para el éxito del proyecto es el peso. Si un panel es demasiado pesado para levantarlo, un contratista/diseñador de Tilt-Up se enfrenta a muchos problemas. Es esencial conocer la dimensión y el peso de cada panel.
Secuencia de diseño y montaje: Ya sea que un diseño sea complejo o típico, diferentes diseños requieren diferentes secuencias de erección. Uno de los pasos más importantes para el contratista de Tilt-Up es estudiar el diseño de los paneles en el sitio para la secuencia de colada y erección mucho antes de comenzar el trabajo en el sitio. El día del izado no es el momento para descubrir que los paneles no se pueden colocar en su lugar porque otras losas están sobre la losa, obstruyendo los soportes. Por lo tanto, el contratista debe estar muy familiarizado con el diseño de los paneles antes del día de la erección.
FINALIZANDO EL DISEÑO
Con la planificación completa, es hora de revisar los detalles finales del diseño. Los elementos que requieren atención en esta etapa incluyen los detalles del panel, las conexiones estructurales, el diseño estructural de los paneles, el izaje, el arriostramiento y la entrega.
Panel de detalles: Los detalles de las esquinas para paneles sólidos incluyen uniones a tope simples, ingletes de borde liso, ingletes de borde afilado y uniones a tope modificadas. Es importante recordar planificar el interior de las esquinas para la secuencia de montaje. Los detalles de las esquinas para paneles sándwich incluyen uniones a tope simples, uniones de inglete y uniones modificadas. La clave del éxito es equilibrar belleza, función y costo.
Conexiones estructurales Las conexiones estructurales incluyen las conexiones de vigas jácena, losas, muros interiores y cimientos. La conexión viga jácena puede ser de tipo bolsillo o placa empotrada. Si bien los bolsillos son más rápidos de montar, proporcionan menos excentricidad. La colocación de los bolsillos es menos tolerante, pero si se hace bien, son menos costosos.
Muchos contratistas usan bloques de espuma para formar cavidades para conexiones estructurales. Sin embargo, otros reconocen la facilidad de clavar algo a la madera contrachapada en comparación con la espuma. De hecho, algunos capataces incluso rellenan las cajas con espuma para evitar que se llenen de concreto derramado. Esto facilita aún más la remoción.
Otras conexiones incluyen las de la cubierta, el muro interior y la cimentación. Para la conexión de la cubierta, fije el ángulo al panel antes de que este sea levantado. Asegúrese de marcar la broca o usar una broca corta, ya que es decepcionante levantar un panel y encontrar orificios en la cara, resultado de un obrero perforando hasta el fondo del panel al fijar una pieza de ángulo de acero. Verifique la longitud de los anclajes. Para las conexiones de muros interiores, use placas empotradas en la parte superior del panel. Las pendientes superiores deben seguir los desagües del techo. Si el muro soporta vigas, utilice orificios abiertos. Si se requiere clasificación contra incendios, generalmente solo se necesita una capa de varilla de refuerzo. El diseño sísmico puede resultar en requisitos más estrictos.
Diseño estructural de los paneles: Los paneles tienen que resistir cargas de muchas fuerzas. Las cargas vivas provienen del viento, la nieve y la lluvia. Las cargas sísmicas presentan fuerzas adicionales. La propia estructura tiene cargas muertas y los paneles tienen su propio peso. Si aplica, los paneles deben resistir cargas vivas de los pisos. Además, el peso adicional de la capa arquitectónica de concreto en un panel sándwich puede ser un factor en paneles más altos.
La colocación del acero de refuerzo es una consideración importante en el diseño de paneles. En una sola capa de refuerzo, las barras verticales se posicionan en el medio del espesor estructural del panel. Las barras horizontales suelen estar en el exterior de las verticales. En una doble capa de refuerzo, mantenga la cubierta para las barras verticales. Preste atención a los vanos y su profundidad. Las barras horizontales suelen estar entre las barras verticales. Aunque dos capas de refuerzo pueden ser consideradas por muchos como mucho trabajo adicional, dependiendo del tamaño y la carga del panel, a menudo es más rentable, lo que resulta en un panel mucho más resistente a un menor costo.
Consideraciones adicionales garantizan la correcta colocación del acero de refuerzo. Indique los tamaños de los soportes en los planos de los paneles para que el Supervisor Certificado de TCA pueda inspeccionar antes de la colocación del concreto. Asegúrese de que el superintendente revise la colocación del acero de refuerzo antes de la colocación del concreto. Indique el número de barras verticales en el plano del panel, no el espaciado. Esto facilita mucho que el capataz revise dos veces. Además, utilice soportes plásticos diseñados específicamente para aplicaciones de Tilt-Up. Discuta los soportes con el ingeniero de diseño y el subcontratista de acero de refuerzo. Asegúrese de que el superintendente del sitio pueda inspeccionar adecuadamente la colocación de los soportes.
Levantamiento Para una elevación exitosa, asegúrese de discutir el hardware de elevación con el ingeniero de diseño de paneles, ya que no todos los insertos son iguales. Luego, determine las configuraciones de los insertos. Las configuraciones se basan en los pesos y dimensiones del panel y se ven afectadas por la capacidad del inserto y el grosor del panel. Finalmente, tenga una reunión con el proveedor de grúas. En esta reunión, discuta la capacidad y el tipo de grúa que se utilizará, así como la capacidad y la configuración del aparejo.
El hardware de elevación también debe ser evaluado durante esta etapa. Consulte la literatura del fabricante para la carga de trabajo segura del inserto. Tenga en cuenta que la capacidad del inserto cambia con el grosor del panel. El peso del panel afectará el número de insertos de elevación necesarios. La orientación del inserto depende del ancho y alto del panel. En algunas situaciones, es más eficiente usar insertos adicionales debido a la configuración del aparejo.
Arriostramiento Una vez que conozcas la longitud del arriostramiento, es fácil consultar su carga de trabajo segura en la literatura del fabricante. Para determinar las cargas de arriostramiento, primero calcula la carga horizontal en la ubicación del arriostramiento. Luego, conviértela en una carga diagonal (axial) en el arriostramiento. Finalmente, divide esta carga entre la carga de trabajo segura del arriostramiento para determinar el espaciamiento máximo entre arriostramientos. Recuerda que los paneles necesitan un mínimo de dos arriostramientos para su estabilidad: la geometría del arriostramiento con arriostramientos inclinados y arriostramientos inclinados fijados al arriostramiento principal en el punto medio. Los arriostramientos inclinados se instalan perpendiculares al arriostramiento principal, mientras que el arriostramiento lateral debe instalarse para ser efectivo. Para determinar el espesor de la losa del piso, consulta el método estimado de las Guías de Arriostramiento de la TCA.
Una atención adecuada a la disposición de los refuerzos ayudará a minimizar conflictos, como dos refuerzos que pretenden ocupar el mismo espacio. Aunque completamente prevenible, esta es una ocurrencia común en las esquinas de los edificios. Recuerda que el día de la elevación puede costar hasta $15 por minuto, así que alivia los conflictos antes de que llegue la grúa.
Al colocar insertos en el piso, se debe preparar un plano de ubicación que muestre dónde colocarlos antes de verter la losa de concreto. Este plano no debería tomar más de 10 a 15 minutos en producirse y ahorrará tiempo y dinero en obra. También señala cualquier conflicto potencial en las esquinas antes de que se vierta la losa. Si se requiere arriostramiento para las rodillas, generalmente se instalará más rápido ya que los arriostramientos estarán mejor alineados.
El anclaje adecuado de los soportes también debe ser una prioridad y se debe evaluar su costo total. Por ejemplo, la mayoría de los contratistas de Tilt-Up utilizan anclajes de expansión perforados para el arriostramiento y el costo de una lengüeta (helicoidal o de resorte) es de aproximadamente $0.40 cada una. Además, el costo de un inserto fundido in situ es de $6 cada uno. Sin embargo, el costo de una grúa de 200 toneladas, un equipo de elevación de ocho hombres y un supervisor es de $15 por minuto, así que asegúrese de evaluar el costo incurrido mientras se instalan los anclajes de expansión.
Unos cuantos elementos finales asegurarán que se logre el arriostramiento adecuado. Nunca retire los arriostramientos sin el permiso del ingeniero de diseño. Si se especifica arriostramiento en las rodillas, se debe instalar arriostramiento lateral. Finalmente, revise los pernos diariamente y nunca use un arriostramiento doblado o dañado.
Entrega: Para que la entrega se realice sin contratiempos, el sitio necesitará varios documentos. Estos documentos incluyen: el diagrama de distribución de paneles, el plano de ubicación de los insertos en el suelo, un juego completo de planos de paneles con hoja de detalles, el plano de cimentación, los planos de estructuras de acero y los alzados del edificio. El sitio debe tener varias copias del diagrama de distribución de paneles en tamaño de 27.9 x 43.2 cm (11 x 17 pulgadas), y al menos 1 a escala 1/4 pulgada = 1 pie. Además, el sitio debe tener varios planos de ubicación de insertos en tamaño de 27.9 x 43.2 cm (11 x 17 pulgadas), y al menos 1 a escala 1/4 pulgada = 1 pie.
ÉXITO DEL PROYECTO
Con un conocimiento exhaustivo del proceso Tilt-Up, los ingenieros y contratistas pueden garantizar un proyecto sin contratiempos. Clave para el éxito es la comprensión de que muchos errores o incluso ralentizaciones en el sitio pueden ser mitigados, lo cual es crucial para minimizar el impacto en el costo de la grúa. Otra clave para el éxito es la comunicación. Dado que todos los miembros del equipo, desde el diseño hasta la construcción, se comprometen a mantener canales de comunicación abiertos, un proyecto Tilt-Up puede construirse de manera fluida, eficiente y con resultados que aseguren la plena satisfacción del cliente.
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