Por: Clare Martin
Constructive Communication, Inc. cmartin@constructivecommunication.com
A medida que la construcción Tilt-Up continúa ganando popularidad en todo el país, es natural que el impacto de los cambios en los estándares de diseño se equilibre con la economía general y las preocupaciones de constructibilidad. Esto es claramente evidente con el tema del diseño para regiones de alta sismicidad. La evolución de las regiones consideradas de alto riesgo continúa ampliando la importancia del diseño para esas fuerzas mayores. Como se observa en los mapas más recientes del Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS), las regiones con mayor riesgo existen a lo largo de la costa del Pacífico, así como cerca de Memphis, Tennessee y Charleston, Carolina del Sur. Estas regiones han experimentado los mayores cambios en los estándares de diseño, independientemente del método de construcción. Sin embargo, varios métodos de construcción ya han sido dominantes en regiones de alta sismicidad durante décadas y han demostrado un desempeño, pero ahora se les exige que presenten pruebas de su rendimiento.
APROVECHANDO LAS INNOVACIONES
Gracias a la colaboración entre diseñadores y contratistas con amplia experiencia, y reconociendo la necesidad de contar con una base de conocimientos sólida sobre el diseño sísmico eficaz de estructuras Tilt-Up, la Asociación de Hormigón Tilt-Up (TCA) creó en 2005 un grupo de trabajo sobre diseño sísmico con el objetivo de ampliar la base de conocimientos y promover el desempeño demostrado por los miles de proyectos exitosos ya ejecutados en estas regiones. Compuesto por contratistas e ingenieros miembros de la TCA, junto con otros profesionales clave de la industria, todos con una amplia experiencia en el área de la construcción sísmica, el grupo continúa revisando los procedimientos y normas actuales de diseño Tilt-Up para el desempeño sísmico como un medio para mejorar las disposiciones actuales del código de construcción. El grupo ya ha comenzado a crear modelos para la práctica de diseño actual, así como soluciones para el modelado dinámico detallado con el fin de comprender mejor el comportamiento sísmico, y ha propuesto disposiciones de detallado para su presentación a organizaciones de redacción de códigos, como el Instituto de Ingeniería Estructural (SEI) y el Instituto Americano del Concreto (ACI).
Innovación en progreso
Una concentración importante del estudio del grupo serán las conexiones estructurales requeridas en estas áreas de alto riesgo sísmico y el desempeño de los diafragmas de los edificios bajo cargas sísmicas severas. En un informe encargado por este Comité Científico sobre Sismicidad, el contexto de este problema se puede comprender con mayor claridad.
Los edificios Tilt-Up actuales exhiben una diversidad estructural tan variada como los tipos de mercado aplicados. Los almacenes de una sola planta o los proyectos de “big box” siguen siendo un segmento importante de la industria Tilt-Up y se utilizan ampliamente para ilustrar los principios de diseño Tilt-Up en manuales de ingeniería. Este tipo de edificio se caracteriza típicamente como muro rígido/diafragma flexible (RWFD). Actualmente, existen dos tipos básicos de sistemas de estructura de techo que se utilizan con mayor frecuencia para este tipo de proyecto. Estos incluyen cubierta de acero/vigas de acero y cubierta de madera/vigas de acero o “híbrido”. Históricamente, en la costa oeste, sísmicamente activa, los sistemas de techo Tilt-Up consistían en construcción totalmente de madera utilizando una cubierta de contrachapado sobre sub-soleras de madera, correas y vigas encoladas.
En general, las envolventes de edificios diseñadas completamente como construcción Tilt-Up o que integran componentes de Tilt-Up con otros sistemas se presentan en un amplio espectro de clasificaciones de proyectos. Sin embargo, a partir de esta declaración general y el detalle que sigue en este informe, el enfoque de este esfuerzo se puede ver en quizás la forma más simple, y en la historia la más común para el uso de la construcción Tilt-Up, la “caja grande”.
Unos cuantos contratistas de Tilt-Up han tomado la delantera en el diseño de paneles y conexiones capaces de soportar altos niveles de fuerza sísmica. Al construir el Hospital Carson Tahoe en Carson City, Nevada, Degenkolb Engineers trabajó con el contratista de Tilt-Up, Tedesco Construction, para diseñar detalles de anclaje soldables a medida capaces de transmitir fuerzas cortantes y de volcamiento elevadas y permitir las tolerancias de montaje necesarias. Estas conexiones consistían en conexiones de barras roscadas en la parte inferior de los paneles, así como placas de anclaje que se soldaron a placas de anclaje en la fundación, permitiendo así transferir las fuerzas sísmicas a la fundación.
Otros proyectos de Tilt-Up han requerido soluciones que van más allá del alcance del diseño de los paneles; la Institución Correccional Federal Mendota es una estructura Tilt-Up ubicada en la Cuenca del Valle de San Joaquín, en California. Para abordar las malas condiciones del suelo (el suelo del valle puede licuarse cuando se enfrenta a fuerzas sísmicas), el contratista de Tilt-Up Dick Pacific Construction (DPC) tuvo que instalar drenes de alivio de licuefacción a 50 pies debajo de la estructura antes de que comenzaran los trabajos de losa. Para ayudar a los paneles a resistir las fuerzas sísmicas, DPC diseñó detalles de anclaje que consisten en una placa vertical con barras de anclaje verticales soldadas al solape posterior y empalmadas con barras verticales de altura completa. Para proteger la capa arquitectónica de 3 pulgadas de los paneles sándwich de aplastamiento durante un evento sísmico, DPC colocó la parte inferior de los muros 3⁄4 de pulgada por encima de la losa de cimentación de 28 pulgadas de espesor, y el mortero de contracción nula se instaló solo debajo de la capa estructural de 7 pulgadas.
El uso creciente de elementos arquitectónicos en la construcción Tilt-Up ha presentado desafíos adicionales
en el ámbito de la seguridad sísmica. Esto es especialmente cierto en casos en que los muros Tilt-Up se unen a otros tipos de estructuras, como el Centro Académico y Biblioteca Spectrum en la Universidad Nacional de San Diego. El diseño de Architects Delawie Wilkes Rodriguez Barker en San Diego contemplaba dos alas Tilt-Up unidas por una galería de estructura de acero de 170 pies de largo. Para garantizar una conexión sísmica adecuada entre la estructura de acero flexible y los muros de concreto rígidos, los arquitectos colaboraron con Hope Engineering, Inc. de San Diego, el ingeniero estructural, para desarrollar un sistema de cercha horizontal de acero estructural diseñado para transferir fuerzas de diafragma entre las dos alas.
Según Michael B. Wilkes, FAIA, director de Architects Delawie Wilkes Rodriguez Barker, se proporcionó un sistema de arriostramiento horizontal debajo de las cerchas del atrio. El sistema de arriostramiento consiste en arriostramientos en “X” de acero tubular en el plano de la estructura principal del techo. Las fuerzas de diseño para los arriostramientos se escalaron con un factor de sobreesfuerzo debido a su naturaleza crítica para reemplazar el diafragma en la abertura del atrio, y la rigidez de los arriostramientos fue suficiente para limitar el desplazamiento diferencial a través del atrio a un nivel aceptable.
El camino por delante
Las soluciones innovadoras como las que se aplican en estos proyectos ya son bastante comunes y han demostrado su eficacia. La solidez de la construcción Tilt-Up está bien documentada en regiones sísmicas y, sin embargo, las normas de diseño cada vez más conservadoras a veces restringen el diseño creativo de los edificios con tecnologías Tilt-Up en constante mejora. El objetivo del Grupo de Trabajo Sísmico de la TCA es crear disposiciones normativas racionales basadas en el verdadero desempeño sísmico y desarrollar aún más la documentación para respaldar una posición más favorable para los sistemas Tilt-Up en los códigos y normas de diseño. La evolución de la industria ha demostrado su capacidad para realizar la transición hacia mejores detalles, mejores estructuras de techo y mejores análisis. El ahora popular techo híbrido, que combina vigas y viguetas de acero con un diafragma de techo tradicional de madera contrachapada, ha mejorado enormemente la capacidad de estos edificios para soportar cargas sísmicas severas. Los detalles de las conexiones con el sistema de cimentación (zapatas, muros o losas) han mejorado la confiabilidad de los métodos de análisis para predecir el desempeño ante eventos sísmicos. Por último, las investigaciones en curso, tanto analíticas como experimentales, para confirmar el comportamiento y proporcionar soluciones alternativas prometen respaldar aún más un mejor reconocimiento del desempeño de estas estructuras “simples” de hormigón prefabricado.
Los meses venideros muestran un plan sólido para el Grupo de Trabajo Sísmico de la TCA. Los esfuerzos incluyen la finalización de mapas de impacto sísmico que permitirán a diseñadores y contratistas determinar rápidamente la necesidad de considerar disposiciones de diseño adicionales en estas regiones reforzadas. Se finalizará la historia de desarrollo de los estándares de diseño que afectan el Tilt-Up para respaldar las posiciones del Grupo de Trabajo. Se realizarán esfuerzos adicionales para el lenguaje propuesto en los estándares de diseño que se citan con mayor frecuencia por su impacto en el diseño Tilt-Up. Estas disposiciones revisadas estarán respaldadas por investigación y evidencia empírica. En su esfuerzo por estandarizar el diseño de estructuras Tilt-Up sísmicamente seguras, el grupo de trabajo de la TCA se compromete a mantener el legado que el Tilt-Up ha creado durante más de dos décadas como método constructivo rentable, eficiente y lleno de posibilidades arquitectónicas.
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