Por: D. Eric Smith, ingeniero profesional.
La construcción moderna con el método Tilt-Up se desarrolló por primera vez en el sur de California en la década de 1950. Los avances tecnológicos logrados durante la Segunda Guerra Mundial lo hicieron posible, en particular los sistemas de suministro de concreto premezclado y el desarrollo de grúas móviles. A través de su uso y desarrollo continuos a lo largo de las décadas, los ingenieros han descubierto que la construcción de concreto Tilt-Up permite crear estructuras robustas y económicas. La construcción Tilt-Up se ha utilizado en 300 000 000 pies cuadrados de construcción al año y se emplea en prácticamente todas las industrias y sectores del mercado en todo el país.
ANTECEDENTES
Aunque el método Tilt-Up está bien establecido en la comunidad de arquitectura, ingeniería y construcción (AEC), en muchos casos los profesionales desconocen que este método de construcción es un tipo de hormigón prefabricado. La sección 2.2 de la norma ACI 318-05 define el hormigón prefabricado como cualquier elemento estructural de hormigón que se moldea en una posición y se traslada a otra posición final. El comentario del capítulo 16 de la norma ACI 318 también clasifica el hormigón Tilt-Up como prefabricado. Específicamente, la construcción Tilt-Up consiste en hormigón prefabricado moldeado en el sitio. Sin embargo, dado que el término “prefabricado” en la industria AEC tiene una connotación muy bien definida, el uso de esta palabra a menudo toma por sorpresa a los ingenieros.
Lo que la mayoría de los ingenieros y arquitectos denominan “prefabricado” es, en realidad, hormigón prefabricado en taller. Prefabricado en taller
o el hormigón prefabricado puede presentarse en una variedad de acabados arquitectónicos diferentes que se moldean, se forman o se incorporan en la superficie del panel de hormigón. Dado que todo el hormigón se prepara in situ, la calidad general de las mezclas puede ser superior a la de algunas operaciones equivalentes con hormigón premezclado. Sin embargo, dos de las principales limitaciones del uso de prefabricados estructurales son las restricciones de tamaño de los paneles para el transporte y la acumulación de pedidos pendientes.
Hoy en día, el hormigón Tilt-Up (o hormigón prefabricado in situ) ofrece los mismos acabados que el hormigón prefabricado en fábrica, incluyendo insertos de encofrado personalizados, revestimientos de encofrado reciclables, texturas y una amplia gama de productos de imitación de ladrillo y baldosas. A diferencia del prefabricado en planta, no hay limitaciones de transporte: si se puede levantar, se puede inclinar. Esto también ofrece la ventaja adicional de que la mayoría de los paneles solo se levantan y se mueven una vez durante el montaje, lo que reduce la posibilidad de roturas o daños durante el transporte.
ASPECTOS DEL DISEÑO DE PANELES MOLDEADOS IN SITU
La definición del hormigón “tilt-up” como hormigón prefabricado conlleva una serie de ventajas para los ingenieros estructurales. Una de las ventajas de la construcción «tilt-up» es el mayor nivel de inspección por parte del ingeniero y del inspector especializado. Dado que la mayoría de los encofrados son anchos y poco profundos, ofrecen un acceso óptimo para un control de calidad ideal. Debido a esto, la norma ACI 318-05 7.7.3 permite al diseñador utilizar un recubrimiento más delgado debido a las «condiciones de la planta», un término que, según el comentario, incluiría las condiciones de hormigonado en obra cuando se cumplen las disposiciones de control de calidad. El resultado final es una mayor profundidad de diseño que proporciona un mejor rendimiento en cuanto a resistencia y funcionalidad.
Los edificios de hormigón construidos con el método Tilt-Up suelen utilizar paneles de pared Tilt-Up como muros estructurales portantes, que pueden emplearse tanto en construcciones de una sola planta como de varias plantas. El tamaño de los paneles ha aumentado considerablemente gracias a los avances en la tecnología de grúas y montaje. Hoy en día, los paneles alcanzan casi los 30 metros de altura, como se ha señalado
por la Asociación de Hormigón Tilt-Up (TCA). Cuando se utilizan grúas más pequeñas o el espacio para el hormigonado es limitado, también existe la posibilidad de apilar paneles tilt-up de varios pisos unos sobre otros. Por ejemplo, un edificio de nueve pisos puede construirse utilizando un panel tilt-up de cinco pisos que soporte a su vez un panel tilt-up de cuatro pisos.
El comportamiento lateral también puede mejorarse mediante la optimización de los coeficientes y factores de diseño de los sistemas de resistencia a las fuerzas sísmicas. Los paneles Tilt-Up portantes cumplen los criterios de los “sistemas de muros portantes” tal y como se definen en la norma 7-05 de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles (ASCE). Por lo tanto, es posible que los paneles de muro de corte Tilt-Up se clasifiquen como muros de corte prefabricados ordinarios, muros de corte prefabricados intermedios y muros de corte de hormigón armado especiales. Para diseñar un muro de corte prefabricado ordinario, el Capítulo 21 de la norma ACI 318-05 establece que se deben cumplir todos los requisitos de los Capítulos 1 a 18. Para cumplir con los requisitos de los muros de corte de hormigón intermedios, consulte los requisitos de los capítulos 1 a 18 y la sección 21.13. Para ascender a la clasificación de muro de corte de hormigón armado especial, también será necesario cumplir con los requisitos de las secciones 21.2 y 21.17.
DETALLES DEL SOPORTE DE LA BASE DE LOS PANELES TILT-UP DE UNA SOLA PLANTA
Como elementos individuales, los paneles de hormigón Tilt-Up poseen características beneficiosas de resistencia y funcionalidad tanto para aplicaciones sometidas a gravedad como a cargas laterales. Sin embargo, el mayor debate en torno a los paneles de hormigón Tilt-Up de una sola planta se centra en las uniones de los paneles bajo condiciones de carga lateral, en particular las uniones en la base de los paneles. Uno de los puntos de discusión más importantes se centra en los requisitos de la Sección 7.13. La Sección 7.13.1 establece: “En el detallado del refuerzo y las conexiones, los elementos de una estructura deberán estar efectivamente unidos entre sí para mejorar la integridad de la estructura en su conjunto”. La Sección 7.13.3 añade: “Para la construcción de hormigón prefabricado, se deberán proporcionar tirantes de tensión en las direcciones transversal, longitudinal y vertical, así como alrededor del perímetro de la estructura, para unir eficazmente los elementos entre sí. Se aplicarán las disposiciones de la Sección 16.5”.”
Por encima del nivel del suelo, el diseño y los detalles de este requisito son similares a los requisitos para estructuras prefabricadas en taller y construidas in situ. Estos requisitos pueden cumplirse teniendo en cuenta el soporte del diafragma y los elementos de borde longitudinales que lo conectan con el muro en cada nivel de armazón. Cuando se requiera capacidad adicional, los paneles de un solo piso pueden unirse entre sí con bloques de refuerzo continuos soldables, placas de unión soldadas, etc. Cabe señalar que cualquier empotramiento de borde de panel utilizado para estos fines debe reforzarse adecuadamente para evitar fisuras causadas por fuerzas térmicas, contracción, etc.
El debate sobre las conexiones de los paneles cobra mayor relevancia cuando se analizan aquellas ubicadas a nivel del suelo o por debajo de este. Al realizar el análisis de vuelco para muros de corte en un edificio de hormigón prefabricado de una sola planta, en un número significativo de casos no se produce una fuerza de empuje neta hacia arriba por vuelco en la base de los paneles. En aquellos casos en los que sí se produce una fuerza de empuje neta hacia arriba en la base del panel, la mecánica de ingeniería exige una conexión positiva con la cimentación. El detallado de estas conexiones debe cumplir con los requisitos de la Sección 16.3.2.2 de la norma ACI 318-05, que establece: “Cuando se produzcan fuerzas de tensión, se deberá proporcionar una vía continua de acero o refuerzo de acero”. Sin embargo, cuando no hay levantamiento, ¿cómo puede un ingeniero que diseña paneles Tilt-Up cumplir con los requisitos de la Sección 7.13.3 y cómo se debe realizar la fijación para el levantamiento?
La TCA ha elaborado dos documentos de posición sobre el tema. El TCA-P-001, “Conexión de paneles tilt-up a cimientos”, y el TCA-P-002, “Orientación normativa para el diseño sísmico de edificios tilt-up”, ofrecen directrices sobre el soporte de los paneles de hormigón. Normalmente, en el diseño de construcción tilt-up, las barras de refuerzo sobresalen de la base de los paneles y se extienden hacia una zona sin hormigón de la losa temporal denominada “tira de retroceso”. Este refuerzo se solapa con el refuerzo que sobresale de la losa principal del edificio y es capaz de proporcionar una conexión positiva para las cargas horizontales en el plano y fuera del plano que el panel está diseñado para resistir. La norma ASCE 7-05 establece una fuerza mínima fuera del plano para los muros estructurales y su anclaje en las secciones 12.11.1 y 12.11.2. En los casos en que no haya una fuerza de levantamiento neta por vuelco, los ingenieros de construcción Tilt-Up utilizan la conexión con la losa para proporcionar una carga muerta adicional que resista una fuerza de levantamiento por vuelco que ya es nula. La sección 16.5.1.3(c) establece: «Cuando las fuerzas de diseño no den lugar a tensión en la base, se permitirá que las tirantes requeridas por 16.5.1.3(b) se anclen en una losa sobre el terreno debidamente reforzada».”
La justificación anterior ofrece una trayectoria de carga clara sobre cómo se pueden diseñar losas y paneles de una sola planta para crear una envolvente del edificio con una mayor integridad estructural cuando no existe una fuerza de levantamiento neta en la base del panel. La norma ACI 551R-05 aconseja en la sección 2.8.6 que los paneles puedan interconectarse o conectarse a los cimientos para cargas en el plano y fuera del plano, pero no exige la implementación de dicha conexión. Más bien, esa sección está destinada a casos en los que una conexión a la losa para resistir esas fuerzas no está presente o no es adecuada sin la resistencia adicional proporcionada por una conexión adicional al cimiento.
Dado que una losa sobre el terreno debidamente reforzada puede estabilizar la base de un panel, ¿es posible diseñar un panel Tilt-Up para que se asiente sobre una cimentación sin más conexión que un lecho de lechada sin contracción? La ambigüedad que se genera entre la Sección 7.13.3 y la Sección 16.5.1.3(c) en lo que respecta a las conexiones entre paneles y zapatas sigue siendo objeto de debate entre las distintas corrientes de pensamiento. Es probable que cualquier interpretación se base en el significado derivado de la frase “unir los elementos”. ¿Son los elementos solo elementos prefabricados o son todos elementos estructurales?
La norma TCA-P-002 concluye diciendo: “La conexión de los paneles de pared Tilt-Up a los cimientos es sin duda un método para cumplir los requisitos del código de construcción en materia de transferencia de fuerzas, pero no es la única forma. Exigir arbitrariamente una conexión o una trayectoria de carga concretas no es lógico y puede que no produzca los resultados deseados. Sea cual sea la ruta de carga utilizada para transferir fuerzas, todos los elementos deben diseñarse en consecuencia para esas fuerzas”. Se ha escrito mucho sobre el diseño de las estructuras de los edificios en cuanto a resistencia, ductilidad, integridad y redundancia. Por el contrario, se ha escrito poco sobre esos requisitos a la hora de mantener los edificios sobre los cimientos en caso de eventos sísmicos o movimientos inesperados en el subsuelo.
No se recomienda omitir ni limitar ninguna conexión de la base de un panel Tilt-Up con los cimientos —o entre cualquier elemento estructural— que sea requerida por la mecánica de ingeniería, los códigos de construcción o las medidas prescriptivas. Cuando se requieran conexiones de paneles Tilt-Up por debajo del nivel del suelo con los cimientos, los ingenieros deben protegerlas adecuadamente contra la corrosión. El Manual de Construcción e Ingeniería Tilt-Up, 6.ª edición, también señala que las conexiones realizadas en la cara exterior del panel están sujetas a una corrosión acelerada. Cabe señalar que la aplicación de una capa de concreto por sí sola no es suficiente para la impermeabilización. Las diferentes regiones y los detalles de conexión pueden requerir diferentes aplicaciones de impermeabilización, por lo que los ingenieros deben asegurarse de consultar a un especialista en impermeabilización de su zona.
No he podido evitar comentar. ¡Muy bien escrito!nn1nn1