After Hurricane Katrina hit in 2005, the sleepy area of Covington, Louisiana, began to experience an industry boom as a result of many companies seeking a safer, more elevated area. Chevron, Corp. needed a new headquarters for their Gulf of Mexico Operations as a result of the hurricane. Covington’s safe elevation and remote setting fit the needs of this building. The Chevron project, a $78 million, 300,000-square-foot, design-build project office building, was built in Covington in a record eight months. The building design incorporates low rise three- to four-story concrete Tilt-Up panels and glass. Constructing a building of this type in a hurricane region – during hurricane season – required extra bracing to protect the panels. The contractor and the owner made additional bracing considerations to ensure that the building was well reinforced and protected in an area where wind speeds can suddenly become ferocious.
Las directrices de diseño de arriostramiento desarrolladas por la Tilt-Up Concrete Association (TCA) recomiendan que los paneles se arriostren para condiciones de viento periódicas que puedan afectar la seguridad de las personas, según la norma ASCE 7. Por lo tanto, no se espera que los diseños de arriostramiento estándar soporten las intensas cargas de viento de las tormentas que habrían despejado el sitio de construcción mucho antes del incidente.
Sin embargo, reforzar los paneles para vientos de huracán era importante para el seguro de riesgo de construcción. Si ocurrieran vientos fuertes después de que los paneles estuvieran erigidos, había una buena probabilidad de que algunos de los paneles salieran volando, causando importantes retrasos en la construcción. Para evitar esto, las capacidades de arriostramiento de los paneles Tilt-Up se incrementaron para resistir vientos de fuerza de huracán.
Al inicio del proyecto surgieron de inmediato algunos desafíos:
- ¿Se podría cumplir con el cronograma del proyecto?
- ¿Se podrían colar los paneles en el sitio con espacio limitado?
- ¿Sería posible encontrar una grúa de 300 toneladas rentable para montar paneles?
- ¿Se podrían reforzar los paneles al exterior del edificio para agilizar el montaje de la estructura de acero?
- La compañía de seguros del propietario solicitó que los paneles se reforzaran para vientos de 120 mph, dado que los paneles Tilt-Up estarían de pie sin la estructura de acero completa durante la temporada de huracanes. Estaban dispuestos a pagar una prima por el refuerzo. ¿Se podría hacer esto?
- ¿Cómo se pueden entibar paneles de eslabones de 2 pies de ancho x 68 pies de alto?
MANEJO DE DESAFÍOS DE CONSTRUCCIÓN
El proyecto Chevron consistió en 10.866 metros cuadrados de paneles Tilt-Up, un área de fundición de 6.039 metros cuadrados, el alquiler de una grúa oruga de 300 toneladas por dos meses y el alquiler de braces y Burke Badger por dos meses. El cronograma requerido para el proyecto incluyó un plazo de 16 semanas para las cimentaciones (del 30 de abril al 23 de agosto de 2007) y un intervalo de 18 semanas para los paneles Tilt-Up (del 3 de mayo al 9 de septiembre de 2007).
El diseño de arriostramiento del panel Chevron involucró un análisis de arriostramiento especial para acomodar velocidades de viento más altas de lo normal. Se modeló un análisis de huracanes para asegurar que se utilizaran las mejores soluciones de arriostramiento. Debido a las fuertes fuerzas que se transfieren a los arriostramientos y la altura relativa de los paneles en relación con la losa del piso, se ideó un esquema de arriostramiento que incorpora los arriostramientos Tilt-Up más grandes del mercado, los Super 52 y los ’Badgers“, anclajes de arriostramiento tipo barrena que se clavan en el suelo fuera del perímetro del edificio y se conectan a los arriostramientos masivos para aumentar sustancialmente la capacidad de transferencia de carga del arriostramiento al suelo. El mayor desafío de todos fue un panel de 194 kips (194,000 libras) empujado por la severa carga de viento de 120 mph a una altura de 70 pies.
El cronograma general de construcción ya estaba fijado en una duración de ocho meses, abarcando desde el inicio de los trabajos de tierra hasta la emisión del certificado temporal de ocupación. Los paneles Tilt-Up estaban en la ruta crítica de este cronograma y la adaptación del esquema de arriostramiento ampliado solo intensificó este período. Una vez levantados y arriostrados los paneles Tilt-Up, se podía proceder con la estructura de acero, seguida de la colocación de concreto en los forjados. Para acelerar el cronograma de los paneles Tilt-Up, se instalaron moldes de prefabricación para los paneles que no cabían en losa del piso. El personal trabajó horas extras siete días a la semana y el equipo de refuerzo trabajó durante la noche.
El sitio no era muy grande y tenía muchas restricciones que dictarían la ubicación de las plataformas de fundición. Había una gran balsa de retención al sur y una gran valla con una calle pública al norte. La construcción alrededor de estos obstáculos tuvo que ser cuidadosamente secuenciada.
Un desafío fue que los paneles Tilt-Up pesaban alrededor de 200 000 libras, lo que requirió una grúa oruga de 300 toneladas para erigir los paneles. El mercado local no contaba con una grúa oruga de 300 toneladas disponible y con experiencia en el montaje de paneles Tilt-Up altos y pesados. Se contactó a Sunshine Erectors, una empresa de montaje de paneles Tilt-Up de Florida. Sunshine Erectors disponía de una grúa de 300 toneladas, estaba disponible para el período requerido y, lo más importante, el operador de la grúa de Sunshine tenía experiencia en el montaje de paneles Tilt-Up grandes de cuatro pisos.
El diseño del arriostramiento resultó complicado, ya que la colocación del acero tuvo que ser agilizada. Se utilizó un diseño de arriostramiento tanto interno como externo. Los paneles se arriostraron inicialmente al interior, lo que permitió un cronograma de colocación de paneles más rápido, y luego los arriostramientos se reinstalaron al exterior para permitir la colocación más rápida del acero. Áreas como el estanque de retención no permitieron espacio para arriostrar al exterior, dejando una esquina del edificio de tres pisos con arriostramientos interiores.
Una gran preocupación al inicio de las etapas de planificación del proyecto era cómo apuntalar los paneles de 68 pies de altura por 6 pies de ancho. Estaban en el enlace de conexión que unía el edificio de cuatro y tres pisos. Estos paneles también tenían un muro cortina de vidrio de altura completa entre ellos. La primera preocupación era cómo erigir un panel tan estrecho. Luego, el desafío fue cómo apuntalar los paneles para que se mantuvieran a plomo (en ambas direcciones) hasta que se erigiera la estructura de acero. La solución fue que, además del diseño típico de los soportes de los paneles, se instaló un soporte tubular horizontal que iba entre los paneles a la misma elevación que el punto de soporte de los paneles. El soporte tubular horizontal mantenía los paneles y en la posición correcta (de izquierda a derecha) mientras se erigía la estructura de acero. Este soporte tubular horizontal fue un éxito y todo el muro cortina de vidrio encajó correctamente.
DISEÑO DE ARRIOSTRAMIENTO DE PANELES
El diseño del arriostramiento de los paneles para el edificio Chevron comenzó con un diseño estándar de viento de 72 mph con equipo estándar. Requirió 14 Super 32 cada uno con dos extensiones de 10 pies. Eran demasiados arriostramientos para usar con Badgers, un sistema de anclaje helicoidal externo al suelo.
El diseño estándar de carga de viento utiliza un factor de coeficiente de fuerza Cf = 1.2, que está destinado a paneles sólidos. Sin embargo, ASCE 7-95 permite la eliminación de aberturas del área proyectada del panel con un aumento en el factor Cf. (Nota: La versión más reciente de ASCE 7 es ASCE 7-05, pero la sección a la que se hace referencia en el documento TCA no ha cambiado con respecto a ASCE 7-95. Por motivos de coherencia con TCA, aquí se utiliza ASCE 7-95). Proporciona un gráfico con varios coeficientes de fuerza que dependen de la relación ! del área sólida con el área bruta. Por ejemplo, en el Panel 8, el área bruta del panel es de 2305 pies cuadrados y el área total de las aberturas en el panel es de 938 pies cuadrados. Por lo tanto, la relación ! = (2305-938)/2305 = 0.59. Con esta relación de área, Cf se eleva a 1.6, lo que resulta en un aumento del 33 por ciento en las presiones del viento, pero la disminución del 41 por ciento en el área de la superficie produce una fuerza eólica resultante total que se reduce en un 21 por ciento y el número número de Super 32 más extensiones a 11.
Al sustituir los Super 32 por Super 52 más resistentes sin extensiones y con una carga de trabajo segura de 10,700 libras, el número de soportes se redujo a cuatro. Esto hizo que los Badgers fueran mucho más económicos con espaciamientos de instalación de aproximadamente 8 pies.
CONSTRUCCIÓN DURANTE LA TEMPORADA DE HURACANES
El propietario estaba preocupado por la construcción durante la temporada de huracanes (junio-agosto) y deseaba protección adicional para los paneles durante este período. Expresó la opinión de que la carga de viento de diseño para el arriostramiento debería ser de 120 mph con exposición B según los requisitos estructurales de acuerdo con ASCE 7-02 y ASCE 37-02 (120 x 0.8 = 96 mph). La solicitud se produjo después de que se enviaron y aprobaron las ofertas, lo que planteó la pregunta de quién es responsable de los costos de la protección adicional. Las opciones para brindar la protección adicional eran arriostrar los paneles en ambas caras o agregar arriostramientos adicionales al exterior.
Los paneles más grandes (panel 8) se reanalizaron a 80 mph (0.8 x 100), 88 mph (0.8 x 110), 96 mph (0.8 x 120) y 104 mph (0.8 x 130). Al duplicar los soportes Super 52 se cumplieron los requisitos de 96 mph con factores de seguridad estándar (120 mph a resistencias últimas). Una vez establecido cómo lograr la protección adicional, surgió la pregunta de quién es responsable de los costos de cumplir con esta protección adicional. Tilt-Up Concrete Association's Directrices para Soporte contra Viento SEI/ASCE 37-02 ofrece recomendaciones para la construcción en zonas de huracanes y quién es responsable de los costos de protección adicional:
“Entre el 1 de agosto y el 31 de octubre, se permitirá una velocidad básica del viento de 90 mph (40 m/s) siempre que se prepare un arriostramiento adicional de antemano y se aplique a tiempo antes del inicio de un huracán anunciado.”
Luego el Guías sabia y tranquilamente continúa,
“El documento SEI/ASCE 37-02 no deja claro qué velocidad de viento se debe utilizar para el diseño de este arriostramiento adicional: 0.520V50, 0.8V50 o V50. Como referencia, una velocidad de viento de 112 mph (0.8 x 140 mph) aumenta la carga generada por una velocidad de viento de 72 mph en un 142%. Una velocidad de viento de 140 mph (V50) aumenta la carga generada por una velocidad de viento de 72 mph en un 278%, lo que podría triplicar el número de arriostramientos de paneles requeridos. Los arriostramientos adicionales podrían fijarse con pernos de expansión a los paneles, si fuera necesario, o se podrían incorporar insertos de arriostramiento adicionales en los paneles durante la construcción para permitir la instalación de arriostramientos adicionales. Sin embargo, incluso con arriostramientos adicionales instalados, es muy probable que la losa del suelo no sea lo suficientemente resistente para soportar la carga adicional del arriostramiento. ¿Debería, entonces, la losa del suelo ser espesada y/o reforzada de antemano para esta carga adicional potencial? Esto podría impactar significativamente el costo de construir edificios Tilt-Up en regiones de huracanes.
“La determinación de las velocidades de viento a utilizar para el diseño del arriostramiento de paneles de concreto prefabricado (Tilt-Up), o de cualquier arriostramiento para el caso, durante la construcción es un tema complejo. Para áreas fuera de las regiones de huracanes, las cargas a utilizar están claramente definidas. En regiones sujetas a huracanes, se puede argumentar que la velocidad del viento utilizada para el diseño del arriostramiento contra el viento durante el período de construcción se convierte, después del nivel necesario para la seguridad de las personas, en una determinación basada en el riesgo y no en un problema de seguridad de las personas, ya que el sitio del proyecto seguramente sería abandonado durante un huracán. Entonces, la decisión sobre qué velocidad de viento de período de construcción utilizar para el diseño del arriostramiento debe ser tomada por el propietario y su proveedor de seguros si desean un arriostramiento diseñado para más de lo requerido para la seguridad de las personas, ya que son ellos quienes pagan el costo y asumen el riesgo.”
Sin esta directriz y declaración de TCA, subcontratista de concreto y miembro de TCA, Concrete Strategies, podría haber sido responsable de los costos asociados con la protección adicional contra huracanes. En cambio, el propietario acordó y aprobó todos los gastos de la protección adicional.
El proyecto se enfrentó entonces a un nuevo desafío: los paneles de tres pisos requerían el mismo esquema de arriostramiento que los paneles de cuatro pisos, pero la proximidad a los estanques limitaba la ubicación del Badger desde la línea del muro sur. La solución fue hacer Super 52 más cortos con la misma resistencia de 10,700 libras. Por lo tanto, el Super 42 nació de la necesidad.
DESAFÍOS EN LA ERECCIÓN DE PANELES
Las tensiones de pandeo por montaje de panel se aproximaron a 2,500 psi en las secciones de las patas más delgadas de 9½ pulgadas de espesor, lo que equivale a cinco veces la resistencia especificada de 500 psi. Requirió un larguero que tuviera una capacidad de momento de 85 kip-ft.
Un bastidor reforzado de doble canal personalizado se dimensionaría en 12C20.7, lo que resultaría en un gasto enorme. La solución fue apilar dos bastidores reforzados estándar de doble canal C8x11.5. Las propiedades combinadas de la sección produjeron una resistencia de 92 kip-ft. Eso es casi tres veces la resistencia de un bastidor reforzado de doble canal C8x11.5 individual. Requirió la fabricación especial de nuevos bastidores reforzados que tenían orificios pretaladrados en las alas para atornillar los canales apilados entre sí. Además, permitió al distribuidor de accesorios de concreto justificar la compra de nuevos bastidores reforzados y luego rel-alquilarlos a Concrete Strategies (y usarlos más tarde como bastidores reforzados de canal estándar).
En resumen, Chevron fue un proyecto innovador para las preocupaciones de arriostramiento Tilt-Up. Además de la innovación para superar los desafíos constructivos de edificar en una zona de huracanes, la instalación de Chevron es la primera oficina en Luisiana en recibir la certificación LEED del gobierno federal de parte del United States Green Building Council. Este proyecto ha logrado la certificación LEED Gold.
Los desafíos que enfrentamos al construir estas instalaciones permitieron a Meadow Burke lanzar e implementar a gran escala varios productos nuevos. Estos incluyeron: Soportes Super 52 y 42, Badgers, Conector Doble Badger y Vigas de Apoyo Apilables 8C11.5.
La conclusión principal para la fase de preconstrucción de cualquier proyecto futuro de Tilt-Up con paneles extraordinarios es consultar con su ingeniero de montaje y arriostramiento del proveedor de accesorios de concreto Tilt-Up. Nunca se sabe qué análisis no estándar o qué producto no estándar se desarrollará para ayudar a superar los desafíos de montaje y arriostramiento de los paneles.
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