Manteniéndose firme

Por Ed Sauter, Director Ejecutivo | Tilt-Up Concrete Association

Los desastres naturales han sido durante mucho tiempo un formidable adversario para la industria del diseño y la construcción. Los códigos de construcción evolucionan continuamente para minimizar los daños y las lesiones por huracanes, tornados, terremotos e inundaciones. De todos estos, el viento es probablemente el peor.

Joseph E. Saliba, rector de la Universidad de Dayton y ex decano de la Facultad de Ingeniería, dice que, si bien todos los desastres naturales presentan un desafío, diseñar para el viento “es la prueba definitiva para un ingeniero. Tienes que diseñar para el viento desde todas las direcciones porque si hay un eslabón débil, el viento lo encontrará. Y una vez que encuentra su camino hacia adentro, vas a tener problemas”.”

El viento, sin embargo, es una fuerza que la industria del concreto prefabricado (tilt-up) ha resistido con considerable éxito. Ya desde la década de 1970, los muros de concreto tilt-up desempeñaban un papel importante en la nueva construcción en toda Florida y gran parte del sureste de Estados Unidos. Dada la propensión de esta región a los huracanes, los edificios tilt-up demostraron rápidamente su capacidad para sobrevivir a estas tormentas gracias a los paneles de concreto monolíticos que abarcan mayores longitudes y anchos. El tilt-up también ofreció mayor flexibilidad en los sistemas estructurales y tratamientos estéticos, y creció como un método de construcción popular para entregar una amplia gama de tipos de edificios.

La construcción de concreto prefabricado tipo tilt-up es un método de construcción de un sistema de muros de concreto en la obra. A menudo se le llama prefabricado fundido en sitio, este método implica colar un elemento de concreto en una ubicación diferente a su destino final. Una vez que los paneles se levantan con una grúa, se apuntalan temporalmente hasta que los elementos estructurales finales del sistema de resistencia a fuerzas del edificio estén en su lugar. El desempeño de los paneles de los muros, tanto durante la construcción como en la estructura final, depende de las decisiones del ingeniero estructural.

Arriostramiento temporal

Este año, los daños por tormentas han vuelto a azotar a EE. UU., con algunas de las tormentas más grandes registradas afectando Missouri, Alabama, Minnesota y Kansas. Pero un importante proyecto de construcción con muros de concreto prefabricado cerca del Aeropuerto Internacional Lambert-St. Louis escapó de vientos históricos sin daños.

El 22 de abril, un tornado de nivel EF4 con vientos estimados de 320 km/h —el tornado más potente en 44 años en el área de St. Louis— arrasó el aeropuerto y un área suburbana densamente poblada. La tormenta destruyó hasta 100 viviendas, hizo añicos cientos de paneles de vidrio en la terminal principal del aeropuerto y lanzó un autobús de enlace sobre un tejado. Sin embargo, un edificio de oficinas cercano de cuatro pisos en construcción con paneles de hormigón prefabricados, permaneció en pie y sin daños.

El edificio de Express Scripts 3, de cuatro pisos, es una oficina y centro de datos. En el momento del tornado, aproximadamente el 95% del acero estructural estaba en su lugar en el edificio y el 75% de las losas de los pisos se habían vertido, aunque el techo aún no estaba colocado. Se espera que la construcción del edificio de 234,000 pies cuadrados, que duró un año, finalice en noviembre de 2011.

“Esta fue la segunda vez que este proyecto se enfrentó a un evento de vientos fuertes”, dice Marko Borovic, gerente de proyecto de Concrete Strategies, la compañía con sede en St. Louis que realiza el trabajo de elementos prefabricados (tilt-up) en el proyecto. El sitio fue golpeado por vientos de más de 70 mph en una fase anterior del proyecto cuando los muros eran mucho más vulnerables. “Se había programado trabajo en la soldadura de las placas de conexión, pero los paneles acababan de ser erigidos”, dice Borovic. “La mayoría de los paneles estaban sujetos por arriostramientos temporales utilizados para soportarlos durante el proceso de construcción, previo al montaje de miembros estructurales de soporte.”

Scott Collins, PE, ingeniero jefe adjunto de Meadow Burke, ubicada en Tampa, Florida, la empresa que suministró los sistemas y accesorios de elevación de concreto, dice que la mayoría de los soportes para los paneles estaban anclados a los sistemas Badgers de Meadow Burke, un sistema de anclaje de tierra helicoidal. Instalados en el exterior del edificio, estos anclajes y soportes dejan el interior del edificio libre para el montaje de la estructura de acero.

Los requisitos para el soporte de paneles durante la construcción difieren de cuando el edificio está ocupado. Los requisitos durante la construcción se basan en la suposición razonable de que la seguridad de las personas no es una preocupación importante después de cierta velocidad del viento, porque el contratista habrá retirado al personal del sitio de construcción.

Collins cita las Directrices de Arriostramiento contra el Viento publicadas por la Tilt-Up Concrete Association (TCA) como el estándar seguido. “Usando la guía de la TCA, diseñamos la estructura para resistir vientos de 90 mph, similar a la de estructuras permanentes, pero modificada por un factor estadístico de 0.8 para representar el corto período de tiempo en que los paneles se soportan temporalmente. Este factor reduce la velocidad real del viento utilizada para el diseño de arriostramiento temporal a 72 mph”, afirma.

Él señala que el arriostramiento temporal transfiere cargas enormes al punto de anclaje de la base del arriostramiento en condiciones de vientos fuertes. Aunque a veces se pide a los ingenieros que aumenten la velocidad máxima del viento para la condición de arriostramiento temporal, Collins afirma que no fue el caso en este proyecto.

“Los factores de seguridad recomendados por las Guías TCA de Arriostramiento contra el Viento son 1.5:1 para arriostramientos y 2.0:1 para anclajes de arriostramiento. Los arriostramientos utilizados para los paneles altos de 60 pies en el proyecto Express Scripts Building 3 tienen una resistencia última de 16 kips y, afortunadamente, no fueron cargados a su capacidad máxima”, dice Collins. “Los arriostramientos se fijaron a anclajes helicoidales que se instalaron en suelos razonablemente estables, lo que resultó en resistencias últimas superiores al promedio de casi 25 kips. Anticipo que el panel más grande con las cargas de arriostramiento más altas debería haber podido soportar teóricamente vientos de aproximadamente 96 mph”.”

Integridad de edificios

Según Jim Baty, director técnico de TCA, el sobresaliente desempeño de la estructura en un evento de vientos fuertes no es inusual. “Hay numerosos casos cada año de edificios construidos con paneles de muros prefabricados que han resistido fuerzas de tormentas significativas”, dice, “ya sea en la costa por huracanes o tierra adentro por tornados”.”

David Tomasula, PE, un ingeniero estructural y director de LJB Inc., Dayton, Ohio, señaló que LJB y sus socios de construcción de diseño/construcción han diseñado y construido más de 1400 edificios utilizando la construcción con paneles prefabricados (tilt-up) en los últimos 40 años. Según Tomasula, muchos de estos edificios fueron diseñados para resistir fuerzas extremas —como vientos huracanados, actividad sísmica, e incluso fuerzas de explosión— y confía en la capacidad del tilt-up para funcionar según lo previsto.

Lamentablemente, los tornados no se limitan al Medio Oeste. Premier Beverage, un edificio de 580,000 pies cuadrados en Tampa, Florida, con paneles de 45 pies de altura, experimentó un impacto directo de un tornado EF2.

“El daño principal provino de la canaleta de gran tamaño que se desprendió de la pared oeste —dice Randy Simmons, presidente de R.R. Simmons, Tampa, Florida—. La canaleta de metal en esta área rebotó sobre el techo, creando algunas perforaciones en la membrana, que son fáciles de reparar”.“

Florida es hogar de algunos de los códigos de construcción más estrictos del país, fortalecidos tras varios eventos significativos, incluido el huracán Andrew en 1992. Para Premier Beverage, el edificio fue diseñado para una carga de viento superior a la normal como medida de precaución para proteger el contenido. “Teníamos un techo de membrana por encima del estándar que era muy resistente a las fuerzas del viento”, dice Simmons. “El edificio tenía muy pocas penetraciones en la azotea que limitaban aún más las fuerzas horizontales que podían desgarrar el techo. Con el diseño de techo más rígido, el potencial de falla de los paneles se limitó”.”

Después de haber utilizado el sistema tilt-up durante décadas y de haber sido testigo de su excepcional rendimiento en eventos de vientos fuertes, incluidos huracanes de categoría 5, Simmons tiene una confianza tremenda en este método de construcción. Señala que los usuarios o propietarios responsables de edificios con contenidos de alto valor deberían reconocer el valor de mejorar la integridad estructural de sus sistemas de techos. “Sin muchas excepciones”, dice, “los sistemas de muros rara vez fallan a menos que sean derribados por un sistema de techo debilitado. La masa cortante del sistema tilt-up lo convierte en un sistema excepcional para resistir las fuerzas de nivel de huracán”.”

Origen Construcción en hormigón