Tilt-Up en Invierno en Chicago

Texto de Mitch Bloomquist
Imágenes de Matthew McFarland, M Studio West

La Iglesia Copta Ortodoxa de San Marcos en Chicago comenzó su proyecto de expansión de su edificio en diciembre de 2014, justo a principios del invierno en el corazón del Medio Oeste. Optaron por construir con un sistema de concreto prefabricado (tilt-up) debido al ahorro de tiempo que permitía este método.

En muchas partes del país, la construcción en invierno presenta retos importantes. Los datos de la Oficina de Censo muestran que el gasto de construcciones no residenciales en el invierno desde 2012 a 2014 tuvo un promedio de 33% menos durante enero, febrero y marzo en comparación con los meses de julio, agosto y septiembre. El frío intenso, el hielo y la nieve crean ambientes laborales peligrosos y pueden hacer más lento el trabajo en una obra donde se debe continuar cumpliendo con los reglamentos estrictos de salud y seguridad. Cuando las condiciones climatológicas alcanzan niveles críticos, las operaciones inevitablemente se detienen.

Sin embargo, el mundo no puede detenerse por tres meses cada año. Para muchos propietarios, la construcción en invierno es necesaria. Refaat Abid Abdel-Malek, Ph.D., P.E., F.ASCE, quien se desempeña como representante del propietario para la construcción, explicó que la Iglesia Copta Ortodoxa de San Marcos en Chicago, una congregación de la Iglesia Copta Ortodoxa de Alejandría (Egipto), ha crecido de una congregación de 120 familias en la década de los 80 a más de 500 familias y continúa creciendo. La expansión era necesaria y la iglesia estaba ansiosa por comenzar el proyecto.

Con un santuario existente con capacidad para un máximo de 400 personas, la iglesia utiliza su gimnasio para ofrecer un segundo servicio cada domingo. Los servicios de adoración se llevan a cabo desde las 8:30 de la mañana hasta el mediodía. Dado que la escuela dominical y las actividades sociales se llevan a cabo después del culto, los servicios deben realizarse simultáneamente, ya que no hay tiempo suficiente para realizarlos en horarios diferentes. Un servicio se ofrece en una combinación árabe-copta y el otro se ofrece en inglés.

La expansión agregará un nuevo santuario con capacidad para 550 personas, creando un lugar de culto más cómodo y adecuado para uno de los dos servicios, liberando así el gimnasio para otras actividades. La iglesia ofrece su espacio a la comunidad cuando no está en uso y está incorporando espacio adicional para la comunidad, así como un espacio adicional para la escuela dominical a su expansión.

Barclay Gebel, vicepresidente de Concrete Strategies LLC, la empresa de construcción tilt-up para la construcción y diseño del proyecto de expansión de St. Mark, señaló que el edificio fue originalmente diseñado para una construcción convencional con estructuras de acero. “El propietario tomó la decisión final de cambiar el exterior del edificio a una construcción tilt-up en lugar de otros métodos”, dijo Gebel. “Paradigm Consulting (empresa de arquitectura) ha utilizado la construcción tilt-up en varios proyectos anteriores de iglesias y sugirió que las ventajas valían la pena ser analizadas”.

“Estábamos a finales de la temporada y queríamos tener la habilidad de trabajar durante el invierno, así que hicimos una pausa y analizamos nuestras opciones”, dijo Abdel-Malek. Ellos consideraron diferentes vehículos de entrega, incluyendo la construcción con bastidores de acero, bloques de concreto, prefabricados vaciados en planta y la construcción de tilt-up. Sin importar la estructura, ellos planean revestir los muros con ladrillo y piedra, para que coincidan con la arquitectura existente. “Considerando todo el ensamblaje de muros, los costos de cada una de estas opciones fueron sorprendentemente parecidos”, dijo Abdel-Malek. “Los tilt-up nos ofrecieron más flexibilidad con respecto al diseño arquitectónico, que era importante, y presentaba, por mucho, el programa más eficiente”.

El método tilt-up cuenta con una amplia documentación que lo califica como un método de construcción eficiente en climas fríos. “En los últimos años se han dedicado muchos esfuerzos de investigación a demostrar su eficacia para mantener un aumento de la resistencia del hormigón a pesar del frío, incluso en temperaturas ambientales gélidas”, afirmó Jim Baty, director técnico de la Tilt-Up Concrete Association (TCA). “Con paneles de concreto que alcanzan fácilmente la resistencia de diseño adecuada para la elevación, la ventaja se inclina rápidamente a favor del tilt-up. Las grandes secciones del encofrado de los muros se erigen con una sola operación de grúa, en comparación con otros sistemas de ensamblaje que requieren andamios y costosas estructuras similares a carpas para mantener temperaturas adecuadas para las condiciones de trabajo y el desempeño de los productos”. Un mito común sobre la construcción tilt-up es que no es adecuada para el clima frío. Esto no solo es falso, como lo demuestra el gran número de proyectos construidos cada año en Canadá y en otras regiones del norte, sino que además el sistema tilt-up demostró ser beneficioso para este proyecto en condiciones climáticas adversas. La velocidad de construcción, que hizo famoso al sistema tilt-up, aumenta en condiciones de clima frío, donde cada día cuenta.

“Estimamos de ocho a diez semanas para convertir el proyecto en tilt-up y construirlo”, dijo Gebel. Concrete Strategies comenzó a formar los paneles en diciembre de 2014. Los 46 paneles de carga tilt-up se vaciaron en tres losas de vertido reciclables separadas que rodean la huella del edificio. Debido a las restricciones del sitio, los paneles debían verterse en dos secuencias. La primera secuencia de paneles se construyó del 12 al 20 de enero de 2015. “Después de construir la primera serie de paneles, el tilt-up sale de la ruta crítica”, dijo Gebel. Como es típico con el tilt-up, los trabajadores de otros oficios pueden comenzar a trabajar rápidamente mientras se llevan a cabo las secuencias de paneles posteriores.

El día antes de que se programara para verter el concreto en la segunda secuencia de paneles, cayeron dieciocho pulgadas de nieve en la obra y hubo temperaturas más gélidas.

Según el Chicago Tribune, la ciudad pasó todo el mes de febrero rompiendo récords por las temperaturas más bajas y nevadas. El Servicio Meteorológico Nacional reportó que la temperatura promedio en febrero fue de 14.6 grados Fahrenheit, lo que empató el récord del mes establecido en 1875. La temperatura promedio normal de febrero en Chicago, según el servicio meteorológico, es de 27.7 grados Fahrenheit.

Para colmo, febrero también ingresará a los libros de récords como el tercer febrero con más nevadas, registrando poco menos de 27 pulgadas en el Aeropuerto Internacional O'Hare, una pulgada menos que la segunda mayor nevada de febrero, ocurrida en 1896.

Aunque la nieve presentó un reto, el frío fue cruel. “Trabajamos en temperaturas reales de hasta -6 grados Fahrenheit”, dijo Gebel. “Se requirió que todos los trabajadores se cubrieran toda la piel expuesta para evitar quemaduras por el frío y que tomaran descansos de al menos cuatro a quince minutos a lo largo del día para calentarse”. Se tuvo que prestar atención especial al equipo también. “Todos los equipos que utilizamos funcionaban con motores de diésel. Los dejábamos encendidos a lo largo del día y conectados durante la noche para mantener calientes los bloques del motor”. También se tuvo mayor cuidado para asegurar condiciones laborales seguras en el sitio. Se retiró la nieve por completo de las áreas de trabajo y se esparció arena sobre las áreas con hielo para evitar riesgos de resbalones.

Construir los paneles a temperaturas bajo cero presentó algunos retos, pero Concrete Strategies tenía las soluciones. Las cuadrillas usaron sopletes de gas propano para derretir el hielo de los cimientos, lo que permitió colocar los paneles y rellenar los insertos de elevación con anticongelante RV para mantenerlos libres de hielo y nieve. Se soltaron los paneles congelados a las losas de vaciado usando cuñas y puntales. Los paneles finales, que forman una torre impresionante, se construyeron el 23 de febrero de 2015.

La torre, situada en la esquina de la ampliación, complementa a una torre ya existente en el extremo opuesto del edificio. El diseño requería dividir una estructura en dos segmentos. Los primeros 44 pies de la torre debían tener una anchura de 16 pies y 6 pulgadas, mientras que el segmento superior se reduciría a 13 pies y 5 pulgadas de anchura. El retranqueo de alrededor de 18 pulgadas cerca de la sección media de la torre era demasiado grande para simplemente engrosar los paneles, ya que la torre debía albergar unas escaleras entre el sótano y el nivel del entrepiso por encima del santuario principal. La estructura de 70 pies de altura está compuesta por paneles apilados en dos elevaciones con un panel tilt-up horizontal como elemento de soporte de carga para los paneles superiores de compensación. “Optamos por utilizar una cubierta tilt-up horizontal en los paneles inferiores para soportar el peso de los paneles superiores y el revestimiento de mampostería”, dijo R. Douglas Antholz, ingeniero profesional (PE) e ingeniero estructural (SE), de KPFF Consulting Engineers. “La secuencia de la construcción no permitiría verter una solera de concreto después de construir los paneles inferiores y retranquear los paneles complicaba considerablemente su construcción”.

“Nos hemos acostumbrado a esperar paneles de una sola pieza con las iglesias”, dijo Scott Collins, PE, gerente de ingeniería en Meadow Burke, con sede en Tampa, Florida, la empresa que diseñó y proporcionó los sistemas y accesorios de elevación de concreto. “Lo bueno de trabajar con Concrete Strategies es que toman en cuenta por completo nuestras recomendaciones sobre las distribuciones de las juntas de los paneles para una mejor eficiencia general en la construcción de los paneles”. Muchos de los paneles en la obra tienen características especiales que complementan la arquitectura de la estructura original.

La Iglesia Copta Ortodoxa St. Mark existente se construyó en 1981 y se terminó en 1983. El edificio, ubicado justo al lado de la histórica Ruta 66 en Burr Ridge, Illinois, un suburbio acomodado de Chicago, en los condados de Cook y DuPage, tiene una fachada de ladrillos y piedra. Además de igualar la condición de los materiales de la estructura existente, la distribución de las masas de la ampliación también es sensible al edificio original.

Los paneles se desplazan hacia adelante y atrás para distribuir la masa de la estructura. En la mayoría de estos casos, los paneles se vaciaron con tramos de retorno integrales, eliminando la necesidad de paneles pequeños para cerrar los espacios fuera del plano en el perímetro. Aunque los retornos añadieron complejidad al diseño de la fachada, ahorraron tiempo y dinero durante la construcción.

En la parte frontal de la estructura, las aberturas altas, largas y arqueadas ofrecieron un contraste a la fachada monolítica del edificio original, mientras que las monumentales fachadas arqueadas unen el edificio nuevo con el antiguo. Las partes superiores de varios paneles adyacentes están curvadas para formar las grandes fachadas arqueadas. Las formas curvilíneas se presentaron en el plano al igual que en la elevación. Los paneles arqueados (radio exacto) se vertieron en estructuras hechas de madera y contrachapado construidas sobre las losas de vaciado.

Varios paneles con figuras irregulares no dejaron mucho espacio para tener diseños de elevación estándar. “Esto nos obligó a idear algunos patrones creativos de inserción que estoy seguro que dejó a algunos de los chicos en el campo rascándose la cabeza”, dijo Collins.

Quizá el panel más difícil de la obra, según Antholz, acabó siendo dos paneles en la fachada sur. “Tal y como se concibió originalmente, el panel de 58 pies de alto y 40 pies de ancho tenía una única abertura de 37 pies de ancho en la base”, explicó Antholz. “Por sí solo, es un panel difícil de diseñar, pero la complicación adicional de las cargas soportadas significaba que la arquitectura debía modificarse un poco”. El panel soporta el nivel principal del santuario en el interior, que está compuesto de tablones prefabricados de núcleo hueco cubiertos de concreto y un revestimiento de mampostería en el exterior. “Se añadió un elemento de columna de hormigón de 30 pulgadas por 18 pulgadas, vertido íntegramente en el panel, para soportar las cargas pesadas”, explicó Antholz. “Los tramos de retorno gruesos en los bordes del panel se analizaron de manera similar a los elementos de la columna de concreto con el fin de adaptar la carga a una altura mayor que la permitida utilizando los procedimientos de paneles de fachada (muro delgado) de ACI 318, cap. 14”. Dado que el panel habría pesado casi 200 000 libras, se tomó la decisión de dividirlo en dos.

Con el exterior del edificio revestido de ladrillo y piedra, los paneles se vaciaron con la cara interior del panel hacia abajo. “Desde el punto de vista de un anteproyecto, esto creó un reto para asegurar que estábamos usando la orientación correcta”, dijo Antholz. Normalmente, la cara exterior del panel se vierte con la cara hacia abajo pues la losa de vaciado proporciona el mejor acabado en la superficie. Verter los paneles de esta manera permitió que la cuadrilla colocara las piezas empotradas de acero justo en la losa en vez de tener que colgarlas desde la cimbra o del refuerzo de acero. El hecho de que los paneles nunca serían expuestos también ayudó en la colocación del equipo de soporte.

Según Collins, la mayoría de las riostras de los panales se anclaron a los Badgers de Meadow Burke, un sistema de anclaje al suelo helicoidal. Instaladas en la parte exterior del edificio, estas anclas y riostras dejan el interior del edificio abierto para erigir el acero estructural. Con 2 pies de escarcha presente, las anclas helicoidales no podían instalarse como se haría normalmente. Concrete Strategies utilizó una broca de 6 pulgadas para barrenar previamente los orificios para las anclas.

Aunque muchos aspectos de la construcción de este proyecto podrían considerarse anormales en comparación con un proyecto típico de tilt-up, el aprendizaje obtenido con este método de construcción es que es lo suficientemente flexible para adaptarse a algunos de los diseños y retos de construcción más difíciles. El tilt-up permitió que el proyecto avanzara cuando otros métodos de construcción eran demasiado lentos o limitantes.

Abdel-Malek compartió el entusiasmo de la iglesia por el producto que se les entregó y expresaron un gran agradecimiento al equipo de la obra. “Estamos muy impresionados con el profesionalismo de Concrete Strategies”, dijo Abdel-Malek. “Su esfuerzo honesto en cumplir con nuestro programa, su conducta en el sitio, su equipo y su mano de obra son todos de primera clase”.

Después del evento, se están reconociendo los beneficios adicionales de la decisión de la Iglesia de optar por la construcción con paneles prefabricados. “Al principio conocíamos los beneficios relacionados con el programa. No nos dimos cuenta plenamente de los beneficios adicionales de nuestra decisión”, dijo Abdel-Malek. “Ahora que se instalaron los paneles, estamos muy contentos con la durabilidad y calidad de los muros. Los beneficios relacionados con la eficiencia de energía también es algo que disfrutaremos por muchos años”.

SOBRE ESTRATEGIAS CONCRETAS

Miembro de la TCA desde 1989

Concrete Strategies emplea a alrededor de 350 empleados de campo y gana aproximadamente $100,000,000 en ingresos anualmente desde su oficina central en St. Louis, MO. La empresa tiene una asombrosa reputación por su velocidad, calidad y sobre todo operaciones, con un compromiso total con la seguridad. Durante los últimos 10 años, Concrete Strategies ha sido uno de los proveedores más grandes del país en servicios de concreto de tilt-up, terminando proyectos en 43 estados. Con 12 premios por Logros de la Tilt-Up Concrete Association (TCA), Concrete Strategies es reconocido continuamente por despachos importantes de ingeniería y diseño por su calidad y por introducir consistentemente medidas innovadoras de arquitectura y ahorro de costos en proyectos de tilt-up. El equipo experimentado en operaciones y diseño incluso ha convertido proyectos de vaciado en el sitio a tilt-up con objeto de ahorrar costos y tiempo al cliente, a la vez que garantiza la seguridad y acabados de calidad.

SOBRE KPFF CONSULTING ENGINEERS

Miembro de la TCA desde 2015

Fundada en 2002, la oficina de KPFF en St. Louis ofrece servicios de ingeniería civil y estructural a la industria de diseño y construcción. Sus ingenieros cuentan con décadas de experiencia en el diseño de estructuras de paneles precolados (tilt-up) para todo tipo de construcciones, incluyendo almacenes, escuelas, edificios industriales e iglesias. Además de su trabajo en la industria de paneles precolados (tilt-up), KPFF St. Louis ofrece una amplia gama de experiencia en ingeniería para todo tipo de edificios en los Estados Unidos, aplicando su vasta experiencia para resolver los problemas más difíciles y desafiantes.