Características comunes de la construcción con paneles prefabricados

Palabras: James Baty, miembro de la Academia de Arquitectos de Estados Unidos (FACI)

Las uniones son una parte esencial de cualquier estructura de hormigón prefabricado y desempeñan un papel fundamental en el funcionamiento final de la estructura. El éxito de cualquier proyecto de hormigón prefabricado depende, en parte, de unas uniones bien diseñadas y fáciles de ejecutar.

Aunque el método de construcción «tilt-up» se aplica de forma diferente en todo el mundo, existen algunos detalles comunes que se utilizan en todo el sector. La Asociación de Hormigón Tilt-Up (TCA) ha completado recientemente una actualización de su presentación de estos detalles, que ya está disponible para su descarga en www.tilt-up.org/resources.

Los datos aquí incluidos, recopilados a partir de una amplia muestra del mercado actual de la construcción «tilt-up» —principalmente en Canadá y Estados Unidos—, no pretenden mostrar todas las variedades de uniones ni todas las combinaciones posibles de estructuras. Su objetivo es brindar al usuario la oportunidad de comprender la teoría que subyace a estas uniones típicas. Los principios mecánicos del diseño de muchas de las uniones empleadas para fijar los elementos estructurales a los paneles de hormigón «tilt-up» son similares a los utilizados en otros tipos de construcción con hormigón.

Existen básicamente dos tipos fundamentales de uniones de apoyo que se utilizan en las estructuras de hormigón prefabricado. Ambas implican el uso de algún tipo de placa de empotramiento de acero con pernos de anclaje con cabeza. Una de ellas es la unión de apoyo estándar, en la que el elemento estructural de la estructura se asienta en un hueco moldeado en el panel o se apoya directamente sobre la superficie del panel. Las uniones de apoyo son un tipo de unión positiva y, por lo general, más sencillas de construir, por lo que suelen ser más económicas. Además, minimizan la excentricidad de la carga para el diseño del armazón del panel. Sin embargo, no son tan tolerantes a los errores de colocación.

La otra conexión habitual es la de montaje en superficie, en la que la estructura se apoya sobre un asiento fijado a una placa de acero empotrada y moldeada en la cara del panel. Por lo general, estas conexiones requieren la fabricación e instalación de más piezas, por lo que pueden resultar más costosas. Además, dan lugar a una mayor excentricidad de la carga en el diseño del refuerzo del panel. Sin embargo, son más tolerantes a los errores de colocación de la placa empotrada. Las conexiones de montaje en superficie son compatibles con parapetos continuos.

A veces se utilizan anclajes instalados posteriormente para unir la estructura secundaria a los paneles. Estas uniones permiten un posicionamiento preciso, ya que se colocan en los paneles una vez que el hormigón se ha endurecido. También se utilizan cuando se olvida colocar una placa de anclaje de acero o esta se coloca en un lugar incorrecto.

En algunas aplicaciones o condiciones, se utilizan insertos especiales, como insertos en espiral con pernos en espiral, anclajes ranurados y perfiles estructurales empotrados, tales como vigas cortas.

La biblioteca de datos comunes para la construcción con paneles prefabricados de la TCA contiene ejemplos de estos tipos de uniones en cada una de las siguientes categorías:

• Estructura del techo y paneles: Estas conexiones transmiten las fuerzas de gravedad; la fuerza de elevación del viento; las fuerzas sísmicas y las fuerzas del viento fuera del plano; y las fuerzas del viento dentro del plano.
• Estructura del piso apoyada en el panel: Estas uniones transmiten las fuerzas de gravedad, viento fuera del plano, sísmicas, de deformación térmica, viento en el plano y sísmicas.
• De panel a losa sobre terreno: Estas conexiones transmiten las fuerzas eólicas fuera del plano, sísmicas, de deformación térmica, de presión lateral del terreno, eólicas en el plano y sísmicas.
• Del panel a la zapata: Estas uniones transmiten las fuerzas eólicas y sísmicas fuera del plano, las fuerzas eólicas y sísmicas dentro del plano, y la fuerza de empuje hacia arriba debida al vuelco.
• De viñeta a viñeta: Estas uniones transmiten las fuerzas eólicas y sísmicas en el plano para resistir el vuelco y la deformación diferencial.

El diseño y los detalles de las uniones de los paneles prefabricados deben ajustarse a las tolerancias estándar del sector. Se recomienda diseñar las uniones de manera que admitan un desplazamiento del elemento empotrado de hasta 1 pulgada en el plano del panel. Siempre que sea posible, los elementos empotrados deben disponer de una disposición simétrica en al menos un eje para simplificar su distribución y colocación en el panel.

Por motivos de seguridad y por razones económicas, los contratistas suelen querer instalar el mayor número posible de conexiones mientras los paneles aún se encuentran en el suelo. El diseño y la disposición de las conexiones deben tener esto en cuenta.

Con el fin de ofrecer una visión detallada del diseño de estructuras tilt-up, la TCA ha publicado recientemente el libro “Engineering Tilt-Up”. Escrito por Timothy W. Mays, Ph.D., P.E., y Joseph J. Steinbicker, P.E., S.E., “Engineering Tilt-Up” contiene principios básicos de ingeniería e interpretación de códigos, así como un análisis detallado de una estructura tilt-up y sus componentes. Esta completa guía desglosa el diseño tilt-up para formar tanto a principiantes como a ingenieros experimentados.

Además del contenido de los capítulos, “Engineering Tilt-Up” incluye tres ejemplos de diseño de edificios completos que presentan enfoques simplificados de las prácticas habituales para el diseño en situaciones y restricciones realistas, aunque complejas, que se tienen en cuenta en proyectos reales. “Al cumplir con los códigos y normas más recientes, el libro constituye un recurso único para los ingenieros especializados en construcción tilt-up que buscan un excelente resumen de las prácticas habituales en este campo y formas alternativas de garantizar el cumplimiento de la normativa”, afirmó Mays.

La biblioteca de detalles de construcción Tilt-Up, así como “Ingeniería de construcción Tilt-Up”, están disponibles en www.tilt-up.org/resources.