Inglés | Traducción patrocinada por Grupo de productos Nox-Crete
La Asociación de Concreto Tilt-Up recientemente se ha involucrado en los esfuerzos de promoción para fomentar la adopción ampliada del mercado y la aceptación de paneles de muros sándwich aislados parcialmente compuestos.
Aunque no es un invento nuevo, estos paneles están experimentando un auge en la demanda debido a sus numerosas ventajas sobre otros sistemas, impulsado por los cambios en la aplicación del Código Internacional de Conservación de Energía, principalmente la presencia del requisito de aislamiento continuo junto con la expansión geográfica de los requisitos del valor de aislamiento. El auge en la demanda se está enfrentando con cierto titubeo por parte de los adoptadores importantes de la industria que podría suprimir el impacto final de la tecnología y la escala del mercado.
La comunidad de ingeniería de tilt-up, que desea que la forma en que estos paneles son analizados, diseñados y funcionan en el mundo real sea más transparente y accesible, hace un llamado a la acción sobre este tema. El asunto se ha discutido durante varios años en reuniones del comité de concreto de tilt-up (ACI 551) del American Concrete Institute, así como en la Junta Directiva de la Tilt-Up Concrete Association. El tema también ha sido objeto de varias conversaciones en la Convención y Exposición Internacional de Tilt-Up de los últimos dos años.
En respuesta al creciente interés por un entendimiento definido sobre el comportamiento y la confianza en la previsibilidad global (diseño), la Tilt-Up Concrete Association ha formado un grupo de trabajo especial. El grupo de trabajo de ingeniería de la TCA sobre paneles sándwich parcialmente compuestos, en una reunión con la Convención ACI en el otoño del año pasado, llegó a un consenso sobre 1) la necesidad de una mejor comprensión del comportamiento de estos sistemas y sus componentes, 2) el tipo de investigación que debe llevarse a cabo y 3) un esquema de un método unificado para el diseño de estos sistemas.
Existe una superposición considerable entre el comité ACI 551 y el grupo de trabajo de ingeniería de la TCA sobre los paneles sándwich parcialmente compuestos. El grupo de trabajo prevé colaborar estrechamente con el ACI 551 en la aplicación del producto de este esfuerzo en el código de concreto existente. Andrew McPherson (Seretta Construction, Orlando, FL), el presidente actual del ACI 551 y expresidente de la Junta Directiva de la TCA, presidirá el grupo de trabajo de la TCA. Contará con el apoyo de Philip Kopf, PE, FTCA (The Kopf Consulting Group, Inc., Marietta, GA), quien actuará como presidente técnico.
El grupo de trabajo ha recibido una propuesta de Marc Maguire, PhD de la Universidad Estatal de Utah que detalla un plan para desarrollar los datos y las herramientas necesarias para apoyar los objetivos del grupo de trabajo de la TCA.
¿QUÉ SON LOS PANELES EMPAREDADO PARCIALMENTE COMPUESTOS Y CUÁLES SON LOS BENEFICIOS?
Los paneles de muro sándwich de concreto convencional y aislado de tilt-up no compuesto están formados por un muro exterior delgado de concreto (arquitectónico), una capa de aislante y un muro interior más grueso de concreto (estructural). Las capas se unen mediante conectores no conductores con diferentes especificaciones de geometría y rendimiento. En esta aplicación, los conectores transfieren la carga vertical y horizontal de la fachada de regreso al muro estructural. Únicamente el muro de concreto estructural interior se utiliza para resistir las cargas estructurales.
Los paneles de muro sándwich parcialmente compuestos difieren en que ambos muros de media pulgada de concreto se consideran para contribuciones a la capacidad de soporte de carga y la resistencia a la fuerza del panel. Esto se logra mediante un diseño de conector más complejo y robusto entre los muros de media pulgada, que facilita la transferencia de cargas de adelante hacia atrás a través del medio aislante que los separa. Con ambos muros de media pulgada actuando en conjunto, se asume (alcanza) un comportamiento cercano al espesor completo del panel, proporcionando un uso más efectivo del concreto. Esta efectividad puede permitir un uso general de materiales más económico y eficiente. La Figura 1 muestra diseños típicos de un panel de 32 pies con un viento típico de 90 mph, exposición C. En otras palabras, un panel de almacén común.
Como se muestra arriba, los paneles parcialmente compuestos reducen la cantidad de concreto necesaria en un panel de muro, creando un ahorro de costos. Existe el potencial de que estos paneles más ligeros sean adecuados para áreas sísmicas, ya que se reduce la masa de los muros del edificio. Incluso pueden proporcionar cierta amortiguación o absorción de energía cuando se utilizan en aplicaciones de muros de cortante. Los paneles más ligeros también ayudan a reducir los costos de construcción (grúa más pequeña) y pueden extender la construcción de "tilt-up" a paneles incluso más altos de lo posible actualmente, al aumentar la profundidad efectiva sin aumentar la cantidad de concreto.
MERCADO ACTUAL
Casi 180 millones de pies cuadrados de paneles tilt-up se construyeron en 2017 y menos del 10 por ciento de los edificios tilt-up utilizan algún tipo de construcción de panel emparedado aislado (compuesto o no compuesto).
Los paneles de muros de concreto aislados que ofrece la industria prefabricada (manufactura en planta) muy a menudo están diseñados con metodologías que asumen un alto porcentaje de comportamiento compuesto que se acerca a una respuesta de espesor total a las cargas aplicadas. El porcentaje de paneles de muros aislados en la industria de tilt-up que utilizan una acción parcialmente compuesta en el diseño es mucho más bajo. Un porcentaje muy pequeño, menos del 5%, de todo el tilt-up aislado es parcialmente compuesto. Nuestro grupo de trabajo estima que esto podría aumentar a más del 50spués de que la tecnología sea algo predominante.
La altura potencial de estos paneles también se verá afectada por esta investigación. La altura promedio actual de los paneles pretiles parcialmente compuestos es de alrededor de 35 pies. Este número también podría aumentar drásticamente con el apoyo de más investigación y metodologías de diseño accesibles.
POTENCIAL DE CRECIMIENTO Y APLICACIÓN CASI ILIMITADOS
Como se mencionó anteriormente, el mercado de paneles de muros aislados experimentará un crecimiento tremendo a medida que se implementen los cambios en el código de energía. Sin entrar en detalles sobre la aplicación del Código Internacional de Conservación de Energía, más del 98% de todos los edificios deberán tener un valor R mínimo en el muro de 5.7 o más. Los valores R son solo para las zonas climáticas 1 y 2, que representan solo la franja costera inferior de todo Estados Unidos y Hawái. Los climas restantes siguen aumentando a partir de ahí. El estado de Texas, que es actualmente el mercado más grande de tilt-up, tiene requisitos continuos de valor R en los muros de 5.7, 7.5 y 9.5, comenzando desde el sur hacia el norte, sin que ninguna parte del mercado esté exenta de aislamiento continuo debido a motivos climáticos. Por lo tanto, la aplicación de paneles sándwich aislados en la industria de tilt-up tiene un potencial de volumen prácticamente ilimitado.
Con respecto a los tipos de edificios, la construcción tilt-up ya se emplea con regularidad en todo el país para edificios de oficinas de varios pisos, centros de distribución, escuelas, bibliotecas, centros comerciales, instalaciones industriales, edificios gubernamentales y más. El apoyo a la innovación de la industria tilt-up tiene un impacto amplio y diverso.
UN MÉTODO MÁS ACCESIBLE
Aunque hay aspectos que desconocemos sobre los paneles sándwich de concreto aislados parcialmente compuestos, se ha hecho un buen trabajo en el pasado. El comité de paneles de muro sándwich prefabricados del Precast Institute publica un informe titulado “State of the Art of Precast/Prestressed Concrete Sandwich Wall Panels” (Vanguardia de los paneles de muros sándwich de concreto prefabricado/pretensado) que contiene muchísima información relacionada con la historia de los paneles de muros sándwich, su aplicación, diseño y consideraciones de los detalles, rendimiento de aislamiento y el estrés, montaje y arriostramiento de los paneles. El informe se queda corto en cuanto a proporcionar algún tipo de metodología de diseño universal.
Actualmente, cada fabricante de conectores para paneles compuestos utiliza una metodología de diseño propia para ofrecer un producto de ingeniería, similar a la de un marco de madera diseñado o a un panel de muro prefabricado. El problema con este método en la industria de tilt-up es que el fabricante de los conectores no es el ingeniero responsable del panel. Otra consideración es que el ingeniero no tiene control sobre la fabricación, como sucede en la industria de prefabricados, y la realidad de la mano de obra de producción de licitaciones públicas, así como la responsabilidad sobre la construcción de paneles, aumenta la brecha entre el diseño y la construcción. Además, a diferencia de un marco de madera diseñado, donde cada elemento tiene propiedades bien definidas y documentadas, existen puntos desconocidos, o como mínimo, discrepancias asociadas con los conectores en los paneles de concreto aislados parcialmente compuestos.
Como se mencionó anteriormente, esto es problemático para los ingenieros de estructuras tipo tilt-up que desean comprender mejor el comportamiento y las metodologías de diseño de estos sistemas. Esta solicitud de la comunidad de ingeniería para obtener más investigación y transparencia, al tiempo que se aborda un posible problema de responsabilidad, proviene de su responsabilidad profesional como un profesional certificado.
Por lo tanto, debido a la realidad del mercado que impide la responsabilidad de una sola fuente por el diseño del sistema de aislamiento y la construcción del panel, similar a lo que existe en la producción de una estructura de madera o panel prefabricado, la relación tradicional entre diseño y construcción es un vehículo de entrega esencial.
LA RUTA HACIA LA ADOPCIÓN POR EL MERCADO
La intención del grupo de trabajo de ingeniería de la TCA sobre paneles sándwich compuestos es trabajar dentro del marco establecido del ACI 318 y en los procesos de aprobación del Consejo Internacional de Códigos y la Sociedad Estadounidense para Pruebas y Materiales para promover metodologías universales de pruebas y diseño que también podrían resultar en un reconocimiento o modificación del código. La facilidad con la que estos sistemas se pueden incorporar en el diseño del proyecto sin circunstancias o consideraciones especiales es fundamental para su escala de impacto. Para lograrlo, la compatibilidad de diseño corroborada con los códigos y la posible aceptación de dichos códigos es exactamente lo que se necesita para que los ingenieros de diseño utilicen plenamente su potencial sin esfuerzo o riesgo indebido.
El objetivo es hacer que esta tecnología prometedora sea predominante eliminando las barreras creadas por las prácticas propias, la investigación limitada específica a la industria del tilt-up, así como la falta de pruebas estandarizadas que permitan a la comunidad de ingeniería del tilt-up tener acceso total al conocimiento del comportamiento, rendimiento y predictibilidad general de los paneles sándwich aislados parcialmente compuestos. Lograr esto proporcionará a los propietarios medios económicos y de alto rendimiento para cumplir con los códigos de energía cambiantes en línea con todo lo que esperan de la construcción de paneles de muros de concreto de alta calidad. Es una victoria para la industria del concreto, la comunidad de ingeniería, el medio ambiente y los consumidores.
GRUPO DE TRABAJO DE INGENIERÍA DE LA TCA SOBRE LOS PANELES EMPAREDADOS PARCIALMENTE COMPUESTOS
Andrew S. McPherson (Presidente) (Presidente del ACI 551)
Philip Kopf, P.E., F.TCA (Presidente Técnico)
Craig J. Olson, Ingeniero Profesional.
James R. Baty II, F.ACI (por oficio)
John G. Hart, P.E., S.E.
Jeffrey R. Needham, PE, SE, F.TCA
Marc Maguire, PhD (de oficio)
Mitch Bloomquist (de oficio)
Scott Collins, I.C.
Kimberly Waggle Kramer, P.E., S.E., F.ACI
Jim Lintz, P.E., S.E., LEED AP
Joseph J. Steinbicker, P.E., S.E., F.TCA
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