Escrito por Don Greive, ingeniero profesional
Con contribuciones adicionales de Matt Postel y James R. Baty II, miembro de la Academia de Arquitectos de Estados Unidos (FACI) y miembro de la Academia de Arquitectos de Texas (FTC)A
La demanda de instalaciones de oficinas, almacenes y distribución está en su punto más alto. Estas estructuras varían en tamaño, desde menos de 50 000 pies cuadrados hasta más de un millón de pies cuadrados, e incluyen tanto edificios individuales como complejos con múltiples edificios. Si bien algunas de estas estructuras pueden ser edificios metálicos prefabricados con paneles de pared metálicos o paneles de pared inclinados, el tipo de construcción preferido utiliza paneles de pared inclinados que soportan la carga en el exterior, junto con una estructura de acero convencional en el interior. Por lo general, la construcción de acero utiliza columnas tubulares con vigas y vigas de techo en el techo. Desafortunadamente, un desequilibrio entre la oferta y la demanda está causando problemas con la adquisición de estos componentes.
SITUACIÓN ACTUAL
En el contexto actual, estos proyectos se enfrentan a múltiples desafíos en cuanto a costos y plazos. La principal causa de estos problemas está relacionada con las vigas de acero y las vigas maestras. Los precios se han más que triplicado en el último año y los plazos de entrega también se han alargado. Las estimaciones actuales de entrega son de siete a ocho meses a partir de la firma del contrato. Como resultado, los desarrolladores deben gastar más dinero y dedicar más tiempo, en comparación con hace un año, para entregar el mismo edificio. El impacto en el tiempo de construcción puede ser de casi tres meses, dependiendo del tamaño del proyecto.
Desde principios de este año, la TCA ha estado investigando los hechos relacionados con los graves desafíos que enfrenta el mercado del acero. A través de múltiples conversaciones con los principales productores de acero, entre ellos Nucor, Worthington Steel y Steel Dynamics, se ha logrado comprender a fondo tanto las causas como la posible duración de su impacto.
Inicialmente, la primera ola de la pandemia, que provocó un cierre generalizado en todos los mercados, tuvo uno de los mayores impactos en el sector manufacturero. A medida que las fundiciones se vieron obligadas a enviar a su personal a casa, las propias acerías quedaron inactivas o redujeron su actividad al mínimo. Aunque la inactividad se limitó a un par de meses en la mayoría de los casos, la reanudación de la producción requirió un plan gradual. Durante este tiempo, la construcción no se detuvo en la mayoría de los mercados y, de hecho, apenas se ralentizó. Se agotaron las existencias y, para cuando las acerías volvieron a funcionar a su capacidad normal, el daño ya estaba hecho. Múltiples industrias —incluidas la automotriz, la de electrodomésticos, la de accesorios metálicos, la de productos laminados y casi todos los mercados secundarios del acero— no pudieron pedir ni recibir suficiente acero para satisfacer la demanda. Esto se ha visto aún más limitado por una escasez global tanto de mineral de hierro como de acero reciclado, lo que ha dejado a las acerías con porcentajes de asignación muy inferiores a su demanda. El efecto dominó de esta realidad de las asignaciones afecta a todos los niveles de fabricación y distribución. Hay mucha más demanda que capacidad de suministro, y las acerías se centran en cumplir sus contratos, con poco o ningún margen para aumentar las compras o para lo que utiliza gran parte de la industria de la construcción: las compras al contado. Esto ha dado lugar a frustración, acaparamiento y plazos de entrega más largos.
Dado que los proveedores de vigas trabajan en varios turnos en sus líneas de producción, no parece que los plazos de entrega ni los costos vayan a mejorar en un futuro cercano. Según las proyecciones actuales, la industria del acero considera que este desafío se mantendrá a lo largo de 2021 y se prolongará hasta el segundo trimestre de 2022. Por lo tanto, es hora de considerar otras alternativas a las vigas y vigas maestras de acero.
OPCIONES
Hay varias opciones disponibles, incluidas alternativas a las vigas de acero. La solución más sencilla sería aceptar el aumento de los costos y realizar ajustes en el calendario. Probablemente, esto implicaría retrasar el inicio de la construcción para evitar un parón en la ruta crítica, durante el cual no habría mucha actividad mientras se espera la entrega de las vigas.
Otra opción sería encargar los paquetes de acero antes de los planos de construcción, con el fin de fijar el precio y la fecha de entrega en una fase más temprana del calendario del proyecto. Esto solo resolvería una parte del retraso en la entrega y probablemente no afectaría al aumento de los costos. Además, esto requeriría con frecuencia que el contratista general (CG) se incorporara a las primeras fases del proyecto, lo cual no es un modelo que sigan todos los desarrolladores.
Por supuesto, otra posibilidad son los edificios metálicos prefabricados (PEMB) o el uso de elementos estructurales de este tipo. Los PEMB implicarían la instalación de columnas alrededor del perímetro del edificio, lo que reduciría el espacio útil del mismo. Además, no está claro si el mercado está dispuesto a aceptar los PEMB como equivalentes a un edificio de acero convencional.
Otra opción podría ser sustituir las vigas de viguetas por vigas de ala ancha. Estas vigas suelen utilizarse de esta manera en proyectos que no cuentan con vanos de gran envergadura. Esto podría suponer un ahorro de tiempo en el calendario de obras, ya que las vigas de viguetas de gran profundidad tienen un mayor impacto en el calendario que las viguetas normales; sin embargo, las viguetas seguirán teniendo un plazo de entrega prolongado.
Existe otra opción disponible: el uso de perfiles de ala ancha en lugar de vigas de piso y vigas maestras. Esta opción podría permitir que estos proyectos volvieran a los plazos de construcción de hace un año, posiblemente con un ahorro neto de costos respecto a los precios actuales.
OPCIÓN DE VIGA DE ACERO
El uso de vigas de acero de ala ancha para estructuras de techo se ha vuelto muy atractivo en el mercado actual. Las vigas de ala ancha se pueden encargar a medida directamente a la acería y, por lo general, su fabricación no presenta complicaciones. Sin embargo, no basta con limitarse a elegir una viga de acero en lugar de una viga de piso. Es necesario analizar el proyecto en su totalidad, haciendo hincapié en la optimización del diseño y teniendo en cuenta diversos elementos.
El primer ajuste necesario al utilizar vigas de acero es cambiar el tablero. Se debe utilizar un tablero 3N en lugar del 1.5B. Esto permite espaciar las vigas mucho más de lo que permiten las vigas de vigas. Dado que las naves típicas miden 52’, 54’ o 56’, el punto de partida ideal para el espaciado de las vigas es de cuatro espacios por nave. Esto da como resultado un espaciado de entre 13’ y 14’, lo que equivale a que las vigas se ubiquen en cada unión de los paneles de pared inclinada, con una viga en el medio para la mayoría de los proyectos. Se deben revisar las presiones de levantamiento por el viento y verificarlas con las tablas de luces. Además, los requisitos de FM Global pueden afectar los alcances de la cubierta cuando se requiere conformidad. Por último, sugerimos consultar con los proveedores de cubiertas para confirmar que haya longitudes de cubierta disponibles para una configuración de tres tramos. Una vez determinado el espaciado inicial de las vigas, se pueden seleccionar los tamaños preliminares de las vigas para las correas y las vigas maestras. Recomendamos considerar el uso de curvatura en estas vigas para ayudar a reducir los tamaños.
Una vez determinado el trazado inicial, se puede diseñar el diafragma. Se debe evaluar tanto la rigidez de la cubierta como la de los elementos de fijación. Para optimizar el presupuesto, es importante tener en cuenta el costo de la cubierta, así como el de los elementos de fijación de la misma, incluidos los conectores de solapamiento lateral. Hemos observado que una cubierta de calibre 22 puede ser más rentable que una de calibre 20, incluso con un número significativamente mayor de sujetadores para la fijación. Los fabricantes de acero, los montadores y los proveedores de cubiertas son recursos valiosos para ayudar a optimizar el diseño de la cubierta.
En cuanto a las vigas, se puede considerar el uso de vigas en voladizo o encastradas. Dado que las vigas se encargarán directamente al fabricante, no es necesario tener en cuenta las limitaciones en cuanto a su longitud. Si se utilizan vigas en voladizo o encastradas, no se recomienda aplicar curvatura. Además, se necesitarían tirantes en el alma inferior. Si se utiliza este sistema y da como resultado vigas empotradas menos profundas, sugerimos revisar esto con los desarrolladores y los agentes inmobiliarios para asegurarnos de que no vean el cambio en las profundidades como un impedimento para los posibles inquilinos.
Si se sustituyen las vigas por vigas de viga-piso, ya no habría puentes en el techo. Sin embargo, es necesario verificar que las vigas soporten las cargas de levantamiento. En lugar de utilizar ángulos con una mayor separación, se pueden emplear vigas de ala ancha más pequeñas para arriostrar las alas inferiores de las vigas.
Es necesario analizar el impacto de las vigas en los demás oficios involucrados en el proyecto, especialmente en lo que respecta a los requisitos de los rociadores. El contratista de rociadores es aquel cuyo trabajo y costos se ven más afectados por el cambio en las vigas. Existen requisitos muy específicos para los rociadores en estos edificios, particularmente en cuanto a la distancia de los cabezales desde la parte inferior de la losa y la ubicación de los mismos. Las ramificaciones de los rociadores suelen pasar por las vigas de apoyo cerca de la losa. Por lo tanto, hay dos opciones con las vigas: una es perforar varios agujeros en las alas de las vigas para acomodar las tuberías de los rociadores a la misma altura a la que estarían si se utilizaran vigas de apoyo. La otra opción es pasar las tuberías por debajo de las vigas y utilizar una tubería vertical para situar los cabezales a las alturas adecuadas.
Si se decide perforar los alma de las vigas, se debe tener en cuenta el equipo del fabricante. Dependiendo del equipo, los agujeros podrían suponer un impacto mínimo para el fabricante, o bien podrían requerir una inversión considerable de tiempo y dinero. Además, la longitud recomendada para las ramificaciones de los rociadores es de 21 pies. Si la distancia entre vigas es demasiado estrecha, no se podrá instalar tubería de esa longitud y se producirá un aumento de los costos debido al uso de tuberías más cortas.
Otra ventaja de utilizar vigas es la posibilidad de ajustar la altura superior de las elevaciones de acero en el techo. La opción de vigas suele tener una profundidad menor que el sistema de viguetas o vigas-viguetas. Por lo tanto, existe la posibilidad de bajar la elevación del techo mientras se mantienen los mismos requisitos de altura libre. La cantidad variará según la geometría del edificio, pero podría estar en el rango de aproximadamente un pie. Esto podría ahorrar un pie de altura de panel alrededor del edificio, además de entre 21 y 31 TP3T en gastos de sellado y costos relacionados con la pintura de los paneles.
En cuanto al montaje de estructuras de acero, hay un número significativamente menor de elementos que instalar. Algunos montadores han panelizado con éxito secciones del techo en el suelo para luego colocarlas en su sitio de una sola vez. Potencialmente, se puede utilizar una idea similar con las vigas. Sospechamos que, a medida que el sistema de vigas se utilice en más proyectos, podrían surgir ahorros potenciales en los costos de montaje. Al considerar la opción de vigas en voladizo o de inserción, se debe consultar al montador sobre el impacto de la panelización, si se planea ese método.
OTRAS IDEAS PARA AHORRAR
Hay otras ideas que se pueden considerar y que podrían reducir los costos del acero. Sin embargo, hay que tener en cuenta que es posible que algunos promotores y agentes inmobiliarios no estén de acuerdo con estas sugerencias, debido a las diferentes opiniones sobre si afectarían a la comerciabilidad de la instalación.
La primera opción es una que llevamos años proponiendo que se tenga en cuenta. Consistiría en utilizar una pendiente de ½ pulgada por pie en las zonas de alta velocidad. Dado que las alturas libres requeridas no suelen comenzar hasta 6 pulgadas más allá de la primera línea de columnas interiores, las dimensiones de las vigas y las vigas-vigas maestras no se ven afectadas por este cambio. En cambio, para una bahía rápida típica de 60” de ancho, se produce una disminución de 15” en la altura de los paneles en los muelles, lo que se traduce en un ahorro de costos en esos paneles.
La segunda opción es considerar el uso de perfiles de columna de ala ancha en lugar de perfiles HSS o tubos. Actualmente, el precio de los tubos es más volátil que el de los perfiles de ala ancha y es más elevado por libra. Dependiendo de los precios disponibles y de las características específicas del edificio, es posible que haya disponibles perfiles de ala ancha más pesados que, aun así, resultarían menos costosos que los tubos. Para aquellos que requieran secciones cerradas en las columnas, una opción sería agregar placas a lo largo de las alas en las secciones inferiores de las columnas de ala ancha. Por supuesto, esto tiene un costo y puede hacer que los tubos sean una mejor opción.
RESUMEN
La sustitución de vigas de ala ancha por vigas de piso y vigas maestras es una buena opción en el contexto actual. El tiempo que esta opción siga siendo viable dependerá de los costos y los plazos de entrega de las vigas de piso y las vigas maestras. Es importante tener en cuenta los costos de fabricación y montaje, así como el impacto en otros oficios, y utilizar esta información para optimizar el diseño. Recomendamos que utilice los recursos a su disposición (incluidos su contratista general y los subcontratistas pertinentes) para facilitar el diseño.
Lamentablemente, no hay muchos proyectos disponibles para utilizar en un estudio de caso. En los pocos proyectos en los que se ha optado por la opción de vigas en lugar de la de viguetas, hemos observado que los costos del acero para la estructura del edificio se han reducido hasta en un 141 % y que el calendario de construcción se ha acortado considerablemente. Por supuesto, las cifras pueden cambiar rápidamente, ya que los costos de las viguetas siguen fluctuando. Próximamente se ofrecerá más información a medida que se considere la opción de vigas en más proyectos.
Acerca de los autores
Don Greive, ingeniero profesional, es director ejecutivo de Pinnacle Structural Engineers, con sede en Houston, Texas. Greive figura entre las 50 personas más influyentes del sector del hormigón prefabricado y actualmente forma parte de la junta directiva de la Asociación de Hormigón Prefabricado.
Matt Postel es presidente de Postel Companies, empresa especializada en la fabricación y el montaje de estructuras de acero en Texas.
James R. Baty II, miembro de la Academia de Ingenieros Civiles (FACI) y de la Asociación de Ingenieros Civiles de California (FTCA), es el director de asuntos normativos y técnicos de la Asociación de Hormigón Tilt-Up.
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