Modelacin estructural de edificios de hormign armado prefabricados.

MSc. Ing. Jos Mara Ruiz Ruiz

Facultad de Construcciones

Universidad de Oriente

Cuba

CONTENIDO

I Introduccin.

II Sistemas Constructivos.

Para viviendas.

Para usos sociales.

Prefabricacin:

Produccin en un lugar de la obra o fuera de ella de los elementos componentes de una estructura, que despus sern transportados, izados y colocados en su lugar definitivo de manera que conformen una estructura completa de la edificacin proyectada.

Aunque el concepto de prefabricacin es anterior al de hormign y al hormign armado como materiales, la invencin de este ltimo como nuevo material de construccin (patentado por Monnier en 1867) se convirti de hecho en premisa para el surgimiento de prefabricacin de elementos de dicho material.

Ya en un a fecha tan temprana como 1891 una empresa francesa prefabrica vigas de hormign armado, en 1904 se ejecuta en Francia el primer edificio de grandes paneles.

Estos primeros pasos se convirtieron en las premisas de

UNA NUEVA FORMA DE CONSTRUIR

Durante las primeras dcadas del siglo XX se fueron creando las condiciones que permitiran la asimilacin a gran escala de esta nueva tcnica constructiva.

Hombres como Edison, Atterbrury, May, Gropius, Le Corbusier y Perretfueron los pioneros en el uso de esta tcnica. Sus experiencias se convirtieron en los primeros intentos de aplicacin, que sin embargo, se vieron obstaculizados por razones materiales, principalmente por el desarrollo de los medios de transporte y de elevacin, as como tambin por razones subjetivas: la desconfianza, la incomprensin y el rechazo a la nueva tcnica por parte de los usuarios y especialistas.

No es hasta la culminacin de la Segunda Guerra Mundial que se dan las condiciones necesarias para la introduccin de mtodos avanzados de construccin, a consecuencia de las gigantescas proporciones de las devastaciones ocasionadas por el conflicto. Es precisamente en ese momento que la prefabricacin inicia su desarrollo sostenido.

La prefabricacin representa una revolucin dentro de los esquemas clsicos de organizacin de la ejecucin de una obra, ya que significa la introduccin de nuevos mtodos y procedimientos tcnicos, lo cual significa un considerable ahorro de fuerza de trabajo, de materiales en general y una reduccin apreciable de los plazos de ejecucin, adems de las mejoras sociales que traen aparejadas debido al cambio de las condiciones de trabajo que se hacen ms humanas para el obrero.

Puede afirmarse que la prefabricacin como tcnica de construccin:

Mejora la organizacin del trabajo.

Permite aumentar el nivel de mecanizacin de las labores.

Posibilita introducir mtodos afines a la produccin industrial.

Permite incrementar la productividad del trabajo.

Da la posibilidad de disminuir los costos de ejecucin.

Ventajas e Inconvenientes de la Prefabricacin

Ventajas:

En la economa:

- Uso repetido de moldes.

- Economa total o parcial de madera.

- Reduccin del tiempo de trabajo.

- Reduccin de la mano de obra.

- Posibilidad de producir en masa mediante la normalizacin y la tipificacin.

- Reduccin del consumo de cemento y hormign en obra.

En la produccin:

- Permite obtener una organizacin del trabajo de tipo industrial.

- Brinda la posibilidad al obrero de trabajo en condiciones ms racionales.

- Se puede lograr un aumento de la produccin y calidad de los elementos.

- Mejora la calificacin de la mano de obra.

- Se evitan las interrupciones durante el hormigonado.

En el proyecto:

- Permite el uso de secciones estructurales ms racionales.

- Da la posibilidad de menos juntas de dilatacin.

- Se disminuyen considerablemente los efectos de la retraccin.

- Ofrece la posibilidad del uso del pretensado.

- Facilita el ensayo de elementos antes de su colocacin.

- Posibilita el uso de estructuras desmontables.

Inconvenientes:

- Dificultad para lograr estructuras con monolitismo completo.

- La solucin de las juntas no siempre es fcil y su comportamiento y no siempre es predecible.

- Requiere el uso de costosos equipos de izaje.

- Requiere del uso de elementos sustentacin provisional.

- No siempre se puede lograr un sistema de fragmentacin que garantice un comportamiento estructural ptimo.

- Generalmente se requiere de plantas de produccin cuya inversin inicial es muy elevada y con perodos de amortizacin elevados.

- Elevados costos de transportacin.

Criterios generales y principios bsicos para la realizacin de un proyecto con elementos prefabricados de hormign armado.

El xito de una obra prefabricada depender del grado de cumplimiento de las exigencias planteadas por cada una de las etapas que la componen:

- Produccin de los elementos.

- Transporte y almacenamiento de los elementos en obra.

- Montaje de la obra.

- Solucin de las juntas.

En general debe tenerse en cuenta los siguientes aspectos:

1. Determinacin de la forma adecuada, las dimensiones y el peso de los elementos componentes de la estructura de manera que estn acordes con las exigencias de la produccin, el transporte y el montaje.

2. Fragmentacin de la estructura en elementos componentes que respondan a las necesidades estructurales y constructivas y las restricciones que impone la produccin.

3. Aseguramiento de la estabilidad de los elementos durante las etapas de transporte, almacenamiento y montaje. Esta se logra a travs de de la propia forma del elemento o con el uso de aditamentos de fijacin provisional.

4. Diseo de las juntas o conexiones de forma tal que facilite el proceso de produccin y que posteriormente ofrezca una adecuada al montaje y construccin.

5. Condiciones tecnolgicas disponibles y el aseguramiento material.

Sistemas Prefabricados Utilizados

en Cuba.

Sistemas Prefabricados para Viviendas.

Sistema Sandino.

Antecedentes

El sistema constructivo Sandino tiene sus antecedentes en el sistema constructivo Novoa de prefabricacin, el cual surgi unos aos antes del triunfo de la Revolucin, obedeciendo al programa de enriquecimiento personal del Arquitecto e Ingeniero Jos M. Novoa, que competa con otros en la venta de viviendas.

En virtud de inquietudes tcnicas provocadas por la competencia mercantilista y condicionada por el sistema socio-econmico de la poca, trat de lograr la construccin econmica de viviendas dentro del campo de la resistencia, durabilidad, in combustin, ventilacin, higiene, etc.

A tales efectos, organiz y desarroll el sistema que lleva su nombre, a travs de plantas mviles de produccin de elementos, o sea, instalaciones que pudieran ser instaladas de un lugar a otro y operadas al pie de obra, segn las necesidades. Es decir, que el sistema Novoa, fue concebido, proyectado y operado como un sistema de fabricacin a pie de obra para construir grandes ncleos de viviendas.

El sistema consiste en una solucin constructiva de elementos ligeros basados en paredes compuestas por elementos prefabricados (columnas y paneles) cuyo peso oscila en ambos casos alrededor de 65 kg.

El mdulo utilizado es de 1.04 m entre ejes de columnas. El espacio entre columnas es ocupado por paneles de hormign, cermica carpintera. La luz empleada en cubierta es fundamentalmente de 3.12 m.

Para edificaciones de una planta con crecimiento longitudinal seutilizarn columnas especiales de 0.15 x 0.25 cada tercer mdulo. Estas construcciones, sin junta de dilatacin, tendrn como mnimo 72.00 m.

En el caso de necesitarse luces mayores que las mencionadas anteriormente para otros programas, estas pueden lograrse mediante vigas o cerchas diseadas al efecto utilizando las columnas especiales del Sistema.

El puntal libre obtenido con cerramiento de 0.30 es aproximadamente de 2.50 m.

Aunque el elemento reforzado en la pared es la columna, la prctica ha demostrado que estructuralmente trabajan de conjunto columna y panel.

La junta cimiento-columna se realiza mediante el empotramiento de la columna en vasos dejados al hormigonar la viga zapata.

Este sistema permite solucionar la cubierta con:

-Canaln

-Planchas acanaladas de asbesto-cemento

-Viguetas de hormign armado con distintas soluciones:

El Sistema est constituido por los siguientes elementos, atendiendo a su funcin en grupos:

Losas:

Elementos estructurales horizontales de hormign armado usados en entrepisos y cubiertas que necesitan vigas para transmitir las cargas, ya que no salvan toda la luz espacio a cubrir.

Vigas Cimiento:

Servirn de apoyo a las columnas, son de hormign armado y de tres tipos:

V1- de 0.79 CMS de largo y 0.052 ton de pesoV2- de 1.83 CMS de largo y 0.116 ton de pesoV3- de 2.87 CMS de largo y 0.182 ton de peso

Columnas:Las columnas normales del Sistema son de hormign armado, con una seccin de 0.11 x 0.11 m. Tienen una altura de 2.435 m y un peso que flucta de 63 a 71 kg, en dependencia del nmero de ranuras. Las columnas especiales son de seccin de 0.15 x 0.22 y un largo de 2.735 m, con un peso de 0.193 ton.

Paneles:Son elementos estructurales de pared, de hormign, que se apoyan de columna a columna, capaces de resistir las cargas horizontales. Sus dimensiones son de 945 x 486 x 62 Mm. y su peso 65 kg.

Marcos de Ventana:Existen cuatro tipos de marcos:-MV1-para hoja ventana lisa.-MV2- para ventana de tablilla de 0.942 de alto.-MV3- para ventana de tablilla de 1.395 de alto.-MV4- para ventana de pivote.

Marco de puerta:Se puede utilizar el marco, girando 180,tanto embisagrado a la derecha como a la izquierda.

Gran Panel Sovitico.La primera manifestacin de de introduccin de tecnologas avanzadas de produccin de viviendas fue en 1964, raz de la donacin por la entonces Unin Sovitica a Cuba de una planta completa tipo 1-464, a consecuencia del gran impacto que tuvo en el sector de la vivienda en la regin oriental de pas el devastador huracn Flora. Esta planta garantizaba una produccin de 1700 viviendas anuales con esta tecnologa.

Este tipo de planta no se generaliz en el pas, entre otras razones debido a que los edificios estaban especialmente diseados para carga ssmica, la cual es prevaleciente en la regin sur oriental del pas.

Es un sistema constructivo para edificios de viviendas de hasta 5 plantas a base de grandes paneles de hormign, armado con muros portantes en dos direcciones (sistema cruzado) y elementos producidos horizontalmente en planta de dimensiones reducidas con un bajo nivel tecnolgico.

Este sistema constructivo surgi como sistema cerrado de viviendas de cuatro plantas, con dos y tres cajas de escaleras y con posiciones familiares de 4 y 6 personas. En dependencia del nmero de cajas de escaleras los edificios constaban de 16 y 24 viviendas.

Los proyectos arquitectnicos conforman edificios tipo pantalla en 4 o 5 plantas con balcones y patios de servicios en las fachadas principal y posterior respectivamente Las longitudes de los edificios son de 30.00 y 45.00 m para dos y tres cajas de escaleras respectivamente. Su ancho bsico es de 10.00 m.

Por tratarse de un sistema cerrado con muros portantes en ambas direcciones, no es posible lograr variedades de soluciones funcionales, expresin plstica y riqueza volumtrica, por lo que su uso masivo conduce a la monotona en el ambiente urbano. Adems el sistema no admite el uso de planta baja libre, ni la adecuacin al relieve de sitios irregulares, por lo que siempre sern necesarias superficies de construccin horizontales o con muy pequeas pendientes.

Los componentes prefabricados del sistema son:

Paneles estructurales, sanitarios, de cierre e interiores no portantes, losas para planta baja estructural, losas de entrepiso y cubiertas y ramas de escaleras.

Los tabiques no estructurales que cierran la zona de servicio son de 7 cm de espesor. Los cierres exteriores al igual que todos los paneles portantes del sistema son de hormign armado y 10 cm de espesor .Las losas tienen 9 cmde peralto total.

Planta de Prefabricado de Gran Panel

En Cuba se han desarrollado varias variantes de sistemas a base de grandes paneles, los cuales han sido utilizado para desarrollar amplios planes de construcciones de viviendas en todo el pas.

Entre ellos se pueden citar:

Gran Panel IV.

Gran Panel VI.

Gran Panel 70.

Gran Panel Polaco.

Sistema IMSEl sistema estructural IMS, fue concebido por el profesor Ingeniero Branco Zezelj en el ao 1956. En el Instituto para la Investigacin de Materiales de Serva en Belgrado, Yugoslavia. La tecnologa se ha usado a lo largo de todo el territorio Yugoslavo. Despus de la Segunda Guerra Mundial ms del 50% de los apartamentos en la capital del pas fueron construidos con IMS. Tambin puede encontrarse en las ciudades de Novi Sad, Nis, BanjaLuka, Sarajevo, Tuzla, actualmente una parte de Bosnia y Herzegovina y en otros pases, como Cuba, Rusia, Georgia, y China. Se han construido alrededor de 400 mil unidades de edificaciones (aproximadamente 2.5 millones de m de rea construida). En cuba se comenz a construir experimentalmente en la dcada del 60.

Caractersticas principales del sistema.El objetivo fundamental de este sistema constructivo era desarrollar un nmero mnimo de elementos prefabricados con los cuales fuera posible proyectar el mayor nmero de edificios diferentes. Aplicando el principio de la prefabricacin abierta, se logr una estructura basada en una red modular simple conformada a partir de una o dos losa casetonadas, de dimensin igual al mdulo, con cuatro columnas ubicadas en las esquinas, que se unen mediante una junta postesada, formndose una estructura de esqueleto que carece de vigas que pueden crecer en las tres direcciones. La distribucin de los mdulos y las paredes de concretos (tmpanos) es preferible en forma simtrica, aunque se excluyen configuraciones asimtricas. En cuanto a las losas con hueco o no, escaleras, tabiques, cabinas sanitarias, entre otros se pueden ubicar sin ninguna restriccin dentro de la planta. Las plantas solo estn constituidas por las columnas y la disposicin de los tmpanos, y en el caso de las construcciones en zonas ssmicas deben aplicarse configuraciones simtricas de acuerdo con las normas de diseo estructural. Este sistema permite la proyeccin de edificios prismticos (tipo pantalla) y concentrados (torres), los cuales puedenser regulares, tubulares, pueden tener forma de L, H y T, o combinaciones de ellas, formando el acoplamiento de distintos volmenes, aunque habran algunas limitaciones como la ubicacin de los tmpanos, la distancia entre juntas de expansin y los parmetros de los dispositivos de izaje.

Es un sistema muy verstil, que con un mnimo de restricciones permite proyectar una variedad de volumetra, con un puntal de NPT a NPT de 2.70 m pudindose utilizar puntal y medio en la planta baja, y en las dos ltimas.

El sistema no necesita de la tabiquera interior para su estabilidad estructural, proporcionando as una gran flexibilidad al poderse situar en cualquier posicin. Como todo sistema de esqueleto puede ser cerrado exteriormente con entera libertad. Este cierre pude ser con paneles, parapetos y pretiles. Dispone adems de un conjunto de elementos prefabricados catalogados, a partir de los cuales se generan los distintos proyectos especficos.

Solucin estructural fundamental.

La solucin estructural fundamental de este tipo de edificio de marco espacial, est dada por prticos que resultan de la unin mediante la friccin que genera la fuerza de compresin impuesta por el pretensado de las columnas y los nervios perimetrales de las losas, en las dos direcciones horizontales ortogonales. Resultando as un sistema reticular espacial con vigas implcitas en las propias losas. Se han realizado varias pruebas para chequear el comportamiento de la junta formada en la unin columna-losa. Varios modelos fueron sometidos a cargas estticas y dinmicas y las pruebas demuestran que el fracaso ocurre en los elementos conectados (es decir, en la losa de tablero) y no en la propia junta.

Pretensado. Ventajas y desventajas.

El concepto original del hormign pretensado consideraba que la estructura se encontraba libre de grietas o fisuras bajo cargas de servicio, teniendo adems mayor rigidez pues la seccin total es efectiva. En algunos aspectos se considera ms flexible, pues permite acomodar los efectos de fluencia y retraccin. Puede utilizarse de una forma ms eficiente los hormigones de altas prestaciones, simplemente ajustando la fuerza de pretensado. La precomprensin del hormign reduce la tendencia del agrietamiento inclinado y el uso de tendones curvos produce una componente vertical que reduce el cortante externo. Por otra parte el hormign pretensado tiene una gran habilidad para absorber energa (resistencia al impacto) y alta resistencia a la fatiga. Tambin permite un ensayo parcial del acero y hormign a travs de la aplicacin del pretensado (esfuerzos superiores iniciales).

Paredes de concreto reforzado (Tmpanos).

Se utilizan los tmpanos o diafragmas constituidos por paneles de hormign armado, para limitar las deformaciones horizontales impuestas por la accin del viento y el sismo. Las paredes de tmpano son los elementos estructurales principales que proporcionan la resistencia lateral en este sistema. Estas paredes consisten en tableros deconcretos reforzados (tpicamente 15 centmetros de espesor) adjuntos con las dos columnas adyacentes. Al igual que los tmpanos, las columnas absorben la carga axial adicional (Compresin- Traccin) debido al momento torsor. Por tal motivo los tmpanos se sujetan a las columnas, para disminuir estos efectos. Es muy importante asegurar la continuidad de las paredes de tmpano en ambas direcciones a lo largo de la altura del edificio.

Generalmente la estructura de esqueleto, sin las paredes de concreto puede sostener los efectos de fuerzas laterales producidas. Sin embargo movimientos excesivos demasiados flexibles produciran efectos perjudiciales en los elementos no estructurales. Las paredes de tmpano tienen por consiguiente un papel importante en la estructura, aumentando la rigidez lateral de la misma y limitando las desviaciones laterales al nivel aceptable. Normalmente estos edificios se localizan en lo centro urbano y los efectos en cuanto a daos y perdidas de recurso y vidas humanases son una gran preocupacin. Por esa razn, la concepcin de los tmpanos incluyendo su nmero y distribucin, necesita ser analizada cuidadosamente. (Varios edificios de este tipo sostuvieron los efectos del terremoto ocurrido en Banja Luka en 1968 sin sufrir ningn dao).

Surtido de elementos del sistema IMS.

Est compuesto por un reducido nmero de marcas agrupadas tipolgicamente).

Cimiento aislado (plato-vaso) Pedestal.Columnas.Losas.Vigas de borde.Vigas de borde de voladizo.Tmpanos.Escaleras.Paneles de fachada.Parapetos y pretiles.Paneles divisorios de hormign.Paneles divisorios ligeros (de materiales diversos).Cabinas sanitarias.

Caractersticas de los elementos principales.

Los todos los elementos estructurales se fabrican de antemano en la planta de produccin que usan las plantillas de acero. Para los proyectos de tamao ms pequeos, la prefabricacin puede llevarse a cabo en el sitio de la construccin. La ereccin es simple y rpida, y se lleva a cabo mediante equipos y dispositivos de izaje (gras, etc.). El apoyo temporal de los elementos necesita ser proporcionado antes de la conexin permanente por el pretensado.

Cimiento aislado:

Poseen ranuras en sus caras exteriores para recibir a los tmpanos, pueden ser usados en edificios de hasta cinco plantas. (En caso de edificios altos, se utilizar cimentacin en balsa)

Pedestal:

Dimensional y estructuralmente son semejantes al las columnas de un tramo.

Columnas:

Pueden ser de longitud de uno, dos o tres niveles, con seccin cuadrada de (0.30*0.30) m hasta (0.38*0.38) m.

Losas:

Sus dimensiones pueden variar en mdulos de 60 cm. desde (3.00*3.00) m hasta (7.20*7.20) m. En Cuba se ha generalizado para vivienda de(4.20*4.20) m. Para luces mayores se conforman losas producidas por fragmentadamente que se unen despus del montaje. Su peralto vara desde 0.20 y 0.30 m. Su estructura es nervada en dos direcciones. Paneles de Tmpano:

Cubren todo el espacio de piso a techo y entre dos columnas, constituyendo en el conjunto un diafragma vertical. Sus dimensiones dependen del mdulo a emplear y su espesor es generalmente de 0.15 m.

Uniones o juntas fundamentales.

Columna-columna: Se realiza por embebimiento de las barras del refuerzo en pasta de agua y cemento.

Losas y vigas de borde-columna: Esta junta se logra por el efecto de la fuerza de friccin que se logra como consecuencia de la fuerza de compresin del pretensado entre las caras de la columna y la superficie del nervio de las losas.

Tmpano-columna y tmpano-tmpano: Se hormigona in situ la holgura que queda entre cada columna y el tmpano, en las caras laterales del panel sobresalen las barras que permiten la conexin rgida entre ambos elementos, se coloca el refuerzo vertical de la unin, se encofra y se vierte el hormign.

Detalle tpico de unin postesada entre columna y las losas de pido

Trazado de cable.

Modelo en SAP 2000 de un edificio IMS

Sistemas Constructivos para Obras Sociales.

Sistema GirnEl sistema constructivo prefabricado GIRON se comienza a utilizar en Cuba en el ao 1969 en la construccin de obras escolares, particularmente secundarias bsicas en el campo. En la dcada de los aos 70 su uso fue generalizado a edificaciones sociales para dar respuesta a importantes programas que llevaba a cabo la revolucin cubana en esa poca. Es as como hasta hoy este sistema constructivo ha sido utilizado en los siguientes programas: obras educacionales, obras para la salud, obras para el turismo, obras para servicios comunales, obras pblicas, e incluso para programas de viviendas.Su acelerada generalizacin en todo el pas motivado por el adverso momento histrico de supervivencia de la revolucin cubana en que este sistema constructivo surge, el incipiente nivel de desarrollo cientfico tcnico del pas y el estado del arte de la ingeniera ssmica en esa poca, condujeron a errores en cuanto a su introduccin en zonas de alta peligrosidad ssmica como las provincias del sur de Oriente. El diseo sismorresistente se sustentaba solo en lograr elevadas capacidades resistentes de las edificaciones, las cuales se correspondan con los grandes valores de aceleraciones ssmicas de clculo definidas en los mapas de peligrosidad ssmica de los reglamentos de los distintos pases

El sistema esta compuesto en lo fundamental por una estructura portante de esqueleto (vigas y columnas, y losas TT de hormign pretensado o armado, y elementos de cierre y divisin del espacio tambin de hormign armado, algunos de los cuales, llamados tmpanos contribuyen a soportar cargas horizontales de viento o sismo.

En su etapa de concepcin y diseo se plantearon una serie de objetivos que perseguan satisfacer las condiciones generales siguientes:

Utilizacin de materiales producidos en el pas.

Emplear tcnicas de produccin que permitieran industrializar con un mnimo de inversiones.

Empleo de tcnicas constructivas que no exigiesen un elevado nivel de calificacin en los operarios.

Tendencia hacia un sistema abierto aplicable a diferentes programas de proyecto.

Producir los elementos prefabricados en plantas centralizadas buscando mecanizar en alto grado proceso y lograr calidades elevadas, etc.

Coordinacin modular:Luces de 6.00 y 7.50 m para las vigas, con posibilidades de voladizo en ambos extremos .Intercolumnios de 6.00m.Puntal de 3.30m entre niveles de piso terminado y posibilidad de un puntal mayor en el primer nivel.VasosSe diferencian de acuerdo con su nivel de refuerzo y dimensionestransversales. Existen tres tipos: A(1.00x0.75x1.10)m, B(0.85x0.75)m, C(1.05x1.05x1.00)m. El empleo de uno u otro tipo esta condicionado por el nmero de plantas y el grado de sismicidad del territorio.

Pedestales Existen tres tipos: A(0.35x0.45)mB(0.35.x0.60)mC(0.50x.0.50)m. Su longitud aumenta de 1.60 hasta 5.60m. Los del tipo B slo alcanzan una longitud de 3.60m. El empleo de estos es en funcin de la profundidad de cimentacin, cantidad de plantas, grado ssmico, relieve y tipo de obra.

ColumnasSon seis tipos de columnas existentes y se diferencian por su longitud y refuerzo. La altura vara desde 1.65 hasta 5.60m, con una seccin de 0.40x0.30m. Se utilizan de acuerdo con el tipo de proyecto, cantidad de plantas, ubicacin, puntal y unin con otros elementos.

VigasExisten dos subgrupos segn la luz que sea de 6.00 o 7.50m. en ambas las dimensiones transversales mximas son de 0.30x 0.40m. Los tipos A; B y C tienen voladizos de 2.80m. Para edificios de una sola luz se utilizan los tipos A; B y D y para varias luces los tipos C; E y F.

A

B

CDEF

SECCIN NICA

LosasExisten cuatro tipos de losas:A (5.83 x 1.49 x 0.30)mB (5.83 x 1.375 x 0.30) mC (5.83 x 0.735 x 0.30) mD (5.83 x 1.49 x 0.30) mEl uso de uno u otro tipo depende de la ubicacin dentro de la edificacin.

Tipo A en todas las reas, tipo B cuando existe fenestracin, tipo C en zonas de escalera y voladizos, tipo D en zonas de escalera.

Seccin tpica

Paneles Paneles transversales: Se diferencian por sus dimensiones, refuerzos, insertos, pases y huecos para puertas. Se emplean como elementosestructurales o tmpanos y como divisorios o de cierre. Otros se usan en la zona de voladizo de la viga. Su apoyo se realiza sobre el hormigonado que se realiza como complemento de las vigas, por lo que su posicin es paralela a ellas.

Juntas de dilatacin y construccin: El sistema exige que estas se siten a no mas de 45 m en el sentido transversal y a no mas de 72 m en el sentido longitudinal.

Este sistema constructivo presenta en su direccin transversal esencialmente una estructura de esqueleto de hormign armado rellenas ocasionalmente con paredes del mismo material, algunas de las cuales, denominadas tmpanos, contribuyen a la resistencia global del edificio en esa direccin. Las estructuras de piso y cubierta estn constituidas por losas doble T apoyadas sobre las vigas dispuestas transversalmente.

La transmisin de las solicitaciones producidas por las acciones ssmicas en la direccin longitudinal para los pisos superiores se asegura tambin a travs de tmpanos prefabricados y para el piso inferior por los pedestales prefabricados. No obstante las losas doble T dispuestas en la direccin longitudinal y las columnas o pedestales forman un prtico que pueden trasmitir las solicitaciones producidas por las acciones horizontales de cargas de viento, en caso de no disponerse tmpanos en esa direccin. La carpintera y acabados, de forma general no forman parte del sistema estructural. A continuacin se presentan una serie de caractersticas que determinan el nivel de desempeo ante las acciones ssmicas de un sistema estructural y una evaluacin de cmo se ponen de manifiesto en el sistema constructivo Girn.

Estructura en la direccin transversal

Estructura en la direccin longitudinal

Modelo mecnico de una edificacin en las direcciones transversal y longitudinal

Este sistema constructivo utiliza un sistema esttico para la transmisin de las acciones, tanto verticales como horizontales, con un muy bajo grado de hiperestaticidad, por lo que las edificaciones no tienen la capacidad para el desarrollo de un mecanismo de fallo adecuado, presentndose la posibilidad de un colapso repentino.

Solucin de entrepiso.El sistema de piso utilizado puede garantizar la hiptesis de entrepiso rgido, asegurando una adecuada distribucin de las cargas gravitatorias y las acciones ssmicas a los elementos del sistema de rigidizacin, por medio de las llaves de cortante entre las losas y una efectiva unin viga-losa.

Este sistema posee una gran diferencia en las formas de respuesta de las lneas de resistencia principales, es decir; un prtico con vigas continuas, columnas biarticuladas (con su mayor rigidez en este plano) y paredes de contraviento en la direccin perpendicular a las losas doble T y columnas biarticuladas (con su menor rigidez en este plano) y paredes de contraviento en la direccin paralela a las losas doble T de piso, lo cual enrarece el trabajo espacial de la estructura. Segn las instrucciones para el proyecto estructural, la distribucin de los paneles de tmpano puede cambiar de un nivel a otro, lo que trae como consecuencia una forma de respuesta ante cargas horizontales de naturaleza dinmica muy difcil de predecir y en general una mala forma de transmisin de estas acciones.

Distribucin no regular de los elementos verticales de rigidez.

Modelo dinmico correspondiente.

El Sistema Constructivo Girn se caracteriza por poseer una planta baja, es decir, en el primer nivel abierta, donde slo existen como elementos de rigidez a cargas horizontales los pedestales o columnas largas y en los restantes niveles se asegura la rigidez lateral sobre la base de la disposicin de los paneles considerados como tmpanos formando marcos de contraviento de gran rigidez en comparacin con la existente en la planta baja. Lo anterior trae como consecuencia una mala distribucin de rigidez en la altura y la formacin de piso blando o dbil, esto est asociado a la formacin de un mecanismo de disipacin de la energa no deseado (mecanismo de columna) basado en la formacin de articulaciones plsticas en la base de las columnas, a expensas de grandes rotaciones plsticas y, por consiguiente, grandes desplazamientos laterales que pueden incrementar considerablemente los efectos P-Delta y con ello la prdida de estabilidad general del edificio.

Uniones.Viga-losa: adecuada para garantizar el trabajo del sistema de piso como diafragma de rigidez en su plano y la transmisin de solicitaciones a los elementos verticales de la estructura producidas por las cargas gravitatorias o cargas horizontales de viento, solicitaciones estas para las cuales el acero y el hormign trabajan en el rango elstico. Para las acciones ssmicas, donde el acero dispuesto en las zonas prximas a los nudos puede trabajar a tensiones superiores a sus valores de fluencia, la transmisin de solicitaciones a los elementos verticales de la estructura a travs del nudo no es efectiva, ya que el refuerzo superior dispuesto antes de la fundicin in situ de la unin prcticamente no atraviesa el nudo.

Columna-columna: permite la transmisin de un nivel a otro de bajas solicitaciones de momentos flectores y fuerzas cortantes, es decir, transmite preferentemente fuerzas axiales. La transmisin de las fuerzas cortantes producidas por acciones ssmicas se realiza de forma no satisfactoria ya que al no existir estribos en el nudo, no existe capacidad para el desarrollo de los mecanismos de puntal y armadura necesarios para el correcto desempeo de la unin.

Panel de tmpano-marco: garantiza la estabilidad del panel en la direccin perpendicular a su plano y solo el puntal de compresin en el marco. Al no poder asumirse el modelo de puntal y armadura para el tmpano trae como consecuencia que ante grandes ciclos histerticos de cargas, la respuesta alterada post elstica del puntal de compresin hace prcticamente impredecible la forma del tipo de respuesta del sistema estructural, originando respuestas diferentes en los distintos sentidos de actuacin del sismo.

Elementos no estructurales-estructura: en general, las soluciones de elementos no estructurales son adecuadas, no modifican el comportamiento de la estructura y aseguran la estabilidad y la autoportabilidad de estos elementos.

Pedestal-vaso de cimentacin: basada nicamente en el embebimiento del pedestal o columna en el vaso resulta inadecuada para la transmisin de acciones de naturaleza dinmica.

Plato-vaso: la solucin de vaso para zonas ssmicas (Vaso VS-3) introducida despus del terremoto de Piln de 1976 es adecuada para transmitir el plato las acciones provenientes de la superestructura.

Modelo SAP 2000 de un edificio Girn

Sistema SAE (Sistema Abierto de Esqueleto).

El Sistema Abierto de Esqueleto (SAE) ha sido concebido basndose en los principios de la tipificacin abierta, declara su aplicacin en un amplio nmero de programas de uso masivo. Cualquier programa arquitectnico se traduce fsicamente en la combinacin de determinados parmetros: dimensiones y cantidad de luces, intercolumnios y puntales, nmero de pisos, as como ciertas cargas caractersticas de uso; cuya adecuada interrelacin resulta en edificaciones provistas de un carcter que debe ser coherente con las funciones que en ellas se desarrollan.

El catlogo de los elementos del SAE contempla varias series de elementos: losas, vigas, columnas, pedestales, paneles, etc., convenientemente ordenados, tanto desde el punto de vista dimensional como resistente, cuya interrelacin permite una amplia gama de esquemas volumtricos para diferentes estados de carga. De esta forma, los edificios pueden producirse a partir de componentes de uso mltiple normalizado y la planificacin y el diseo de cada proyecto es una cuestin de evaluar, escoger e integrar componentes y subsistemas.

El sistema ha sido concebido de forma que las columnas principales soporten solamente las cargas gravitatorias. Las cargas horizontales debidas a sismo o viento son tomadas por tmpanos dispuestos tanto en el sentido de las vigas como de las losas, con la colaboracin o no de otros elementos rigidizadores, tales como las cajas de ascensores. En el sentido de las losas, los tmpanos van situados en el espacio libre entre estas, en el sentido de las losas, se desplazan las mismas para habilitar una franja de 300 600 mm de ancho que permita la continuidad.En ambos casos, los tmpanos estn formados por columnas pedestales iguales a las columnas y pedestales principales, pero provistos de cajuelas y barras salientes, y paneles prefabricados de 150 mm de espesor, igualmente provistos de cajuelas y barras salientes, la unin se realiza mediante la soldadura de las barras salientes y el llenado en obra con hormign.El hecho de que los tmpanos deban corresponderse verticalmente en toda la altura del edificio constituye, sin lugar a dudas, una limitante a la hora de componer las plantas. Este efecto negativo puede ser sensiblemente reducido mediante la utilizacin de plantas tpicas de geometra sencilla, en edificios anchos, con una disposicin simtrica de los tmpanos que logre la mayor coincidencia posible entre el centro de masa y el centro de rigidez del edificio. Esto resulta especialmente importante en los edificios a construir en zonas ssmicas como es la zona en que se encuentra este.

Elementos principales del sistema.

Losas: Las losas son de tecnologa Spiroll, pretensadas, de 200 mm de espesor, 1200 mm de ancho y luces modulares de eje a eje de columna de 6000 y 7200 mm, presentan seis huecos longitudinales de 150 mm de dimetro cada uno, estas losas se apoyan simplemente en las vigas.

Vigas: Las vigas son compuestas de seccin canal invertida, formada por dos vigas prefabricadas de seccin rectangular de 250x500 mm cada una y una banda superior hormigonada en el lugar de 900 mm de ancho y una altura igual al espesor de la losa utilizada, estas se consideran simplemente apoyadas en las mensuras de las columnas.

Las vigas que van hacia el exterior presentan voladizos unas de 900 mm y otras de 2100 mm de longitud, medida desde el eje de la columna hasta el extremo del voladizo, presentan adems para facilitar el paso de las instalaciones dos huecos de 200 mm de dimetro, a una distancia de 1200 mm cada uno del centro de la luz.

Columnas: El puntal del sistema es de 3600 mm de nivel de piso terminado (NPT) a nivel de piso terminado (NPT), las columnas son de 400x400 mm y 400x600 mm. La unin entre columnas se produce mediante la soldadura de los casquillos metlicos dispuestos en los extremos de las mismas, estas presentan mnsulas metlicas para el apoyo de las vigas principales, en el caso de las columnas de 400x600 mm presentan las mensulas en la cara de 600 mm.

Vigas de cierre: En el sentido de las losas se disponen vigas de cierre, cuyos extremos se apoyan en las vigas principales y que pueden desempear diversas funciones, como son:Soportar los elementos de cierre de fachada, sean estos paneles verticales u horizontales especficos del sistema, otros elementos prefabricados especialmente diseados, muros de albailera o cualquier otra solucin, la posibilidad de estas vigas de cierre de apoyarse en cualquier punto de la longitud de las vigas principales, permite el desplazamiento del plano de fachada.Colaborar a la rigidez del entrepiso al conformar, una vez hormigonada la junta un cerramento perimetral.Soportar las vigas de escalera cuando estas se ubican paralelas a las vigas principales.Conformar patios interiores.

Escaleras: La ubicacin de las escaleras paralelas a las losas solo es recomendable en luces de losas de 6000 y 7200 mm. En estos casos la escalera se apoya a nivel de entrepiso en una viga principal, y a nivel del medio puntal en un panel colgado de la otra viga principal, en este caso, la escalera puede situarse en cualquier punto de la longitud de las vigas principales.

Soluciones de cierre: El sistema contempla diversas alternativas de soluciones de cierre de fachada, desde la utilizacin de series de paneles, tanto horizontales como verticales, especficos del sistema SAE; pasando por paneles prefabricados especialmente diseados, la utilizacin de productos industriales para la proteccin solar, elementos de muros cortinas metlicos, hasta la albailera tradicional, de cara a poder dotar a cada edificio de carcter y expresin particular.

Todos los paneles disponen de dos mnsulas metlicas en su cara interior lo que le permite apoyarse en las vigas principales o en las de cierre. Los elementos de cierre se apoyarn siempre, en el sentido de las losas en vigas de cierre y en elsentido de las vigas principales, en estas mismas. La ubicacin altimtrica y la nivelacin de los paneles se llevarn a cabo mediante la manipulacin de dispositivos auxiliares, se sueldan entonces las mnsulas del panel a los insertos de las vigas de cierre, o a las barras salientes de las vigas principales, segn el caso, y se recuperan los dispositivos auxiliares. Estas uniones soldadas quedan finalmente dentro del hormign colocado en el lugar.

Profundidad de cimentacin: El sistema contempla series de pedestales de iguales secciones que las columnas y longitudes variables; 1400, 2270, 2420, con una razn de crecimiento de 900 mm; lo que le permite adecuarse a diferentes profundidades del estrato resistente de cimentacin. La unin columna-pedestal es igual a la unin columna-columna.

Solucin de cimentacin de los pedestales y columnas principales: La solucin bsica de arranque del edificio en el cimiento es a partir del pedestal empotrado en un vaso prefabricado empotrado a su vez, en un plato hormigonado en el lugar.

Principales uniones del sistema y sus caractersticas.

Empotramiento del vaso prefabricado en el plato hormigonado en obra.

La unin se produce el empotramiento de las patas de acero del vaso prefabricado, en el hormign colocado en obra del plato.

Empotramiento del vaso prefabricado en el plato hormigonado en obra.

Empotramiento del pedestal en el vaso.La junta se produce mediante el empotramiento del tramo inferior del pedestal en el interior del vaso, al llenar la holgura con hormign.

Apoyo de la viga en la mnsula de la columna.Las vigas se apoyan en las mnsulas metlicas de las columnas de dos formas distintas dependiendo de que se apoyen en un extremo o estn provistas de voladizo. En todos los casos el apoyo es estable, no obstante, se practica como medida de seguridad un cordn de soldadura entre las planchas de apoyo de las vigas y el borde superior de las mnsulas.

Junta entre vigas principales y losas.Las losas se apoyan en las vigas principales. La unin se produce mediante el hormigonado en obra de la banda comprendida entre los extremos de las losas de luces vecinas. Las barras salientes de las vigas quedan embebidas en esta banda posibilitando el trabajo conjunto de las vigas prefabricadas y la banda con una viga compuesta.De cualquier forma que las vigas puedan tener o no voladizo en cada uno de sus extremos y a su vez estos voladizos-en el caso de los de 2100mm-pueden llevar distintos tipos de malla de refuerzo, las posibilidades combinatorias son muy grandes.

Junta lateral entre losas.El borde lateral de las losas Spiroll est diseado de forma que al llenar con mortero la holgura entre dos losas vecinas se posibilite el trabajo conjunto de ambas.

Junta entre tmpanos.

Los tmpanos se forman mediante la unin de pedestales o columnas y paneles provistos de cajuelas y barras salientes. Las juntas se realizan soldando las barras enfrentadas de los elementos vecinos, colocando el acero adicional necesario y hormigonando la holgura.

Arranque del tmpano en el cimiento.

El apoyo del panel de tmpano asociado a pedestal se produce siempre 200mm ms alto que el del pedestal correspondiente. Esto es lo que permite la coincidencia vertical de las cajuelas de ambos elementos.

Comoquiera que el panel de tmpano asociado a pedestal siempre es 300mm menor que ste, el nivel de apoyo de las columnas siempre se producir 100mm ms alto que el de los paneles asociados a ellas.

La composicin y dimensiones de los tmpanos varan de acuerdo con la disposicin de estos y las dimensiones de las columnas y luces de viga o losa a que estn asociados.

Junta entre columnas y pedestales o columnas principales.La unin se produce mediante la soldadura de los casquillos extremos de los elementos. La soldadura puede ser perimetral o slo en los vrtices, segn el tipo de columna.

Modelo SAP 2000 de un edificio SAE. Mtodo de la columna ancha

Modelo SAP 2000 de un edificio SAE. Mtodo de los elementos finitos

Bibliografa

Maspons Gonzlez del Real, R.; et al: Prefabricacin. ISPJAE. 1987.

Medina Snchez, L.; et al: Sistemas constructivos utilizados en Cuba. Tomo I. Ministerio de Educacin Superior. La Habana 1986.

Medina Snchez, L; et al: Sistemas constructivos utilizados en Cuba. Tomo II. Ministerio de Educacin Superior. La Habana 1986.