• Author / Uploaded
• Yonel Yucra

Citation preview

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

MUROS ESTRUCTURALES PREFABRICADOS TILT-UP PARA NAVES INDUSTRIALES 1

Raúl Jean Perrilliat y Carlos Humberto Huerta Carpizo

2

RESUMEN En la actualidad hay muchas naves industriales que se construyen con muros prefabricados de carga denominados Tilt-Up. En México no existen especificaciones ni códigos para el análisis y diseño de este tipo de sistemas. En el actual documento se describe este sistema, sus orígenes, así como las diferencias, ventajas y desventajas con respecto al sistema tradicional constituido por fachadas de lámina y/o mampostería. Adicionalmente se define el proceso constructivo, las geometrías y armados comúnmente utilizados además de los procedimientos de análisis y diseño. Es importante señalar que este tipo de estructuras, en función de en dónde se construyan, se encuentran sometidas a solicitaciones gravitacionales, viento, sismo, granizo, temperatura, entre otras. ABSTRACT Nowadays there are many industrial buildings that are made of precast load bearing walls called Tilt-Up. There are neither regulations nor codes to analyze and design such system in Mexico. This document describes the Tilt-Up system, its origins, as well as the differences, advantages and disadvantages with the well-known steel sheet and/or masonry façade system. In addition, this document contains a description of the construction process, geometry and steel reinforcement commonly used in the Tilt-Up system as well as the analysis and design procedures. It is important to point out that this kind of structure, which according to where it is located, is under gravitational, wind, earthquake, hail, temperature and some other loads. INTRODUCCION Dada la gran popularidad que el sistema de muros Tilt-Up está adquiriendo como sistema constructivo de naves industriales en México y debido a la ausencia de normas locales para su diseño, se presentan algunas inquietudes sobre la conveniencia de su aplicación. Estas inquietudes se deben principalmente a que este sistema al ser desarrollado en los Estados Unidos emplea una serie de técnicas y especificaciones particulares de diseño y construcción que si bien podrían aplicarse en construcciones mexicanas, en algunos casos existe la posibilidad de que no sean congruentes con las demandas de carga y efectos locales como sismicidad, tipos de suelo, velocidades y empujes de viento, entre otros; derivando en diseños que podrían ser demasiado conservadores o en algunos casos inadecuados para las demandas a las que estaría sometida la estructura. La principal característica de estos muros es su alta relación de esbeltez debida a que su altura, por lo regular, oscila entre 9 y 12 m. y su espesor varía entre 12 y 22 cm. dependiendo de las solicitaciones (relación altura/ancho entre 40 y 60) por lo cual es necesario considerar efectos de segundo orden en el diseño. A su vez, existe incertidumbre tanto en la longitud libre de pandeo, la cual es delimitada por los elementos del sistema de techo, así como en la parte del desempeño sísmico pues no se cuenta con estudios suficientes con las condiciones de apoyo y carga para definir su capacidad de disipación de energía y por consiguiente su ductilidad. Ante dichas condiciones, en el presente trabajo se presenta el análisis y diseño de una serie de muros a partir de los cuales se establecen las condiciones principales de su comportamiento para definir un criterio general de análisis y diseño ante distintas solicitaciones, principalmente ante acciones sísmicas.

1

Ingeniero Estructurista, Jean Ingenieros S.C., Barranca del Muerto 210 int 301, Col. Guadalupe Inn, 01020, México, D.F. Teléfono: (55)5663-2805; Fax: (55)5563-2712; [email protected] 2 Instituto de Ingeniería de la UNAM

Muros Tilt-Up

1

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Otro punto que causa inquietudes es el factor económico en la construcción de naves con este sistema, pues en estudios realizados en Norte América (Brooks, 2005) y diversos manuales de fabricantes de este tipo de muros se destacan sus bondades económicas, sin embargo tales documentos se refieren a naves cuyos muros son fabricados por empresas especializadas que cuentan con la infraestructura suficiente para realizar la producción en serie permitiendo reducir significativamente los costos contrariamente a lo que sucede en México en donde se construyen por lo general en obra. Por tanto, el objetivo de este trabajo es evaluar de forma general las ventajas y desventajas de la aplicación de este sistema desde los puntos de vista de diseño estructural y factores económicos. Con esa finalidad se llevó a cabo el diseño de varios muros, adecuando las consideraciones de diseño especificadas en el manual de diseño de muros Tilt-Up de la TCA (Asociación de muros de concreto Tilt-Up) con las especificaciones indicadas en el reglamento de construcciones del Distrito Federal 2004 y los espectros para diseño sísmico indicados en el Manual de Obras Civiles de la CFE 93 y así identificar bondades, complicaciones y posibles mejoras para el diseño de estos muros en el país. Para evaluar el efecto económico, se comparó el sistema constructivo de muros Tilt-Up con el sistema de marcos de acero con fachadas no estructurales de diferentes materiales, para ello se realizó la cuantificación de los materiales así como de los costos de obra comparando naves que tuvieran características geométricas similares (áreas de construcción, altura de cumbrera, misma zona sísmica, etc.). Los valores encontrados se compararon entre sí y se estimó una curva de comportamiento de costos con ambos sistemas. DESCRIPCION GENERAL DEL SISTEMA DE MUROS TIPO TILT-UP El término “Tilt-Up” como lo conocemos hoy en día, se aplica para definir un sistema destinado a construir muros delgados de concreto hechos en obra que han de dividirse en secciones, llamadas paneles, éstos son colados directamente sobre la losa del piso de la estructura para que una vez alcanzada su resistencia máxima, sean izados con una grúa y colocados sobre los cimientos u otro medio de soporte en la construcción formando los muros exteriores. Los espesores de estos muros oscilan desde los 14 hasta los 20 cm. (5 y 8 pulgadas) y pueden pesar más de 40 toneladas. El “Tilt-Up” es un concepto sencillo que ha evolucionado desde la antigüedad pasando por la Edad Media, época en la cual se tiene conocimiento de un método utilizado similar a la del Tilt-Up actual, dicha técnica se describe a continuación: “ En Bassora, donde no se tenían maderos… hacían marcos sin entramados. El albañil, con un clavo y un trozo de hilo, marca un semicírculo en la tierra, acomoda sus ladrillos, los junta con cemento de yeso sobre las líneas trazadas y, habiendo formado así su arco, lo iza cuidadosamente…” Haciendo referencia a registros más recientes, se le da crédito a Robert Aiken por ser uno de los primeros constructores en utilizar muros precolados en el sitio de la obra con concreto reforzado, que se coló horizontalmente y luego se izó por medio de gatos y grúas, construyendo así un almacén de dos pisos en Camp Logan (Illinois, 1908) y una iglesia metodista en Monte Sión (Illinois, 1912). Sin embargo, no fue sino a partir de 1950 que la técnica del Tilt-Up se empezó a desarrollar de manera importante en Estados Unidos, principalmente en la zona de California, debido en parte a los avances en la tecnología así como por diseños arquitectónicos con gran imaginación, los cuales se aplican a diferentes construcciones como son: • • • • •

naves industriales (fig. 1) almacenes centros de distribución edificios para oficinas centros comerciales

Muros Tilt-Up

2

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural • • • • • •

escuelas hoteles estacionamientos terminales de transporte teatros bibliotecas

Fig. 1 Naves industriales a base de muros Tilt-Up

Muros Tilt-Up

3

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

DIFERENCIAS ENTRE EL PROCESO CONSTRUCTIVO DE NAVES INDUSTRIALES A BASE DE MUROS TILT-UP Y DE MUROS DE LAMINA Y/O MAMPOSTERIA Existen diferencias entre el proceso constructivo de naves industriales a base de muros de lámina y/o mampostería con respecto a los fabricados a base de muros Tilt-Up. Por un lado se tiene que para naves industriales construidas con muros de lámina y/o mampostería la estructura metálica se coloca después de construida la cimentación, más adelante se colocan los muros de fachada con lo cual es posible instalar posteriormente la lámina de cubierta y fachada, colocando de esta manera el firme hasta el final. Por otro lado, para naves industriales construidas a base de muros Tilt-Up, primero se construye la cimentación y se coloca el firme, luego se prepara el armado y colados de muros, una vez que los muros alcanzan suficiente resistencia para ser izados éstos se montan y si la superficie lo permite se coloca la estructura metálica del interior. Los últimos pasos consisten en fijar las conexiones entre muros y estructura para finalmente colocar la lámina de cubierta. A continuación se mencionan ciertos aspectos adicionales que se deben tomar en cuenta junto con las diferencias en el proceso constructivo ya antes mencionadas. La cimentación en el sistema a base de muros Tilt-Up requiere de una mayor capacidad dado el peso de los muros. El firme se construye al último en el sistema a base de muros de lámina y/o mampostería, por tanto, no sufre deterioro y en general se construye con la lámina ya instalada; mientras que en el sistema de muros Tilt-Up, el firme se construye primeramente para formar la plataforma de colado quedando expuesto a la intemperie, al proceso constructivo y a los elementos de anclaje del apuntalamiento además en la etapa final es necesario complementar el firme perimetral. En cuanto al aspecto económico, el sistema de Tilt-Up es un 10% más costoso que el sistema a base de muros de lámina y/o mampostería en general. Existen varias razones que justifican lo anterior, entre las que podemos mencionar están que en caso de pintar los muros se requiere un mantenimiento periódico que es costoso, el proceso constructivo es más lento requiriéndose apuntalamientos provisionales y no pudiéndose hacer varias actividades simultáneas, aunado a esto, el proceso constructivo es más especializado ya que durante el montaje se requiere un doble proceso para los muros y para la estructura metálica, mientras que para las conexiones de elementos de fachada se requiere precisión en la colocación de placas embebidas al muro para la conexión entre piezas y las colocadas en la cimentación. Por lo que se refiere al sistema de muros de lámina y/o mampostería, éste resulta ser más económico, pues únicamente se requiere aplicar un sellador en los muros de mampostería, el proceso de montaje para muros y estructura metálica es uno solo y se pueden abrir varios frentes de trabajo con actividades simultáneas durante el proceso constructivo. El grado de especialización en las conexiones con los elementos de soporte de la fachada son sencillas si se realizan con soldadura, si son atornilladas se necesita mucha precisión. En cuanto a las propiedades físicas de estos sistemas, los muros Tilt-Up son más resistentes al fuego y generan un mejor aislamiento térmico comparados con el sistema a base de muros de lámina y/o mampostería, en el cual la lámina de fachada tiene un mal aislamiento térmico, pudiéndose resolver con la colocación de una colchoneta semejante a la del techo. El sistema de construcción de naves industriales a base de muros Tilt-Up requiere de un análisis y diseño estructural, el cual no requiere reglamentación en México (zonas sísmicas), más complejo y detallado. Los muros Tilt-Up son más bonitos y atractivos arquitectónicamente mientras que la apariencia de los muros de lámina y/o mampostería puede no gustar si esta no es de buena calidad o se coloca mal pero si se utiliza por ejemplo un block cara de piedra el resultado es muy llamativo y se pueden colocar muros más altos para las zonas de oficinas dando un resultado muy interesante.

Muros Tilt-Up

4

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL SISTEMA DE MUROS TILT-UP VS SISTEMA DE MUROS DE LAMINA Y/O MAMPOSTERIA VENTAJAS: 1.- Se pueden lograr fachadas más estéticas (fig. 2).

Fig. 2 Fachadas estéticamente agradables

2.-Estructuralmente se eliminan columnas perimetrales (fig. 3).

Fig. 3 Eliminación de columnas perimetrales

3.-Rapidez en ejecución de obra en épocas de secas (fig. 4).

Fig. 4 Rápida ejecución de la obra

Muros Tilt-Up

5

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

4.-Manejo de aberturas (knockouts) para huecos previstos a futuro, por ejemplo instalaciones, entradas, salidas, etc (fig. 5).

Fig. 5 Manejo de aberturas (knockouts)

5.-Tiene mejores propiedades de aislamiento térmico. 6.-Tiene mayor resistencia al fuego (perímetro). DESVENTAJAS: 1.-Mantenimiento continuo de la pintura de los muros, interior y exterior (fig. 6).

Fig. 6 Mantenimiento de muros

2.-En naves relativamente cuadradas aumenta el costo de un 7% a 10% respecto al sistema de lámina y/o mampostería mientras que en naves rectangulares aumenta hasta un 12% su costo. 3.-Bajo estos costos se tienen que realizar los colados de estos muros sobre el piso definitivo de la nave. 4.-En caso de realizar camas de colado (casting slab) fuera del piso de la nave el costo aumenta en un 5% aproximadamente. 5.-El colado del firme se realiza primeramente, al menos el del perímetro, lo que genera su deterioro durante la obra. 6.-Por la fijación de los contraventeos se tienen que realizar resanes en el piso no quedando en óptima calidad (fig. 7).

Muros Tilt-Up

6

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Fig. 7 Resane debido a colocación de contraventeos

7.-La grúa tiene que circular sobre los pisos finales provocando también daños (fig. 8).

Fig. 8 Circulación de la grúa sobre el piso

8.-En tiempo de lluvias se complica la fabricación y el izaje de muros. 9.-Durante el proceso constructivo no se pueden realizar construcciones contiguas a donde se realizará éste. 10.-El perímetro exterior debe dejarse libre de excavaciones aledañas para el paso de la grúa durante el proceso de montaje, lo que impide la construcción de infraestructura como drenajes o demás estructuras (fig. 9).

Fig. 9 Perímetro exterior sin obstrucciones

Muros Tilt-Up

7

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

11.-El proceso constructivo general de la nave no se lleva con una secuencia ordenada en el montaje de la estructura ni de instalaciones a menos que se empleen dos o más grúas para el montaje (fig. 10).

Fig. 10 Construcción de nave industrial

12.-El acabado final al muro se prolonga debido a los resanes donde se colocan los insertos. 13.-El proceso de montaje es un proceso especializado y se requiere experiencia. No se pueden montar muros con vientos mayores de 25 a 30 km/h dependiendo del tipo de grúa, del peso y del tamaño del muro (fig. 11).

Fig. 11 Proceso de montaje de muros

14.-Es difícil hacer ampliaciones con grandes aberturas (suprimir fachadas cabeceras). 15.-Si hay instalaciones subterráneas se tienen que hacer desde un principio sin la posibilidad de modificaciones. 16.-Se requieren dos grupos de especialistas para el montaje (estructura metálica y muros de fachada). 17.-Las aberturas adicionales (puertas, accesos) son complicadas de realizar (fig. 12).

Muros Tilt-Up

8

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Fig. 12 Aberturas adicionales en muros

18.-Los canalones se colocan dentro del muro (en algunos casos); en casos de taponamiento hay posibilidades de entrada de agua (fig. 13).

Fig. 13 Canalones dentro del muro

Muros Tilt-Up

9

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL SISTEMA DE MUROS DE LAMINA Y/O MAMPOSTERIA VS SISTEMA DE MUROS TILT-UP VENTAJAS: 1.-Se puede trabajar tanto en época de lluvias como en épocas de secas. 2.-Se requiere de poco mantenimiento (sellado de muros). 3.-Más posibilidades de conseguir mano de obra. 4.-Se puede tener un mejor orden en el sistema constructivo de la nave y no afecta el montaje de estructura ni de instalaciones. 5.-Se pueden ejecutar las construcciones aledañas (subestaciones, baños, casetas, etc.) sin interferir con el proceso de la obra. 6.-Se pueden realizar los trabajos de instalaciones subterráneas (excavaciones). 7.-Se pueden realizar modificaciones futuras sin implicaciones importantes en la resistencia estructural. 8.-La aplicación de pintura al interior es opcional para el cliente. 9.-La textura de la mampostería (cara de piedra) da el acabado final. 10.-Reduce la cantidad de acero y concreto en el muro. 11.-No se requieren elementos o accesorios especiales. 12.-El único tratamiento inicial que se emplea es un repelente al agua para evitar la humedad del muro. 13.-Las cimentaciones del perímetro son más pequeñas. 14.- Las acciones por sismo son menores (menor masa). 15.- Es sencillo hacer aberturas adicionales (puertas, accesos, etc.). 16.- Menor peso implica menor fuerza por sismo y cimentaciones más económicas. 17.- El firme puede construirse hasta el final, evitando deterioro y que quede a la intemperie. 18.-Se puede dar la misma apariencia que para naves con Tilt-Up colocando muros prefabricados no estructurales en las fachadas. 19.- Los muros son susceptibles al agrietamiento (construcción, montaje, distintas cargas, etc.) DESVENTAJAS: 1.-¿Estética? 2.-Menor termicidad. Se puede mejorar colocando colchoneta en los muros con lámina. 3.-Menor resistencia al fuego. 4.-Hay columnas en el perímetro.

Muros Tilt-Up

10

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

PROCEDIMIENTO PARA LA CONSTRUCCION E IZAJE DE MUROS TILT UP El proceso constructivo de los muros Tilt-Up es un trabajo especializado, que en apariencia podría considerarse sencillo, sin embargo requiere que el personal encargado de llevarlo a cabo tenga experiencia y un buen nivel de capacitación en la realización de los diversos trabajos. La elaboración de muros Tilt-Up se puede dividir en las siguientes etapas: PRIMERA ETAPA: PREPARACION DE PLACAS, CHAFLANES Y MOLDURAS 1.1.-Recibir los planos autorizados para la construcción: En esta etapa es importante revisar las placas que se conectarán a la cimentación (cimentación-muros), al igual que las placas de conexión entre muros (muromuro) y las placas en donde se soportará la estructura (ménsulas para apoyar los largueros). Existen dos tipos de placas (independientemente de sus dimensiones): A.-Placas que estarán empotradas al armado del muro: Deben existir bayonetas en el refuerzo de la placa (fig. 14) para poder insertarse en el armado del muro, generalmente, estas placas son las que sirven de conexión cimentación-muro, muro-muro y muro-estructura (estructura principal). Este tipo de placas cuentan con pernos y con refuerzos que pueden ser de varilla, la cual es necesario que esté soldada a la placa. PLANTA PLANTA

ALZADO

PLACACON CONBAYONETAS BAYONETAS PLACA

PLACA CON BAYONETAS PLACA CON BAYONETAS

Fig. 14 Placas de conexión con bayonetas

B.-Placas que estarán embebidas: Se colocarán ya que esté fraguando el concreto y solamente contarán con pernos. Generalmente, estas placas se usan como soporte secundario a la estructura y/o algún otro elemento considerado en el proyecto (fig. 15).

PLACA PLACAEMBEBIDAS EMBEBIDA

Muros Tilt-Up

11

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Fig. 15 Placas embebidas

1.2.-Selección de insertos: Para poder realizar el izaje de los muros Tilt-Up es necesario contar con unos elementos que permitan elevar dichos muros, a estos elementos se les conoce como insertos y pueden ser de dos tipos: A.-COIL BOLT 3/4 X 4" BURKE (fig. 16): Este tipo de inserto sirve para poder atornillar el apuntalamiento (braces) que consiste en elementos tubulares que pueden ajustarse a cierta longitud, son metálicos y muy parecidos en función a un gato hidráulico.

Fig. 16 Coil Bolt ¾ X 4” Burke

B.-SL III RING CLUTCH (fig. 17): Este tipo de inserto sirve para poder colocar los “grilletes” (elementos de sujeción), los cuales permitirán el izaje del muro.

Fig. 17 SL III Ring Clutch

Es importante señalar que la posición y número de lo insertos son función del proceso de montaje y de las acciones a las cuales estará sometido mientras el muro esté apuntalado. 1.3.-Revisar los chaflanes (reveal stix) y las molduras (form line): Estos elementos se localizan en los muros y por lo general las molduras se continúan de un muro a otro, cabe aclarar que existen vanos que se dejarán para alojar puertas, ventanas, extractores, pasos de tuberías, pasos de charolas, cortinas, etc. También existen

Muros Tilt-Up

12

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

vanos que solamente se dejarán marcados, los cuales no se abrirán (knockout) hasta ser requeridos de acuerdo con el funcionamiento de la nave. SEGUNDA ETAPA: PREPARACION DEL AREA, CIMBRADO Y ARMADO 2.1.-Preparación del área: Consiste en preparar un área totalmente limpia, nivelada y con el acabado completamente pulido, ya que en esta área se colará el muro Tilt-Up y su cara inferior será posteriormente la fachada, razón por la cual es importante no tener ninguna imperfección pues de lo contrario se verá reflejada en la fachada. Esta área se coloca sobre la sub-base preparada (fig.18) y al mismo tiempo se construye la cimentación del perímetro sobre la cual se colocarán los muros que por lo regular consiste en una serie de zapatas corridas las cuales deberán contar con las placas de conexión para los muros (fig. 19).

Fig. 18 Construcción de la base

Muros Tilt-Up

13

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Fig. 19 Construcción de la cimentación de muros

A continuación, se construye el firme para formar la plataforma de colado quedando expuesto a la intemperie (fig. 20). Este proceso se retomará en la etapa final dado que es necesario complementar el firme perimetral y reparar las zonas de anclaje de los puntales y demás elementos. Cimentación

Firme

Base

Fig. 20 Construcción del firme

Existen dos tipos de área en las cuales se pueden preparar los muros:

Muros Tilt-Up

14

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

A.-En piso: El muro Tilt-Up se puede construir sobre el mismo piso ya colado de la edificación, el cual se encuentra a nivel, sin imperfecciones y puede servir de base para el cimbrado y colado de los muros. El inconveniente que existe con este tipo de área es que al momento de izar el muro se puede dañar el piso ya que se tendrá que deslizar sobre el piso produciendo así marcas que pudieran ya no eliminarse, por otro lado, la ventaja es que se abate el costo al utilizar el piso final de la nave y no una superficie de colado independiente. B.- Superficie de colado (casting): Esta es un área colada fuera de la edificación con las dimensiones del muro y con un sobre ancho para poder colocar la cimbra del muro. El inconveniente de este tipo de área es que se tiene que preparar el terreno, compactar, colar y posteriormente pulir para evitar imperfecciones con lo cual se eleva el costo pero la ventaja es que se tiene un trabajo independiente a los demás que se estén realizando al interior de la nave y por consecuencia no se tienen daños en el piso ya que el izaje se realiza fuera de la nave. NOTA: Es posible colar muros Tilt-Up en paquete (sandwich), es decir, uno encima de otro. Esto se tiene que consultar con la supervisión dado que en algunas ocasiones se tienen que eliminar varillas de anclaje y colocar posteriormente con epóxico. 2.2.-Habilitado de la cimbra: Enseguida se prepara la cimbra para colar el muro, en la cual se coloca una frontera para las aberturas de puertas y ventanas (fig. 21). El muro va estar apoyado ya sea sobre el firme de la nave o sobre una losa de colado previamente construida para este fin. Con la finalidad de minimizar esfuerzos de succión durante el izaje, la losa deberá ser previamente preparada con un elemento antiadherente. Cabe mencionar que a diferencia de los cimbrados tradicionales, no se recomienda emplear aceites pues éstos tienden a ser absorbidos por la losa base por lo que se pierde el efecto buscado (Brooks, 2005).

Fig. 21 Habilitado de la cimbra

Durante el habilitado de la cimbra es importante que la madera sea de primera calidad ya que ésta será un reflejo del acabado en los muros (principalmente si los cantos de los muros sobresalen a la vista), durante este proceso tendrá que realizarse un trazo en el piso que se esté cimbrando (generalmente se realiza con tiralíneas) para verificar la correcta colocación de los chaflanes (reveal stix), molduras (form line), placas, etc. También se puede colocar sobre el firme algún estriado para generar figuras geométricas al muro (fig. 22).

Muros Tilt-Up

15

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Fig. 22 Colocación del estriado sobre el firme

Dentro de este proceso es importante contar con todos los elementos necesarios para no detener en ningún momento al contratista (“adhesive backed shoe”, “reveal stix”, “bond breaker”, “tilt up insert”, “wall brace insert”, “coil bolt burke”, “SR III ring clutch”, etc.). NOTA: Durante la colocación de molduras (form line) es recomendable colocar piezas completas y cuando por el ancho del muro se requiera más de una hoja de molduras (form line), deberán realizarse preferentemente empatadas a ras y no deberán traslaparse ya que cuando se realizan traslapes se ve el detalle en fachada con mal acabado. 2.3.-Habilitado y colocación del acero: Este tipo de muros, dependiendo de su espesor y altura, deberán tener armado en una o dos caras y una serie de refuerzos en la zonas donde se concentran las demandas más grandes como lo son las conexiones con otros muros y la zona de apoyo con la cimentación (fig. 23).

Muros Tilt-Up

16

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Fig. 23 Armado típico de muros Tilt-Up

En este punto es importante visualizar cuantas camas de acero se van a requerir en cada muro así como las adicionales en aberturas, trabes, bajadas pluviales, ventanas, cortinas, puertas, extractores y vanos a futuro (knockout). Las calzas y/o silletas que se ocupen para las parrillas de acero deberán ser estrictamente plásticas, con el recubrimiento que se requiera por diseño y quedar correctamente sujetas.

Muros Tilt-Up

17

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

2.4.-Colocación de placas embebidas e insertos: Una vez terminado de colocar el acero de refuerzo se deberán colocar todas las placas embebidas de conexión verificando perfectamente su posición así como los insertos para montaje (fig. 24).

Fig. 24 Colocación de placas embebidas e insertos

2.5.-Preparación de pasos de las instalaciones: Es importante dejar todas las camisas (pasos) para las instalaciones que atravesarán el muro ya que las preparaciones que se omitan deberán de realizarse cuando el muro ya esté montado, lo que complica el trabajo además de dañar al mismo muro y poderse generar agrietamiento (fig. 25).

Fig. 25 Detalle de muro dañado

Muros Tilt-Up

18

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

TERCERA ETAPA: COLADO DE MUROS 3.1.-Colado del muro: Para realizar el colado de los muros Tilt-Up (fig. 26) es conveniente realizar trabajos previos de limpieza ya que durante la colocación de las molduras y del acero tienden a quedar residuos de madera, plástico, alambre, etc. que de quedarse adosados al piso aparecerán en la fachada y los cuales son muy difíciles de retirar y reparar posteriormente; es necesario tener presente que la cara del piso y/o casting será la cara final de la fachada.

Colado del muro

Fig. 26 Colado de muros Tilt-Up

3.2.-Vaciado del concreto: Durante este proceso es importante revisar que el concreto sea el correcto en cuanto a resistencia y revenimiento ya que son puntos muy importantes para el fraguado del concreto y para su pulido. El vibrado del concreto debe ser el correcto para evitar oquedades, en donde se tengan molduras (form line) es conveniente vibrar un poco más dado que cuando se ice el muro deberá de tener su acabado completamente liso; es importante que se deje el acabado perfectamente a nivel y sin ninguna imperfección (bordos) ya que éstas se verán reflejadas en el interior de la nave (fig. 27).

Muros Tilt-Up

19

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Fig. 27 Vaciado del concreto

NOTA: Es importante anotar la fecha de inicio de colados para así darles su tiempo requerido de fraguado y comenzar a solicitar la grúa que se encargará de izar los muros cuando éstos ya tengan la edad requerida. CUARTA ETAPA: PREPARACION PARA EL IZAJE DE MUROS 4.1.-Ubicación de placas en la cimentación: Considerando que la cimentación ya se encuentra construida, solamente se revisará que las placas estén correctamente colocadas en la corona de la cimentación, en este punto se puede rectificar con apoyo de topografía para realizar el despiece de los muros y revisar que la colocación de las placas coincida con las placas colocadas en los muros para las conexiones de murocimentación. Es muy importante realizar este despiece anticipadamente ya que cualquier eventualidad se podrá resolver, tratar con tiempo y evitar reparaciones. 4.2.- Preparación del terreno para la grúa: Se deberá preparar el terreno por el cual se desplazará la grúa y se ubicará para el montaje. Cabe aclarar que la grúa que se contrate es una unidad que difícilmente puede desplazarse por terrenos inclinados o abruptos. 4.3.-Colocación de ángulo: Es importante la colocación de un tramo de ángulo (30-60 cm. de longitud) en la cimentación para poder alinear los muros; es necesario que ya se encuentre colocado por medio de taquetes antes del montaje o bien que se haya dejado ahogado durante el colado de la cimentación (fig. 28).

Fig. 28 Colocación de ángulo

4.4.-Limpieza del muro: En esta etapa es importante comenzar a retirar todo el concreto que se haya quedado encima de las placas, descimbrar cantos de muros (en la medida en que el cimbrado de los mismos lo permita)

Muros Tilt-Up

20

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

y limpiar completamente el muro, esto con la intención de evitar reparaciones cuando se esté izando el muro ya que de lo contrario se complicará la limpieza. 4.5.-Colocación de ménsulas: Estas ménsulas sirven para soportar las armaduras principales de la cubierta, en este trabajo se requiere de un topógrafo para que proporcione el nivel correcto y evitar posteriormente ajustes (fig. 29).

Fig. 29 Colocación de ménsulas

NOTA: Es importante aclarar que debe dejarse una franja de piso sin colar, esto con la finalidad de realizar una conexión del muro con el piso, lo que se logra colocando un armado en el piso y ligándolo con preparaciones de varilla (“barbas”) que se dejen en el muro a nivel de piso. QUINTA ETAPA: COLOCACION DE APUNTALAMINETOS, CABLES E IZAJE DE MUROS 5.1.-Ubicación de los insertos: Este proceso es relativamente fácil ya que los insertos cuentan con unas “barbas” de plástico para poder identificarlos, solamente se requiere retirar la tapa de protección que traen para que no les penetre concreto y por tanto dañarlas (recordemos que existen dos tipos de insertos). 5.2.-Colocación del apuntalamiento (braces): Estos deben colocarse de acuerdo a los que se requieran por diseño (comúnmente se colocan con un ángulo de 45° a 60°), la colocación se realiza de la siguiente manera: 1.-Se ubica el inserto (tipo “Coil bolt burke”), 2.-Se atornilla el extremo del apuntalamiento (brace) con el inserto “Coil bolt burke” y 3.-Se tiende el apuntalamiento (brace) sobre el muro. El mínimo apuntalamiento (brace) que debe llevar un muro es de 2 piezas. Es importante señalar que el apuntalamiento debe ser diseñado para las acciones a las cuales quedará sometido durante el proceso de construcción, generalmente viento y en ocasiones sismo. 5.3.-Colocación del balancín (conjunto de estrobos, poleas y grilletes) a la grúa para poder izar el muro: La elección de la capacidad de la grúa para el izaje también se debe ver reflejada en la capacidad de carga del balancín ya que es un punto muy importante para la seguridad del trabajo (fig. 30). La colocación de los grilletes se realiza con los insertos, por ejemplo, que pueden ser del tipo “SL III Ring Clutch”.

Muros Tilt-Up

21

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Fig. 30 Colocación del balancín

5.4.-Izaje del muro: Cuando se esté realizando el izaje de los muros se requiere de: A.-Operador de grúa y a un coordinador de movimientos: El coordinador es la persona que se encuentra supervisando la maniobra y generalmente es el indicado para dar indicaciones al operador de la grúa ya que se cuentan con muchos puntos ciegos. B.-Topografía: Se requiere de una cuadrilla de topografía de tiempo completo para nivelar y plomear los muros; esto es importante ya que cualquier desplome se verá reflejado en la colocación de las conexiones posteriores, en el aspecto visual del muro y en esfuerzos adicionales. C.-Montadores: Estas personas son las encargadas de cargar los puntales (brace) durante el izaje (esto es para que los puntales no sean arrastrados y se vaya a dañar el piso), de colocar un tramo de colchoneta durante el izaje del muro (la función de la colchoneta es para no raspar el piso durante el izaje del muro y solamente se empleará cuando se haya colado el muro sobre el piso de la edificación, de otra manera, si se coló sobre un piso provisional este punto no aplica), de ubicar y perforar el piso para colocar el taquete opresor y fijar el apuntalamiento (brace) con tornillos (estos tornillos deben de cumplir con el diseño a cortante), también es conveniente contar con una escalera de extensión por si existiera cualquier contratiempo al momento de izar el muro (existe la probabilidad de que algún inserto llegara a fracturarse, aunque remota, es necesario tenerlo en cuenta). Una vez que el concreto adquiera la resistencia suficiente para soportar las maniobras de izaje del muro por medio de una grúa (fig. 31) se procederá al montaje teniendo sumo cuidado en el manejo de estos elementos para evitar esfuerzos que conduzcan a la formación de grietas y en casos extremos a la falla del panel (fig. 32).

Muros Tilt-Up

22

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Izaje y montaje del muro.

Fig. 31 Izaje de los muros

Es muy importante que el muro sea diseñado considerando esta etapa que pudiese ser la más crítica.

Muros Tilt-Up

23

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Fig. 32 Falla del panel Tilt-Up

5.5.-Conexiones a muro: Una vez colocados los muros en su lugar se realizan las conexiones que servirán para darle estabilidad, dejándolos apuntalados hasta que se complete la construcción de la estructura interna de la nave (fig. 33) así como la cimentación y conexión al firme. El proceder de esta forma implica tener un diseño adecuado del apuntalamiento pues ante la falla de algún elemento se pondría en riesgo la estabilidad de todo el sistema.

Apuntalamiento

Muros Tilt-Up

24

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Fig. 33 Apuntalamiento temporal

Entre las conexiones que se realizan están las siguientes: A.-Conexión de estructura: Esta se logra con la colocación de armaduras principales conectadas a las ménsulas localizadas en los muros Tilt-Up y con el apoyo de los largueros (pueden ser del tipo joist) soldados a las placas que se encuentran embebidas en los muros (fig. 34). Unión de los muros con la estructura.

Muros Tilt-Up

25

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Fig. 34 Conexiones de los muros con la estructura interna

B.-Colocación de placas de conexión muro-muro: Esta conexión se realiza cuando hay dos muros consecutivos (fig. 35) y en esta conexión se puede ver reflejado cualquier desplome del muro, ya que las placas tendrán que quedar perfectamente empatadas. Las dimensiones y espesores requeridos de las placas serán dadas por el estructurista.

Fig. 35 Conexiones entre muros

Muros Tilt-Up

26

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

C.-Colocación de placas de conexión muro-cimentación: Estas placas se encuentran en la parte inferior del muro y se conectan con las placas que fueron colocadas previamente en la cimentación. Es conveniente cubrir estas conexiones posteriormente con un pequeño colado de concreto para evitar la oxidación (fig. 36).

Los muros se unen a la cimentación por medio de placas colocadas en los extremos del muro

En algunas ocasiones los muros se cuelan sobre un firme exterior y el apuntalamiento se hace sobre una zapata (muerto) colada previamente

Fig. 36 Unión de los muros con la cimentación

D.-Cola de piso: Como se mencionó anteriormente se requiere dejar una franja de piso sin colar para poder unir el armado de piso con las varillas (“barbas”) que se dejan en el muro. En este punto se cuela la franja logrando la estabilidad del muro (fig. 37). Unión de los muros con el firme.

Muros Tilt-Up

27

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Fig. 37 Unión de los muros con el firme

SEXTA ETAPA: RETIRO DE PUNTALES, RESANES Y PINTURA 6.1.-Retiro de puntales: Se procederá a retirar los puntales de los muros una vez que la estructura del techo haya quedado unido de manera definitiva a éstos y la franja perimetral de firme se haya colado (fig. 38).

Fig. 38 Retiro de puntales

6.2.-Aplicación de resane: Es necesario resanar los lugares de conexión de los apuntalamientos así como las zonas donde existan porosidades o errores de colado. El resane debe quedar completamente liso ya que de existir un acabado poroso se verá reflejado en la pintura (fig. 39).

Muros Tilt-Up

28

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Fig. 39 Resane de muros y firme

6.3.-Arreglo de molduras: Es posible que alguna moldura pueda llegar a desplazarse durante el colado de los muros por lo que se verán torcidas o desalineadas; es conveniente que durante el izaje de los muros se aprecie si existen molduras dañadas y de ser así es conveniente repararlas lo más pronto posible para evitar contratiempos. 6.4.-Aplicación de la pintura: Este es el último paso de la construcción de los muros Tilt-Up; antes de aplicar la pintura es recomendable lavar los muros ya que por el proceso de construcción pueden tener polvo, grasa, etc., lo cual puede generar que no exista buena adherencia entre la pintura y el muro. Cabe mencionar que si el tamaño de la nave lo permite se puede montar simultáneamente la estructura metálica del interior y los muros (fig. 40).

Muros Tilt-Up

29

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Fig. 40 Montaje de estructura metálica

Muros Tilt-Up

30

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL ANALISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL DE MUROS TILT-UP Para el análisis y diseño de los muros Tilt-Up se siguió el procedimiento mostrado en el manual de la TCA (Tilt-Up Concrete Association), pero empleando las cargas unitarias y espectros de diseño de las normas mexicanas (Manuales de CFE, NTC-RDF-2004). Los muros se deberán diseñar para acciones permanentes: peso propio, cargas muertas y vivas, así como para acciones accidentales: viento, sismo y granizo. Es muy importante señalar que los muros deben ser revisados para la condición de montaje y en su caso reforzados para este efecto. CONSIDERACIONES DE ANALISIS Para realizar el análisis se deberán tomar en cuenta una serie de consideraciones que van desde su geometría, sus condiciones de apoyo, comportamiento, las reacciones de la cubierta y su estructura de soporte. Para la parte geométrica se distingue particularmente la configuración de huecos pues entre mayor cantidad tenga, la rigidez se verá afectada, teniendo además una mayor concentración de esfuerzos en los puntos de apoyo y en las aberturas. La geometría de los muros es variable: sólidos, en “L”, con aberturas, etc. Los tableros rectangulares se construyen con medidas que oscilan en 8 X 12 m, siendo función del peso, capacidad de la grúa, resistencia del muro en el proceso de montaje, geometría de las aberturas, etc. (fig. 41).

Muros Tilt-Up

31

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Muros Tilt-Up

32

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Fig. 41 Diferentes configuraciones de huecos en los muros

Otro elemento que rige el diseño de los muros es la altura libre de éstos; tanto el grosor del muro como la cantidad de lechos de acero de refuerzo por utilizar son función de ésta. La altura dependerá de la ubicación de la cubierta, de la posición de los elementos de conexión entre muros y de los elementos de unión cubierta – muros (fig. 42). La eficiencia de los elementos de restricción del muro en su parte superior tiene una función trascendental para la restricción del desplazamiento del muro en su dirección transversal. MURO TILT-UP

LARGUERO TIPO JOIST L-1 ARMADURA PRINCIPAL

ARMADURA DE APOYO DEL MURO

ARMADURA PRINCIPAL

PLACA DE 200 X 200 X 6 @ JOIST PLACA DE 400 X 200 X 13mm PROVISTA CON 3 ASAS DE RDO. LISO Ø 16mm MURO TILT-UP

4 ANCLAS DE ANGULO DESFLORADO DE 25 X 25 X 3mm

CONTRAVIENTO DE RDO. LISO Ø 19mm ó 25mm

ANG. DE 102 X 102 X 10mm

JOIST

CARTELA PLACA DE 6mm JOIST

ANGULO DE 102 X 102 X 9.5mm ( L=200mm ) CONTRAVIENTO

Fig. 42 Puntos de apoyo en la parte superior de los muros

Debido a la gran esbeltez de los muros es importante considerar la inestabilidad lateral, el alabeo, la deformación perpendicular a su plano ante acciones de viento y sísmicas. Para el diseño de los muros se deben considerar acciones gravitacionales y accidentales. Las gravitacionales serán las trasmitidas por la cubierta relativas a las cargas permanentes constituidas por el peso propio de la estructura y de la lámina, instalaciones, etc., así como las vivas que se definirán en función del código adoptado para el diseño. En

Muros Tilt-Up

33

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

cuanto a las acciones accidentales para el sismo se adoptarán los espectros y factores de comportamiento sísmico Q del código aplicado, sin embargo no siendo claro el valor de Q que debe ser asociado a los muros Tilt-up con respecto al RDF-2004, un valor razonable sería Q=2. Por lo que se refiere al viento y granizo también se deben establecer las especificaciones del mismo código empleado. Se señala que la carga de granizo solamente está especificada en el Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal. Para la estimación de elementos mecánicos se propone realizar dos tipos de modelos, un primer modelo de la estructura completa (fig. 43) con el cual se pueden evaluar tanto las distorsiones de los muros como las fuerzas transmitidas por los diferentes elementos estructurales (armaduras, contraventeos, etc.). Este modelo permite además determinar el comportamiento de los muros en conjunto y las reacciones de los elementos de soporte lateral en la parte superior de los muros.

Fig. 43 Modelo general de la estructura

En el modelo general cada muro se puede representar con alguna de las tres metodologías descritas a continuación, o bien con una combinación de ellas: a)

Modelo de la analogía de la columna ancha (fig. 44): En donde el objetivo es determinar adecuadamente la rigidez del muro.

Muros Tilt-Up

34

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Fig. 44 Modelo de la columna ancha

b) Analogía de la columna ancha previa calibración de la rigidez considerando las aberturas (fig. 45):

Muros Tilt-Up

35

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Fig. 45 Efecto de aberturas en el modelo de la columna ancha

c)

Con elementos finito del tipo “Shell”.

Posteriormente se desarrolla el modelo particular del muro por medio de elemento finito (fig. 46) donde se obtuvieron los elementos mecánicos de cada franja crítica del muro; para cada caso se definen los puntos de restricción y se asignan las cargas y las deformadas obtenidas del modelo general (fig. 47). En la base del modelo se colocaron los apoyos de la siguiente forma: dado que en la zona donde se une con la cimentación por medio de placas, la soldadura utilizada se distribuye de manera que restringe el movimiento lineal y angular (fig. 48), en las esquinas inferiores se asigna un apoyo empotrado. Una práctica común en el diseño de este tipo de muros es conectarlo con el firme de la estructura (fig. 49) lo cual permite generar una zona de empotramiento incrementando así su estabilidad, sin embargo también ocasiona una concentración de esfuerzos que deberá ser evaluada ante la posibilidad de la formación de fisuras. Para considerar tal efecto en dicha zona se colocan puntos de restricción del movimiento de los muros fuera del plano.

Muros Tilt-Up

36

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Fig. 46 Modelo particular del muro

Fig. 47 Obtención de reacciones y desplazamientos en cada muro

Muros Tilt-Up

37

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

JUNTA DE 20mm ENTRE PANELES

JUNTA DE 20mm ENTRE PANELES

ARMADO DE MURO

ARMADO DE MURO E-70XX 8

8 150 mm

PANEL TILT-UP

PANEL TILT-UP 3 STUD-NELSON S3L DE Ø7/8" x 4-3/16"

PL 400x200x10 mm

PL 300x200x10 mm PL 400x200x10 mm

CORONA DE CIMENTACION

50mm GROUT PAD PL 400x700x10

PL 400x700x10 mm

CORONA DE CIMENTACION 6 STUD-NELSON S3L DE Ø7/8" x 4-3/16"

6 STUD-NELSON S3L DE Ø7/8" x 4-3/16"

VISTA FRONTAL

VISTA POSTERIOR

Fig. 48 Zona de unión de los muros con la cimentación

MURO TILT-UP

PANEL TILT-UP

REFUERZO VARTICAL DEL MURO

REFUERZO HORIZONTAL DEL MURO

FIRME

ESCUADRA DE ANCLAJE VAR.#4@20

ARMADO DE MURO JUNTA DE 20mm ENTRE PANELES ARMADO DE MURO

PANEL TILT-UP

VARS. VERTICALES

ESCUADRA DE ANCLAJE VAR.#4@20

VARS. HORIZONTALES ARMADO DE MURO

8 150 mm PROTECCION DE UNION DE CONCRETO, EN ZONA DE CONEXION

vrs # 4 PL 12"x6"x1/4" CORRIDAS

PL 400x200x10 mm PL 300x200x10 mm

3 STUD-NELSON S3L DE Ø7/8" x 4-3/16"

8 EMBECO DE 5 cm DE ESPESOR

50mm GROUT PAD

6

8 PL 400 x 700 x 10 mm

6 30

10

6 STUD-NELSON S3L DE Ø7/8" x 4-3/16"

150 mm

PL 400x200x10 mm 3 STUD-NELSON S3L DE Ø7/8" x 4-3/16" PL 400x200x10 mm

PLANTILLA DE CONCRETO

Muros Tilt-Up

38

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Fig. 49 Zona de unión de los muros con el firme

Para el análisis de cada muro es necesario elegir una serie de franjas representativas y críticas a partir de las cuales se obtengan los elementos mecánicos; la elección se hace ya sea por que tengan la geometría más común o por que se estime que sean las que tengan las mayores demandas. Lo anterior es particularmente importante en los muros donde se tienen grandes huecos en la base donde ocurre que el soporte de los muros debe darse por completo por elementos relativamente pequeños (fig. 50).

Fig. 50 Franjas críticas de un muro con dos huecos grandes en la base

CONSIDERACIONES DE DISEÑO Para el diseño de los muros, es importante que el concreto tenga un modulo de elasticidad suficiente para obtener las deformadas máximas permisibles y que sea de alta calidad por lo que se establece que la resistencia mínima a la compresión a los 28 días sea de de 25 Mpa (250 kg/cm2) y que el concreto sea clase I

( E = 14, 000

)

f `c .

Para evitar problemas de inestabilidad (pandeo) se recomienda que el esfuerzo debido a la carga vertical no sobrepase 0.04f’c y para obtener ductilidad se limita el refuerzo máximo a valores de 0.6 ρb. A su vez, se considera que el armado mínimo será el definido por las NTC-RDF 2004, es decir 0.0025. Se recomienda que el diámetro mínimo del acero de refuerzo sea 3/8”(#3) y que las varillas no estén separadas a no más de 30

Muros Tilt-Up

39

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

cm. En los manuales de los muros Tilt-Up se indica que el refuerzo de acero podrá ser con una sola parrilla si el espesor del muro es menor a 20 cm. (8”), sin embargo dado que se quiere evitar el agrietamiento en los muros y de acuerdo a las NTC- RCDF -2004, para muros con espesores mayores a 15 cm. se deberán colocar 2 parrillas de acero. Es recomendable que las deflexiones en los muros se limiten a valores de L/150. Es necesario considerar los efectos de momentos de segundo orden en los muros (efecto P-Delta), éstos pueden ser evaluados de acuerdo con lo establecido en el manual TCA o bien en las NTC-RCDF-2004. En los casos donde los muros presentan huecos, se analizó cada una de las franjas críticas (fig. 51) considerando que éstas deberán proporcionar el soporte completo a los muros. Las secciones de muro que quedan por arriba o debajo de los huecos se les coloca el acero requerido por diseño.

Fig. 51 Análisis de franjas críticas

Para el diseño de los muros a partir de los elementos mecánicos, el manual de TCA sugiere el empleo de dos posibles códigos, el ACI 318-05 y el código UBC-97, sin embargo permite que se emplee un reglamento adicional si este resulta más apegado a las condiciones de la estructura en análisis. Debido a que el reglamento ACI 318-05 es comúnmente empleado en México se puede optar por este para el diseño de los muros. Es importante que los códigos y normas seleccionados para determinar las acciones (sismo y viento) y el de diseño sean consistentes. No se pueden combinar códigos. Considerando que una de las principales preocupaciones en el diseño de los muros es la esbeltez, se utilizaron los conceptos ubicados en las NTC-RCDF-2004 para diseño de elementos de concreto, en donde se establece que cuando se tienen elementos esbeltos donde sus extremos están restringidos lateralmente, el momento resistente calculado para la sección deberá ser menor al momento último considerando los efectos de segundo orden, esto es:

Muros Tilt-Up

40

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

φ Mn ≥ Mu Donde

(1)

Mu= Mua + Pu ∆u Mu = momento último considerando los efectos de segundo orden Mua = momento último obtenido Pu = Carga axial última ∆u = Deflexión horizontal debida a la carga Pu

Alternativamente, estos efectos pueden tomarse en cuenta mediante el uso de momentos amplificados por medio de la siguiente expresión:

Mc = Fab M

(2)

Dónde: Mc Es el momento de diseño amplificado M Momento demandado obtenido en un análisis de primer orden. Fab Factor de amplificación, calculado de acuerdo a la forma siguiente:

Fab =

Cm Pu 1− 0.75 Pc

(3)

Dónde:

Cm =± 0.6 0.4

M1 ≥ 0.4 M2

(4)

Pu Es la demanda de carga axial Pc Es la carga crítica o carga de Euler, ésta se obtiene con la expresión siguiente:

Pc =

π 2 EI

(5)

H2

Cabe mencionar que en este caso para calcular la carga de Euler, en elementos esbeltos, la inercia bruta de la sección se debe reducir al 40%. Una vez determinados los momentos amplificados, el diseño de los muros se puede realizar empleando el Manual del Instituto Americano de Muros Tilt-Up (TCA); sin embargo en ese mismo manual se sugiere el empleo de un reglamento adicional local por lo cual se optó por diseñarlos por medio de las NTC-RCDF2004. Debido a que los muros presentan demandas de flexión y compresión al mismo tiempo, se diseñaron por medio del cálculo de los diagramas de interacción por lo que para cada franja de interés se obtuvo dicho diagrama de la siguiente manera: Para obtener el valor de la carga axial resistente cuando se tienen momentos nulos se emplean las siguientes ecuaciones: Carga de tensión

P = FR As Fy Compresión

Muros Tilt-Up

(6)

= P FR ( f "c( Ag − As ) + As Fy )

(7)

41

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Donde: P FR As Fy Ag f”c

Es la carga resistente a tensión o a compresión Es el factor de resistencia Área de acero en la sección Esfuerzo de fluencia del acero de refuerzo Área bruta de la sección Es la resistencia nominal del concreto reducida

Para obtener los puntos intermedios del diagrama de interacción se utilizaron las expresiones siguientes: Carga Axial Resistente

 NL Fy Asn ε n  = + β1 c B f "c  P FR  ∑ εn  n =1 

(8)

Momento Resistente

 NL Fy Asn ε n β c B f "c   "  H M F y β c B f c = + −   1 R R ∑ n εn 2  2   n =1

(9)

Donde: NL- Número de lechos de acero en la dirección de interés. εN – Es la deformación unitaria en el acero de acuerdo al diagrama mostrado en la fig. 52 NL

∑

Fy × Asn × ε n

n =1

εn

- representa el aporte del acero en la resistencia

β1 es el factor de profundidad de la zona de compresión, calculado de la forma siguiente:

= β1 0.85;

β1 =1.05 −

si f * c ≤ 280 kg / cm 2 f *c ≥ 0.65; 140

(10)

si f * c > 280 kg / cm 2

c – profundidad del eje neutro H- peralte de la sección transversal B- base de la sección transversal εc = 0.003 εs1

εs2

Fig. 52 Esquema de la deformación del acero de acuerdo a la ubicación del eje neutro

Con los diagramas de interacción calculados, se relacionan los momentos últimos con los resistentes cumpliendo con las consideraciones de la sección 2.3 de las normas técnicas complementarias 2004 para diseño de elementos de concreto que estipulan que:

Muros Tilt-Up

42

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural • La excentricidad de diseño no será menor que 0.05h ≥ 20 mm. • Para el cálculo de la carga nominal resistente se emplea la ecuación siguiente:

PR =

1 1 1 1 + + PRx PRy PR 0

(11)

Donde: PR – Resistencia nominal de diseño aplicada con las excentricidades ex y ey PRx – carga normal de diseño, aplicada con una excentricidad ex en un plano de simetría PRy – carga normal de diseño, aplicada con una excentricidad ey en un plano de simetría PR0 – carga normal de diseño, suponiendo que no hay excentricidad La ecuación anterior es válida siempre que la relación entre PR y PR0 sea mayor a 0.1, en caso contrario, regirá la demanda a flexión, la cual se revisa de la forma siguiente:

Mux Muy + ≤ 1.0 M Rx M Ry

(12)

Donde Mux y Muy son los momentos de diseño considerando los efectos de segundo orden los ejes X e Y MRx y MRy son los momentos resistentes alrededor de los ejes X e Y Ya que el reglamento citado especifica que el momento resistente se calcula de la forma tradicional, se optó por calcular este valor por medio de diagramas de interacción (González, et al., 2005) pero en lugar de utilizar las normas ACI; se emplearon las del reglamento de construcciones del DF 2004. Cabe aclarar que en dicho reglamento no se establece ninguna consideración para muros delgados por lo cual se tuvieron que utilizar las mencionadas en las secciones 14.8.2.1 a 14.8.2.16 del ACI 318-05, lo cual genera una incertidumbre en el diseño. Para el diseño por cortante, se utilizaron las especificaciones indicadas en la sección 6.5.2.5 del reglamento de construcciones del DF 2004.

Muros Tilt-Up

43

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

APLICACION PRACTICA DEL DISEÑO DE LOS MUROS Para verificar que el cálculo del refuerzo por medio de los diagramas de interacción es adecuado, se optó por validarlo comparando el diseño con un programa comercial de diseño de muros de paredes delgadas desarrollado por la Portland Concrete Association denominado PCA-WALL, en la fig. 53 se muestran los resultados de uno de los muros.

Elementos del análisis Muax 1.24 t-m Muay 0.31 t-m Pu 23.54 t Du 0.021 m

Mux Muy

1.73 t-m 0.80 t-m

Momentos Resistentes Acción Mrx (t-m) Mry (t-m) Pr (t)

Diagramas de Interacción

PCA Walls

Mn

Mn

Mn/Mu 1.92 0.88 23.54

1.11 1.09 1.00

Mn/Mu 1.79 0.84 23.54

1.03 1.04 1.00

Fig. 53 Comparación del diseño con diagramas de interacción y el obtenido con un programa comercial

Para observar las posibles fallas en el procedimiento de diseño propuesto, se llevó a cabo el diseño de los muros de 6 naves cuyas demandas sísmicas y de viento fueran distintas (tabla 1). Los resultados mostrados en la fig. 54 corresponden a muros sólidos que no tienen solicitaciones adicionales a sus cargas tributarias, esto es bajo nivel de demanda. Por otra parte, en las fig. 55 a 56, se muestran aquellos muros cuya distribución de huecos es como la mostrada en fig. 51 y que además de las cargas tributarias tienen cargas adicionales debidas a que descansa alguna armadura y está conectado alguno de los contravientos de cubierta.

Muros Tilt-Up

44

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Variando el coeficiente sísmico desde 0.08 (zona A) hasta 0.65 (zona C), los resultados mostrados en la fig. 57 corresponden a muros sin huecos y se grafican las áreas de acero necesarias para cubrir las demandas. Por otra parte, en la fig. 58 se muestran la misma gráfica pero en este caso empleando muros cuya densidad de huecos fuera mayor al 30%. Tabla 1: Lista de las naves industriales utilizadas

Nave C-I C-II H-I H-II TR-I TR-II

Ubicación Edo de México Edo de México Monterrey Monterrey Edo de México Edo de México

Área (m2) 23656 13468 18979 17850 22320 16580

Zona Sísmica C C A A C C

Vel Reg (km/hr) 125 125 105 105 115 115

14.00

Muros t=18.42 cm Muros t= 13.97 cm

Áreas de acero (cm²)

12.00

10.00

8.00

6.00

4.00

2.00

0.00 M-2

M-11 M-12 M-16 M-19 M-20 M-22 M-25 M-26 M-28 M-33 M-37 M-40 M-41 M-44 M-47 M-50 M-55

Fig. 54 Áreas de acero en los muros sólidos, la línea horizontal indica el área de acero mínimo

Muros Tilt-Up

45

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

25.00

Muros t=18.42 cm muros t= 13.97 cm

Área de Acero (cm²)

20.00

15.00

10.00

5.00

0.00 M-1

M-7

M-8

M-10 M-13 M-14 M-16 M-17 M-22 M-23 M-25 M-34 M-35 M-42 M-48 M-50 M-51 M-53

Fig. 55 Áreas de acero en las franjas laterales de los muros con huecos, la línea horizontal indica el área de acero mínimo 30.00

Muros t=18.42 cm Muros t= 13.97 cm

Área de Acero (cm²)

25.00

20.00

15.00

10.00

5.00

0.00 M-1

M-7

M-8

M-10 M-13 M-14 M-16 M-17 M-22 M-23 M-25 M-34 M-35 M-42 M-48 M-50 M-51 M-53

Fig. 56 Áreas de acero en la franja central de los muros con huecos, la línea horizontal indica el área de acero mínimo

Muros Tilt-Up

46

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Comparativa de áreas de acero en muros con diferente coeficiente sísmico

Área de acero requerida (cm2)

30 25

M-52 M-43 M-33 M-29 M-17 M-08

20 15 10 5 0 0.08

0.4

0.65

Coeficiente Sísmico

Fig. 57 Áreas de acero en los muros sólidos, la línea horizontal indica el área de acero mínimo

Comparativa de áreas de acero en muros con diferente coeficiente sísmico

Área de acero requerida (cm2)

30 25

M-49 M-46 M-35 M-21 M-14 M-03

20 15 10 5 0 0.08

0.4

0.65

Coeficiente Sísmico

Fig. 58 Áreas de acero muros con huecos, la línea horizontal indica el área de acero mínimo

Una cuestión que resulta interesante de estudiar en los muros Tilt-Up es observar el comportamiento del periodo ante el incremento de los huecos en el muro pues una solicitud común de parte del contratista es incrementar los huecos una vez que ya se ha terminado la obra. Por esta razón se hizo un estudio tomando un muro originalmente sin huecos con un área total de 104 m2, al cual se le fueron agregando en un total de 5 etapas, huecos para ventanas o puertas hasta llegar a un área de 62 m2 (en la fig. 59 se muestran 3 de dichas etapas); es decir hasta que tuviera una densidad de huecos de casi 40% (Área total / Área de huecos). La curva de la variación del periodo contra la densidad de huecos se muestra en la fig. 60.

Muros Tilt-Up

47

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Fig. 59 Incremento de huecos en un muro sólido

0.35 0.34 0.33

Periodo (s)

0.32 0.31 0.3 0.29 0.28 0.27 0.26 0.25 0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

Densidad de Huecos (Ab/Ah)

Fig. 60 Variación de periodos respecto a la densidad de huecos en un muro

EJEMPLOS DE DISEÑO DE MUROS CON LA METODOLOGIA PROPUESTA De forma abreviada, se presenta a continuación el ejemplo de diseño del muro M-53 de la nave TR-II. En primera instancia, se toman las descargas y deformadas del modelo general de la nave (fig. 61). A partir de la geometría del muro de acuerdo a los planos arquitectónicos (fig. 62a) se elabora el modelo individual (fig. 62b), se aplican tales cargas al modelo y se realiza el análisis.

Muros Tilt-Up

48

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Deformada para sismo en y

Descarga de la condición de carga viva en muro

Fig. 61 Descargas y deformadas sobre el muro M-53 obtenidas del modelo general de la nave

En el caso particular de este muro, se ubicaron como franjas críticas las tres zonas donde se forma una pilastra (fig. 62b), los elementos mecánicos obtenidos y las combinaciones en dichas franjas se muestran en las tablas 2 a 4, cabe mencionar que dichos elementos ya han sido afectados por el coeficiente de amplificación de momentos expresado en las ec. 2 y 3.

(a)

(b)

Fig. 62 Muro M-53 arquitectura (a) y modelo para análisis con sus franjas críticas (b) Tabla 2: Elementos mecánicos obtenidos en la franja 1 (lado izquierdo del muro) t= Demanda P My Mx V

Muros Tilt-Up

0.1905 Pp 12.03 -0.28 0.00 -0.26

m Cm 2.11 -0.06 0.00 -0.04

Cortante CV 1.62 -0.05 0.00 -0.03

4 Sx 2.08 -0.64 0.00 -0.29

Sy 0.00 0.00 4.77 0.00

Viento 0.00 0.00 0.73 0

Comb1 22.05 1.15 0.00 -0.48

Combinaciones Comb2 Comb3 18.73 17.90 -1.11 -0.62 2.71 6.33 -0.79 -0.48

Comb4 17.33 -0.43 0.80 -0.37

49

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Tabla 3: Elementos mecánicos obtenidos en la franja 2 (centro del muro) t= Demanda P My Mx V

0.1905 Pp 13.73 -0.06 0.00 -0.16

m Cm 1.30 -0.05 0.00 0.00

Cortante CV 1.05 -0.03 0.00 0.00

4 Sx 0.33 -1.36 0.00 -0.85

Sy 0.00 0.00 4.70 0.00

Viento 0.00 0.00 1.74 0

Comb1 22.50 1.54 0.00 -0.23

Combinaciones Comb2 Comb3 17.47 18.00 -1.63 -0.58 2.61 6.26 -1.32 -0.50

Comb4 17.68 -0.15 1.92 -0.18

Tabla 4: Elementos mecánicos obtenidos en la franja 3 (lado derecho del muro) t= Demanda P My Mx V

0.1905 Pp 9.40 -0.03 0.00 0.42

m Cm 0.40 -0.02 0.00 0.05

Cortante CV 0.37 -0.01 0.00 0.04

4 Sx -2.41 -0.90 0.00 -0.68

Sy 0.00 0.00 5.46 0.00

Viento 0.00 0.00 -0.50 0

Comb1 14.24 1.01 0.00 0.71

Combinaciones Comb2 Comb3 8.34 10.65 -1.05 -0.35 2.31 6.65 -0.24 0.33

Comb4 11.19 -0.06 -0.55 0.56

El diagrama de elementos mecánicos de contorno se muestra en la fig. 63 y el diseño de la franja más esforzada (franja 2) se presenta en la fig. 64.

Fig. 63 Diagrama de elementos mecánicos para la combinación se sismo en dirección por fuera del plano Datos de muro Datos del diseño B= 96 cm Pu= 18.00 H= 19.05 cm Mux= 6.26 r= 3 cm Muy= 0.53 f'c= 250 kg/cm² pmin= 0.0020 Fy= 4200 kg/cm² Asmin= 3.70 Np= 30 p secc= 0.0120 L= 1281 cm 0 954 Distribución del acero en la columna

Muros Tilt-Up

COM t t-m t-m cm²

PR0(t) PRx(t) MRx(t) PRy(t) MRy(t) 319.47 26.38 7.09 267.15 8.30 Resumen de resultados PR= 1 / (1 / Prx + 1 / Pry - 1 / Pr0) 25.96 t Pu/Pr0 PR/PR0 < 0.1 rige flexion 1.07 0.69 correcto Mux / Mrdx + Muy / Mrdy= 21.9456 0.95 no aplica

50

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Diagrama de Interacción

350 300

Dx

300

250

250

200

200

Carga Axial P (t)

Carga Axial P (t)

Diagrama de Interacción

350 Dy

150 100 50

150 100 50

0 0

-50 -50

-100 0

10

20

30

Momento (t-m)

40

50

-100 0

2

4

6

8

10

12

Momento (t-m)

Resultado Para el armado vertical se requieren dos lechos de acero con varillas del No 4 @ 18 cm El armado horizontal de la franja resulta con varillas del No 4 @ 17.5 cm y se requieren dos lechos de acero

Fig. 64 Resultados del diseño de la franja 2 del muro M-53 siguiendo la metodología propuesta

El armado final del muro se muestra en la fig. 65, cabe mencionar que con la finalidad de evitar agrietamientos, en los apoyos y esquinas de los huecos donde se encontraron concentraciones de esfuerzos se colocaron varillas de refuerzo diagonales.

Fig. 65 Armado final del muro

COMENTARIOS FINALES DEL DISEÑO DE LOS MUROS Se encontró que los muros pueden ser diseñados utilizando el reglamento de construcciones del DF, obteniendo un buen resultado teniendo un buen factor de seguridad y cierta sencillez en su ejecución. Cabe mencionar que se estima posible optimizar el espesor y armado de los muros pues los resultados de los análisis muestran que estos sí tienen capacidad de disipación pero es necesario realizar estudios más detallados para definir dicho coeficiente. Sin embargo permanece la incertidumbre de que si los efectos de segundo orden son considerados adecuadamente además se desconoce si el muro tendrá un buen desempeño

Muros Tilt-Up

51

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

sísmico en el caso de presentarse un sismo de gran intensidad. Es evidente que se requieren estudios más a fondo con pruebas en laboratorio con sismos intensos que permitan establecer de una forma más aproximada el comportamiento real de estos muros ante demandas sísmicas más elevadas. También se evidenció la existencia de otras incertidumbres para el diseño de los muros pues muchos de los parámetros límites no existen en las normas nacionales, por lo cual a falta de otro valor, se utilizaron los contenidos en las normas estadounidenses con la incertidumbre de si estos valores son aplicables por lo que se requiere hacer estudios de laboratorio sobre su comportamiento y así establecer esos valores que se desconocen. Se debe tomar muy en cuenta que en los manuales de diseño de los muros Tilt-Up y en algunos estudios (Carter, et al., 1993) se encontró que las conexiones (fig. 66) de estos muros son su principal punto débil ante los efectos sísmicos pues en general tienen un desempeño pobre ante demandas intensas y la solución propuesta por el mismo reglamento de aumentar las fuerzas sísmicas en un 30% para el diseño de las conexiones parece muy somera, ya que esta solución que probablemente sea adecuada al tipo de suelo y sismos en los Estados Unidos, podría no cubrir por completo las demandas de un sismo intenso en zonas con tipos de suelo blando de la ciudad de México.

(2) VARS #5

pl 10"x10"x1/4" pl 10"x10"x1/4"

PLACA DE UNION PL 6x6x3/8"

(2) VRS #5

MANGAS DE PLASTICO L=48" (1.20m)

(2) VARS #5 placa de conexion de 16"x8"x3/8" DE -UP . ILT ESP LT E NE /2" D A P -1 7

E PD T -U P. T IL ES EL " DE N PA -1/2 7

E PD T -U SP. T IL E EL " DE N P A -1/2 7

PA NE 7-1 L T IL /2" T -U DE P D ES E P.

MANGAS DE PLASTICO L=48" 1.20m)

Fig. 66 Conexiones del muro

En cuanto a los resultados presentados se observa que todos los muros que presentan bajas demandas no tienen huecos contando con refuerzo en dos lechos y armados con el acero mínimo, sin embargo si se utiliza una sola parrilla este valor se incrementa; se constató que las áreas de acero en muros ubicados en zonas sísmicas se incrementan. Por otra parte se observó que las cantidades de acero en los muros con este tipo de refuerzo son muy semejantes entre sí, aún cuando las condiciones de carga sean distintas. En la revisión del periodo ante el incremento en la densidad de huecos se observa que estos afectan directamente su comportamiento sísmico y se deberá tener cuidado de evitar hacer demasiado flexible el muro pues ocasionaría que éste se encontrara a mayores demandas sísmicas dependiendo de la forma del espectro de diseño, las cuales deberán ser resistidas por una menor cantidad de elementos. La gran dispersión en los armados de los muros con huecos muestra que no es posible generalizar el comportamiento de las franjas, por tal motivo resulta necesario hacer el análisis de cada una de ellas bajo las diferentes condiciones de carga según sea el caso.

Muros Tilt-Up

52

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

CUANTIFICACION DE LOS MATERIALES Y COSTOS EN LA CONSTRUCCION Para la cuantificación de los materiales se emplearon las mismas 6 naves del diseño más un grupo igual de naves con el sistema de marcos de acero, para que a partir de los datos de cantidades de material se trazará una curva de comportamiento de costos contra longitudes, dicha curva fue ajustada con un procedimiento estadístico a través de polinomios ortogonales (Forsythe, 1954) y así se aproximaron los valores que se encuentran fuera de la muestra. Para efectos ilustrativos, se muestran los resultados de la cuantificación de dos naves, construidas en la misma zona y con áreas de construcción similares, éstas se describen en la tabla 5. Tabla 5: Naves utilizadas para ejemplificar la cuantificación

Nave: Tres Ríos Edificio 4 ID: TR-IV Tipo de Estructuración: Marcos de acero formados por armaduras y columnas de sección IR con fachadas de lámina de acero Cimentación Zapatas Aisladas Dimensiones: 140.21x 206.05 Área Total:

28890 m2

Nave: Tres Ríos Edificio 1 ID: TR-I Tipo de Estructuración: Marcos de acero formados por armaduras y columnas de sección IR Muros Tilt-Up en las fachadas Cimentación Zapatas Aisladas y zapatas corridas en el perimetro Dimensiones: 283.48x 78.417 Área Total:

22230 m2

La cuantificación de las naves incluye las cantidades de material empleadas en la superestructura y las cantidades de material en la cimentación normalizadas con respecto al área total. Se presentan junto a la tabla de resultados, su planta estructural y un corte sobre uno de los ejes principales (fig. 67 y 68 respectivamente).

Muros Tilt-Up

53

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

14

17

9

9

A AH

AH

AH

AH

AH

AH

AH

AH

AH

AH

AH

AH

AH

B

19

10

C

15

10

15

D

21

19

10

M-1P

M-1

M-1

M-1

M-1

M-1

M-2

M-2

M-1

M-1

M-1

M-1

M-1

M-1

M-1P

E

10

F 16 21

G 10

H 18 19

I

AH

AH

AH

AH

AH

AH

AH

AH

AH

AH

AH

AH

AH

J 14

9

14

13

12

11

17

10

9

17

8

A

B

C

D

6

7 7" E

14

5

4

3

2

1

7' F

G

H

I

J

2

2

Fig. 67 Planta estructural y corte de la nave industrial Tres Ríos edificio 4 Tabla 6: Cuantificación de materiales en la nave TR-IV

CONCEPTO placa Base columnas armaduras trabes metálicas marcos rígidos puntal arriostramiento elementos de fachada largueros de cubierta joist de cubierta contraflambeos contraventeos en cubierta contraventeos en fachada lamina cubierta lamina de fachada conexiones TOTAL CONCEPTO zapata concreto TOTAL

kg/m² de construcción 0.4 12.9 3.7 0.4 ----------0.7 1.2 -----9.7 1.1 0.5 1.5 11.1 1.5 2.1 46.8 m3/m² de construcción 0.0114 0.0114

AREA TOTAL= 140.21m x 206.05m = 28890 m²

Muros Tilt-Up

54

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Fig. 68 Planta estructural y corte de la nave industrial Tres Ríos edificio 1 Tabla 7: Cuantificación de materiales en la nave TR-I

CONCEPTO placa Base columnas armaduras arriostramiento joist de cubierta contraflambeos contraventeos en cubierta lamina cubierta conexiones TOTAL CONCEPTO Muros Tilt-Up Concreto reforzado TOTAL CONCEPTO zapata concreto TOTAL

kg/m² de construcción 0.58 9.94 4.74 0.38 9.18 1.1 0.48 11.1 2.2 39.7 m3/m² de construcción 0.08 0.08 m3/m² de construcción 0.022 0.022

AREA TOTAL= 283.48m x 78.417m = 22230 m²

Muros Tilt-Up

55

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Tabla 8: Totales en la cuantificación

Concepto Estructura Metálica (kg/m²) 2 3 Estructura de Concreto (m /m )

TR-IV

2 3 Cimentación (m /m )

TR-I 46.8

39.7

0

0.08

0.0114

0.022

Para comparar los pesos de las naves con el sistema Tilt-Up y las naves con marcos de acero, se obtuvo el peso total de la nave (incluyendo los muros) y se normalizó con respecto al área, los pesos mostrados son los que corresponden a un solo marco tomando únicamente el peso tributario de muros que le corresponde al considerar que la separación entre ejes es de 15.85 m (52 pies). Los datos obtenidos y la curva se muestran en la fig. 69 mientras que en la fig. 70 se realiza la comparación del peso entre estos muros y los formados por marcos de acero. Peso versus Longitud del claro

70 60

Peso (kg/m²)

50 40 30 20

Datos de Pesos 10

Curva Ajustada

0 8

16

24

32

Longitud del claro (m) Fig. 69 Curva de peso unitario vs longitud del claro para muros Tilt-Up 60 Tilt Up Marcos de Acero

Peso (kg/m²)

50 40 30 20 10 0 10

15

20

25

30

Longitud (m)

Fig. 70 Comparación de curva de pesos de naves con muros Tilt-Up y naves con marcos de acero

Muros Tilt-Up

56

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Se observa que en cuanto a materiales las naves industriales construidas con muros Tilt-Up son hasta 6 veces más pesadas que las naves con marcos de acero lo que puede repercutir en el costo de la cimentación en suelos blandos o no muy resistentes. Se distingue que las cantidades de acero requeridas son ligeramente más bajas en naves con sistemas Tilt-Up que en las de marcos de acero, lo cual en términos económicos se puede traducir en que tan solo la parte interna de la nave con muros costaría el 85% de lo que cuesta la nave con marcos de acero. Evidentemente los costos de un edifico de Tilt-Up son más elevados, sin embargo los fabricantes de este sistema destacan que su principal bono es lo relativo a la estética del inmueble. Otro punto a destacar es el costo del diseño estructural pues mientras que un edificio se cobra exclusivamente por los metros cuadrados de construcción, los muros Tilt-Up, al obligar a diseñar entre 50 y 100 paneles adicionales a la estructura metálica, representa una mayor cantidad de horas hombre, obligando al especialista en diseño a cobrar más cara una nave industrial con este sistema. COMENTARIOS FINALES Con respecto a los materiales empleados, se identificó que las naves industriales que utilizan el sistema TiltUp resultan más costosas con respecto a las naves que se construyen con marcos de acero. Se resalta la necesidad de desarrollar especificaciones mexicanas para el diseño de naves industriales con muros Tilt-Up en las fachadas; también es necesario estudiar el desempeño de las distintas placas de conexión y de las conexiones de la estructura principal con los muros considerando las distintas sismicidades de México. REFERENCIAS American Concrete Institute; (2005); “Requisitos del código de construcción para concreto reforzado (ACI 318-05)”; ACI, Estados Unidos Brooks; H; (2002); “Ingeniería de Muros Tilt Up”; Manual TCA; Segunda Edición; Estados Unidos Carter J., Neil M.; “Seismic Response of Tilt-Up Construction”; Departamento de Ingeniería Civil universidad de Illinois; Estados Unidos Comisión Federal de Electricidad; (2003); “Manual de diseño por sismo”; CFE; México Comisión Federal de Electricidad; (2003); “Manual de diseño por viento”; CFE; México Forsythe, G. E.; (1954); “Generation and use of orthogonal polynomials for data-fitting with a digital computer”, Journal of the Society for Industrial and Applied Mathematics, Vol 5, No 2; p 74-88 González O.; Robles, F.; (2006), “Aspectos fundamentales del concreto reforzado”, Limusa; cuarta edición; México; 802 pp Gobierno del Distrito Federal; (2004); “Reglamento de construcciones para el Distrito Federal”; Gaceta Oficial del Distrito Federal; México. Gobierno del Distrito Federal; (2004); “Normas Técnicas Complementarias para el diseño y construcción de estructuras de concreto”; Gaceta Oficial del Distrito Federal; México. Gobierno del Distrito Federal; (2004); “Normas Técnicas Complementarias para el diseño por sismo”; Gaceta Oficial del Distrito Federal; México.

Muros Tilt-Up

57

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Huerta Carpizo C., Jean Perrilliat R. Rivero Peña B., Treviño Treviño A.,; (2008); “Comparativa en el desempeño estructural y de costos de naves construidas con sistemas de marcos y con muros Tilt-Up”; Memorias del XVII Congreso Nacional de Ingeniería Estructural, Veracruz, Veracruz Huerta Carpizo C., Jean Perrilliat R.; (2009); “Diseño de naves industriales con muros Tilt-up en zona sísmica”; Memorias del XVIII Congreso Nacional de Ingeniería Estructural, Puebla, Puebla. Meli, R.; (2001); “Diseño Estructural”; Limusa; Segunda Edición; México; 592 pp Tilt Up Concrete Asosiation, “Manual de diseño y construcción Tilt-Up”; TCA; Segunda Edición; Estados Unidos RECONOCIMIENTOS Se agradece a las empresa AMB Property México S.A. de C.V. y Arquitectura Habitacional e Industrial S.A de C.V (Abitat) por las facilidades otorgadas para la obtención de planos para el análisis de las naves industriales utilizadas en el presente trabajo. Se reconoce la asesoría técnica otorgada por Juan José Pérez Gavilán, Arturo Rodríguez Mendoza y de Jorge Ruiz Cervantes, así como de toda la información proporcionada por el Ing. Balentín Rivero Peña y el Arq. Alberto Treviño Treviño.

Muros Tilt-Up

58

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural GEOMETRIA Y ARMADOS COMUNES DE MUROS En la figura 71 se muestran diferentes geometrías que pueden ser aplicadas a los muros Tilt-Up:

Fig. 71 Posibles geometrías en muros Tilt-Up

Como ya se comentó acerca del acero de refuerzo necesario para estos muros y con el objetivo de presentar de manera más clara el detalle de éste, las siguientes imágenes muestran diferentes armados comunes para estos muros:

Muros Tilt-Up

59

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Muros Tilt-Up

60

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Muros Tilt-Up

61

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Muros Tilt-Up

62

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Muros Tilt-Up

63

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Muros Tilt-Up

64

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Muros Tilt-Up

65

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Muros Tilt-Up

66

Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

Muros Tilt-Up

67

MUROS ESTRUCTURALES PREFABRICADOS TILT-UP PARA NAVES INDUSTRIALES

Ventajas y desventajas

febrero 2010

CONTENIDO

1.- Definición, orígenes y descripción del sistema 2.- Diferencias con el sistema tradicional, ventajas y desventajas 3.- Proceso constructivo 4.- Geometría y armados comunes de muros 5.- Análisis 6.- Diseño 7.- Comentarios adicionales

Agradecimientos y referencias M.I. Carlos Huerta Carpizo (II-UNAM) Dr. Juan José Pérez-Gavilán E. (II-UNAM) Ing. Balentín* Rivero Peña (Abitat) Arq. Alberto Treviño Treviño (AMB) AMB Property Mexico S. A. de C. V

CONTENIDO

1.- Definición, orígenes y descripción del sistema 2.- Diferencias con el sistema tradicional, ventajas y desventajas 3.- Proceso constructivo 4.- Geometría y armados comunes de muros 5.- Análisis 6.- Diseño 7.- Comentarios adicionales

DEFINICION, ORÍGENES Y DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

"Tilt-up" es un término que se acuñó para definir un sistema para construir muros de concreto que han de dividirse en secciones, llamadas paneles, que se moldean horizontalmente en el sitio de la obra, en la proximidad de su posición final, para luego levantarlas con una grúa en una acción de inclinación alrededor de sus bordes inferiores y finalmente cargarlas y colocarlas sobre cimientos, u otro medio de soporte, y unirlas para convertirse en parte de la construcción permanente”

DEFINICION, ORÍGENES Y DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

Método utilizado en la edad media “ En Bassora, donde no se tenían maderos… hacían marcos sin entramados. El albañil, con un clavo y un trozo de hilo, marca un semicírculo en la tierra, acomoda sus ladrillos, los junta con cemento de yeso sobre las líneas trazadas y, habiendo formado así su arco, lo iza cuidadosamente…” Robert Aiken construyó varios edificios con muros de concreto prefabricados en el piso e izados por medio de gatos y grúas. 1908 Almacén de dos pisos en Camp Logan, Ilinois 1912 Iglesia metodista en Monte Sión, Ilinois

DEFINICION, ORÍGENES Y DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

A partir de 1950 se empezó a desarrollar de manera importante en Estados Unidos, principalmente en la zona de California Existen muchas aplicaciones, entre las que se encuentran: naves industriales

hoteles

almacenes

estacionamientos

centros de distribución

terminales de transporte

edificios para oficinas

teatros

centros comerciales

bibliotecas

escuelas

etc

DEFINICION, ORÍGENES Y DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

DEFINICION, ORÍGENES Y DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

DEFINICION, ORÍGENES Y DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

DEFINICION, ORÍGENES Y DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

DEFINICION, ORÍGENES Y DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

DEFINICION, ORÍGENES Y DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

DEFINICION, ORÍGENES Y DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

Naves industriales con fachadas de lámina y muros de mampostería

CONTENIDO

1.- Definición, orígenes y descripción del sistema 2.- Diferencias con el sistema tradicional, ventajas y desventajas 3.- Proceso constructivo 4.- Geometría y armados comunes de muros 5.- Análisis 6.- Diseño 7.- Comentarios adicionales

DIFERENCIAS - VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Proceso constructivo general de naves industriales Tilt-up

Muro de lámina y mampostería

cimentación

cimentación

firme

estructura metálica

armado y colado de muros

muros de fachada

izaje y montaje de muros

lámina de cubierta y de fachadas

estructura metálica (1)

firme

conexiones entre muros y con la estructura lámina de cubierta (1) Si la superficie lo permite se puede montar la estructura metálica del interior simultáneamente con los muros

DIFERENCIAS - VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Comentarios CONCEPTO

Tilt-up

Cimentación

Se requiere una cimentación con mayor capacidad dado el peso de los muros.

Firme

Se construye primeramente para formar la plataforma de colado, quedando expuesto al intemperie, al proceso constructivo y a los elementos de anclaje del apuntalamiento. En la etapa final es necesario complementar el firme perimetral.

Economía

En general es más costoso (del orden de un 10%) .

Muro de lámina y mampostería

El firme es lo último que se construye por lo que no sufre deterioro y en general se construye con la lámina ya instalada.

DIFERENCIAS - VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Comentarios CONCEPTO

Tilt-up

Muro de lámina y mampostería

Durabilidad y costo de mantenimiento

Si se decidió pintar los muros se Únicamente se requiere aplicar un requiere un mantenimiento periódico sellador en los muros de que es costoso. mampostería

Rapidez constructiva

El proceso constructivo es más Se pueden abrir varios frentes de lento requiriéndose apuntalamientos trabajo con actividades simultáneas provisionales y no pudiéndose hacer varias actividades simultáneas.

Montaje

Se requiere un doble proceso, para los muros y para la estructura metálica. El montaje de los muros es un proceso especializado.

El proceso es uno solo.

DIFERENCIAS - VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Comentarios CONCEPTO

Tilt-up

Muro de lámina y mampostería

Conexiones de elementos de fachada

Se requiere precisión en la colocación de las placas embebidas al muro para la conexión entre piezas y las colocadas en la cimentación

Las conexiones con los elementos de soporte de la fachada son sencillas si se realiza con soldadura si son atornilladas se necesita muchas precisión

Análisis y diseño estructural

Es más más complejo y detallado. No se tiene reglamentación en México (zonas sísmicas)

Aislamiento térmico

Genera un mejor aislamiento térmico.

La lámina de fachada tiene un mal aislamiento térmico, pudiéndose resolver con la colocación de una colchoneta semejante a la del techo

DIFERENCIAS - VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Comentarios CONCEPTO

Tilt-up

Muro de lámina y mampostería

Atractivo arquitectónico

Son más bonitos y atractivos, pero depende del mantenimiento.

La apariencia puede no gustar si el material de la mampostería no es de buena calidad o se coloca mal, pero si se utiliza por ejemplo un block cara de piedra el resultado es muy llamativo y se puede colocar muros mas altos para las zonas de oficinas dando un resultado muy interesante.

Resistencia al fuego

Son más resistentes

Plusvalía

DIFERENCIAS - VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Naves con muros Tilt-up. VENTAJAS 1.- Se pueden lograr fachadas más estéticas

2.- Se eliminan las columnas perimetrales

DIFERENCIAS - VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Naves con muros Tilt-up. VENTAJAS 3.- Rapidez constructiva en épocas de secas

4.- Manejo de aberturas (knockouts) para huecos a futuro (instalaciones, entradas, salidas, etc.)

DIFERENCIAS - VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Naves con muros Tilt-up. VENTAJAS 5.- Tiene mejores propiedades de aislamiento térmicas 6.- Tiene mayor resistencia al fuego (perímetro)

DIFERENCIAS - VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Naves con muros Tilt-up. DESVENTAJAS 1.- Mantenimiento continuo de pintura de los muros, interior y exterior

2.- En naves con plantas cuadradas el costo puede aumentar de un 7% a 10% respecto al sistema de bloque y lámina; en naves rectangulares puede incrementarse de un 12% a 15%, depende del costo del acero y del concreto 3.- En caso de realizar camas de colado (casting slab) fuera del piso de la nave el costo aumenta en un 5% aproximadamente

DIFERENCIAS - VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Naves con muros Tilt-up. DESVENTAJAS 4.- El colado del firme se realiza primeramente, al menos el del perímetro, lo que genera su deterioro durante la obra 5.- Por la fijación de los contraventeos se tienen que realizar resanes en el piso, no quedando en optima calidad; adicionalmente se almacena material y hay operación de equipos, como grúas, soldadores, etc., sobre el firme

DIFERENCIAS - VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Naves con muros Tilt-up. DESVENTAJAS 6.- En época de lluvias se complica el izaje de los muros 7.- Se requiere de un espacio perimetral exterior para el izaje y montaje de los muros, lo que impide realizar construcciones en esas zonas 8.- Durante el proceso de montaje el perímetro exterior debe estar libre de excavaciones para el paso de la grúa, lo que impide la construcción de infraestructura como drenajes o demás estructuras

DIFERENCIAS - VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Naves con muros Tilt-up. DESVENTAJAS 9.- El proceso de montaje es un proceso especializado y se requiere experiencia. No se pueden montar muros con vientos mayores a 25 km/hr a 30 km/hr dependiendo del tipo de grúa y del peso y del tamaño del muro.

10.- Es necesario resanar los muros donde se colocaron los insertos para montaje

DIFERENCIAS - VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Naves con muros Tilt-up. DESVENTAJAS 11.- Es difícil hacer ampliaciones con grandes aberturas (suprimir fachadas cabeceras) 12.- Si hay instalaciones subterráneas se tienen que hacer desde un principio sin la posibilidad de modificaciones 14.- Se requieren dos grupos de especialistas para el montaje (estructura metálica y muros de fachada) 15.- Los canalones se colocan dentro del muro (en algunos casos); en caso de taponamiento hay posibilidad de entrada de agua.

DIFERENCIAS - VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Naves con muros Tilt-up. DESVENTAJAS 16.- Las aberturas adicionales (puertas, accesos) son complicadas de realizar

DIFERENCIAS - VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Naves con fachadas de muros de mampostería y lámina. VENTAJAS 1.- Se puede trabajar tanto en época de lluvias como en época de secas 2.- Se requiere de un mantenimiento bajo (sellado de muros) 3.- Más posibilidades de conseguir mano de obra 4.- Se puede tener un mejor orden en el sistema constructivo de la nave y no afecta a otras actividades como son las instalaciones 5.- Se pueden ejecutar las construcciones aledañas como son subestaciones, baños, casetas, etc. sin interferir con el proceso de la obra 6.- Se pueden realizar trabajos de instalaciones subterráneas (excavaciones)

DIFERENCIAS - VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Naves con fachadas de muros de mampostería y lámina. VENTAJAS 7.- Se puede realizar modificaciones futuras sin implicaciones importantes en la resistencia estructural 8.- La textura de la mampostería (cara de piedra) da el acabado final, por lo que no se requiere pintar las fachadas, ni interiores ni exteriores (opcional) 9.- La cantidad de acero y concreto en las fachadas es mucho menor 10.- No se requieren elementos o accesorios especiales 11.- Las cimentaciones del perímetro son más pequeñas 12.- Las acciones por sismo son menores (menor masa) 13.- Es sencillo hacer aberturas adicionales (puertas, accesos, etc.)

DIFERENCIAS - VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Naves con fachadas de muros de mampostería y lámina. VENTAJAS 14.- Menor peso lo que implica menor fuerza por sismo y cimentaciones más económicas 15.- El firme puede construirse hasta el final, evitando deterioro y que quede al intemperie 16.- Se puede dar la misma apariencia que para naves con Tilt-up colocando muros prefabricados no estructurales en las fachadas 17.- Los muros son susceptibles al agrietamientos (construcción montaje, distintas cargas, etc.)

DIFERENCIAS - VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Naves con fachadas de muros de mampostería y lámina. DESVENTAJAS 1.- ¿estética? 2.- Menor termicidad. Se puede mejorar colocando colchoneta en los muros con lámina. 3.- Menor resistencia al fuego 4.- Hay columnas en el perímetro

CONTENIDO

1.- Definición, orígenes y descripción del sistema 2.- Diferencias con el sistema tradicional, ventajas y desventajas 3.- Proceso constructivo 4.- Geometría y armados comunes de muros 5.- Análisis 6.- Diseño 7.- Comentarios adicionales

PROCESO CONSTRUCTIVO

Proceso constructivo: a) construcción de la base y de las cimentaciones

PROCESO CONSTRUCTIVO

PROCESO CONSTRUCTIVO

Proceso constructivo: b) construcción del firme

cimentación firme

base

PROCESO CONSTRUCTIVO

Proceso constructivo: c) cimbrado, armado, colocación de placas y colado de muros

Colado del muro

PROCESO CONSTRUCTIVO

PROCESO CONSTRUCTIVO

PROCESO CONSTRUCTIVO

PROCESO CONSTRUCTIVO

PROCESO CONSTRUCTIVO

Proceso constructivo: d) Izaje y montaje del muro Izaje y montaje del muro

PROCESO CONSTRUCTIVO

PROCESO CONSTRUCTIVO

PROCESO CONSTRUCTIVO

PROCESO CONSTRUCTIVO

PROCESO CONSTRUCTIVO

Proceso constructivo: e) Apuntalamiento y unión del muro con las zapatas Apuntalamiento

PROCESO CONSTRUCTIVO

PROCESO CONSTRUCTIVO En algunas ocasiones los muros se cuelan sobre un firme exterior y el apuntalamiento se hace sobre una zapata (muerto) colada previamente

Los muros se unen a la cimentación por medio de placas colocadas en los extremos del muro

PROCESO CONSTRUCTIVO

Proceso constructivo: f) Unión de la estructura con los muros Unión de los muros con la estructura

PROCESO CONSTRUCTIVO

PROCESO CONSTRUCTIVO

Proceso constructivo: g) Unión de los muros con el firme (colado perimetral del firme) Unión de los muros con el firme

PROCESO CONSTRUCTIVO

PROCESO CONSTRUCTIVO

Proceso constructivo: h) Retiro de puntales y resane de muros y del firme

PROCESO CONSTRUCTIVO

Proceso constructivo: 1) Estructura metálica Si el tamaño de la nave lo permite se puede montar simultáneamente la estructura metálica interior y los muro

PROCESO CONSTRUCTIVO

CONTENIDO

1.- Definición, orígenes y descripción del sistema 2.- Diferencias con el sistema tradicional, ventajas y desventajas 3.- Proceso constructivo 4.- Geometría y armados comunes de muros 5.- Análisis 6.- Diseño 7.- Comentarios adicionales

GEOMETRÍA Y ARMADO COMUNES DE MUROS

GEOMETRÍA Y ARMADO COMUNES DE MUROS La geometría de los muros es variable: sólidos, en “L”, con aberturas, etc. Los tableros rectangulares se construyen medidas que oscilan en 8.00 m x 12.00 m, siendo función del peso, capacidad de la grúa, resistencia del muro en el proceso de montaje, geometría de las aberturas, etc.

GEOMETRÍA Y ARMADO COMUNES DE MUROS

GEOMETRÍA Y ARMADO COMUNES DE MUROS

GEOMETRÍA Y ARMADO COMUNES DE MUROS

GEOMETRÍA Y ARMADO COMUNES DE MUROS

GEOMETRÍA Y ARMADO COMUNES DE MUROS

GEOMETRÍA Y ARMADO COMUNES DE MUROS

GEOMETRÍA Y ARMADO COMUNES DE MUROS

GEOMETRÍA Y ARMADO COMUNES DE MUROS

GEOMETRÍA Y ARMADO COMUNES DE MUROS

CONTENIDO

1.- Definición, orígenes y descripción del sistema 2.- Diferencias con el sistema tradicional, ventajas y desventajas 3.- Proceso constructivo 4.- Geometría y armados comunes de muros 5.- Análisis 6.- Diseño 7.- Comentarios adicionales

ANÁLISIS 1.- Condiciones de carga • • • • • • •

carga gravitacional (peso propio, equipos, etc.) cargas vivas (función de la pendiente del techo y del código) sismo viento granizo temperatura montaje

2.- Combinaciones de carga • de acuerdo con el código aplicado Nota: no se pueden combinar códigos, por ejemplo, espectro por sismo del UBC y cargas del RDF.

ANÁLISIS Consideraciones: • Geometría:

dimensiones espesores cantidad de aberturas

a) Rigidez: será función de la cantidad, tamaño y ubicación de las aberturas b) Espesor: será función de la altura (9 a 14 m) y cantidad de aberturas; Será función de la estabilidad y del alabeo del muro Se limitan las distorsiones laterales a un límite de: ∆ ≤ 0.006 a 0.012 H

ANÁLISIS Consideraciones: • Condiciones de apoyo (restricciones):

cubierta firme cimentación unión entre muros

a) Los apoyos en la cubierta influyen significativamente en el comportamiento de la cubierta b) La unión con el firme y la cimentación proporciona el apoyo en la base

ANÁLISIS Consideraciones: • Factor de comportamiento sísmico: a) No hay definición precisa en los códigos NTC-RDF2004: Q=1.0, 1.5 ó 2.0 • Materiales: a) Acero: fy, Es b) Concreto: f’c, Ec Se recomienda el uso de un módulo de elasticidad alto para disminuir deformaciones, aumentar la rigidez y minimizar fisuramientos (14,000 f c' , con f’c>300 kg/cm2).

ANÁLISIS Modelación estructural: • Primera etapa: modelo completo de la nave

ANÁLISIS Modelación estructural: Modelo completo de la nave - fuerzas y desplazamientos de la estructura completa reacciones - acciones de las concentraciones de carga de la estructura - desplazamientos transversales y longitudinales para cada condición de carga

δy δx

ANÁLISIS Modelación estructural: Modelación de muros en el modelo completo a) Analogía de la columna ancha

d

Objetivo: determinar adecuadamente la rigidez de cada muro

t

ANÁLISIS

t

h2

t

d

d

d2

t

d1

Objetivo: determinar adecuadamente la rigidez de cada muro

h1

t

t

ANÁLISIS t

t

h2

t

d

d2

t

d1

t

h3

Objetivo: determinar adecuadamente la rigidez de cada muro

h1

t

t

ANÁLISIS t

d

ANÁLISIS Modelación estructural: Modelación de muros en el modelo completo b) Analogía de la columna ancha con un solo elementos previa calibración de la rigidez considerando la abertura

c) Una combinación de la analogía de la columna ancha con un modelo detallado de elementos finitos (elementos área tipo (shell), implica incremento de hasta 300% en el tiempo del análisis)

ANÁLISIS Modelación estructural: • Segunda etapa: modelo individual de cada muro • geometría completa incluyendo aberturas • apoyos y/o restricciones • Cargas • reacciones de la cubierta sobre el muro • deformaciones obtenidas del modelo general • etc.

ANÁLISIS Modelación estructural: • Segunda etapa: modelo individual de cada muro • El modelo se puede realizar con elementos tipo área (shell) o bien con elementos tipo barra formando geometrías tendientes al cuadrado • Se determinan los elementos mecánicos en aquellos elementos que son críticos

ANÁLISIS Modelación estructural: Es necesario tener en cuenta los apoyos y conexiones de los muros EJE

MURO TILT-UP

LARGUERO TIPO JOIST L-1

EJE

EJE

MURO TILT-UP

LARGUERO TIPO JOIST L-1 ARMADURA PRINCIPAL

ARMADURA PRINCIPAL

Soporte del muro en su parte superior PLACA DE 200 X 200 X 6 @ JOIST PLACA DE 400 X 200 X 13mm P CON 3 ASAS DE RDO. LISO Ø 1 MURO TILT-UP

4 ANCLAS DE ANGULO DESFLORADO DE 25 X 25 X 3mm

CONTRAVIENTO RDO. LISO Ø 19

ANG. DE 102 X 102 X 10mm

JOIST

CARTELA PLACA DE 6mm ANGULO DE 102 X 102 X 9.5mm ( L=200mm )

CONTRAVIENTO

Conexion del joist en el muro

JOIST

ANÁLISIS JUNTA DE 20mm ENTRE PANELES ARMADO DE MURO PANEL TILT-UP PL 300x200x10 mm PL 400x200x10 mm

CORONA DE CIMENTACION PL 400x700x10 mm

50mm GROUT PAD

6 STUD-NELSON S3L DE Ø7/8" x 4-3/16"

vista frontal JUNTA DE 20mm ENTRE PANELES ARMADO DE MURO PANEL TILT-UP PL 400x200x10 mm

50mm GROUT PAD PL 400x700x10

3 STUD-NELSON S3L DE Ø7/8" x 4-3/16"

CORONA DE CIMENTACION 6 STUD-NELSON S3L DE Ø7/8" x 4-3/16"

vista posterior

conexión en cimentación

ANÁLISIS REFUERZO VARTICAL DEL MURO

MURO TILT-UP

PANEL TILT-UP

ARMADO DE MURO

conexión en cimentación

REFUERZO HORIZONTAL DEL MURO

JUNTA DE 20mm ENTRE PANELES ARMADO DE M

FIRME

PROTECCION DE UNION DE CONCRETO, EN ZONA DE CONEXION

RELLENO CON GRAVA SATURADA

PLANTILLA DE CONCRETO f'c= 100 kg/cm2, h = 5 cm.

( ) 12 VARS.#4

PANEL TILT-UP

E #5@25

PL 400x200x10 mm 3 STUD-NELSON S3L DE Ø7/8" x 4-3/16"

VARS. VERTICALES

PL 400x200x10 mm

VARS. HORIZONTALES ARMADO DE MURO

8 150 mm

vrs # 4 PL 12"x6"x1/4" CORRIDAS

PL 400x200x10 mm PL 300x200x10 mm

3 STUD-NELSON S3L DE Ø7/8" x 4-3/16"

8

50mm GROUT PAD

6

8 150 mm PL 400 x 700 x 10 mm

6 30

10

6 STUD-NELSON S3L DE Ø7/8" x 4-3/16"

ANÁLISIS

(2) VARS #5 pl 10"x10"x1/4"

pl 10"x10"x1/4"

PLACA DE UNION PL 6x6x3/8"

(2) VRS #5

MANGAS DE PLASTICO L=48" (1.20m) (2) VARS #5

placa de conexion de 16"x8"x3/8" E PD. U P ILT ES LT E NE /2" D A P -1 7

DE UP P. T IL S LT EE NE 2" D A P -1/ 7

E PD T -U SP. L I L T DE E NE PA -1/2" 7

conexión entre muros

PA NE 7- L T IL 1/2 T " D UP E E DE SP .

MANGAS DE PLASTICO L=48" 1.20m)

CONTENIDO

1.- Definición, orígenes y descripción del sistema 2.- Diferencias con el sistema tradicional, ventajas y desventajas 3.- Proceso constructivo 4.- Geometría y armados comunes de muros 5.- Análisis 6.- Diseño 7.- Comentarios adicionales

DISEÑO 1.- Esfuerzo axial: Para evitar problemas de inestabilidad (pandeo) se recomienda limitar los esfuerzos axiales a valores pequeños:

P ≤ 0.04 f c' A 2.- Refuerzo longitudinal: Es necesario establecer límites para: pmin y pmax porcentajes mínimos y máximos pm y pn > 0.0025

RDF-2004

pmax ≤ 0.6 pb

smax separación máxima

smax ≤ 35 cm

dmin diámetro mínimo

d min ≥ 3 8" o 1 4"

RDF-2004

d min ≥1 4"

MTCA-2002

DISEÑO Número de parrillas: Manuales americanos: si t < 20 cm (8”) 1 parrilla (agrietamiento) NTC-RDF-2004: si t > 15 cm (6”) 2 parrillas Para minimizar el agrietamiento es recomendable utilizar dos parrillas

4.- Concreto: f’c>250 kg/cm2 clase 1

MTCA-2002

3.- Deflexiones: Para determinar los efectos P-δ, y aspectos visuales • UBC limita la deformación máxima a carga gravitacional (peso propio, equipos, etc.)

H 150

(0.007 H )

DISEÑO La deflexión instantáneas tiene dos componentes: sin y con agrietamiento ACI318S-05

 M cr I e =   Ma

RDF-2004

3  M   I g + 1 −  cr   M a 

  

3

  I cr ≤ I g 

La deflexión diferidas se pueden evaluar con la siguiente expresión:

ξ 1 + 50 ρ ' ACI318S-05

ξ = 1.0, 1.2, 1.4 y 2.0 en función del tiempo

RDF-2004

ξ = 2.0

DISEÑO

DISEÑO • Efectos de esbeltez Incremento de momentos: dónde:

M u = Fab M c Cm Fab = Pu 1− 0.75 Pc

M1 Cm = 0.6 ± 0.4 M2

Pc =

π 2 (0.4 EI ) H2

DISEÑO • Efectos de esbeltez Momentos resistentes (NTC-RDF-2004): diagramas de interacción zona de compresión

Diagrama de Interacción

600

(

P = FR f c" (Ag − AS )+ AS Fy

muro 75 cm muro 150 cm

500

Pr (t)

400 300 200

zona de tensión

100

P = FR As Fy

0 -100 0

5

10 Mr (t-m)

15

)

DISEÑO Momentos resistentes (NTC-RDF-2004): diagramas de interacción – puntos intermedios

Diagrama de Interacción

 NL Fy Asn ε n  + β1 c B f c"  P = FR  Σ εn  n =1 

600 muro 75 cm muro 150 cm

500

Pr (t)

400 300

 NL Fy Asn ε n β c B f c"   "H   M R = FR  Σ yn + β1 c B f c  −  εn 2 2   n =1

200 100 0 -100 0

5

10 Mr (t-m)

15

DISEÑO La excentricidad de diseño no será menor que: 0.05h ≥

20 mm

Carga axial y momentos resistentes:

Si PR/PRO > 0.1

Si PR/PRO < 0.1

1 PR = 1 1 1 + PRx PRy PR 0

M ux M uy + ≤1.0 M Rx M Ry

DISEÑO Comparación de la metodología con el programa comercial PCA-WALLS

Elementos del análisis Muax 1.24 t-m Muay 0.31 t-m Pu 23.54 t Du 0.021 m

Mux Muy

1.73 0.80

Momentos Resistentes Acción Mrx (t-m) Mry (t-m) Pr (t)

Diagramas de Interacción

Mn 1.92 0.88 23.54

Mn/Mu 1.11 1.09 1.00

PCA Walls

Mn 1.79 0.84 23.54

Mn/Mu 1.03 1.04 1.00

DISEÑO Áreas de acero obtenidas con diferente coeficiente sísmico Comparativa de áreas de acero en muros con diferente coeficiente sísmico

Área de acero requerida (cm2)

30 25

M-52 M-43 M-33 M-29 M-17 M-08

20 15 10 5 0 0.08

0.4 Coeficiente Sísmico

muros sin huecos

0.65

DISEÑO Áreas de acero obtenidas con diferente coeficiente sísmico

Comparativa de áreas de acero en muros con diferente coeficiente sísmico

Área de acero requerida (cm2)

30 25

M-49 M-46 M-35 M-21 M-14 M-03

20 15 10 5 0 0.08

0.4

0.65

Coeficiente Sísmico

muros con porcentaje de huecos mayor a 20% del área

DISEÑO Modificaciones en el periodo del muro debido a incremento de huecos 0.35 0.34 0.33

Periodo (s)

0.32 0.31 0.3 0.29 0.28 0.27 0.26 0.25 0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

Densidad de Huecos (Ab/Ah)

0.3

0.35

0.4

CONTENIDO

1.- Definición, orígenes y descripción del sistema 2.- Diferencias con el sistema tradicional, ventajas y desventajas. 3.- Proceso constructivo 4.- Geometría y armados comunes de muros 5.- Análisis 6.- Diseño 7.- Comentarios adicionales

COMENTARIOS ADICIONALES

1.- En algunos estudios (Carter, et al., 1993), se encontró que las conexiones habitualmente empleadas en estos tienen un desempeño pobre ante demandas intensas, por lo que es desarrollar conexiones adecuadas acordes con las solicitaciones (2) VARS #5 pl 10"x10"x1/4"

pl 10"x10"x1/4"

PLACA DE UNION PL 6x6x3/8"

(2) VRS #5

MANGAS DE PLASTICO L=48" (1.20m)

(2) VARS #5

placa de conexion de 16"x8"x3/8" DE -UP SP. T L I E LT E NE " D PA -1/2 7

DE UP P. T IL S LT EE NE 2" D A P -1/ 7

DE -UP P. T L I S L T DE E NE PA -1/2" 7

PA NE 7- L T IL 1/2 T " D UP E E DE SP .

MANGAS DE PLASTICO L=48" 1.20m)

COMENTARIOS ADICIONALES PANEL TILT-UP

ARMADO DE MURO JUNTA DE 20mm ENTRE PANELES ARMADO DE M

PANEL TILT-UP

PL 400x200x10 mm 3 STUD-NELSON S3L DE Ø7/8" x 4-3/16"

VARS. VERTICALES

PL 400x200x10 mm

VARS. HORIZONTALES ARMADO DE MURO

8 150 mm

vrs # 4 PL 12"x6"x1/4" CORRIDAS

PL 400x200x10 mm PL 300x200x10 mm

3 STUD-NELSON S3L DE Ø7/8" x 4-3/16"

8

50mm GROUT PAD

6

8 150 mm PL 400 x 700 x 10 mm

6 30

10

6 STUD-NELSON S3L DE Ø7/8" x 4-3/16"

COMENTARIOS ADICIONALES 2.- Es necesario desarrollar códigos de diseños mexicanos acorde con los tipos de concreto, las condiciones de vientos, sismo y granizo existentes en México 3.- También es necesario implementar especificaciones de construcción y de montaje