Fachadas en concreto prefabricado
Jaime Gomezjurado Sarria I.C. M.A. Titan.
El concreto utilizado durante décadas en las fachadas prefabricadas de todo tipo de edificaciones se ha caracterizado por ser muy versátil y estar siempre a la vanguardia, por tener la posibilidad de combinar color y texturas que proporcionan una infinita variedad de formas cuando se utilizan elementos prefabricados para fachadas, en las cuales se permite al diseñador personalizar los elementos e imponerse sobre la monotonía de otros sistemas para fachadas, proporcionando excelentes características térmicas y acústicas, así como alta resistencia al fuego y larga vida de servicio.
Las fachadas prefabricadas para edificaciones pueden construirse con elementos de todo tipo de concreto, puede ser armado o pretensando, reforzado con distintos tipo de fibras o con resistencias a compresión medias, altas o ultra altas para proporcionar el desempeño esperado y en general se pueden hacer con todos los desarrollos de la tecnología del concreto, de manera que pueden formar parte del sistema estructural de la edificación o, como en muchas de las aplicaciones en Colombia, ser diseñadas como elementos no portantes.
Además de las razones arquitectónicas por las cuales los diseñadores prefieren prefabricados de concreto, existen otras razones que hacen que proyectos inicialmente concebidos en otros materiales, sean modificados a sistemas prefabricados, entre las que están la disminución de plazos de ejecución, la sostenibilidad, la durabilidad, el cumplimiento de calidad, el diseño estructural, la versatilidad para modular las fachadas, la logística para la montaje y el montaje en sí mismo, que serán discutidas en el presente artículo.
Disminución de plazos de ejecución
Los prefabricados pueden ser fabricados en planta simultáneamente mientras se hace la cimentación y construcción de la estructura, de manera que están listos para ser instalados a gran velocidad en el momento en que la estructura lo va permitiendo. La velocidad en el montaje de prefabricados repercute directamente en disminución de plazos de ejecución de la obra, porque normalmente la fachada está en la ruta crítica de las edificaciones y el ahorro en el tiempo en esta actividad se traduce en que la obra es finalizada más rápido y por lo tanto genera mayor rentabilidad para los inversionistas del proyecto.
Es importante en la definición de programación de obra, revisar las actividades que se deben hacer de manera simultánea con el montaje de los prefabricados, para que los recursos asignados sean eficientes sin que se presenten interferencias entre los equipos de izaje, el transporte de materiales o la ejecución labores que requieran presencia de equipos o materiales al mismo tiempo.
Sostenibilidad
En términos de sostenibilidad las fachadas prefabricadas presenta muchas ventajas en relación con otros materiales, una de ellas es que para su fabricación se pueden utilizar materiales reciclados, tales como cenizas volantes, escoria de alto horno e incluso concreto reciclado, adicionalmente durante su montaje no se generan escombros ni materiales sobrantes, así como tampoco generación de polvo, adicionalmente después de su vida útil los prefabricados pueden ser reciclados y durante su producción, transporte y montaje la emisión de CO2 es muy baja. La utilización de fachadas prefabricadas aporta puntaje para la certificación LEED en las categorías relacionadas con sitios sostenibles, Energía y atmosfera, materiales y recursos, calidad de medio ambiente interior e innovación y proceso de diseño. Adicionalmente, la mayoría de los prefabricados para fachadas pueden ser reutilizados cuando se hacen ampliaciones a los edificios
Los prefabricados de concreto reflejan el calor y la luz, reduciendo el efecto de isla de calor y disminuyendo el calentamiento de las áreas urbanas, lo cual puede repercutir en menor consumo de energía en aires acondicionados y la formación de smog, ayudando a mejorar la calidad de aire y aportando al uso eficiente de la energía, puesto que se puede aprovechar la inercia termal del concreto y colocar aislantes térmicos en el interior para reducir la necesidad de calefacción en climas fríos y de refrigeración en climas cálidos.
Durabilidad
Las fachadas prefabricadas tienen excepcional resistencia al impacto, corrosión y abrasión que las hace libres de mantenimiento conservando con el paso del tiempo la apariencia original de las edificaciones. Su durabilidad es muy alta en razón a que en su producción se utilizan altos contenidos de material cementante, agregados no reactivos proporcionados para concretos con baja relación agua/cementante, con recubrimiento del acero de refuerzo de acuerdo a las condiciones ambientales de exposición y con la protección requerida para el refuerzo. Adicionalmente los materiales para las juntas para garantizar que no se presente infiltración ni exfiltración, reduciendo los potenciales problemas de humedad en el interior de las edificaciones y las conexiones se seleccionan considerando su efecto en la vida de servicio de los sistemas prefabricados.
Calidad
Los prefabricados para fachadas se producen en instalaciones, en las cuales los procesos se repiten muchas veces utilizando equipos y moldes, con condiciones climáticas controladas con flujos de trabajo en donde la dosificación, transporte, colado y curado de concreto se realiza sistemáticamente para cada elemento de la misma forma cada vez, de manera que las inspecciones en cada etapa aseguran la calidad del producto, para suministrar de acuerdo con las programaciones de obra prefabricados con la forma color y textura uniformes.
Diseño estructural
El cálculo estructural de las fachadas con prefabricados de concreto es un proceso sencillo, en el que normalmente interviene el proveedor de los prefabricados y el diseñador del proyecto, partiendo de los requerimientos arquitectónicos para establecer las características técnicas de los prefabricados, de manera que por compleja que sea una fachada la solución es simple en su diseño.
El diseño de las fachadas prefabricadas de concreto generalmente está gobernado por las cargas de viento, sin embargo, es necesario comprobar todas las combinaciones de carga, considerando también el peso propio y las cargas de sismo. En relación con el diseño para carga de viento, la norma sismoresistente NRS-10 presenta tres procedimientos, uno simplificado, otro analítico y el de ensayo en túnel del viento, a partir de los cuales es posible determinar los esfuerzos actuantes sobre el prefabricado y sus conexiones. El método simplificado es apropiado para la mayoría de las fachadas prefabricadas en concreto. En este método, al igual que en el análitico, de acuerdo con el uso de la edificación, se selecciona el coeficiente de importancia y se determina la velocidad del viento según la región geográfica en la que estará el edificio, considerando los datos históricos de mediciones de viento y las condiciones topográficas, adicionalmente, y se incorporan en el cálculo factores asociados con la topografía, la interferencia de construcciones cercanas y la altura y forma del edificio, a partir de lo cual se determina la presión actuante sobre el prefabricado y las reacciones en los puntos de conexión a la estructura.
El diseño estructural de los elementos para los prefabricados para fachadas contempla la verificación de la resistencia a los esfuerzos generados al desmoldar, manipular y almacenar los productos a edades tempranas, así como la resistencia a los esfuerzos generados durante el transporte y el montaje, puesto que en algunos casos estas etapas presentan solicitaciones más críticas, a los que se presentarán durante la vida de servicio y por lo tanto, en estos casos serán determinantes para el dimensionamiento y la definición del refuerzo a utilizar.
Las conexiones de la estructura principal a las fachadas prefabricadas se pueden hacer con anclajes preinstalados en la estructura, tales como platinas o pernos, o también se pueden hacer con anclajes colocados de manera posterior al montaje o construcción de la estructura principal, o de una manera mixta. En el caso de anclajes preinstalados y estructuras metálicas, generalmente los prefabricados se sueldan o atornillan a estos anclajes. En el caso de estructuras de concreto, los anclajes, que pueden ser mecánicos o químicos, se colocan cuando el concreto ha desarrollado su resistencia. Comúnmente se utilizan anclajes mecánicos, sin embargo la selección del tipo de anclaje depende del uso de la edificación, de manera que en términos general cuando son hospitales, centros educativos y aeropuertos se especifican anclajes químicos y para otros usos se utilizan anclajes mecánicos.
Modulación
Las fachadas prefabricadas se modulan, de manera que se puedan construir con elementos prefabricados que se repitan muchas veces o que con pequeñas variaciones en los moldes se puedan fabricar diferentes elementos. Los moldes se diseñan para lograr las formas y texturas requeridas en la fachada, buscando que la forma de desencofrar sea simple con la menor cantidad de partes móviles, uniones y cierres para asegurar que no se presenten rebabas, juntas o segregación del concreto.
A partir del diseño arquitectónico se hacen los planos de modulación de la fachada, los cuales contienen la información geométrica de los prefabricados y en los que se definen las juntas y detalles constructivos, a partir de lo cual es posible hacer planos de taller para cada prefabricado, los cuales contienen la posición de todos los elementos de conexión, así como los aditamentos para el desmolde, manipulación y transporte.
Cuando las fachadas son muy complejas, se acostumbra hacer prototipos de los prefabricados, los cuales además de permitir ver el efecto real de las texturas, colores, conexiones y demás características, permiten hacer ajustes para facilitar la producción, el almacenamiento, el transporte y el montaje de los mismos.
Logística para el montaje
El tiempo dedicado a la planificación de la logística para el montaje de los prefabricados es definitivo para asegurar el cumplimiento en los tiempos de montaje y ahorrar costos, puesto que en la planificación se verifican las interacciones en las actividades del diseño, producción, transporte y montaje y se definen procedimientos y secuencia para el izaje de manera que repercute en que las obras se realicen de manera segura y sin ningún contratiempo.
La logística para el montaje empieza desde el momento en que se almacenan en la planta de producción, de manera que se debe planificar la manera en que los elementos prefabricados serán cargados y transportados a la obra, en lo cual es importante considerar el orden de montaje, la forma de manipularlos e izarlos, teniendo en cuenta que el orden de producción puede ser diferente al orden de montaje. En el sitio de la obra también se debe establecer con detalle la forma en que se realizará el almacenamiento de los prefabricados y los movimientos dentro de la obra, considerando las interferencias con otros insumos y actividades del proyecto para permitir los mayores rendimientos en el montaje. En algunos casos los prefabricados requieren ser embalados con estructuras que permiten optimizar la cantidad de prefabricados por cada viaje y movilizar varios prefabricados en una sola operación, lo que reduce el número de movimientos durante el cargue, descargue y trasiego en la obra con una reducción en la posibilidad de daños por la manipulación, en estos casos los prefabricados deben tener considerado casquillos para ser izados y puntos específicos para ser apoyados.
Montaje
Las fachadas prefabricadas se instalan utilizando equipos de izaje seleccionados dependiendo del peso de los elementos, la altura y los accesos de la edificación, normalmente en edificios de pocas plantas se pueden utilizar grúas que permiten acceder a todos los puntos de la fachada y para edificaciones altas es común utilizar torres grúas, la cuales permiten realizar movimientos horizontales y verticales para transladar los prefabricados a su posición final, alternativamente se pueden utilizar “winches” con sistemas de poleas que se posicionan en los puntos más altos y permiten realizar movimientos verticales para posicionar los prefabricados.
Una vez los prefabricados son posicionados en el sitio en que se deben instalar, estos se fijan a la estructura utilizando sistemas de anclajes, que permiten asegurarlo a la estructura de la edificación, para luego alinearlos, nivelarlos y fijarlos de manera definitiva.
Además del montaje como tal de los prefabricados, se deben considerar las actividades conexas, como son el sellado de juntas, el lavado de la fachada y en algunos casos, la aplicación de hidrófugos o recubrimientos.
En la mayoría de los casos el personal encargado del montaje, realiza su trabajo por dentro de la edificación, pero en algunos casos, tales como pantallas o fachadas sin accesos internos, las actividades de montaje se realizan por fuera, utilizando andamios, canastillas o descolgándose desde la cubierta con líneas de vida. En cualquier caso, el personal debe estar calificado para realizar con seguridad el trabajo en alturas y debe tener precauciones para maniobrar cargas suspendidas.
Las obras en las cuales se instalan fachadas prefabricadas tienen poca intensidad de mano de obra, lo que se traduce entre otras cosas, en menor riesgo de accidentes, mayor control en los procesos constructivos, reducción en las áreas para campamentos y servicios sanitarios.
Es muy importante asegurar que las conexiones se realicen de acuerdo al diseño, puesto que de ellas depende el desempeño estructural de las fachadas prefabricadas, desde el punto de vista de las cargas de sismo y fuertes vientos, ellas son las encargadas de transmitir las fuerzas del prefabricado a la edificación, por lo que al momento de ejecutar las conexiones se deben tener precauciones, tales como controlar el torque de los tornillos o tuercas, verificar el grado de los pernos y la especificación de los mismos, inspeccionar las soldaduras, validar la calificación de los soldadores y revisar la soldadura empleada, también se debe seleccionar el tipo de material, galvanizado o inoxidable , dependiendo de las condiciones ambientales.