El reto
El cliente encargó a Lucideon el desarrollo de una serie de pruebas para determinar la resistencia de los muros construidos con vigas de unión y compararlos con los muros construidos con postes de viento.
Lo que entregamos
Inicialmente se probaron cuatro muros que contenían vigas de unión, cada uno de 8 m de longitud y 5 m de altura. Los muros se construyeron dentro de un marco de acero y las barras de refuerzo se colocaron en listones simples fijados a las columnas en cada extremo. Se probaron otros dos muros que contenían postes de viento en la línea central del muro con fines de comparación.
Los resultados iniciales fueron muy alentadores, pero los diseños fueron deliberadamente conservadores en el sentido de que se utilizaron fijaciones adicionales y algo de refuerzo en las juntas del lecho. Se llevó a cabo una segunda fase similar en la que no se tomaron estas medidas conservadoras. Los resultados fueron igualmente alentadores, con una ligera mejora en el caso de las vigas de unión. No hubo evidencia de agrietamiento debido a la contracción.
El enfoque de diseño para los subpaneles entre las vigas de unión es sencillo y sigue los principios de EN 1996-1-1 y PD 6697. Sin embargo, el diseño de las vigas de unión según la norma BS 5628-2 resultó ser más difícil, y la comprobación contra un fallo repentino de compresión, que está incorporada en la norma BS 5628-2, controló el diseño y condujo a limitaciones de vanos. En ninguna de las pruebas se observó un fallo repentino de compresión, por lo que se realizaron una serie de pruebas en muros de poca altura, para determinar algunos momentos flectores limitantes que pudieran utilizarse para el diseño. De las cuatro pruebas realizadas, el resultado más bajo se utilizó para definir un momento flector máximo, para su uso en el diseño y, por lo tanto, no se requirió una comprobación de la capacidad de servicio.
La especificación de los materiales, el diseño y la ejecución se reunieron en una Guía de Diseño, que fue publicada por Lucideon en 2009 (entonces Ceram).
Aplicación inicial
La primera aplicación significativa del sistema de vigas de unión fue en un gran centro de datos construido en el sureste de Inglaterra, fue un uso ideal para el sistema de vigas de unión, ya que presentaba tramos largos y sin complicaciones de paredes altas, cargadas por una carga lateral moderadamente alta. El centro se construyó como un robusto «búnker» de acero y hormigón de dos plantas construido enteramente dentro de un gran edificio con estructura de acero. El interior se dividió en salas más pequeñas, con el requisito de que un incendio o una explosión en cualquier sala no se extendiera a las zonas adyacentes.
La solución adoptada para construir los muros fue utilizar largos tramos de muros de bloques de 140 de grosor, con una carga lateral de diseño de 0,5 kN/m2. Estos muros tenían una altura típica de 6 m, y el diseño original incluía un refuerzo de la junta de la cama en cada hilera, además de postes de viento de sección hueca de 200 x 200 en centros de 4,5 m como máximo. La cantidad total de mampostería utilizada fue de 11.000 m2.
La introducción de las vigas de unión aumentó sustancialmente la luz admisible de los muros, eliminando muchos postes de viento intermedios, aunque algunos postes de viento seguían siendo necesarios junto a los portales y en vanos inusuales. El contratista de albañilería informó de que el uso del sistema de vigas de unión supuso un ahorro de costes de aproximadamente el 15% con respecto a un sistema tradicional de postes de viento.
Aunque las vigas de unión permitieron un espaciado mucho mayor de los postes de viento, no fue posible omitirlos por completo. El siguiente paso fue investigar una versión vertical de la viga de unión.
Pruebas de columnas
Las pruebas de columnas se llevaron a cabo en lo que eran esencialmente bloques huecos reforzados localmente. En cada caso, se utilizaron dos barras de acero verticales en un solo bloque hueco.
El sistema completado consiste ahora en vigas y columnas, barras de transferencia a cortante, tacos para fijar las barras de refuerzo a las columnas del edificio y a las barras verticales de las columnas. Todos los detalles, junto con los momentos límite que deben utilizarse tanto para las vigas como para los pilares, se incluyeron en una guía de diseño revisada.
Aplicación en el Centro Acuático de 2012
El sistema completo se utilizó por primera vez en el Centro Acuático de Londres 2012. Los diseños de los muros se complicaron por varios factores:
- el nivel inferior es un espacio cavernoso y la mayoría de los muros tenían una altura de 6-7m
- los diseñadores habían especificado una carga lateral de diseño de 0.5 kN/m2, con cargas más elevadas a nivel de barandilla a lo largo de los pasillos de evacuación
- muchos de los muros no eran de altura completa y, por lo tanto, no tenían sujeción en su cabeza
- había grandes cantidades de servicios de gran tamaño distribuidos en el nivel alto de los espacios, lo que creaba muchas penetraciones a través de los muros de altura completa.
En el diseño de la mampostería del Centro Acuático, la resistencia añadida mediante la introducción de vigas de unión significaba que los muros podían abarcar una distancia significativamente mayor que la recomendada para las juntas de movimiento. Para evitar esta limitación, fue necesario introducir el refuerzo de las juntas de unión.
Valor para el cliente
La subdivisión de grandes muros de mampostería sometidos a altas cargas laterales puede lograrse sin el uso extensivo de postes de viento. La combinación del diseño de los subpaneles utilizando la Guía del Código y un enfoque de «diseño por prueba» para las vigas y pilares de unión ha permitido desarrollar un enfoque de diseño de estado límite último, sin necesidad de realizar comprobaciones de servicio. A lo largo del programa de pruebas se realizaron mejoras progresivas en los componentes del sistema.
El sistema se utilizó con mucho éxito en el complejo proyecto del Centro Acuático de 2012. El contratista de albañilería informó de que los muros de bloques se levantaron más rápido y más barato que utilizando sistemas tradicionales comparables. Este proyecto demostró el valor del sistema para aplicaciones con muros largos o altos con cargas laterales significativas. Las investigaciones posteriores permitieron mejorar las orientaciones sobre la disposición de los efectos de la retracción.