Diseñado por Todd Brady y Stephen H. Miller, el marco CDTC conformado en frío (CFSF) (también conocido como “calibre ligero”) era originalmente una alternativa a la madera, pero después de décadas de trabajo agresivo, finalmente cumplió su papel. Al igual que la madera con acabado de carpintero, los postes y rieles de acero se pueden cortar y combinar para crear formas más complejas. Sin embargo, hasta hace poco no ha habido una estandarización real de componentes o compuestos. Cada agujero preliminar u otro elemento estructural especial debe ser detallado individualmente por un Ingeniero de Registro (EOR). Los contratistas no siempre siguen estos detalles específicos del proyecto y pueden “hacer las cosas de manera diferente” durante mucho tiempo. A pesar de esto, existen diferencias significativas en la calidad del montaje en campo.
En última instancia, la familiaridad genera insatisfacción y la insatisfacción inspira innovación. Los nuevos miembros estructurales (más allá de los montantes en C y rieles en U estándar) no solo están disponibles utilizando técnicas de conformación avanzadas, sino que también pueden diseñarse o aprobarse previamente para necesidades específicas para mejorar la etapa CFSF en términos de diseño y construcción. .
Los componentes estandarizados y diseñados específicamente que cumplen con las especificaciones pueden realizar muchas tareas de manera consistente, proporcionando un rendimiento mejor y más confiable. Simplifican los detalles y brindan una solución que es más fácil de instalar correctamente para los contratistas. También aceleran la construcción y facilitan las inspecciones, ahorrando tiempo y molestias. Estos componentes estandarizados también mejoran la seguridad en el lugar de trabajo al reducir los costos de corte, montaje, atornillado y soldadura.
La práctica estándar sin los estándares del CFSF se ha convertido en una parte tan aceptada del panorama que es difícil imaginar la construcción comercial o residencial de gran altura sin ella. Esta amplia aceptación se logró en un período de tiempo relativamente corto y no se utilizó ampliamente hasta el final de la Segunda Guerra Mundial.
El primer estándar de diseño CFSF fue publicado en 1946 por el Instituto Americano del Hierro y el Acero (AISI). La última versión, AISI S 200-07 (Norma norteamericana para estructuras de acero conformadas en frío – General), es ahora la norma en Canadá, EE. UU. y México.
La estandarización básica marcó una gran diferencia y los CFSF se convirtieron en un método de construcción popular, ya fuera con o sin carga. Sus beneficios incluyen:
Por muy innovadora que sea la norma AISI, no lo codifica todo. Los diseñadores y contratistas todavía tienen mucho que decidir.
El sistema CFSF se basa en montantes y carriles. Los postes de acero, al igual que los postes de madera, son elementos verticales. Por lo general, forman una sección transversal en forma de C, con la "parte superior" y la "parte inferior" de la C formando la dimensión estrecha del montante (su brida). Las guías son elementos de marco horizontales (umbrales y dinteles) que tienen forma de U para acomodar bastidores. Los tamaños de los estantes suelen ser similares a los de la madera nominal “2×”: 41 x 89 mm (1 5/8 x 3 ½ pulgadas) es “2 x 4” y 41 x 140 mm (1 5/8 x 5). ½ pulgada) equivale a “2×6”. En estos ejemplos, la dimensión de 41 mm se denomina "estante" y la dimensión de 89 mm o 140 mm se denomina "alma", tomando prestados conceptos familiares del acero laminado en caliente y miembros similares del tipo viga I. El tamaño de la pista corresponde al ancho total del montante.
Hasta hace poco, EOR tenía que detallar los elementos más resistentes requeridos por el proyecto y ensamblarlos en el sitio utilizando una combinación de montantes y rieles combinados, así como elementos en forma de C y U. La configuración exacta generalmente se proporciona al contratista e incluso dentro del mismo proyecto puede variar mucho. Sin embargo, las décadas de experiencia del CFSF han llevado al reconocimiento de las limitaciones de estas formas básicas y los problemas asociados con ellas.
Por ejemplo, el agua puede acumularse en el riel inferior de una pared de vigas cuando se abre la viga durante la construcción. La presencia de aserrín, papel u otros materiales orgánicos puede causar moho u otros problemas relacionados con la humedad, incluido el deterioro de los paneles de yeso o la atracción de plagas detrás de las cercas. Puede ocurrir un problema similar si el agua se filtra en las paredes terminadas y se acumula por condensación, fugas o derrames.
Una solución es una pasarela especial con agujeros perforados para el drenaje. También se están desarrollando diseños de montantes mejorados. Presentan características innovadoras, como nervaduras estratégicamente ubicadas que se flexionan en sección transversal para mayor rigidez. La superficie texturizada del montante evita que el tornillo se "mueva", lo que da como resultado una conexión más limpia y un acabado más uniforme. Estas pequeñas mejoras, multiplicadas por decenas de miles de picos, pueden tener un impacto enorme en un proyecto.
Más allá de los montantes y rieles Los montantes y rieles tradicionales suelen ser suficientes para paredes simples sin agujeros toscos. Las cargas pueden incluir el peso de la pared misma, los acabados y equipos de la misma, el peso del viento y, en el caso de algunas paredes, también incluyen cargas permanentes y temporales desde el techo o el piso de arriba. Estas cargas se transmiten desde el riel superior a las columnas, al riel inferior y desde allí a los cimientos u otras partes de la superestructura (por ejemplo, plataforma de concreto o columnas y vigas estructurales de acero).
Si hay una abertura sin terminar (RO) en la pared (como una puerta, ventana o un conducto grande de HVAC), la carga desde arriba de la abertura se debe transferir alrededor de ella. El dintel debe ser lo suficientemente fuerte como para soportar la carga de uno o más de los llamados montantes (y el panel de yeso adjunto) sobre el dintel y transferirla a los montantes de la jamba (miembros verticales RO).
Asimismo, los postes de las jambas de las puertas deben diseñarse para soportar una carga mayor que los postes normales. Por ejemplo, en espacios interiores, la abertura debe ser lo suficientemente fuerte como para soportar el peso del panel de yeso sobre la abertura (es decir, 29 kg/m2 [6 libras por pie cuadrado] [una capa de 16 mm (5/8 de pulgada) por hora de pared.) por lado de yeso] o 54 kg/m2 [11 libras por pie cuadrado] para un muro estructural de dos horas [dos capas de yeso de 16 mm por lado]), más la carga sísmica y típicamente el peso de la puerta y su funcionamiento inercial. En ubicaciones externas, las aberturas deben poder resistir viento, terremotos y cargas similares.
En el diseño tradicional de CFSF, los travesaños y los postes del umbral se fabrican en el sitio combinando listones y rieles estándar en una unidad más resistente. Un colector de ósmosis inversa típico, conocido como colector de casete, se fabrica atornillando y/o soldando cinco piezas. Dos postes están flanqueados por dos rieles y se fija un tercer riel en la parte superior con el orificio hacia arriba para colocar el poste sobre el orificio (Figura 1). Otro tipo de unión en caja consta de sólo cuatro partes: dos pernos y dos guías. El otro consta de tres partes: dos pistas y una horquilla. Los métodos de producción exactos para estos componentes no están estandarizados, sino que varían entre los contratistas e incluso entre los trabajadores.
Aunque la producción combinatoria puede causar una serie de problemas, ha demostrado su eficacia en la industria. El coste de la fase de ingeniería fue alto porque no había estándares, por lo que las aberturas preliminares tuvieron que diseñarse y finalizarse individualmente. Cortar y ensamblar estos componentes que requieren mucha mano de obra en el sitio también aumenta los costos, desperdicia materiales, aumenta el desperdicio del sitio y aumenta los riesgos de seguridad del sitio. Además, crea problemas de calidad y coherencia que deberían preocupar especialmente a los diseñadores profesionales. Esto tiende a reducir la consistencia, calidad y confiabilidad del marco y también puede afectar la calidad del acabado del panel de yeso. (Consulte “Mala conexión” para ver ejemplos de estos problemas).
Sistemas de conexión La fijación de conexiones modulares a los racks también puede causar problemas estéticos. La superposición de metal con metal causada por las pestañas del colector modular puede afectar el acabado de la pared. Ningún panel de yeso interior ni revestimiento exterior debe quedar plano sobre la lámina de metal de la que sobresalen las cabezas de los tornillos. Las superficies de paredes elevadas pueden provocar acabados notablemente desiguales y requerir trabajo correctivo adicional para ocultarlas.
Una solución al problema de la conexión es utilizar abrazaderas ya preparadas, fijarlas a los postes de la jamba y coordinar las uniones. Este enfoque estandariza las conexiones y elimina las inconsistencias causadas por la fabricación en el sitio. La abrazadera elimina la superposición de metales y las cabezas de los tornillos que sobresalen de la pared, mejorando el acabado de la pared. También puede reducir los costos de mano de obra de instalación a la mitad. Anteriormente, un trabajador tenía que mantener el cabezal nivelado mientras otro lo atornillaba. En un sistema de clips, un trabajador instala los clips y luego encaja los conectores en los clips. Esta abrazadera suele fabricarse como parte de un sistema de herraje prefabricado.
La razón para hacer colectores a partir de varias piezas de metal doblado es proporcionar algo más resistente que una sola pieza de riel para sostener la pared sobre la abertura. Dado que la flexión endurece el metal para evitar que se deforme, formando efectivamente microhaces en el plano más grande del elemento, se puede lograr el mismo resultado usando una sola pieza de metal con muchas curvas.
Este principio es fácil de entender sosteniendo una hoja de papel con las manos ligeramente extendidas. Primero, el papel se dobla por la mitad y se desliza. Sin embargo, si se dobla una vez a lo largo y luego se desenrolla (de modo que el papel forme un canal en forma de V), es menos probable que se doble y caiga. Cuantos más pliegues hagas, más rígido quedará (dentro de ciertos límites).
La técnica de flexión múltiple explota este efecto agregando ranuras, canales y bucles apilados a la forma general. El “cálculo de resistencia directa”, un nuevo método práctico de análisis asistido por computadora, reemplazó al tradicional “cálculo de ancho efectivo” y permitió convertir formas simples en configuraciones apropiadas y más eficientes para obtener mejores resultados del acero. Esta tendencia se puede observar en muchos sistemas del CFSF. Estas formas, especialmente cuando se utiliza acero más resistente (390 MPa (57 psi) en lugar del estándar anterior de la industria de 250 MPa (36 psi)), pueden mejorar el rendimiento general del elemento sin comprometer el tamaño, el peso o el espesor. convertirse en. ha habido cambios.
En el caso del acero conformado en frío entra en juego otro factor. El trabajo en frío del acero, como el doblado, cambia las propiedades del propio acero. El límite elástico y la resistencia a la tracción de la parte procesada del acero aumentan, pero la ductilidad disminuye. Las partes que más funcionan obtienen lo mejor. Los avances en el perfilado han dado como resultado curvaturas más cerradas, lo que significa que el acero más cercano al borde curvo requiere más trabajo que el antiguo proceso de perfilado. Cuanto más grandes y apretadas sean las curvaturas, más acero del elemento se reforzará mediante el trabajo en frío, lo que aumentará la resistencia general del elemento.
Las vías regulares en forma de U tienen dos curvas, los montantes en C tienen cuatro curvas. El colector W modificado prediseñado tiene 14 curvas dispuestas para maximizar la cantidad de metal que resiste activamente la tensión. La pieza única en esta configuración puede ser todo el marco de la puerta en la abertura preliminar del marco de la puerta.
Para aberturas muy anchas (es decir, más de 2 m [7 pies]) o cargas elevadas, el polígono se puede reforzar aún más con inserciones en forma de W adecuadas. Agrega más metal y 14 curvas, lo que eleva el número total de curvaturas en la forma general a 28. El inserto se coloca dentro del polígono con W invertidas para que las dos W juntas formen una forma aproximada de X. Las piernas de W actúan como travesaños. Instalaron los montantes que faltaban sobre el RO, que se mantuvieron en su lugar con tornillos. Esto se aplica tanto si se instala un inserto de refuerzo como si no.
Los principales beneficios de este sistema de cabezal/clip preformado son velocidad, consistencia y acabado mejorado. Al elegir un sistema de dintel prefabricado certificado, como uno aprobado por el Servicio de Evaluación del Comité del Código Internacional de Prácticas (ICC-ES), los diseñadores pueden especificar los componentes según los requisitos de protección contra incendios del tipo de carga y pared, y evitar tener que diseñar y detallar cada trabajo. , ahorrando tiempo y recursos. (ICC-ES, Servicio de Evaluación del Comité de Códigos Internacionales, acreditado por el Consejo de Normas de Canadá [SCC]). Esta prefabricación también garantiza que las aberturas ciegas se construyan según lo diseñado, con solidez y calidad estructural consistentes, sin desviaciones debido al corte y montaje en obra.
La consistencia de la instalación también mejora ya que las abrazaderas tienen orificios roscados pretaladrados, lo que facilita numerar y colocar las juntas con montantes de jamba. Elimina superposiciones de metal en las paredes, mejora la planitud de la superficie de los paneles de yeso y evita desniveles.
Además, estos sistemas tienen beneficios medioambientales. En comparación con los componentes compuestos, el consumo de acero de los colectores de una pieza se puede reducir hasta un 40%. Como esto no requiere soldadura, se eliminan las consiguientes emisiones de gases tóxicos.
Espárragos de brida ancha Los espárragos tradicionales se fabrican uniendo (atornillando y/o soldando) dos o más espárragos. Aunque son poderosos, también pueden crear sus propios problemas. Son mucho más fáciles de montar antes de la instalación, especialmente cuando se trata de soldar. Sin embargo, esto bloquea el acceso a la sección de vigas unida a la puerta con marco de metal hueco (HMF).
Una solución es hacer un agujero en uno de los montantes para fijarlo al marco desde el interior del conjunto vertical. Sin embargo, esto puede dificultar la inspección y requerir trabajo adicional. Se sabe que los inspectores insisten en colocar el HMF en la mitad del montante de la jamba de la puerta e inspeccionarlo, y luego soldar la segunda mitad del conjunto del montante doble en su lugar. Esto detiene todo el trabajo alrededor de la entrada, puede retrasar otros trabajos y requiere una mayor protección contra incendios debido a la soldadura en el sitio.
Se pueden utilizar montantes prefabricados de hombros anchos (especialmente diseñados como montantes de jamba) en lugar de montantes apilables, lo que ahorra mucho tiempo y material. Los problemas de acceso asociados con la puerta HMF también se resuelven ya que el lado C abierto permite un acceso ininterrumpido y una fácil inspección. La forma de C abierta también proporciona un aislamiento completo donde los dinteles y postes de jamba combinados normalmente crean un espacio de 102 a 152 mm (4 a 6 pulgadas) en el aislamiento alrededor de la puerta.
Conexiones en la parte superior del muro Otra área del diseño que se ha beneficiado de la innovación es la conexión en la parte superior del muro con el piso superior. La distancia de un piso a otro puede variar ligeramente con el tiempo debido a la variación en la deflexión de la plataforma bajo diferentes condiciones de carga. Para muros sin carga, debe haber un espacio entre la parte superior de los montantes y el panel, esto permite que la plataforma se mueva hacia abajo sin aplastar los montantes. La plataforma también debe poder subir sin romper los montantes. La holgura es de al menos 12,5 mm (½ pulg.), que es la mitad de la tolerancia total de recorrido de ±12,5 mm.
Predominan dos soluciones tradicionales. Una es fijar un riel largo (50 o 60 mm (2 o 2,5 pulgadas)) a la plataforma, con las puntas de los montantes simplemente insertadas en el riel, sin asegurar. Para evitar que los montantes se tuerzan y pierdan su valor estructural, se inserta un trozo de canal laminado en frío a través de un orificio en el montante a una distancia de 150 mm (6 pulgadas) desde la parte superior de la pared. proceso de consumo El proceso no es popular entre los contratistas. En un esfuerzo por tomar atajos, algunos contratistas pueden incluso renunciar a los canales laminados en frío colocando montantes en los rieles sin medios para mantenerlos en su lugar o nivelarlos. Esto viola la práctica estándar ASTM C 754 para instalar miembros de estructuras de acero para producir productos de paneles de yeso roscados, que establece que los montantes deben fijarse a los rieles con tornillos. Si no se detecta esta desviación del diseño, afectará la calidad de la pared terminada.
Otra solución muy utilizada es el diseño de doble vía. El riel estándar se coloca encima de los montantes y cada montante se atornilla a él. Una segunda pista más ancha, hecha a medida, se coloca encima de la primera y se conecta a la plataforma superior. Las pistas estándar pueden deslizarse hacia arriba y hacia abajo dentro de pistas personalizadas.
Se han desarrollado varias soluciones para esta tarea, todas las cuales incluyen componentes especializados que proporcionan conexiones ranuradas. Las variaciones incluyen el tipo de pista ranurada o el tipo de clip ranurado utilizado para fijar la pista a la plataforma. Por ejemplo, fije un riel ranurado a la parte inferior de la plataforma utilizando un método de sujeción apropiado para el material de la plataforma en particular. Los tornillos ranurados están sujetos a la parte superior de los montantes (según ASTM C 754), lo que permite que la conexión se mueva hacia arriba y hacia abajo dentro de aproximadamente 25 mm (1 pulgada).
En un firewall, estas conexiones flotantes deben protegerse contra incendios. Debajo de una plataforma de acero ranurada llena de concreto, el material retardante de fuego debe poder llenar el espacio irregular debajo de la ranura y mantener su función de extinción de incendios a medida que cambia la distancia entre la parte superior de la pared y la plataforma. Los componentes utilizados para esta junta se han probado de acuerdo con la nueva ASTM E 2837-11 (Método de prueba estándar para determinar la resistencia al fuego de sistemas de juntas de cabeza de pared sólida instalados entre componentes de pared clasificados y componentes horizontales no clasificados). El estándar se basa en Underwriters Laboratories (UL) 2079, “Pruebas de incendio para sistemas de conexión de edificios”.
La ventaja de utilizar una conexión dedicada en la parte superior de la pared es que puede incluir conjuntos estandarizados, aprobados por códigos y resistentes al fuego. Una construcción típica es colocar el refractario en la plataforma y colgarlo unos centímetros por encima de la parte superior de las paredes a cada lado. Así como una pared puede deslizarse hacia arriba y hacia abajo libremente en un accesorio de mortaja, también puede deslizarse hacia arriba y hacia abajo en una junta de fuego. Los materiales para este componente pueden incluir lana mineral, refractario de acero estructural cementado o paneles de yeso, usados solos o en combinación. Dichos sistemas deben probarse, aprobarse y figurar en catálogos como Underwriters Laboratories of Canada (ULC).
Conclusión La estandarización es la base de toda la arquitectura moderna. Irónicamente, hay poca estandarización de las “prácticas estándar” cuando se trata de estructuras de acero conformadas en frío, y las innovaciones que rompen esas tradiciones también crean estándares.
El uso de estos sistemas estandarizados puede proteger a los diseñadores y propietarios, ahorrar mucho tiempo y dinero y mejorar la seguridad del sitio. Aportan coherencia a la construcción y es más probable que funcionen según lo previsto que los sistemas construidos. Con una combinación de ligereza, sostenibilidad y asequibilidad, es probable que el CFSF aumente su participación en el mercado de la construcción, lo que sin duda estimulará una mayor innovación.
Todd Brady is President of Brady Construction Innovations and inventor of the ProX manifold roughing system and the Slp-Trk wall cap solution. He is a metal beam specialist with 30 years of experience in the field and contract work. Brady can be contacted by email: bradyinnovations@gmail.com.
Stephen H. Miller, CDT es un escritor y fotógrafo galardonado que se especializa en la industria de la construcción. Es el director creativo de Chusid Associates, una firma de consultoría que brinda servicios técnicos y de marketing a fabricantes de productos de construcción. Se puede contactar a Miller en www.chusid.com.
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Hora de publicación: 07-jul-2023