STEEL I JOIST

STEEL I JOIST

Hace algunos años Gerdau lanzó en Chile una solución constructiva basada en el sistema Steel Joist. Para ello ha presentado ya dos catálogos de diseño y cálculo elaborados con el apoyo de los ingenieros Alberto Maccioni y Bárbara Ramírez (BMing). En los próximos días hará público el manual de diseño para arquitectos en que me ha tocado colaborar. El comentario que sigue surge, en parte, de esta investigación y colaboración.

El Sistema Constructivo conocido como Steel Joist consiste en un conjunto de tres elementos de alma abierta simplemente apoyados (vigas, costaneras y puntales, aunque se suelen usar las denominaciones en inglés de girder, joist y bridging) que, actuando en conjunto, permiten salvar grandes luces y construir naves con gran economía de apoyos y en base a elementos que, en su conjunto, resultan muy esbeltos y de bajo peso. Esta característica hace que el sistema sea especialmente apropiado para edificios de grandes dimensiones en una o más plantas, que deban salvar grandes luces. Plantas industriales, supermercados, bodegas y hangares parecen el destino natural de este sistema constructivo. Sin embargo, tanto en los países con tradición en el uso de este sistema constructivo como en aquellos en que su difusión recién comienza, se conocen aplicaciones en las más diversos usos: escuelas, capillas, gimnasios, centros comerciales, etc. El sistema provee interesantes ventajas que acentúan atributos de la construcción en acero que hemos comentado muchas veces: ligereza, esbeltez, eficiencia, economía.

 

 
ESQUEMAS DE SISTEMA CONSTRUCTIVO I JOIST – Fuente: Manual de diseño para arquitectos del Sistema Constructivo Joistec. Gerdau, 2015

Uno de los aportes principales del Sistema Constructivo es la posibilidad de salvar luces superiores a los 25m en ambos sentidos. A diferencia de la estructuración tradicional, las costaneras de alma abierta diseñadas bajo este principio se pueden disponer en el sentido de la luz mayor, introduciendo un cambio sustancial respecto de la estructuración tradicional. Así, en vez de una sucesión de marcos transversales dispuestos a distanciamientos estándar entre 6 y 10m (ver esquema A, fig. 1) conectados por costaneras en el sentido longitudinal, una edificación de un piso con el sistema del I JOIST puede perfectamente concebirse como sistemas de vigas longitudinales que reciben un sistema de costaneras de alma abierta transversales que salvan la luz mayor (ver esquema B, fig. 1).  El distanciamiento entre las Steel I Joist o costaneras dependerá del tipo de cubierta que se vaya a instalar.

figura 1

Sin embargo, la función de las I Joist en el edificio no queda limitada a la función de costaneras. Su uso en sistemas de entrepiso es muy frecuente y recomendado. Adicionalmente y dado las modulaciones de grandes luces que son posibles con este sistema, es interesante destacar que los elementos de alma abierta suelen y pueden utilizarse también como columnas de viento contribuyendo a dar apoyo a los revestimientos de cerramientos en laterales o testeros en forma económica.

LA STEEL I JOIST
Se trata de miembros estructurales que responden a la denominación de Open Web Steel Joist y que, como tales, pueden participar en forma independiente del proyecto. En este sentido, lo que caracterizará al diseño es la posibilidad de salvar las grandes luces mediante las costaneras o I Joist pudiendo concebirse sus apoyos extremos en vigas de alma abierta o en cualquier otro sistema de apoyo (vigas de alma llena, muros o vigas de hormigón armado, etc.).

Los elementos básicos (ver fig. 2), las costaneras o Steel Joist son miembros estructurales de alma abierta con apoyos simples que soportan directamente las cargas de cubierta o entrepiso. Están formadas por ángulos de acero en base a tres componentes:

  • Cuerda Superior, conformada por dos ángulos laminados en caliente dispuestos en forma de T y con una separación constante entre ellos.
  • Cuerda Inferior, conformada por dos ángulos laminados en caliente dispuesto en forma de T invertida, con una separación constante entre ellos.
  • Diagonales y Montantes: formados por ángulos laminados en caliente simples o dobles, conectados dentro o fuera de las cuerdas mediante filetes de soldadura.

figura 2

Un aspecto importante y que contribuye a la optimización del diseño lo constituye la conexión entre los perfiles que conforman el elemento. Consiste en una deformación por aplastamiento de los extremos de los ángulos que forman la diagonal y el montante de manera de mantener constante la distancia entre los extremos de las alas de los ángulos ( fig.3). El esfuerzo axial en diagonales y montantes queda así centrado y no produce momentos secundarios.


figura 3: Sistema Unión Crimped. Fuente: Manual de diseño para arquitectos del Sistema Constructivo Joistec. Gerdau, 2015

El Sistema constructivo presentado por Gerdau en Chile consiste en una serie de vigas y costaneras prediseñadas y calculadas para resolver una gran variedad de situaciones de proyecto. El sistema, sin embargo, no se limita a las series que se presentan en las tablas que se presentan en el catálogo y se pueden ajustar a las condiciones y necesidades según cada proyecto.

ANTECEDENTES
La primera aplicación conocida de construcción con Steel Joist data de 1855 y corresponde al  Edificio del Banco del Estado de Nueva York. En ella, se desarrolló un tipo de Joist de entrepiso compuesto por dos planchas de hierro forjado de 1/16 pulgadas como alma con planchas superiores e inferiores de 4 x 1/8 pulgadas remachadas al alma, para así formar la Joist.

Desde fines del siglo XIX y hasta 1920 se patentaron diversos diseños de Joist, todas de alma llena. La primera Steel Joist de alma abierta (Masillon Bar Joist) estaba conformada por dos barras superiores y dos barras inferiores, conectadas por una barra doblada que conformaba el alma. El conjunto se ensamblaba con soldadura al arco en los puntos de encuentro conformando una cercha tipo Warren.

Con el fin de estandarizar y regularizar los métodos de diseño y cálculo, en 1928  se funda el Steel Joist Institute –SJI. El primer Catálogo del SJI (Steel Joist Institute) se publicó en enero de 1932 bajo el título de “Steel Joist Construction -A Handbook for Architects and Engineers on the Uses and Properties of Steel Joists”.

En los años 50 se introdujo la soldadura de acero semi-automática con gas de protección y un electrodo de alambre continuo delgado lo que, sumado a la ausencia de escoria, mejoró el acceso y la penetración de la soldadura en las Steel Joist de Alma Abierta.

Hoy en día, las Steel Joist son ampliamente utilizados en USA, especialmente en edificios comerciales, industriales e institucionales. En 1987 el SJI publica el  Documento  Técnico 9  que incluye las recomendaciones de manejo y montaje, manual que ha sido objeto de una revisión extensa y una nueva publicación.

En el sitio del SJI se pueden visitar una gran cantidad de proyectos realizados con los criterios y conceptos del sistema constructivo de Steel Joist (ver en www.steeljoist.org /projects.)

Aunque el sistema constructivo de Gerdau se abrió al mercado en Chile en 2012 y próximamente se hará el lanzamiento del Manual de diseño para arquitectos del sistema constructivo Joistec, hay precedentes de obras realizadas con este sistema constructivo hace más de 25 años. En la década de 1990, la alianza entre siderúrgica AZA (ahora parte de Gerdau Chile) y el ingeniero Jorge Espinoza Otto permitió levantar proyectos de más de 20.000m2 en un breve período.

El sistema constructivo recupera y desarrolla un concepto, un sistema de diseño y una técnica constructiva que suma a los atributos altamente comentados del acero, las ventajas de un sistema prediseñado de construcción prefabricado ofreciendo la posibilidad de contribuir a la eficiencia y productividad en obra. Para los proyectos de arquitectura, el sistema representa otro aporte a la libertad de diseño.


Montaje de grupos de I Joist, Obra Bodegas Premiere, Chile. Gentileza Gerdau

 

Francis Pfenniger B.
Arquitecto Editor

 

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