La construcción compuesta, temática central del presente proyecto, consiste en combinar dos materiales en una unidad estructural, aprovechando las características de cada uno de ellos, existiendo innumerables combinaciones: acero y hormigón, madera y hormigón, hormigón prefabricado y hormigón colocado en obra, madera y acero, entre otras.
En la actualidad se reporta el uso en el mundo de diversos sistemas constructivos que utilizan como elemento metálico principal vigas de alma llena o de celosías, conectadas con una losa de hormigón armado que puede apoyarse directamente en las vigas o unirse para trabajo conjunto a una lámina perfilada de acero mediante conectores que posee esta última, la cual sirve a su vez de encofrado permanente y como refuerzo de tracción total o parcial de la losa.
El sistema de losa y lámina puede unirse en los apoyos a la viga metálica mediante conectores para lograr también el trabajo conjunto a lo largo del eje de la viga. En este último caso se logra el trabajo conjunto hormigón-acero en los sistemas lámina-losa y viga-lámina-losa.
Internacionalmente son reconocidas las ventajas que proporciona el empleo de este tipo de estructuras, tales como, mayor capacidad de carga y mayor rigidez, reducción del peralte de las vigas y ahorro de acero.
Cuando se utilizan láminas perfiladas los plazos de ejecución se reducen sensiblemente y la lámina sirve de plataforma de trabajo y como refuerzo de tracción total o parcial y de encofrado permanente para la losa de hormigón, evitándose los trabajosos encofrados de madera; su ligereza facilita la manipulación y transportación y el propio perfil de la lámina puede usarse para conductores eléctricos, de comunicaciones o de otros tipos.
El empleo de vigas de celosías incrementa el aligeramiento de las estructuras, reforzando las ventajas que en ese sentido aporta el trabajo conjunto y por otra parte el hecho de tener el alma abierta facilita la colocación de todo tipo de instalaciones.
A todo lo anterior debe añadirse que, para todas las tipologías descritas, el aligeramiento de las vigas y el menor peso total de la estructura permiten utilizar columnas de dimensiones menores y se disminuye el costo de la cimentación. Por otra parte, con vigas de menor peralto disminuyen la altura de cada piso y total del edificio, con el consecuente ahorro de recubrimientos exteriores y de instalaciones verticales.
La experimentación ha desempeñado un importante rol en el desarrollo de los métodos de diseño de las estructuras compuestas y en particular de las conexiones. Existe una amplia gama de ensayos desarrollados para estudiar el comportamiento de los elementos compuestos y las conexiones para vigas y losas compuestas, entre los cuales pueden citarse: ensayos “push out”, ensayos “pull out”, ensayos de vigas, ensayos de losas a escala completa y ensayo de fajas de losas.
Las expresiones para predecir la capacidad resistente de la conexión en vigas compuestas se diferencian del caso de la losa sólida a cuando existe lámina. Cuando existe lámina de acero en la losa de forma paralela o perpendicular, se introduce un coeficiente de reducción (a la fórmula de losa sólida) a partir de una expresión que se diferencia según el caso (lámina paralela o perpendicular a la viga), fundamentada experimentalmente.
Los autores del presente proyecto han comprobado, a partir de una amplia revisión bibliográfica y de investigaciones propias precedentes, que las diferentes normas internacionales en construcción compuesta (LRFD de EE.UU., EUROCODE 4, Norma Canadiense, entre otras), en algunos casos subestiman la capacidad resistente de los elementos y en otros casos la sobreestiman, por lo que no predicen con exactitud el comportamiento y la capacidad resistente de las estructuras.
Igualmente, puede afirmarse que la generalidad de las investigaciones experimentales desarrolladas internacionalmente ha estado dirigida a tecnologías constructivas de elevado costo con pocas opciones de aplicación en los contextos panameños, mexicano y cubano, y en Latinoamérica en general.
Por otra parte, a finales del siglo XX, con el avance y desarrollo tecnológico en el campo de la informática, se han podido desarrollar herramientas computacionales que permiten simular de manera virtual los experimentos reales, basadas principalmente en el Método de Elementos Finitos (MEF). La complementación de la experimentación con modelos numéricos, permite estudiar el comportamiento de las estructuras con un costo mínimo. Los modelos deben ser calibrados a partir de la respuesta física de la estructura, lograda en los ensayos reales, y cuantificada a partir de los métodos de instrumentación.
Lo anterior conduce a desarrollar la experimentación de cara a la utilización de sus resultados como base de datos para la calibración de modelos numéricos, lo que resulta un valor añadido de la presente propuesta, que definirá el diseño de los experimentos con esa intención y complementará los resultados propios del proyecto, con información de ensayos desarrollados por múltiples investigadores.
Por otra parte, puede afirmarse que en Panamá no son numerosos los ejemplos de aplicación de la construcción compuesta y prevalecen otros sistemas constructivos de hormigón armado o pretensado. Igualmente la investigación experimental para el estudio del comportamiento de elementos y conexiones compuestas ha sido limitada y solo ha incluido el ensayo de losas compuestas producidas con lámina nacional.
Puede afirmarse que existe la necesidad y las condiciones básicas para potenciar el desarrollo de la construcción compuesta en Panamá, a través de un conjunto de acciones de ciencia e innovación tecnológica, debidamente articuladas, que incluyan el establecimiento de líneas de investigación científica aplicada o básica, mecanismos de vinculación entre los centros generadores de la investigación científica y tecnológica y el sector empresarial relacionado con la construcción en acero y compuesta y la concepción y puesta en marcha de programas de formación, capacitación y actualización permanente del personal científico y tecnológico en el ámbito, lo que guarda estrecha relación con los objetivos específicos de la Secretaria Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación (SENACYT).
La propuesta brindará fundamentos sobre nuevos conocimientos en el ámbito de la construcción compuesta y a la vez servirá de base para el desarrollo industrial y tecnológico en el sector vinculado al diseño, venta de materiales, fabricación, transportación y montaje de estructuras de acero y otros productos relacionados con la construcción compuesta.
Lo anterior guarda estrecha relación con los intereses del Estado panameño que reconoce que “es obligación suya el fomento continuo y permanente de las actividades de investigación científica y tecnológica, así como la transferencia y difusión de los resultados de dichas actividades, como herramientas legítimas y fundamentales para el avance social y económico del país”.
Por su parte, el Plan Estratégico Nacional para el desarrollo de la Ciencia, la Tecnología y la Innovación 2006-2010 señala que “El objetivo de la política nacional de ciencia y tecnología debe ser dotar a nuestro país de una competencia científico-tecnológica apropiada para sostener su desarrollo humano y para enfrentar los grandes retos nacionales”.
En total correspondencia con lo anteriormente expuesto la Universidad Tecnológica de Panamá (UTP) tiene como misión “formar y capacitar integralmente al más alto nivel, recurso humano que genere, transforme, proyecte y transfiera ciencia y tecnología para emprender, promover e impulsar el desarrollo tecnológico, económico, social y cultural del País” y “fomentar e impulsar intercambio científico, tecnológico y cultural con las instituciones extranjeras o nacionales y cooperar además con estas últimas en la solución de los problemas tecnológicos de alto nivel, que sean de su competencia”
El Centro Experimental de Ingeniería (C.E.I) de la UTP desde su creación, hace casi medio siglo, ocupa una posición fundamental en el desarrollo de la Ingeniería en Panamá y tiene como misión “desarrollar proyectos y actividades de investigación y extensión, para generar y difundir conocimiento en ingeniería y ciencias aplicadas, orientado fundamentalmente a fortalecer la calidad de la enseñanza, y a servir a la industria, como un medio directo de contribuir al desarrollo científico-tecnológico del país y mejorar la calidad de vida de nuestra sociedad”. El CEI ha desarrollado múltiples investigaciones experimentales en ingeniería estructural, dentro de las cuales se encuentra el estudio de la capacidad portante de losas compuestas de hormigón y láminas colaborantes de producción nacional, referido anteriormente.
El presente Proyecto basa en la colaboración internacional entre investigadores de la Universidad Tecnológica de Panamá, Panamá (UTP), la Universidad de Camagüey, Cuba (UC) y el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, México (ITESM).
La Universidad de Camagüey (UC) es pionera en Cuba de las investigaciones y la enseñanza en construcción compuesta y su Grupo de Estructuras ha sido responsable de las Normas del Ministerio de la Construcción aprobadas en abril de 2004, primeras sobre la temática, y del desarrollo del Sistema de Herramientas para el Cálculo de Estructuras Compuestas, que se utiliza en las Empresas de Proyecto y Universidades de todo el país, que lo ha convertido en líderes nacionales en ese ámbito, y coordinadores de la Red del Conocimiento en Construcción Compuesta (RedCOM).
El Centro de Diseño y Construcción (CDC) del ITESM tiene una amplia trayectoria de investigaciones y cooperación internacional en el ámbito de la experimentación en ingeniería estructural, reportándose la realización de investigaciones experimentales sobre el comportamiento de losas compuestas de lámina y concreto de anhidrita bajo cargas gravitacionales. Actualmente se desarrolla en el CDC el Proyecto Conjunto “Caracterización experimental de conectores en estructuras compuestas de concreto y acero con participación de investigadores de este Centro y de la UC.
Como antecedente reciente a esta propuesta puede citarse la participación del Dr. Rafael Larrúa Quevedo, como conferencista magistral y ponente en el Primer Congreso Nacional de Ingeniería, Ciencia y Tecnología desarrollado por la UTP, con auspicio de SENACYT en Octubre de 2005. El Dr. Larrúa dictó en la sesión inaugural del Congreso la conferencia “La gestión de la Ciencia y la Innovación Tecnológica en las Instituciones de Educación Superior” y presentó la ponencia. Un enfoque integrador en la transferencia de los resultados de las investigaciones”.
Adicionalmente, el Dr. Larrúa desarrolló de manera conjunta con el Dr. Oscar Ramírez, Director del CEI, el Taller “Un enfoque integrador en la transferencia de los resultados de la investigación: herramientas para el cálculo de estructuras compuestas”, con participación de docentes, profesionales y empresarios vinculados a la construcción en acero y compuesta, lo que fue marco propicio para el debate y el consenso alrededor de las oportunidades actuales para el desarrollo de la construcción en acero y compuesta en Panamá, como alternativa ventajosa y racional en el diseño y construcción de estructuras.
La visita de Dr. Larrúa, permitió igualmente establecer contacto y visitar las instalaciones del CEI, las principales empresas del sector y obras concluidas o en ejecución, todo bajo el auspicio del Dr. Oscar Ramírez, Director del CEI. Todo el conjunto de acciones realizadas permitió definir los intereses comunes entre ambas Instituciones, lo que quedó formalmente recogido en sendos acuerdos de colaboración entre la UTP y la UC, y el CEI y el Grupo de Estructuras, refrendados por ambos Rectores en Octubre del 2005.
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