Los elementos prefabricados se utilizan ampliamente en marcos, muros y en sistemas marco-muro. También se usa la construcción combinada, que consiste en el ensamble de elementos prefabricados y elementos colados en sitio.
La eficiencia de estos sistemas depende de

La mayor parte de la prefabricación se lleva a cabo en plantas especializadas, donde puede lograrse un alto control de calidad, mejores acabados y pequeñas tolerancias en sus dimensiones.

Las unidades prefabricadas varían de tamaño en cada proyecto, lo que a menudo se refleja en la capacidad y el rango del equipo de montaje disponible en la obra.

Edificios de más de siete niveles, resueltos con elementos prefabricados de concreto y columnas segmentadas, diseñados de acuerdo con el Reglamento de Construcciones de la ciudad de México de 1987 y actual.

Es común en edificaciones prefabricadas el uso de sistemas de piso presforzados, cuyas dimensiones por lo general son menores que las de los sistemas tradicionales colados en sitio; sin embargo, los sistemas estructurales para soporte gravitacional y de fuerzas laterales no necesariamente son menores.

Lo anterior significa que si para una estructura colada en sitio se requieren ciertas dimensiones en sus trabes y columnas, para la estructura prefabricada las dimensiones serán similares, con la ventaja de que los claros pueden ser mayores, y con la desventaja de la pérdida de rigidez al contar con elementos-viga de menores dimensiones.

Los sistemas estructurales usados en este tipo de construcciones son variaciones o combinaciones de marcos rígidos y muros de concreto. La selección del sistema está influida por los requerimientos arquitectónicos, el uso, la relación entre la altura y la forma del edificio, así como la intensidad de las fuerzas sísmicas a las que estará sometida.

Al estructurar edificios prefabricados en zonas sísmicas, es conveniente el uso de sistemas de marcos rigidizados con muros de concreto. Esto se recomienda básicamente por el alivio que dan los muros a las conexiones trabe-columna, las que en la ausencia de aquéllos estarán sometidas a esfuerzos considerables; se evitarán conexiones costosas y difíciles de ejecutar. En los sistemas de marcos resulta benéfico alejar las conexiones de las zonas donde se presentan los máximos esfuerzos. Sin embargo, la fabricación de las columnas se complica por la inserción de brazos y el transporte se dificulta porque el ancho total del elemento crece. Más adelante se ejemplifican los sistemas descritos.

Conexiones

Como es bien sabido, el diseño de los detalles apropiados de conexión es la operación más importante que se realiza en las estructuras prefabricadas. Los detalles pueden afectar significativamente la economía de un sistema, así como también su respuesta a las cargas laterales y gravitacionales. Las conexiones comúnmente utilizadas en las estructuras prefabricadas están en los siguientes grupos:

1. El refuerzo que sobresale de los elementos precolados se suelda o se traslapa, y la junta entre los elementos se cuela con concreto colado en sitio.

2. Se colocan elementos de acero (ángulos y placas, por ejemplo) en los miembros precolados que se unen entre sí con soldadura y con un colado poste- rior en la unión, rellenando con lechada los huecos.

3. El refuerzo de los elementos-viga pasa a través de ductos de las columnas, rellenándose con lechada.

4. Las columnas tienen huecos en la zona de nudos, para conectar directamente con las trabes.

5. Se utiliza acero de presfuerzo postensado para unir los elementos-viga con las columnas.

El comportamiento de un sistema prefabricado sometido a fuerzas sísmicas depende en un grado considerable del comportamiento de la conexión.

El diseño estructural de las conexiones debe asegurar un desempeño satisfactorio ante las cargas sísmicas, siguiendo los requisitos para satisfacer los criterios de ductilidad en zonas sísmicas. En otras palabras, los marcos prefabricados deben proyectarse para tener resistencia, rigidez y ductilidad similar a la de los marcos de concreto colado en sitio.

Para el diseño de conexiones de elementos prefabricados, es necesario considerar las diferentes etapas de construcción. Así, cuando se usan conexiones cerca de la columna, los elementos trabajarán simplemente apoyados, reduciendo el refuerzo para momento flexionante negativo, pero incrementando en ocasiones el positivo en la misma conexión, por la inversión de la aplicación de las fuerzas sísmicas, sobre todo si éstas son grandes.

Es práctica común el uso de factores adicionales para el diseño de conexión, como lo especifican las Normas Técnicas Complementarias para Diseño de estructuras de Concreto del RCDF en la actual versión. Aquí conviene verificar su correcta aplicación, ya que en algunas conexiones se puede lograr el monolitismo, por lo que dicho factor puede no aplicarse.

Se gana terreno

En la actualidad, el empleo de estructuras prefabricadas de más de siete niveles depende en gran parte de la capacidad de transporte y montaje disponible. Sin duda, ésta constituye el principal inconveniente en la construcción de tales estructuras, razón por la que el empleo de columnas segmentadas presenta una solución para el desarrollo de edificaciones de este tipo.

Existe la tendencia de usar conexiones que emulen cada vez más las de estructuras monolíticas coladas en sitio; sin embargo, hay diferentes alternativas de conexión que, si bien no se acercan al monolitismo, han presentado buen comportamiento.

La combinación de columnas prefabricadas de concreto con vigas metálicas ha dado buenos resultados.

La búsqueda de mayor competitividad en la construcción de estructuras prefabricadas trae consigo algunas desventajas, tales como el empleo de secciones reducidas con el aumento del acero de refuerzo, lo que origina complicación en las conexiones. Es muy probable que las ventajas que ofrece la prefabricación se turas coladas en sitio.

Un aspecto interesante en la construcción es el alto grado de control de calidad de los elementos precolados; sin embargo, no se tiene el mismo control en las conexiones, por lo que en algunas ocasiones se pone en duda el trabajo adecuado de la estructura. Esto implica aumentar la calidad en su ejecución.

De atención

La construcción de edificios de más de siete niveles resulta factible, por lo que la prefabricación puede competir constructivamente con soluciones coladas en sitio así como con edificios de estructura metálica.

Es necesario asegurar que la estructuración propuesta para este tipo de edificios facilite la construcción de las conexiones, lo cual tendrá beneficios importantes. El empleo de secciones que permitan porcentajes bajos de refuerzo puede ser una alternativa.

El uso de sistemas que incluyan muros de concreto en zonas de alta sismicidad resulta una buena solución para las estructuras prefabricadas, aunque presenta el problema del empotramiento en la base; sin embargo, se puede buscar una solución articulando los muros.

Muchos de los diseños de conexiones de elementos prefabricados están basados en gran parte en el reglamento ACI, así como en las especificaciones del PCI. Es preciso promover la investigación en el comportamiento sísmico de las conexiones, para establecer expresiones de diseño acordes con nuestro reglamento de construcciones y con nuestros procesos constructivos.

Es importante la revisión del factor de reducción de fuerzas sísmicas Q –que para las estructuras prefabricadas tiene un valor de 2 (aunque se permite el uso de 3 si se cumplen ciertas consideraciones)–, para permitir el uso de valores de hasta 4 incluso, cumpliendo con requisitos que tomen en cuenta los aspectos de diseño sísmico, lo que permitiría un ahorro importante. Para algunas estructuras, el uso de Q = 2 resulta muy conservador, y conduce a que los beneficios que ofrece la prefabricación se reduzcan al mínimo.

Finalmente, siempre que se habla de estructuras prefabricadas viene a la mente el tema de las conexiones, muchas veces por desconocimiento de lo que se ha hecho y otras porque existe la duda respecto a su comportamiento, debido a que no se cuenta con las investigaciones suficientes.

Por lo anterior la construcción prefabricada trata de imitar a la construcción colada en sitio en sus conexiones. Aquí es donde se debe plantear en el análisis la disminución de rigidez que implica el uso de conexiones de elementos prefabricados, puesto que sabemos que no siempre son monolíticas, sobre todo si se encuentran localizadas en la proximidad de las columnas.

Así, los marcos estarán formados por columnas y trabes con resortes en los extremos. Es evidente que las conexiones alejadas de los nudos no tienen este problema.