En Construcción.

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Montaje Modular (Prefabricado): Una Estrategia Eficiente para la Construcción de Estructuras Metálicas

El montaje modular, también conocido como construcción modular o prefabricada, es un método de construcción de estructuras metálicas que implica la fabricación y el ensamblaje de módulos o subconjuntos estructurales completos en un taller o fábrica, fuera del sitio de construcción ("off-site"). Estos módulos se transportan luego al sitio de la obra y se ensamblan para formar la estructura final. El montaje modular representa un cambio de paradigma con respecto al montaje tradicional "in situ" (pieza por pieza), ofreciendo ventajas significativas en términos de velocidad de construcción, calidad, seguridad y sostenibilidad.

Los módulos prefabricados pueden variar en tamaño y complejidad, desde paneles de pared o marcos de pórtico hasta unidades tridimensionales completas que incluyen la estructura metálica, los cerramientos, las instalaciones (eléctricas, sanitarias, de climatización) e incluso los acabados interiores. El nivel de prefabricación depende de las características del proyecto, las capacidades del fabricante y las limitaciones de transporte e izaje.

En Colombia, el montaje modular de estructuras metálicas está ganando terreno, especialmente en proyectos de vivienda, edificios comerciales, naves industriales y otras edificaciones donde la repetitividad y la velocidad de construcción son factores clave. Aunque la NSR-10 no tiene un capítulo específico sobre montaje modular, los principios de diseño, fabricación y montaje de estructuras metálicas del Título F siguen siendo aplicables, y se deben complementar con las mejores prácticas y normas internacionales relacionadas con la construcción modular.

Ventajas del Montaje Modular

• Mayor velocidad de construcción: La fabricación de los módulos en taller se puede realizar en paralelo con los trabajos de preparación del sitio (cimentación, etc.), lo que reduce significativamente el tiempo total de construcción. El montaje en obra se limita al izaje y conexión de los módulos, que es un proceso mucho más rápido que el montaje pieza por pieza.
• Mayor calidad: La fabricación de los módulos en un entorno controlado (taller) permite un mejor control de calidad, ya que se pueden utilizar equipos y herramientas especializadas, se pueden realizar inspecciones más rigurosas y se reducen los errores humanos. Las condiciones de trabajo en taller son más seguras y cómodas para los trabajadores, lo que se traduce en una mejor calidad de la mano de obra.
• Menor impacto ambiental: El montaje modular reduce la generación de residuos en obra, ya que los materiales se utilizan de forma más eficiente en el taller. También reduce el ruido, el polvo y las molestias para la comunidad cercana a la obra. Además, facilita el uso de materiales sostenibles y la implementación de prácticas de construcción verde.
• Mayor seguridad: Se reduce significativamente el trabajo en altura y la exposición a los riesgos asociados al montaje tradicional. La mayoría de las actividades se realizan en el taller, en condiciones más seguras.
• Menor costo (en algunos casos): Aunque la fabricación de los módulos en taller puede tener un costo inicial mayor, la reducción del tiempo de construcción, la menor necesidad de mano de obra en obra, la mayor eficiencia en el uso de materiales y la reducción de los riesgos pueden generar ahorros significativos en el costo total del proyecto, especialmente en proyectos repetitivos o de gran escala.
• Menor dependencia de las condiciones climáticas: La fabricación de los módulos en taller no se ve afectada por las condiciones climáticas, lo que reduce los retrasos y los sobrecostos asociados al mal tiempo.
• Mayor precisión dimensional: La fabricación en taller permite una mayor precisión dimensional y geométrica de los módulos, lo que facilita su ensamblaje en obra y reduce la necesidad de ajustes.
• Facilidad de Desmontaje y Reubicación: En algunos casos, las estructuras modulares pueden ser desmontadas y reubicadas en otro lugar, lo que ofrece una mayor flexibilidad.

Desventajas del Montaje Modular

• Limitaciones de diseño: El montaje modular puede tener algunas limitaciones en cuanto a la flexibilidad del diseño, ya que los módulos deben ser diseñados para ser transportados y ensamblados de forma eficiente. Sin embargo, con una planificación cuidadosa y un diseño creativo, se pueden lograr diseños arquitectónicos atractivos y funcionales.
• Costo de transporte: El transporte de los módulos desde el taller hasta la obra puede ser costoso, especialmente si se requieren vehículos especiales, escoltas o permisos especiales. La distancia entre el taller y la obra es un factor importante a considerar.
• Necesidad de equipos de elevación pesados: El montaje de los módulos requiere equipos de elevación potentes (grúas) para levantarlos e instalarlos en su posición final. La disponibilidad y el costo de estos equipos deben ser considerados.
• Requiere mayor planificación y coordinación: El montaje modular requiere una planificación y coordinación más detalladas entre el diseño, la fabricación, el transporte y el montaje, en comparación con el montaje tradicional.
• Inversión inicial: Puede requerir una mayor inversión inicial en el diseño y la fabricación de los módulos.
• Limitaciones de acceso al sitio: El acceso al sitio de la obra debe ser adecuado para permitir el ingreso de los vehículos de transporte y los equipos de elevación.

Tipos de Módulos Prefabricados

Los módulos prefabricados para estructuras metálicas pueden variar en tamaño, forma y complejidad, según las características del proyecto y el nivel de prefabricación deseado. Algunos tipos comunes de módulos incluyen:

• Paneles de pared: Paneles planos que incluyen la estructura metálica (vigas, columnas, diagonales), el aislamiento y los cerramientos exteriores e interiores.
• Marcos de pórtico: Marcos estructurales completos que incluyen las columnas y las vigas principales de un pórtico.
• Módulos de piso: Paneles de piso que incluyen la estructura metálica, el entrepiso y, en algunos casos, las instalaciones.
• Módulos de cubierta: Paneles de cubierta que incluyen la estructura metálica, el aislamiento y la impermeabilización.
• Módulos de escalera: Escaleras completas prefabricadas en metal.
• Módulos de baño: Baños completos prefabricados, incluyendo la estructura metálica, las instalaciones sanitarias, los revestimientos y los accesorios.
• Módulos tridimensionales completos: Unidades volumétricas que incluyen la estructura metálica, los cerramientos, las instalaciones y los acabados interiores, formando una habitación o un conjunto de habitaciones. Estos módulos se pueden apilar o conectar entre sí para formar edificios completos.

Proceso de Montaje Modular

El proceso de montaje modular de estructuras metálicas generalmente sigue los siguientes pasos:

1. Diseño modular: El primer paso es diseñar la estructura metálica teniendo en cuenta los principios del diseño modular. Esto implica dividir la estructura en módulos o subconjuntos que sean fáciles de fabricar, transportar y ensamblar. Se deben considerar las dimensiones máximas de los módulos, los puntos de conexión, los sistemas de elevación y los requisitos de transporte. Se utiliza intensivamente el software BIM.
2. Fabricación de los módulos: Los módulos se fabrican en un taller o fábrica, siguiendo los planos de diseño y las especificaciones técnicas. Se realizan todas las actividades de corte, conformación, soldadura, protección anticorrosiva, instalación de cerramientos, instalaciones y acabados (según el nivel de prefabricación) en un entorno controlado.
3. Control de calidad en taller: Se realiza un riguroso control de calidad durante la fabricación de los módulos, incluyendo la inspección dimensional y geométrica, la inspección de soldaduras, la verificación de la protección anticorrosiva, la verificación de las instalaciones, etc.
4. Transporte de los módulos: Los módulos se transportan desde el taller hasta el sitio de la obra, utilizando vehículos adecuados (camiones, plataformas, etc.). Se deben tomar precauciones para proteger los módulos durante el transporte y evitar daños. Se deben obtener los permisos necesarios para el transporte de cargas sobredimensionadas o con sobrepeso.
5. Preparación del sitio: Mientras se fabrican los módulos en el taller, se prepara el sitio de la obra, incluyendo la construcción de la cimentación, la instalación de los servicios básicos (agua, electricidad, saneamiento) y la preparación de las áreas de acceso y maniobra para los equipos de elevación.
6. Izaje y colocación de los módulos: Los módulos se izan y se colocan en su posición final en la estructura, utilizando grúas u otros equipos de elevación. Se debe asegurar que los módulos se coloquen correctamente, con la alineación y nivelación adecuadas.
7. Conexión de los módulos: Los módulos se conectan entre sí y a la cimentación, utilizando conexiones atornilladas, soldadas o una combinación de ambas. Las conexiones deben ser diseñadas y ejecutadas de acuerdo con las normas aplicables y las especificaciones del proyecto.
8. Instalación de elementos complementarios: Se instalan los elementos complementarios que no se hayan podido prefabricar en los módulos, como escaleras, barandas, remates, etc.
9. Inspección final y entrega: Se realiza una inspección final de la estructura montada para verificar que cumple con todos los requisitos de calidad y seguridad. Se entrega la estructura al cliente, junto con la documentación correspondiente.

Planificación del Montaje Modular

La planificación del montaje modular es aún más crítica que en el montaje tradicional, ya que requiere una coordinación precisa entre el diseño, la fabricación, el transporte y el montaje. Algunos aspectos clave de la planificación incluyen:

• Definición temprana del alcance de la prefabricación: Decidir qué elementos o partes de la estructura se prefabricarán y cuáles se construirán in situ.
• Diseño para la fabricación y el montaje (DfMA): Diseñar la estructura teniendo en cuenta las limitaciones y las oportunidades de la prefabricación y el montaje modular.
• Secuencia de montaje: Definir la secuencia detallada en la que se montarán los módulos, considerando la estabilidad de la estructura durante el montaje, la accesibilidad, la disponibilidad de equipos de elevación y la minimización de los riesgos.
• Plan de izaje: Elaborar un plan de izaje detallado que especifique los equipos de elevación a utilizar, la ubicación de las grúas, las eslingas y accesorios de izaje, los puntos de izaje en los módulos, las cargas máximas, los radios de giro y las medidas de seguridad.
• Plan de transporte: Planificar el transporte de los módulos desde el taller hasta la obra, considerando las dimensiones y el peso de los módulos, las rutas disponibles, las restricciones de tráfico, los permisos necesarios y las medidas de protección de los módulos durante el transporte.
• Logística de la obra: Planificar la distribución de las áreas de trabajo, las áreas de almacenamiento de los módulos, las áreas de circulación de equipos y personal, y las zonas de seguridad.
• Programa de montaje: Elaborar un programa de montaje detallado que establezca las fechas de inicio y finalización de cada actividad, los recursos necesarios y las dependencias entre actividades. El programa debe ser coordinado con el programa de fabricación de los módulos y el programa de transporte.
• Coordinación con otros oficios: Coordinar con otros, si es necesario, para instalaciones.

Conexiones en el Montaje Modular

Las conexiones entre los módulos prefabricados son un aspecto crítico del montaje modular. Estas conexiones deben ser diseñadas y ejecutadas cuidadosamente para asegurar la integridad estructural, la estabilidad y la estanqueidad de la estructura. Las conexiones pueden ser:

• Atornilladas: Son las más comunes en el montaje modular, ya que permiten un montaje rápido y preciso, y facilitan el desmontaje y la reubicación de la estructura (si es necesario). Se utilizan pernos de alta resistencia (A325, A490 o F3125) y se deben seguir los procedimientos de apriete especificados (vuelta de tuerca, DTI, TC bolts, etc.).
• Soldadas: Se pueden utilizar soldaduras para conectar los módulos, especialmente en zonas donde se requiere una mayor rigidez o estanqueidad. Las soldaduras deben ser realizadas por soldadores calificados y siguiendo procedimientos de soldadura calificados (WPS).
• Combinación de atornillado y soldadura: En algunos casos, se puede utilizar una combinación de conexiones atornilladas y soldadas para optimizar la resistencia, la rigidez y la facilidad de montaje.
• Conectores especiales: Existen conectores mecánicos especiales diseñados para facilitar el montaje modular.

Las conexiones deben diseñarse para resistir las cargas de diseño (incluyendo las cargas sísmicas, de viento y de nieve), así como las cargas que se generan durante el transporte y el izaje de los módulos. Deben tener la capacidad de ajustarse a pequeñas tolerancias de fabricación y montaje.

Control de Calidad en el Montaje Modular

El control de calidad en el montaje modular debe abarcar todas las etapas del proceso, desde la fabricación de los módulos en taller hasta su instalación en obra. Algunas actividades de control de calidad clave incluyen:

• Control de calidad en la fabricación de los módulos (en taller): Inspección dimensional y geométrica, inspección de soldaduras, verificación de la protección anticorrosiva, verificación de las instalaciones, etc.
• Inspección de los módulos antes del transporte: Verificar que los módulos estén completos, que no tengan daños y que estén correctamente embalados y protegidos para el transporte.
• Inspección de los módulos al recibirlos en obra: Verificar que los módulos no hayan sufrido daños durante el transporte.
• Verificación de la cimentación y los puntos de apoyo: Asegurar que la cimentación esté correctamente nivelada y que los puntos de apoyo para los módulos estén en la posición correcta.
• Control de la alineación, plomo y nivelación durante el montaje: Verificar que los módulos se coloquen en la posición correcta, con la orientación y el plomo especificados en los planos.
• Inspección de las conexiones entre módulos: Verificar que las conexiones atornilladas se hayan apretado correctamente y que las soldaduras cumplan con los requisitos de calidad.
• Inspección final: Realizar una inspección final de la estructura montada para verificar que cumple con todos los requisitos de calidad y seguridad.
• Documentación: Registrar todas las actividades de control de calidad, incluyendo los resultados de las inspecciones y ensayos, las no conformidades detectadas y las acciones correctivas tomadas.

Consideraciones Específicas para Colombia y Bogotá

• NSR-10: Cumplir con los requisitos del Título F para el diseño, fabricación y montaje de estructuras metálicas, independientemente del método de montaje utilizado.
• Disponibilidad de fabricantes: En Colombia, la industria de la construcción modular está en crecimiento, pero la disponibilidad de fabricantes con experiencia en estructuras metálicas modulares puede ser limitada en algunas regiones.
• Transporte: Las condiciones de las carreteras y las restricciones de tráfico en Colombia, y especialmente en Bogotá, pueden dificultar el transporte de módulos de gran tamaño. Se debe realizar un estudio de rutas y obtener los permisos necesarios.
• Equipos de elevación: La disponibilidad de grúas de alta capacidad puede ser limitada en algunas zonas del país.
• Normativa sísmica: Bogotá se encuentra en una zona de amenaza sísmica intermedia y alta, por lo que las conexiones entre módulos deben ser diseñadas para resistir las fuerzas sísmicas.
• Clima: El clima de Bogotá (y otras regiones de Colombia) puede afectar la logística de transporte y montaje.

Tabla: Comparación de Métodos de Conexión en Montaje Modular

Tabla: Niveles de Prefabricación

Tabla: Consideraciones para el Diseño Modular

Ejemplo: Lista de Verificación para Montaje Modular