Sistemas de Construcción y Estimación - Integrador 1

Sistemas de Construcciรณn y Estimaciรณn 2016-1 Integrador 1 Daniel Carrasco, Juliana Ceballos, Camila Forero, Denisse Lafaurie, Nathalia Palacios

Capítulos 0.00 Preliminares 0.1 Preparación del terreno 0.2 Replanteo 0.2.1 Contención 0.2 2 Cimentación 1.00 Movimiento de tierras 1.1 Excavación 1.1.1 Contención 1.1.1.1 Pantallas preexcavadas 1.1.1.2 Muros tie-back 1.1.2 Remoción y aplanación de tierras 1.1.3 Cimentación 1.1.3.1Pilotes 1.1.3.2 Viga de amarre 2.00 Contenciones 2.1 Pantallas preexcavadas 2.1.1 Fase 1 2.1.2 Fase 2 2.2 Muros atirantados 2.2.1 Fase 1 2.2.2 Fase 2

3.00 Cimentaciones 3.1 Pilotes 3.2 Vigas de Amarre 4.00 Superestructura 4.1 Estructura portante 4.1.1 Primer nivel 4.1.1.1 Fase 1 4.1.1.2 Fase 2 4.1.2 Segundo nivel 4.1.2.1 Fase 1 4.1.2.2 Fase 2 4.2 Placa entrepiso 4.2.1 Fase 1 4.2.2 Fase 2 4.3 Vigas aéreas 4.3.1 Fase 1 4.3.2 Fase 2 4.4 Placa con steel deck 4.4.1 Fase 1 4.4.2 Fase 2

Introducción El Integrador 1 tuvo como propósito acercar a los estudiantes a los procesos constructivos que se llevan a cabo en una obra. Se realizó un módulo de construcción a escala 1:25 para hacer la simulación de lo que sucede en los procesos convencionales dentro del contexto colombiano. Así mismo, es una aproximación a lo que sucede en los procesos preliminares a la construcción de una estructura como el movimiento de tierras, como también la construcción de muros de contenciones, cimentaciones, y superestructura en concreto reforzado.

La experiencia nos llevó como grupo a enfrentar la realidad, lo que pasa durante una construcción, utilizando materiales reales, lo que se haría en caso de un error o una falla y todo lo que este tipo de arreglos con lleva a la hora de hacer el cálculo de cantidades de obra en cuanto a precios y tiempo.

A continuación se presentará a detalle cada uno de esos procesos, junto con los aprendizajes, reflexiones, cálculos y estimaciones realizadas.

Preliminares El proceso de construcción se da inicio al situar un campamento de obra en el lugar, se considera uno de los espacios más importantes ya que allí es donde los servicios públicos se prestan a los trabajadores.

Simultáneamente se retira el material vegetal y se hace un cerramiento provisional para el acceso de la maquinaria de construcción.

Durante la obra, es muy importante tener en cuenta en cada paso el replanteo y la lectura detallada de los planos. Esto tiene como función determinar la ubicación de los elementos estructurales y arquitectónicos a través de puntos de referencia. Se realiza traduciendo la información que se encuentra en planos a la realidad, se trazan los ejes, se ponen los mojones y se delimita la cimentación que se utilizará.

En este caso el ejercicio, al ser un modelo de construcción a escala, no fue necesario realizar estos pasos preliminares, sin embargo es importante resaltar que en la construcción real deben ser los primeros pasos a seguir.

0.00 Preliminares

0.1 Preparación del terreno

Para este ejercicio fue necesario enfrentarse a nuevos materiales, los cuales ayudaron a entender el proceso constructivo desde sus inicios. Se tuvo que construir una caja en MDF simulando un terreno con dimensiones de 10.5m de ancho, 12.5m de largo y 7.75m de alto; todo esto a escala 1:25. El relleno se construyó a partir de poliuretano expandible, un material que al vertirse en un recipiente se convierte en un tipo de espuma plástica compacta que puede manejarse fácilmente y simular la tierra del terreno. En el proceso debimos hacer dos terrenos ya que en el primer intento no se cubrió la mezcla de poliuretano lo cual dejó una superficie muy rugosa y con vacíos de aire en el interior, lo que resultaría problemático al momento de la fundición de concreto.

0.00 Preliminares

0.2 Replanteo 0.2.1 Contención

Replanteo: $2,456/m2 Cantidad:131.25 m2 Total caja = $322,350

Después de tener el terreno moldeado, se realizó un replanteo del espacio a excavar. Se utilizaron escalas, escuadras, reglas y una cimbra, las cuales permitieron que el trazado de líneas guías, de los ejes, fueran totalmente rectas. Para esto las medidas planteadas en planos para el muro de contención fueron de 0.5m de ancho por 9m de largo a una distancia de 0.5m del borde del terreno.

Nota: Primera aproximación al uso de la cimbra

1.00 Movimiento de tierras

1.1 Excavación 1.1.1 Contención 1.1.1.1 Pantallas preexcavadas

Excavación mecánica: $15,867/m3 Cantidad: (4 pantallas) 55,8 m3 Total: $ 885,378

Una vez se hace el replanteo, se procede a la primera excavación para los muros de contención laterales. En este caso se comienza con la apertura de los 4 huecos ubicados en las esquinas del proyecto, esto se hace con el fin de que el terreno empiece a estabilizarse para soportar las acciones que se generen. En este proceso se utilizó una segueta para cortar el poliuretano de tal forma que simulara una excavación de la zanja por bataches, como lo haría una cuchara bivalva. Lo complejo, fue hacerlo a la perfección, ya que evitar las imperfecciones al final del terreno fue complicado. Sin embargo, se utilizaron las herramientas adecuadas para lograr la excavación en su totalidad.

2.00 Contenciones 2.1 Pantallas preexcavadas 2.1.1 Fase 1

Refuerzo de acero: 80kg/m3 de concreto Kg de acero: $4,593 Cantidad: (4 pantallas) 3,720kg Total: $17’085,960 Concreto grava común 3000 psi: $313,531/m3 Cantidad: (4 pantallas) 46,5 m3 Total: $14’579,191.5

Luego de haber perforado el terreno se ubicó la malla de refuerzo en las cuatro excavaciones, esto con el fin de reforzar el concreto que sería fundido posteriormente. Es indispensable que esta malla sobresalga del terreno para más adelante poder conectar los elementos estructurales que siguen en el proceso. Adicionalmente, se pusieron unas formaletas en acrílico engrasadas con vaselina para que no traspasara el concreto dentro del poliuretano (se debe poner la vaselina para poder desencofrar la formaleta y reutilizarla).

El siguiente paso fue fundir las pantallas con concreto, se hizo una mezcla de cemento, arena y agua para darle mejor consistencia al concreto en el momento de su secado. Mientras se vierte el concreto en los huecos, se debe vibrar. Para el modelo se utilizó un martillo para golpear la caja repetidamente mientras cae el concreto, al mismo tiempo otra persona sumergía un palo largo para sacar las burbujas del interior. El tiempo estimado de secado fue de 2 días. En las construcciones se utilizan mazos llamados chapulines para golpear las formaletas y aparte se inserta un vibrador para eliminar las burbujas de aire.

1.00 Movimiento de tierras

1.1 Excavación 1.1.1 Contención 1.1.1.2 Muros tie-back

Excavación mecánica: $15,867/m3 Cantidad: (2 pantallas) 30,72 m3 Total: $487,434

Al completar las pantallas laterales se procede a realizar un nuevo replanteo del terreno, ubicado a una distancia de 50cm para las formaletas y mallas para la construcción de los muros tie-back. Se debe tener en cuenta que en este punto la excavación de los cubos del terreno se hizo hasta la mitad de la altura total de la caja, por esto es que los refuerzos no deben llegar hasta el fondo sino a nivel del terreno. Se colocan refuerzos y formaletas engrasadas con vaselina, con una perforación en el medio de las mismas, dejando una distancia de 50cm entre el terreno y la cara interna del formaleta. En escala real, en vez de usar vaselina se debe usar ACPM, por lo que posteriormente, y aproximándonos más a la realidad, decidimos utilizar este combustible como deseconfrante.

2.00 Contenciones 2.2 Muros atirantados 2.2.1 Fase 1

Refuerzo en acero: 80kg/ m3 de concreto Kg de acero: $4,593 Cantidad: 2,048 kg Total: $9’406,464 Concreto grava común 3000 psi: $313,531/m3 Cantidad: (2 muros) 25.6 m3 Total: $ 8’026,393.6

Se instalan tornillos que atraviesen la formaleta engrasada con vaselina para aferrarse al terreno, y se funden las pantallas contenidas por las formaletas. Estos tornillos sirven para simular un anclaje al terreno aumentando la fuerza del muro para sostener las cargas generadas. Se aseguran los tornillos y se funde el muro.

2.00 Contenciones 2.2 Muros atirantados 2.2.2 Fase 2

Refuerzo en acero: 80kg/ m3 de concreto Cantidad: 1,024 kg Kg de acero: $4,593 Total: $4’703,232 Concreto grava común 3000 psi: $313,531/m3 Cantidad: (1 muros) 12.8 m3 Total: $4’013,196.8

Una vez fundidos los primeros muros tie-back se completa la excavación del terreno y se procede a completar el último muro de contención, siguiendo los mismos pasos reforzado con malla, tornillos, formaleta engrasada con vaselina y una vez listo se funde el muro.

1.00 Movimiento de tierras

1.1 Excavación 1.1.2 Remoción y aplanación de tierras

Excavación mecánica: $15,867/m3 Cantidad: 437.3 m3 Total: $ 6’938,639.1

Al haber fraguado el concreto se procede a retirar las formaletas de madera antes planteadas y a atornillar los tornillos para que contengan de forma prolongada el terreno y no llegue a fallar a condiciones extremas. Este proceso es indispensable para la construcción sobre terrenos inestables ya que se crea el piso subterráneo del edificio y se contiene la tierra para evitar que se vengan abajo.

0.00 Preliminares 0.2 Replanteo 0.2.2 Cimentación

Al tener los muros de contención terminados y el terreno excavado, se procede a analizar, según los planos, el tipo de cimentación propuesta con ayuda del ingeniero y la ubicación exacta. En este caso, se eligió la cimentación por pilotes fundidos in-situ. Los pilotes se distinguen de otros tipos de cimentación por tener la capacidad de mejorar la seguridad frente al hundimiento de losas ya que funcionan por fricción contra el terreno. Una vez entendido el tipo de cimentación se procedió a delimitar el espacio, de nuevo, con la cimbra para excavar los pilotes circulares.

1.00 Movimiento de tierras 1.10 Excavación 1.1.3 Cimentación 1.1.3.1Pilotes

Excavación mecánica: $15,867/m3 Cantidad: (5 pilotes) 4.56 m3 Total: $ 72,353.5

Los pilotes se distinguen por reducir asientos, mejorar la seguridad frente al hundimiento de las losas y soportar cargas altas, por esta razón se utilizó este tipo de cimentación. En este caso se hacen pilotes aislados de concreto perforados in-situ que en el modelo se realizan con un tubo de pvc con la forma y diámetro establecidos. La profundidad del pilote va hasta el fondo del terreno donde se encuentra terreno mas solido. (fondo de la caja). Se extrae el material sobrante y se adquiere la geometría ya planteada (de diámetro 50cm). En construcción se debe verter lodo bentonítico en las perforaciones para contener los esfuerzos de la excavación.

3.00 Cimentaciones 3.1 Pilotes

Refuerzo de acero: 100 kg/ m3 de concreto Kg de acero: $4,593 Cantidad: 380 kg Total: $ 1’745,340 Concreto grava común 3000 psi: $313,531/m3 Cantidad: (5 pilotes) 3.8 m3 Total: $1’190,733.8

Al finalizar la excavación se fabrican e introducen los refuerzos de cada pilote. Estos deben llegar hasta el fondo de la caja y asegurándose de dejar pelos externos ya que estos delimitan dónde se construyen las próximas columnas y además dará continuidad a la estructura total del edificio. Se funde el concreto dentro de las perforaciones. Luego se debe esperar a que fragüe.

1.00 Movimiento de tierras

1.1 Excavación 1.1.3 Cimentación 1.1.3.2 Viga de amarre

Excavación mecánica: $15,867/m3 Cantidad: (viga de amarre) 31.44 m3 Total: $ 498,858.5

Una vez fraguados los pilotes se procede a hacer una pequeña excavación de 1m de profundidad dejando sobresalir los pilotes en la superficie, los cuales se descapotan para que el acero sobrante sirva de amarre con las vigas próximas a fundir. El descapote de los pilotes se realiza con un martillo neumático para evitar romper de más los pilotes, en este caso este proceso se realizó manualmente con la ayuda de herramientas de impacto como el martillo o finas como las seguetas delgadas.

3.00 Cimentaciones 3.2 Vigas de amarre

Formaleta: $50,000/m2 Cantidad: 40m2 Total: $2’000,000

Refuerzo de acero: 100kg/ m3 de concreto

Cantidad: 1425 kg Kg de acero: $4,593 Total: $6’545,025 Concreto grava común 3000 psi: $313,531/m3 Cantidad: (viga de amarre) 14.25 m3 Total: $4’465,251.8

Se ubican formaletas engrasadas dejando un espacio de 0.5 m entre el terreno y la estructura para darle forma, reducir el desperdicio de material y darle forma a los refuerzos de la viga. Se deben fabricar y colocar canastas de refuerzo metálico que conecten los pilotes, asegurándose de que queden firmemente entrelazados. En este espacio se vierte el concreto, asegurando que queden los refuerzos que se conectarán con las columnas, vibrando mientras se vierte para que quede una distribución uniforme del material, se espera a que fragüe antes de continuar.

4.00 Superestructura

4.1 Estructura portante 4.1.1 Primer nivel 4.1.1.1 Fase 1

Refuerzo de acero: 100kg/ m3 de concreto Kg de acero: $4,593 Cantidad: 1,317.5 kg Total: $6’051,277.5 Formaleta: $50,000/m2 Cantidad: 29.1 m2 Total: $21’455,000

Cuando hayan fraguado las vigas de amarre se debe iniciar la construcción de los elementos verticales (columnas) de la planta baja.

Para esto, iniciamos con la construcción de las formaletas de dos columnas y un muro estructural a partir de cajas en MDF. Nuevamente, se insertan las mallas de refuerzo asegurándose de que queden pelos externos lo suficientemente largos para conectarse a las vigas aéreas.

En este procedimiento se tuvo que enfrentar a algo nuevo, formaletas que no se sostenían por fricción directa con el terreno. Lo anterior dificultó la rectitud de las columnas, que se solucionó con una escuadra de metal a modo de plomaje.

4.00 Superestructura

4.1 Estructura portante 4.1.1 Primer nivel 4.1.1.2 Fase 2

Concreto grava común 3000 psi: $313,531/m3 Cantidad: 13.175 m3 Total: $4’130,770.9

Se vierte el concreto en los elementos verticales (columnas) dejando por fuera refuerzos que sirven para seguir uniendo la estructura, se vibra constantemente hasta que quede completamente llena la formaleta dejándolo uniforme y sin ninguna burbuja de aire, luego se debe esperar a que fragüe. Una vez que el concreto esté seco y ya se hayan terminado de construir las estructuras verticales del primer piso. En construcción para que el concreto adquiera mejores propiedades y permanezca en constante humedad, se forra con plástico de forma que suda haciendo que pequeñas partes de concreto que no han adquirido su máxima resistencia, la adquieran, otra manera de hacerlo es regar con agua el concreto pocos días después de haber desencofrado.

4.00 Superestructura 4.2 Placa entrepiso 4.2.1 Fase 1

Refuerzo de acero: 100kg/m3 de concreto Kg de acero: $4,593 Cantidad: 1,500 Total: $6’889,500 Formaleta: $50,000/m2 Cantidad: 11.1 m2 Total: $555,000

Para las vigas, se debe construir una estructura provisional que sostenga el armado y comenzar a realizar la estructura de entrepiso.

Luego sobre la la estructura provisional se apoyó una superficie plana. Esta funcionaba como una formaleta inferior y sirve para sostener el armado y la fundición de la estructura de entrepiso. Después, se cortaron pedazos rectangulares de oasis para simular

casetones. En una construcción real, sería necesario el uso de ACPM o grasa para cubrir los casetones y desencofrar fácilmente, no obstante, en la maqueta no fue necesario. El siguiente paso es poner los refuerzos de vigas y viguetas y las formaletas laterales. Se debe dejar un espacio entre los casetones y las formaletas ya que es aquí donde se verterá el concreto.

4.00 Superestructura 4.2 Placa entrepiso 4.2.2 Fase 2

Placa: 30 m2

Concreto grava común 3000 psi: $313,531/m3 Cantidad: 15 m3 Total: $4’700,265

Cuando todo el sistema está terminado, se funde la estructura de entrepiso con concreto y se aplica el proceso de vibrado. Luego de que el concreto haya fraguado, se retiran los casetones y la estructura provisional. Y se pulen las imperfecciones. Es importante que se dejen pelos en las cuatro esquinas de la placa para darle continuidad a la estructura y poder construir la planta siguiente.

Durante la construcción cometimos el error de utilizar dos tipos diferente de cemento, lo cual hizo que una parte quedara de un color y otra de otro. A pesar de que esto no traerá consecuencias graves o problemas con la estructura, estéticamente es muy importante utilizar el mismo tipo de cemento.

Costos Totales (hasta primer piso) CONTENCIÓN:

Excavación mecánica: $15,867/m3 Cantidad: (9 pantallas) 104.625(1.20) = 125.55 m3 (incluyendo desperdicios) Total: $ 1´992,101

Concreto grava común 3000 psi: $313,531/m3 Cantidad: (9 pantallas) = 104.625 m3 Total: $32’803,180.9

Malla de refuerzo: 80kg/m3 de concreto Kg de acero: $4,593 Cantidad: (9 pantallas): 8,370 kg Total: $38’443,410

Sub total: $73’238,691.8

CIMENTACIÓN:

Excavación mecánica: $15,867/m3 Cantidad: 394.4 (1.20) = 473.3m3 (incluyendo desperdicios) Total: $ 7’509,851.1

Concreto grava común 3000 psi: $313,531/m3 Cantidad: 17.53m2 Total: $5’493,043

Refuerzo: 100 kg/m3 de concreto Kg de acero: $4,593 Cantidad: 1,805kg Total: $8’290,365

Formaleta en madera: $50,000/m2 Cantidad: 40m2 Total: $2’000,000

Sub total: $23’293,259.1

REPLANTEO: Replanteo: $2,426.68/m2 Cantidad: 131.25 m2 Total: $318,501.8

ESTRUCTURA PORTANTE (hasta primer piso)

Concreto grava común 3000 psi: $313,531/m3 Cantidad: 28.175 m2 Total: $8’828,664.4

Refuerzo: 100 kg/m3 de concreto Kg de acero: $4,593 Cantidad: 2,817.5 kg Total: $12’940,777.5

Formaleta en madera: $50,000/m2 Cantidad: 40.2 m2 Total: $2’010,000

Subtotal: $23’779,441.9

TOTAL MATERIALES: $120’629,895

Costos directos AIU (Administración, imprevistos y utilidades)= %20 =$ 24’125,979

TOTAL OBRA: $144’755,874

Reflexiones generales Para empezar a hacer una construcción es indispensable hacer un estudio de suelos en varios puntos del terreno. Esto se puede confirmar porque, en este caso, el poliuretano generaba grandes vacíos dentro del terreno y que solo se podía ver desde un punto del terreno. No se hubiera podido dar cuenta de lo poroso que estaba y se hubiera desperdiciado una gran suma de cemento si se hubiera intentado construir sobre este terreno ya que al fundir los muros de contención o los pilotes se hubiera empezado a llenar estos espacios de aire.

A partir del error que se cometió retirando más terreno del que se debía, se pudo notar que las formaletas no son más que un medio para que los muros o columnas queden bien hechos. Las formaletas no sirven para contener un terreno y en caso de no estar “soportados” por el terreno se debe hacer construcciones externas para estabilizarlas. Así mismo fue posible darse cuenta que las formaletas de acrílico crean texturas y acabados más lisos y estéticos.

También, hay ciertos procesos que se pueden sintetizar en un sólo paso aunque no se sabe si también ocurre en la realidad, pues a escala 1:1 las fuerzas ejercidas por la gravedad y el terreno son diferentes, al igual que los posibles deslizamientos del suelo. Por ejemplo, se pudo hacer el muro con tie back en un solo paso, sin tener que dividirlo en tres como se recomendaba.

Además de una medida adecuada de los diferentes componentes del concreto, es indispensable que la formaleta sea de un material tal que su firmeza no permita que el muro se pandee mientras que el concreto fragúa, también, que no absorba el agua del concreto para que el muro quede con los acabados correctos. Igualmente es muy importante que el vibrador extraiga las burbujas de aire que puede haber entre el concreto mientras que éste se vierte entre los espacios. Fue muy interesante ver cómo a pesar de que se veía que el concreto ya rebosaba el muro, al darle unos golpes con el martillo bajaba gran cantidad, demostrando que había todavía muchas burbujas en el interior.

Los casetones y las láminas que simulan hierros son fundamentales para que el concreto reforzado resista las cargas a las que va a ser sometido. Los pelos que quedan de dichos hierros sirven para conectar unos elementos con otros y permitir la continuidad en cuanto a estructuras y acabados.

Es mediante los problemas que surgen a lo largo de hacer este ejercicio que se ve por qué las cosas se hacen en un orden y de una manera determinada. También es a partir del planteamiento de soluciones que se comprenden los diferentes métodos ya existentes.