Fotos y gráficos: cortesía Víctor Arcos
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Tecnología BIM
para cálculo y diseño de estructuras metálicas Por Víctor Arcos
Presupuestos, cronogramas, coordinación de equipos y personal, entre otras actividades, se integran a través de un modelo virtual. El uso de este sistema optimiza los recursos y emite alertas tempranas ante posibles dificultades en la ejecución de obras.
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a nueva sede de Occidental de Plásticos S.A., ubicada en la vía a Yumbo, en el Valle del Cauca, se ha convertido en un caso de éxito en la implementación del método BIM (Building Information Modeling). Conformado por una bodega y dos edificios de oficinas, este proyecto utilizó dicho sistema para diseñar y calcular la estructura metálica, reduciendo así la incertidumbre que genera la etapa previa a la construcción. El resultado: una bodega de 4 000 m2 con un pórtico de 51 m y separación entre ejes de 8,4 m. Los edificios de las oficinas, por su parte, cubren un área de 1 800 y 1 000 m2, con una luz promedio de 6 y 8 m en cada sentido. La nave central tiene una altura de 12 m de columna, mientras que las oficinas promedian una altura de 3 m entre placas.
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Al tratarse de una nave industrial, con oficinas en sus extremos longitudinales, fue necesario realizar un análisis de comportamiento de cargas y desplazamiento para cada una de las dos tipologías presentes; pues el sistema portante de la bodega, contrario al de las oficinas, se encuentra expuesto a condiciones extremas. De acuerdo con Rodrigo Delgado, ingeniero calculista del proyecto, las diferencias fundamentales de diseño entre estructuras se evidenciaron al considerar cuatro factores: magnitud de cargas muertas y vivas; criterios de diseño para considerar los límites de desplazamientos por sismo o viento (valor de deriva aceptable); condiciones de arriostramientos; y, por último, criterios de compactibilidad de la sección transversal de los elementos principales.
Pese a lo anterior, el proceso de diseño de los componentes metálicos para ambos sistemas funcionó bajo el mismo flujo de trabajo (ver recuadro Flujo de trabajo BIM), a diferencia de lo sucedido con las dinámicas de distintas disciplinas partícipes del proyecto. Además, si bien la metodología BIM integra a todos los actores en obra, también entrega datos exactos que reducen costos y retrasos durante la fabricación del acero en taller. Así, el análisis de constructibilidad, que consiste en la creación de los modelos virtuales con la información generada y entregada por cada disciplina, junto con una estrategia de comunicación y distribución de la misma, se convirtió en una herramienta determinante para el desarrollo exitoso del proyecto.
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Implementación BIM Esta metodología puede ser incorporada en cualquier etapa del proyecto, pero los beneficios son mayores en fases tempranas. En el caso concreto de Occidental de Plásticos S.A., el sistema BIM aplicado en el diseño y construcción de la estructura metálica se tradujo en los siguientes beneficios: 1. El modelo virtual, por ejemplo, permitió identificar ciertas modificaciones necesarias en funcionalidad, estética, operación, logística y redes, que al corregirse oportunamente no tuvieron un impacto significativo sobre el presupuesto, el cronograma o la integridad de la obra. 2. En cuanto al cálculo de los componentes de acero del armazón, Construcciones & Aceros, compañía contratista de su diseño y fabricación, empleó la herramienta BIM para generar simulaciones precisas sobre el comportamiento del conjunto estructural en determinadas situaciones (sismos, cargas laterales, momentos, etcétera). Este ejercicio arrojó una base de datos con características geométricas de los componentes estructurales, que sirvió pa-
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ra coordinar la interacción del trabajo del arquitecto, el ingeniero civil, el ingeniero de redes, el contratista de cubiertas y el de cerramiento, entre otros, quienes tuvieron la posibilidad de verificar la rigurosidad de la información antes de aplicarla. De esta forma se redujo el número de cambios ejecutados durante la etapa constructiva, optimizando directamente los rendimientos y recursos en cada tarea.
virtual recopila mediciones exactas para tomar decisiones acertadas y crear una estrategia eficiente en obra. Asimismo, genera un histórico de datos que sirve de soporte para mejorar rendimientos y recursos en proyectos futuros de características similares.
3. Tras integrar y comprobar la veracidad de los datos, se dio paso a la fabricación de los elementos metálicos portantes. Esta documentación, también conocida como planos de taller, especifica la localización de las perforaciones para las conexiones entre las vigas que se ejecutan en obra. Las especificaciones de soldadura, las dimensiones y despiece de los componentes de acero, así como los estándares de calidad establecidos por la norma, también hacen parte de los resultados arrojados por este instrumento.
1. Definición de los T.O.C para la estructura en concreto
Para Occidental de Plásticos S.A. se realizaron las siguientes mediciones:
Se modeló de acuerdo con la información suministrada, lo cual evidenció diferencias en el nivel cero del proyecto que generaban inconsistencias en la representación visual. Estos conflictos, luego de ser reportados, fueron unificados y validados por todos los miembros del equipo. El beneficio, en este caso, fue la reducción de trabajo extra de equipos y un menor movimiento de tierras.
Mediciones
2. Tipologías estructurales en concreto
Dentro del proceso de documentación, el registro de los impactos causados en cada escenario por el uso del modelo
Se configuró un modelo de acuerdo con los planos suministrados, encontrando un mayor número de condiciones tipológicas en
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Flujo de trabajo BIM El modelo virtual es el principal medio para integrar la representación gráfica, la documentación y la comunicación del diseño. De este grupo de información digital se desprenden los procesos necesarios para desarrollar el proyecto. El grupo de profesionales involucrados, a través de esta metodología, crea y valida soluciones integrales y eficientes para el proyecto. Pero, ¿cómo se hace?
la cimentación del considerado por la documentación de ingeniería. El reporte temprano de esta situación permitió optimizar la asignación de recursos y su logística.
3. Definición de circulaciones Durante la reunión de trabajo, el modelo se utilizó en tiempo real para identificar las interferencias que el sistema de arriostramiento podría tener con las circulaciones propuestas. Conforme con el análisis de variables, se determinó la ubicación de las escaleras que conectan el semisótano de las oficinas principales con el interior de la bodega. Así pues, la capacidad de anticipar cambios impactó positivamente el flujo de trabajo entre las diferentes disciplinas.
4. Acceso nivel principal Cruzar la información estructural y arquitectónica de la plataforma del acceso principal evitó la fabricación innecesaria de aproximadamente 200 kg de perfiles IPE.
Análisis de constructibilidad La interacción entre los distintos equipos del proyecto con el modelo virtual es fundamental para calibrar los protocolos de comunicación y garantizar que estos se encuentren dentro de los parámetros de calidad establecidos. El objetivo de esta etapa –basada en el uso de la información geométrica básica de los componentes de la edificación y su ubicación espacial–, es identificar las inconsistencias entre la información 2D o 3D de los diferentes miembros del equipo, al mismo tiempo que se analiza y resuelven los conflictos de todos los sistemas (estructura, arquitectura y redes). Cantidades de obra y presupuesto Para la cuantificación de los materiales necesarios para el desarrollo del proyecto se usa un algoritmo que analiza la geometría y el contenido tridimensional del modelo, generando así una lista Modelo central de datos
Herramientas
5. Acceso al semisótano Durante el recorrido virtual del proyecto se encontraron inconsistencias entre algunos componentes de la estructura en concreto y la información arquitectónica. En la ram-
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Metodologías y procesos Equipo de trabajo
de cantidades de obra. Cada ítem debe adaptarse a las mediciones requeridas por cada usuario para generar el análisis de precios unitarios, el presupuesto general y la programación de obra. En un ambiente BIM, gracias a la capacidad de ver cada uno de los componentes del modelo en el contexto tridimensional y la interconexión directa entre cada uno de ellos, las decisiones están respaldadas por datos exactos. Sumado a esto, de presentarse variaciones en el proyecto, estas pueden validarse rápidamente. Programación y control El uso de modelos BIM permite la programación mediante herramientas diferentes al tradicional GANT, el cual determina para cada tarea una fecha de inicio y otra de finalización, estableciendo una ruta crítica. Si bien es un estándar ampliamente difundido en la industria, los modelos virtuales resultan más eficientes dadas las posibilidades complementarias que ofrecen. Con el concepto de planeación conocido como flow line también se incluye la localización de cada actividad en ejecución dentro del proyecto. Con esto se pueden detectar los conflictos de lugar y fecha entre varias acciones. Para la planeación de logística, este optimiza la movilización de equipos y materiales dentro de la obra. El flow line monitorea cada actividad, comparando lo planeado con lo ejecutado, y estableciendo rangos de riesgo mediante proyecciones futuras de las tareas. Este análisis temprano de los problemas potenciales reduce significativamente las interrupciones durante la ejecución.
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pa de acceso al semisótano fue necesario corregir y actualizar la documentación correspondiente de acuerdo con los lineamientos arquitectónicos originales.
pos de aire acondicionado. Gracias a los detalles del modelo se llegó a una solución integral y consensuada entre los departamentos de trabajo.
6. Baño de oficinas segundo piso
8. Bajantes de aguas lluvia
El estudio de las secciones y cortes en el área principal de acceso a las oficinas, concluyó que el baño del nivel superior necesitaba una revisión de diseño para hacerlo más eficiente por sus condiciones espaciales, sin afectar la composición de la fachada.
Mediante la generación del modelo geométrico del sistema de recolección de aguas lluvia, se analizaron varias alternativas de diseño que, sin afectar la estética y la expectativa del cliente, cumplieran con las determinantes estructurales y civiles sin generar sobrecostos.
7. Localización y acceso equipos
Como resultado de toda la documentación y registro de datos, la propuesta general logró el alcance esperado, el proceso de fabricación de la estructura metálica se desarrolló sin inconvenientes, y la instalación en obra cumplió con los tiempos estipulados en el cronograma.
Teniendo en cuenta las interferencias tanto en la parte funcional como en la operativa, en la reunión de trabajo interdisciplinario en torno al modelo virtual se estudiaron alternativas para solucionar la localización y el acceso a mantenimiento de los equi-
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El modelo virtual es el principal medio para integrar la representación gráfica, la documentación y la comunicación del diseño. FUENTES 1. BIM House, red de profesionales que promueve la implementación y aplicación del concepto BIM en la academia y en la empresa privada.
Arquitecto Víctor Arcos Arquitecto especialista en procesos de implementación BIM con 15 años de experiencia en el diseño y gestión de proyectos basados en modelos virtuales. Consultor BIM en Estados Unidos, Reino Unido, Egipto y Medio Oriente.
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