UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
TESIS
“COMPARACIÓN COSTO - TIEMPO AL CONSTRUIR UNA EDIFICACIÓN DE DOS NIVELES EMPLEANDO PÓRTICOS DE CONCRETO ARMADO Y PÓRTICOS DE ACERO EN LA CIUDAD
DE BELÉN, PROVINCIA DE MAYNAS - IQUITOS”
PRESENTADA POR:
BR. ANTONY CÉSAR CUADROS CALVA
ASESOR:
ING. LUIS ALBERTO BENITES ÁVALOS
LÍNEA DE INVESTIGACIÓN:
INGENIERÍA CIVIL, ARQUITECTURA Y URBANISMO
SUB LÍNEA DE INVESTIGACIÓN:
LÍNEA DE CONSTRUCCIÓN PIURA, PERU
2020
ii
UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
TESIS:
“COMPARACIÓN COSTO - TIEMPO AL CONSTRUIR UNA EDIFICACIÓN DE DOS NIVELES EMPLEANDO PÓRTICOS DE CONCRETO ARMADO Y PÓRTICOS DE ACERO EN LA CIUDAD
DE BELÉN, PROVINCIA DE MAYNAS - IQUITOS”
TESIS PARA OPTAR EL TITULO DE INGENIERO CIVIL
___________________________
Tesista; Bach. CUADROS CALVA ANTONY CÉSAR
Asesor: ING. BENITES AVALOS LUIS ALBERTO
iii
DECLARACIÓN JURADA DE ORIGINALIDAD DE LA TESIS
.YO: ANTONY CÉSAR CUADROS CALVA identificado con DNI N° 71732211, bachiller de la Facultad de Ingeniería Civil y domiciliado en Calle Julián Arce 123 Urb. Las Leyendas San Miguel-Lima, con celular 947388524. Email: [email protected].
DECLARO BAJO JURAMENTO: Que la tesis que presento es original e inédita, no siendo copia parcial ni total de una tesis desarrollada, y/o realizada en el Perú o en el Extranjero, en caso contrario de resultar falsa la información que proporciono, me sujeto a los alcances de lo establecido en el ART. Nª 411 del código penal concordante con el Art. 32ª de la ley Nª 2744. Y la ley de procedimiento Administrativo General y las Normas Legales de Protección de los Derechos de Autor.
En fe de lo cual firmo la presente
LIMA, Agosto del 2020.
__________________________________
ANTONY CÉSAR CUADROS CALVA DNI N° 71732211
iv
ACTA DE CONFORMIDAD DE TESIS
EL JURADO DE LA TESIS DENOMINADO
“COMPARACIÓN COSTO - TIEMPO AL CONSTRUIR UNA EDIFICACIÓN DE DOS NIVELES EMPLEANDO PÓRTICOS DE CONCRETO ARMADO Y PÓRTICOS DE ACERO EN LA CIUDAD
DE BELÉN, PROVINCIA DE MAYNAS - IQUITOS”
Dan conformidad la presente Tesis
_____________________________
ING. MIGUEL LENIN TALLEDO COVEÑAS Mtro.
PRESIDENTE
_____________________________
ING. CARLOS JAVIER SILVA CASTILLO Mtro.
SECRETARIO
_____________________________
ING. HELMER SERNAQUÉ BARRANTES Mtro.
VOCAL
v
vi
Dedicatoria
.La presente tesis está dedicada primeramente a nuestro creador que nos bendice día a día, también
es dedicada a mi familia por el constante apoyo en todos estos años y a mi madre que desde el cielo me guía en cada paso y
decisión tomada.
vii
Agradecimientos
.Un agradecimiento muy especial a todas las personas que con su granito de arena han logrado que pueda superarme en todos los aspectos de la vida. Me dan muchas fuerzas de seguir superándome hasta lograr las metas propuestas.
viii
RESUMEN
Este estudio está orientado en poder obtener dos opciones de construcción, ya sea por el sistema tradicional de pórticos de concreto armado, ya que la mayoría de gente construye con este sistema que ha venido siendo el tradicional desde épocas antiguas; o se puede optar por el sistema de pórticos de acero estructural, que es un sistema muy novedoso y que tiene muy buenas características tanto técnicas como tiempo de ejecución de proyectos.
Se presentan las dos propuestas con sus respectivos metrados, presupuestos y programación de ejecución, para poder darnos cuenta de cual procedimiento constructivo nos es más favorable dependiendo a las características del proyecto.
En este caso hemos analizado la construcción de la institución educativa Liceo Naval Capitán de Navío “Francisco Carrasco”, en el Distrito de Belén, Provincia de Maynas, Departamento de Loreto. En el cuál se realizó los estudios correspondientes para determinar que era necesaria la construcción de una nueva infraestructura, para que los alumnos de dicha zona puedan tener un lugar adecuado para poder recibir una educación de calidad, y sobre todo que sea construido en el menor tiempo posible para no afectar su plan de estudios.
Los programas utilizados para realizar el estudio comparativo en costo y tiempo de construcción es el s10 costos y presupuestos (versión 2005) y el MS Project 2016.
Palabras claves: Acero estructural A572 Gr 50, concreto armado 210 kg/cm2, pórticos de concreto armado, pórticos tubulares de acero resistentes a momentos, presupuesto de obra, tiempo de ejecución de obra.
ix
ABSTRACT
This study is aimed at obtaining two construction options, either by the traditional system of reinforced concrete frames, since most people build with this system that has been the traditional one since ancient times; or you can opt for the system of structural steel frames, which is a very new system and has very good technical characteristics as well as project execution time.
The two proposals are presented with their respective metrados, budgets and execution programming, to be able to realize which construction procedure is more favorable to us depending on the characteristics of the project.
In this case, we have analyzed the construction of the Liceo Naval de Navío “Francisco Carrasco” educational institution in the Bethlehem District, Province of Maynas, Loreto Department. In which the corresponding studies were carried out to determine that the construction of a new infrastructure was necessary, so that the students of that area can have a suitable place to be able to receive a quality education, and especially that it is built in the shortest time possible to not affect your curriculum.
The programs used to carry out the comparative study on cost and construction time are the s10 costs and budgets (2005 version) and the MS Project 2016.
Key words: Structural steel A572 Gr 50, reinforced concrete 210 kg / cm2, reinforced concrete porches, steel tubular frames resistant to moments, construction budget, work execution time.
x
ÍNDICE
DECLARACIÓN JURADA DE ORIGINALIDAD DE LA TESIS ... iii
ACTA DE CONFORMIDAD DE TESIS ... iii
Dedicatoria ... vi
Agradecimientos ... vii
RESUMEN ... viii
ABSTRACT ... ix
ÍNDICE ... x
ÍNDICE DE FIGURAS ... xiv
INTRODUCCIÓN ... 1
I. ASPECTOS DE LA INVESTIGACIÓN ... 2
DESCRIPCIÓN DE LA REALIDAD PROBLEMÁTICA ... 2
1.1. FORMULACIÓN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN ... 2
1.2. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN ... 2
1.3. OBJETIVOS ... 3
1.4. 1.4.1. Objetivo General ... 3
1.4.2. Objetivos Específicos ... 3
DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ... 3
1.5. II. MARCO TEÓRICO ... 4
ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACION ... 4
2.1. 2.1.1 ANTECEDENTES INTERNACIONALES ... 4
2.1.1 ANTECEDENTES NACIONALES ... 5
2.1.1 ANTECEDENTES LOCALES ... 6
BASES TEÓRICAS ... 8
2.2. 2.2.1. ACERO ESTRUCTURAL ... 8
2.2.2. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL ACERO ESTRUCTURAL ... 11
2.2.3. PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS DEL ACERO ESTRUCTURAL... 14
2.2.4. RESPONSABILIDADES DEL INGENIERO PROYECTISTA... 17
2.2.5. PROCESO CONSTRUCTIVO ... 18
2.2.6. COSTOS Y PRESUPUESTO DE OBRA ... 64
2.2.7. PROGRAMACIÓN DE OBRA ... 87
MARCO REFERENCIAL... 92
2.3. 2.3.1. Marco geográfico ... 92
2.3.2. Marco legal ... 94
HIPÓTESIS ... 97
2.4. 2.4.1. Hipótesis General ... 97
2.4.2. Hipótesis Especificas ... 97
DEFINICIÓN DE VARIABLES ... 97
2.5. 2.5.1. Variable independiente ... 97
2.5.2. Variables dependientes ... 97
Glosario de términos ... 98
2.6. III. MARCO METODOLÓGICO ... 99
ENFOQUE Y DISEÑO ... 99
3.1. 3.1.1. Enfoque ... 99
3.1.2. Diseño ... 99
xi
3.1.3. Nivel ... 99
3.1.4. Tipo ... 99
3.1.5. Instrumentos ... 99
SUJETOS DE LA INVESTIGACIÓN ... 100
3.2. 3.2.1. Metrados ... 104
PROGRAMACIÓN DE OBRA USANDO CONCRETO ARMADO ... 149
3.3. 3.3.1. Cálculo de tiempo de ejecución de actividades ... 149
3.3.2. Diagrama de Gantt ... 150
3.3.3. Estimación de presupuesto usando concreto armado ... 152
PROPUESTA DEL PROYECTO USANDO ACERO ESTRUCTURAL A572Grado50 ... 153
3.4. 3.4.1. Solución conceptual ... 153
3.4.2. Pre dimensionamiento ... 153
3.4.3. Elementos de Acero ... 156
METRADO DE MATERIALES Y ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS ... 158
3.5. 3.5.1. Análisis del Reglamento Nacional de Metrados ... 158
3.5.2. Sustento y resumen de metrados. ... 159
3.5.3. Método alternativo de metrados ... 160
PROGRAMACIÓN DE OBRA ... 162
3.6. 3.6.1. Cálculo de tiempo de ejecución de actividades ... 162
3.6.2. Diagrama de Gantt ... 163
IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ... 166
4.1.1. Comparación en tiempo de ejecución de los sistemas estructurales. ... 167
DISCUSIONES ... 169
4.2. CONCLUSIONES ... 170
RECOMENDACIONES ... 171
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 172
ANEXOS ... 173
xii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 2.1: Especificaciones aplicable de la ASTM a diversos perfiles estructurales... 10
Tabla 2.2: Temperatura mínima de precalentamiento e interpase precalificada ... 56
Tabla 2.3: Diseño de mezclas de concreto ... 68
Tabla 2.4: Diseño de mezclas de concreto ... 68
Tabla 2.5: Proporciones usualmente utilizadas en construcciones (Con cifras redondeadas) ... 69
Tabla 2.6: Proporciones por metro cúbico de concreto simple ... 69
Tabla 2.7: Cantidad de ladrillos por m2 de muro ... 70
Tabla 2.8: Volumen de mezcla en m3 por m2 de muro de ladrillo ... 72
Tabla 2.9: Cantidad de ladrillos huecos por m2 de losa aligerada ... 73
Tabla 2.10: Cantidad de materiales por m3 de mortero ... 73
Tabla 2.11: Cantidad de materiales por m3 de pasta ... 74
Tabla 2.12: Cantidad / Kg de clavos ... 74
Tabla 2.13: Peso/ml de alambre ... 75
Tabla 2.14: Tabla de porcentajes de desperdicios ... 75
Tabla 3.1: Áreas mínimas para Infraestructura Educativa Nivel Primaria y Secundaria ... 101
Tabla 3.2: Módulos propuestos del nivel primario de la Institución Educativa Liceo Naval Capitán de Navío "Francisco Carrasco" ... 102
Tabla 3.3: Metrado de Excavación ... 105
Tabla 3.4: Metrado de Relleno ... 106
Tabla 3.5: Metrado de eliminación de material excedente ... 107
Tabla 3.6: Metrado de solado de concreto F'C'=100 kg/cm2,e=0.05m ... 108
Tabla 3.7: Metrado de veredas ... 108
Tabla 3.8: Metrado falso piso ... 109
Tabla 3.9: Metrado en zapatas: Concreto, encofrado y desencofrado ... 111
Tabla 3.10: Metrado en zapatas: Acero corrugado ... 111
Tabla 3.11: Metrado en zapatas: Curado de concreto ... 112
Tabla 3.12: Metrado en cimientos ; Concreto, encofrado y desencofrado ... 113
Tabla 3.13: Metrado en cimientos: Acero corrugado ... 114
Tabla 3.14: Metrado en cimientos: Curado de concreto ... 114
Tabla 3.16: Metrado en vigas de cimentación: Acero corrugado ... 115
Tabla 3.15: Metrado en vigas de cimentación: Concreto, encofrado y desencofrado ... 115
Tabla 3.17: Metrado en vigas de cimentación: curado de concreto ... 116
Tabla 3.18: Metrado en sobrecimientos: Concreto, encofrado y desencofrado ... 117
Tabla 3.18: Metrado en sobrecimiento: acero corrugado ... 117
Tabla 3.19: Metrado en sobrecimiento: Curado de concreto ... 118
Tabla 3.20: Metrado en columnas: Concreto, encofrado y desencofrado ... 120
Tabla 3.23: Metrado en columnas: Curado de concreto ... 121
Tabla 3.22: Metrado en columnas: Acero corrugado ... 121
xiii
Tabla 3.24: Metrado en vigas: Concreto ... 123
Tabla 3.25: Metrado en vigas: Encofrado y desencofrado ... 124
Tabla 3.26: Metrado en vigas: Acero corrugado ... 125
Tabla 3.27: Metrado en vigas: Curado de concreto ... 127
Tabla 3.28: Metrado en losa aligerada: Concreto, encofrado y desencofrado ... 130
Tabla 3.29: Metrado en losa aligerada: Ladrillo y curado de concreto ... 131
Tabla 3.30: Metrado en losa aligerada: Acero corrugado ... 131
Tabla 3.31:Metrado en muros: Concreto ... 133
Tabla 3.32: Metrado en muros: Encofrado y desencofrado ... 135
Tabla 3.33: Metrado en Muros: Acero corrugado ... 137
Tabla 3.34: Metrado en muros: curado de concreto ... 139
Tabla 3.35:Metrado en parapetos: Concreto ... 141
Tabla 3.37: Metrado de parapetos: Acero corrugado ... 142
Tabla 3.36: Metrado en parapetos: Curado de concreto ... 142
Tabla 3.38: Metrado en columnas metálicas ... 143
Tabla 3.39: Metrado en viguetas metálicas ... 144
Tabla 3.40: Metrado en tijerales ... 145
Tabla 3.41: Metrado en planchas de asiento ... 145
Tabla 3.42: Metrado de juntas de dilatación ... 146
Tabla 3.43: Metrado de muros de albañilería ... 148
Tabla 3.44: Cálculo de tiempo de ejecución de actividades ... 149
Tabla 3.45: Diagrama de Gantt (para obra de concreto armado) ... 150
Tabla 3.46: Análisis de Ruta crítica (para obra de concreto armado) ... 151
Tabla 3.47: Estimación de presupuesto usando concreto armado ... 152
Tabla 3.48: Sustento y resumen de metrados ... 160
Tabla 3.49: Método Alternativo de metrados ... 161
Tabla 3.50: Calculo de tiempo de ejecución de actividades ... 162
Tabla 3.51: Diagrama de Gantt (usando estructuras metálicas) ... 163
Tabla 3.52: Cronograma de ejecución de obras usando estructuras metálicas ... 164
Tabla 3.53: Estimación de presupuesto usando acero estructural ... 165
Tabla 3.54: Comparación económica entre Sistemas Estructurales ... 166
Tabla 3.55: Cronograma de ejecución de obra usando estructuras metálicas ... 167 Tabla 3.56: Cronograma de ejecución de obra usando estructura de pórticos de concreto armado 168
xiv
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1: Perfiles de acero estructural ... 9
Figura 2.2: Curva característica de esfuerzo del acero ... 16
Figura 2.3: Símbolos de pernos de taller y campo ... 39
Figura 2.4: Juntas Soldadas precalificadas ... 40
Figura 2.5: Corte con cizalla de estructuras metálicas ... 42
Figura 2.6: Limpieza y cepillado manual de estructuras metálicas ... 43
Figura 2.7: Pintura en taller de estructuras metálicas ... 44
Figura 2.8: Grúa Torre Trepadora ... 45
Figura 2.9: Grúa de pata rígida ... 46
Figura 2.10: Grúa montada sobre camión ... 47
Figura 2.11: Grúa montada sobre oruga ... 47
Figura 2.12: Grúa Montada sobre ruedas ... 48
Figura 2.13: Montaje de estructuras de anclaje ... 49
Figura 2.14: Montaje de estructuras metálicas ... 50
Figura 2.15: Secuencia de montaje de estructuras metálicas ... 51
Figura 2.16: Conexión soldada entre elementos metálicos ... 57
Figura 2.17: Aplicación de soldadura de ranura... 58
Figura 2.18 : Procedimiento de aplicación de soldadura en unión columna-viga ... 59
Figura 19: Punzonadora hidráulica... 62
Figura 2.20: Taladro industrial ... 62
Figura 2.21: Conexión empernada de deslizamiento crítico y aplastamiento ... 64
Figura 22: Ladrillo por metro cuadrado de muro ... 70
Figura 2.23: Salario semanal donde se incluyen los beneficios sociales y descuentos de ley (Del 01/06/2019 al 31/12/2019) ... 77
Figura 2.24: Tabla salarial (Del 01/08/2019 al 31/12/2019) ... 78
Figura 2.25: Presupuesto Total ... 86
Figura 2.26: Ejemplo de Resumen de Presupuesto ... 87
Figura 2.27: Partida, Sub partidas y actividades ... 90
Figura 2.28: Secuencia de actividades ... 90
Figura 2.29: Duración (Comienzo y Fin) de actividades ... 91
Figura 2.30: Extracto de un diagrama de Gantt ... 92
Figura 2.31: Mapa de la Provincia de Maynas ... 93
Figura 3.1: Planta Aula Primaria - Módulo 03 Primer Piso ... 103
Figura 3.2: Planta Aula Primaria - Módulo 03 Segundo Piso ... 103
Figura 3.3: Planta Cobertura - Módulo 3 ... 104
Figura 3.4: Pórticos Resistentes a Momento ... 153
Figura 3.5: Isométrico de pórtico - Módulo 03 ... 154
xv
Figura 3.6: Isométrico lateral - Módulo 03 ... 154
Figura 3.7: Planta Cobertura – Módulo 03 ... 155
Figura 3.8: Cuadro de derivas - Módulo 03 ... 155
Figura 3.9: Características del material - Módulo 03 ... 156
Figura 3.10: Sección de viga principal - Módulo 03... 156
Figura 3.11: Sección de vigas secundarias- Módulo 03 ... 157
Figura 3.12: Sección de columna - Módulo 03 ... 157
1
INTRODUCCIÓN
Nuestro país está atravesando un crecimiento vertiginoso en la industria de la construcción.
Además, el contexto muestra la necesidad de construir edificios altos en el menor tiempo posible, desde el punto de vista estructural, y económico, en diseños proyectados bajo las características sísmicas y de suelo en el Departamento de Loreto.
Sin embargo, el material por excelencia entre la gran mayoría de los ingenieros civiles que trabajan en el diseño de edificios, es el concreto armado, seguido de un sistema mixto así como también los sistemas estructurales de albañilería confinada, habiéndose creado en los clientes la idea de que si un edificio no es de concreto armado o de albañilería confinada, esta obra “no es segura”, esto se da debido a que a los clientes no se les ha convencido de que construir con acero como material estructural es una excelente opción y que tiene muchas ventajas.
Además de lo antes expuesto, los estudiantes de ingeniería, así como los profesionales, carecen de una guía para poder estimar y calcular los costos de una estructura de acero, razón por la cual se depende de las cotizaciones directas de los proveedores; por lo tanto, el costo es resultado de la oferta de los fabricantes y no del cálculo real de parte del planificador.
Por consiguiente; la presente tesis tiene como finalidad la comparación económica y estructural de una edificación de dos niveles en la Región Loreto el cual ha sido diseñado y construido usando pórticos de concreto armado como material estructural, el mismo que se encuentra ubicado en la ciudad de Belén, Provincia Maynas, Departamento de Iquitos, para lo cual diseñaremos el mismo proyecto arquitectónico usando Acero A572 GRADO 50 como material estructural.
Así mismo, el cálculo de costos, tanto a nivel de la integración en detalle, como a nivel de la estimación de costos preliminares, servirá de base para replantear soluciones arquitectónicas, permitiendo estimar la factibilidad financiera de una propuesta determinada y no esperar hasta que la planificación esté concluida.
Finalmente, existe una marcada tendencia por utilizar sistemas constructivos utilizando el acero como material predominante, razón por la cual este estudio podría contribuir, en gran forma, al cálculo y cuantificación de este tipo de construcciones.
2
I. ASPECTOS DE LA INVESTIGACIÓN
DESCRIPCIÓN DE LA REALIDAD PROBLEMÁTICA 1.1.
Como todos sabemos el material por excelencia entre la gran mayoría de los ingenieros civiles que trabajan en el diseño de edificios, es el concreto armado, seguido de un sistema mixto así como también los sistemas estructurales de albañilería confinada, habiéndose creado en los clientes la idea de que si un edificio no es de concreto armado o de albañilería confinada, esta obra “no es segura”, esto se da debido a que a los clientes no se les ha convencido de que construir con acero como material estructural es una excelente opción y que tiene muchas ventajas que van desde el punto de vista estructural, hasta en el punto de vista económico y menores plazos de ejecución para poner la puesta en uso de sus proyectos y así ellos puedan disfrutar en el menor tiempo posible de su inversión.
FORMULACIÓN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA DE 1.2.
INVESTIGACIÓN
Nuestro país está atravesando un crecimiento vertiginoso en la industria de la construcción.
Además, el contexto muestra la necesidad de construir edificios altos en el menor tiempo posible, desde el punto de vista estructural, y económico, en diseños proyectados bajo las características sísmicas y de suelo en la ciudad de Iquitos.
En ese sentido, siendo conocedores del desarrollo de la construcción, se desprende la siguiente pregunta general:
Qué efecto técnico y económico tendrá aplicar el acero estructural en el cálculo y diseño de una edificación de dos niveles en la Ciudad de Belén, Provincia de Maynas, Departamento de Iquitos.
De la cual se generan las siguientes preguntas específicas:
¿Las edificaciones de dos niveles usando acero estructural en la Región Loreto serán más económicas que las edificaciones de dos niveles usando pórticos de concreto armado?
¿El proceso constructivo de edificaciones de dos niveles usando acero estructural en la Región Loreto se llevará en un menor tiempo de ejecución que las edificaciones de dos niveles usando pórticos de concreto armado?
JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN 1.3.
Tanto los estudiantes de ingeniería, como los profesionales mismos, carecen de una guía para poder estimar y calcular los costos de una estructura de acero, razón por la cual se depende de las cotizaciones directas de los proveedores; por lo tanto, el costo es resultado de la oferta de los fabricantes y no del cálculo real de parte del planificador.
Así mismo, el cálculo de costos, tanto a nivel de la integración en detalle, como a nivel de la estimación de costos preliminares, servirá de base para replantear soluciones
3 arquitectónicas, permitiendo estimar la factibilidad financiera de una propuesta determinada y no esperar hasta que la planificación esté concluida.
Finalmente, existe una marcada tendencia por utilizar sistemas constructivos utilizando el acero como material predominante, razón por la cual este estudio podría contribuir, en gran forma, al cálculo y cuantificación de este tipo de construcciones.
Importancia
Demostraremos que diseñando edificios medianos usando acero como material estructural tenemos mejor comportamiento estructural en nuestros diseños, y estructuras relativamente más económicas y rápidas de ejecutar.
Beneficiarios de la investigación
Los beneficiarios directos serían los jóvenes ingenieros que tendrían una opción más para plantear sus diseños de edificaciones haciendo uso del acero como material estructural, ya que tendrían un ejemplo real de los beneficios del uso de este material, en segunda instancia las personas o empresas que invierten en la construcción de edificios medianos ya que conocerían las ventajas de construir sus proyectos usando acero estructural.
OBJETIVOS 1.4.
1.4.1. Objetivo General
Comparar presupuesto y tiempo de ejecución del proyecto de una edificación de dos niveles en la Región Loreto construido con pórticos de concreto armado, y su propuesta alternativa usando pórticos de acero estructural.
1.4.2. Objetivos Específicos
a) Calcular el presupuesto de estructuras de Acero.
b) Calcular el tiempo de ejecución de la obra en Acero.
c) Elaborar de una guía referencial para el cálculo de costos de estructuras de Acero que sirvan de referencia para estudiantes y profesionales de la ingeniería.
DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN 1.5.
El presente trabajo de investigación tomó como materia de estudio una edificación de dos niveles con un sistema estructural de pórticos de concreto armado. Esta estructura se encuentra en la Ciudad de Belén, provincia de Maynas, departamento de Loreto.
La ejecución de la presente tesis se está desarrollará en seis meses. En el primer capítulo se han detallado los aspectos de la investigación; y en el segundo capítulo, se detallaron las bases teóricas del acero estructural y los procesos constructivos en concreto armado y acero estructural; así como conceptos de presupuesto y programación de obra.
4
II. MARCO TEÓRICO
ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACION 2.1.
2.1.1 ANTECEDENTES INTERNACIONALES
a.- Artículo, Miguel David Rojas López, Jhon Jairo Arenas Giraldo (2007 – Bogotá Colombia) titulada: “COMPARACIÓN TÉCNICO FINACIERA DEL ACERO ESTRUCTURAL Y EL HORMIGÓN ARMADO”.
CONCLUSIONES:
• La dinámica de una estructura liviana es menos compleja que la de una estructura tradicional, lo que hace más fácil su diseño e incluso su construcción.
• Al ser una construcción más limpia, la estructura de acero genera menos traumatismos en las obras y menor impacto ambiental, además puede reciclarse fácilmente mediante procesos siderúrgicos.
• Existe apatía en Colombia al sistema de construcción liviana, debido a que provocan una sensación de menor solidez que el hormigón armado, esto se evidencia en la falta de uso.
b.- Tesis, Yeimy Johana Ramos Villalobos, Lisandro Adán Ayala Tolosa (2016-
Universidad Católica de Colombia) titulada: “COMPARACIÓN FINANCIERA ENTRE CONCRETO REFORZADO Y ACERO ESTRUCTURAL COMO ALTERNATIVA DE VIVIENDA DE INTERES SOCIAL (VIS) PARA CASAS DE DOS PISOS EN BOGOTÁ D.C.
CONCLUSIONES:
Después de modelar los dos sistemas estructurales aporticados resistente a momentos, se realizó una comparación financiera entre los dos modelos estructurales aporticados, se concluyó que para una unidad de vivienda los costos son más elevados en la alternativa en la cual se fundamentó este proyecto (perfilería metálica), Sin embargo, al calcular los costos para la construcción de 20 unidades los valores totales son más bajos en este mismo
sistema.
El costo por unidad de vivienda es más costosa en la alternativa planteada del sistema aporticado en estructura metálica, teniendo un precio de $75’941,920 lo que corresponde a un costo por m^2 de $1’054,748, en comparación con el sistema aporticado en concreto reforzado este costo es menor $65’953,439 lo que corresponde a un costo por m^2 de
$916,019.43
5
Una vez se obtuvo el análisis para las viviendas en serie, se concluyó que: El costo de 20 viviendas en serie es más costosa en el sistema aporticado en concreto reforzado con un costo de $1046’442,957 lo que corresponde a un costo por m^2 de $726,696.49 mientras que con la alternativa planteada del sistema aporticado en estructura metalica, se obtuvo un precio de $1029’584,160.44 lo que corresponde a un costo por m^2 de $714,988.96
2.1.1 ANTECEDENTES NACIONALES
a.- Tesis del Ing. Denis Redin Corzo Soldevilla, Yzza Elena Saldaña Gálvez (2017 – Universidad San Martin de Porres) titulada: “Comparación de diseños estructurales de edificaciones metálicas con edificaciones de concreto armado para determinar el diseño más rentable en la construcción de viviendas multifamiliares”.
CONCLUSIONES:
Se propone el diseño con estructuras metálicas, por ser el más rentable, para ser utilizado en la construcción de viviendas multifamiliares.
Con respecto al comportamiento estructural, los desplazamientos y distorsión muestran que el desempeño del acero, es mucho mejor que el de concreto, ya que la relación máxima comparada con el límite es menor.
Se determinaron las dimensiones de los elementos estructurales en el diseño metálico, y se obtuvieron los costos de ejecución con estos elementos estructurales.
Se determinaron las dimensiones de los elementos estructurales en el diseño con concreto armado, y se obtuvieron los costos de ejecución con estos elementos estructurales.
Las dimensiones de los elementos estructurales de acero, son menores y por sus propiedades elásticas, resisten grandes esfuerzos, debido a golpes o impactos fuertes y repentinos; el costo de ejecución con estos elementos es menor, por lo que es más rentable su utilización.
El uso de estructuras metálicas, para la construcción de viviendas multifamiliares, produce un ahorro del 25.86% del costo por metro cuadrado.
Se determinó la estructura más económica, al comparar los tiempos de ejecución; se observa una diferencia considerable, del 44.25%, al realizar la programación de obra con estructuras metálicas.
La idea de presentar edificios de acero, también lleva a la parte del cuidado del medio ambiente, como se mencionó, el acero es un material reciclable, a diferencia del concreto, que no vuelve a tomar sus características iniciales.
6 b.- Tesis del Ing. Luis Alberto Torres Flores (2019 – Pontificia Universidad Católica del
Perú) titulada: “Análisis comparativo técnico – económico de un hospital de 7 pisos diseñado en concreto armado y acero estructural usando aisladores sísmicos”.
CONCLUSIONES:
Se puede apreciar del cuadro final que el modelo de concreto armado sería el más óptimo para realizarse, sin embargo, se debe tener en cuenta que las calificaciones dadas son bastante cercanas (93% y 86%) por lo que se pueden plantear que ambas estructuras pueden ser viables, dependiendo de las virtudes que se busquen en cada una.
Se debe entender que, para esta tesis, se convino porcentajes de importancia en cuatro ámbitos: resistencia, rigidez, costo y tiempo de construcción; por lo que la calificación de cada proyecto dependerá únicamente de los porcentajes que se le asignen dependiendo del fin con el cual se pretende realizar el proyecto. Por ejemplo, suponiendo que el hospital necesitara ser construido en el menor tiempo posible este porcentaje podría aumentar significativamente mientras que el resto disminuye. Consideremos por ejemplo la siguiente distribución de porcentajes:
- Rigidez: 15%
- Resistencia: 15%
- Costo: 25%
- Tiempo de construcción: 45%
2.1.1 ANTECEDENTES LOCALES
a.- Tesis del Ing. Oliver M. Agurto Mogollón (2014 – Universidad Nacional de Piura) titulada: “COMPARACIÓN ESTRUCTURAL Y ECONÓMICA AL DISEÑAR UN EDIFICIO DE 5 NIVELES CON 1 SÓTANO, USANDO ACERO ESTRUCTURAL Y CONCRETO ARMADO”.
CONCLUSIONES:
l. El edificio diseñado a base de Acero Estructural tiene mejor comportamiento sísmico que el diseño realizado usando Concreto Armado como material estructural.
2. La cimentación del edificio diseñado en Acero estructural es 63.38% más económica en comparación con el diseño de Concreto Armado.
3. La diferencia de costo entre el diseño del edificio usando Acero con respecto al diseño del edificio diseñado en Concreto Armado es aproximadamente 1.44% más barato la construcción a favor del diseño en Acero.
4. La construcción del edificio diseñado en Acero es aproximadamente 45.63% más rápido que si se construyera usando Concreto Armado.
7 b.- Tesis del Ing. Ricky Calizaya Vera (2017-Universidad de Piura) Titulada:
“COMPARACIÓN COSTO TIEMPO DE PABELLÓN DE AULAS USANDO PÓRTICOS DE CONCRETO Y ACERO A36”
CONCLUSIONES:
La edificación proyectada en acero A36 como material estructural genera una diferencia a favor de S/ 25 550.62, lo cual resulta más accesible económicamente que si se construyera usando un sistema aporticado de concreto armado. Por lo tanto, la hipótesis que afirmaba que usando pórticos de acero A36 el costo de ejecución se reduciría en 10% con respecto a la estructura de concreto armado, no se llegó a cumplir, esto debido a la magnitud de la edificación, es decir a mayor nivel o pisos la diferencia se incrementa significativamente;
sin embargo, se redujo un 6.79 % del costo directo del proyecto base.
La edificación construida en acero A36 invertiría en mano de obra S/ 38 965.81 menos que si se construiría usando pórticos de concreto armado, lo que representa un ahorro de 24.10
% del costo de mano de obra con respecto al proyecto base.
El tiempo de ejecución de la obra usando pórticos arriostrados de acero A36 es de 27 días efectivamente laborados, lo que representa una reducción de 41 días con respecto al proyecto base. Por lo tanto, se cumple la hipótesis planteada sobre una reducción mayor al 50 % del proyecto construido con pórticos de concreto armado.
El costo de ejecución de la cimentación en una edificación diseñada en acero estructural A36 es 40.76 % más económica en comparación con una estructura construida de concreto armado.
En ambas alternativas tienen acabados con la misma apariencia física, lo que hace que no sea determinante en la elección del material de construcción.
Existe gran apatía en Piura al sistema de construcción con elementos estructurales de acero (construcción liviana), debido a que provocan una sensación de menos solidez que el concreto armado. Esto se evidencia en la falta de uso.
Existe un aumento de ingresos por ocupación anticipada gracias a la construcción más rápida y ahorro de costos futuros cuando el proyecto sea modificado o ampliado, ya que los sistemas de estructuras de acero son altamente adaptables.
8 BASES TEÓRICAS
2.2.
2.2.1. ACERO ESTRUCTURAL
El acero resulta de la combinación de hierro y pequeñas cantidades de carbono, que generalmente oscila entre 0.5% y 1% de su composición final, y pequeños porcentajes de otros elementos químicos; siendo uno de los materiales estructurales más importantes, ya que presenta propiedades físico-mecánicas muy superiores en comparación a otros materiales usados con frecuencia en la industria de la construcción.
El acero como lo conocemos en la actualidad conlleva un proceso de fabricación industrializado, debido a que no se puede obtener este material cambiando sus elementos constituyentes a temperatura ambiente como si es el caso del concreto.
El acero se produce por la refinación del mineral de hierro y metales de desecho, junto con agente fundentes apropiados; coke (para el carbono) y oxígeno, en hornos a alta temperatura, de los cuales se obtienen grandes masas de hierro llamadas arrabio de primera fusión. Este material obtenido se refina aún más para remover impurezas y el exceso de carbono, y/o se combina (aleación) con otros metales como el cobre, níquel, molibdeno, manganeso, fósforo, sílice, azufre, titanio y vanadio, para darle al acero excelentes propiedades físico-mecánicas.
Los lingotes de acero obtenidos del proceso antes descrito pasan entre rodillos que giran a la misma velocidad y en direcciones opuestas para producir las planchas de acero, los cuales son materiales semi terminados, de secciones rectangulares y longitudes considerables. Desde ese momento, las planchas de acero pasan a molinas laminadores para comenzar el proceso de producción de lo que conocemos como elementos estructurales en acero, rolándose perfiles estructurales, así también como barras, alambres, placas, tubos, etc.
Mc Cormac y Csernak (2012) indican que los primeros perfiles estructurales hechos en Estados Unidos datan del año 1819, los cuales fueron ángulos de hierro laminado. Las vigas I de acero se laminaron por primera vez en ese país en 1884 y la primera estructura reticular (el edificio de la Home Insurance Company de Chicago) fue montada ese mismo año. Durante esos primeros años, diversas laminadoras fabricaron sus propios perfiles y publicaron catálogos con las dimensiones, pesos y otras propiedades de sección. Sin embargo, no es hasta el año 1896 que la Asociación Estadounidense de Fabricantes de Acero (Association of American Steel Manufactures), ahora llamado Instituto Estadounidense del Hierro y el Acero (American Iron ando Steel Intitute - AISC) hizo los primeros esfuerzos para estandarizar los perfiles, los cuales en la actualidad se encuentran estandarizados en su gran mayoría, pudiendo variar un poco sus dimensiones exactas de laminadora a laminadora.
El acero estructural puede laminarse en forma económica en una gran variedad de formas y tamaños sin cambios apreciables en sus propiedades físicas.
9 Generalmente los miembros estructurales más convenientes son aquellos con grandes momentos de inercia en relación con sus áreas. Los perfiles I, T y C, que son de uso tan común, se sitúan en esta clase (Mc Cormac y Csernak, 2012).
El proceso de laminado, además de producir el perfil deseado, tiende a mejorar las propiedades físico-mecánicas del material como la tenacidad, resistencia y maleabilidad (Condori, 2013).
Por lo general los perfiles de acero se designan por la forma de sus secciones transversales, como por ejemplo los perfiles en ángulo, tees, zetas y placas. Sin embargo, es necesario hacer una distinción clara entre las vigas estándar americanas (llamadas vigas S) y las vigas de patín ancho (llamadas vigas W), ya que ambas tienen forma de I. La superficie interna del patín de una sección W es paralela a la superficie externa o bien, casi paralela con una pendiente máxima de 1 a 20 en el interior dependiendo del fabricante. Sin embargo, la viga S tiene una pendiente de 1 a 6 en la superficie interior de sus patines. Además debe notarse la diferencia entre los espesores constantes de los patines de las vigas W, a diferencia de los patines ahusados de las vigas S (Mc Cormac y Csernak, 2012).
Figura 2.1: Perfiles de acero estructural
Fuente: Diseño de Estructuras de Acero, Mc Cormac y Csernak (2012)
Los aceros estructurales se agrupan generalmente según varias clasificaciones principales de la ASTM: los aceros de propósitos generales (A572 GRADO 50), los aceros estructurales de carbono (A529) los aceros estructurales de alta resistencia y baja aleación (A572) los aceros estructurales de alta resistencia, baja aleación y resistencia a la corrosión atmosférica (A242 y A588) y la placa de Acero templada y revenida (A514 y A852) (Agurto, 2014).
10
Tabla 2.1: Especificaciones aplicable de la ASTM a diversos perfiles estructurales
Fuente: Diseño de Estructuras de Acero, Mc Cormac y Csernak (2012)
11 2.2.2. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL ACERO ESTRUCTURAL
Mc Cormac y Csernak (2012), desarrollaron de forma muy detallada las ventajas y desventajas que presenta el acero como material estructural.
2.2.2.1.Ventajas del acero como material estructural
La supuesta perfección de este material como lo es el acero, tal vez el más versátil de todos los materiales estructurales en la industria de la construcción, parece más razonable cuando se considera su gran resistencia, poco peso y facilidad de fabricación, y otras propiedades convenientes.
a) Alta resistencia
La alta resistencia del acero por unidad de peso implica que será relativamente bajo el peso de las estructuras; esto es de gran importancia en puentes de grandes claros, en edificios altos y en estructuras con condiciones deficientes en la cimentación.
b) Uniformidad
Las propiedades del acero no cambian apreciablemente con el tiempo, como es el caso de las estructuras de concreto armado.
c) Elasticidad
El acero se acerca más en su comportamiento a las hipótesis de diseño que la mayoría de materiales, debido a que sigue la ley de Hooke hasta esfuerzos bastante altos. Los momentos de inercia de una estructura de acero se pueden calcular exactamente, en tanto que los valores obtenidos para una estructura de concreto armado son relativamente imprecisos.
d) Durabilidad
Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado durarán indefinidamente. Investigaciones realizadas en los aceros modernos indican que bajo ciertas condiciones no se requiere ningún mantenimiento a base de pintura.
e) Ductilidad
La ductilidad es la propiedad que tiene un material para soportar grandes deformaciones sin fallar bajo esfuerzos de tensión altos.
Cuando se prueba a tensión un acero dulce o con bajo contenido de carbono, ocurre una reducción considerable de la sección transversal y un gran alargamiento en el punto de falla, antes de que se presente la fractura. Un material que no tenga esta propiedad por lo general será inaceptable y probablemente será duro y frágil, y se romperá al someterlo a un golpe repentino.
12 En miembros estructurales sometidos a cargas normales se desarrollan altas concentraciones de esfuerzos en varios puntos. La naturaleza dúctil de los aceros estructurales comunes les permite fluir localmente en esos puntos, evitándose así fallas prematuras.
Una ventaja adicional de las estructuras dúctiles es que, al sobrecargarlas, sus grandes deflexiones ofrecen evidencia visible de la inminente falla.
f) Tenacidad
Los aceros estructurales son tenaces, es decir, poseen resistencia y ductilidad. Un miembro de acero cargado hasta que se presenten grandes deformaciones será aún capaz de resistir grandes fuerzas.
Esta es una característica muy importante porque implica que los miembros de acero puedes someterse a grandes deformaciones durante su fabricación y montaje, sin fracturarse, siendo posible doblarlos, martillarlos, cortarlos y taladrarlos sin daño aparente.
g) Ampliaciones de estructuras existentes
Las estructuras de acero se adaptan muy bien a posibles ampliaciones. Se puede añadir nuevas crujías e incluso alas enteras a estructuras de acero existentes, y con frecuencia se pueden ampliar los puentes de acero.
h) Propiedades Diversas
Algunas otras ventajas importantes del acero estructural son:
Gran facilidad para unir diversos miembros por medio de varios tipos de conexión simple, como son la soldadura y los pernos.
Posibilidad de prefabricar los miembros.
Rapidez de montaje.
Capacidad para laminarse en una gran cantidad de tamaños y formas.
Utilizarlo nuevamente después de desmontar una estructura.
Posibilidad de venderlo como chatarra, aunque no pueda utilizarse en su forma existente.
2.2.2.2.Desventajas del acero como material estructural En general, el acero presenta las siguientes desventajas:
a) Corrosión
La mayor parte de los aceros son susceptibles a la corrosión al estar expuestos al aire y al agua y, por consiguiente, deben pintarse periódicamente. Sin embargo, el uso de aceros intemperizados para ciertas ampliaciones, tienden a eliminar el costo.
13 Aunque los aceros intemperizados pueden ser bastante efectivos en ciertas situaciones para limitar la corrosión, hay muchos casos donde su uso no es factible. En algunas de estas situaciones, la corrosión puede ser un problema real. Por ejemplo, las fallas por corrosión-fatiga pueden ocurrir si los miembros de acero se someten a esfuerzos cíclicos y a ambientes corrosivos. La resistencia a la fatiga de los miembros de acero puede reducirse apreciablemente cuando los miembros se usan en ambientes químicos agresivos y sometidos a cargas cíclicas (Mc Cormac y Csernak, 2012).
b) Costo de la protección contra el fuego
Aunque los miembros estructurales son incombustibles, sus resistencias se reducen considerablemente en temperaturas que comúnmente se alcanzan en incendios, cuando los otros materiales de un edificio se queman. (...) Además el acero es un excelente conductor de calor, de manera que los miembros de acero sin protección pueden transmitir suficiente calor de una sección o compartimiento incendiado de un edificio a secciones adyacentes del mismo edificio e incendiar el material presente (Mc Cormac y Csernak, 2012). En consecuencia, la estructura de acero de un edificio debe protegerse mediante materiales con ciertas características aislantes, y el edificio deberá acondicionarse con un sistema de rociadores para que cumpla con los requisitos de seguridad del Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE).
c) Susceptibilidad al pandeo
Cuanto más largos y esbeltos sean los miembros a compresión, tanto mayor es el peligro de pandeo. En la mayoría de las estructuras, el uso de columnas de acero es muy económico debido a sus relaciones elevadas de resistencia a peso. Sin embargo, en forma ocasional, se necesita algún acero adicional para rigidizarlas y que no se pandeen. Eso tiende a reducir su economía (Mc Cormac y Csernak, 2012).
d) Fatiga
Otra característica inconveniente del acero es que su resistencia se puede reducir si se somete a un gran número de inversiones del sentido del esfuerzo, o bien a un gran número de cambios en la magnitud del esfuerzo de tensión. Se tienen problemas de fatiga sólo cuando se presentan tensiones). En la práctica se reducen las resistencias estimadas de tales miembros, si se sabe de antemano que estarán sometidos a un número mayor de ciclos de esfuerzo variable, que cierto número límite (Mc Cormac y Csernak, 2012).
14 e) Fractura Frágil
Bajo ciertas condiciones, el acero puede perder su ductilidad y la fractura frágil puede ocurrir en lugares de concentración de esfuerzos. Las cargas que producen fatiga y muy bajas temperaturas agravan la situación. Las condiciones de esfuerzo triaxial también pueden conducir a la fractura frágil (Mc Cormac y Csernak, 2012).
2.2.3. PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS DEL ACERO ESTRUCTURAL
Las obtenemos a partir de un ensayo Esfuerzo – Deformación de un espécimen a tracción, en condiciones de carga a velocidad lenta y temperatura ambiente como se espera que ocurran en la generalidad de los casos reales.
Según Mc Cormac y Csernak (2012), los diagramas de esfuerzo-deformación presentan información valiosa necesaria para entender cómo se comporta el acero en una situación dada. No pueden desarrollarse métodos satisfactorios de diseño, a menos que se disponga de información completa relativa de las relaciones esfuerzo-deformación del material que se usa.
Si un miembro de acero estructural es sometido a fuerzas de tensión, este comenzará a alargarse. Si se incrementa esta fuerza a razón constante, la magnitud del alargamiento aumentará de forma lineal dentro de ciertos límites. En otras palabras, el alargamiento (deformación) se duplicará cuando pase de 300 kgf a 600 kgf. Cuando el esfuerzo en tensión alcance un valor aproximadamente igual a tres cuartos de la resistencia última del acero, el alargamiento comenzará a aumentar más y más rápidamente sin un incremento correspondiente del esfuerzo.
El mayor esfuerzo para el que todavía es válida la Ley de Hooke o el punto más alto de la porción recta del diagrama esfuerzo-deformación se denomina límite de proporcionalidad; y el mayor esfuerzo que un material puede resistir sin deformarse permanentemente se llama límite elástico. Este valor muy difícilmente se mide realmente y para la mayoría de los materiales de ingeniería, incluido el acero estructural, es sinónimo del límite de proporcionalidad.
El esfuerzo en el cual se presenta un incremento brusco del alargamiento o deformación sin un incremento en el esfuerzo se denomina esfuerzo de fluencia.
Es el primer punto del diagrama esfuerzo-deformación para el cual la tangente a la curva es horizontal. El esfuerzo de fluencia es para el Ingeniero Proyectista la propiedad más importante del acero, ya que muchos procedimientos de diseño se basan en ese valor. Más allá del esfuerzo de fluencia hay un intervalo en el que ocurre un incremento considerable de deformación sin incremento del esfuerzo.
15 La deformación que se presenta antes del esfuerzo de fluencia se denomina deformación elástica; y la deformación que ocurre después del esfuerzo de fluencia, sin incremento de esfuerzo se denomina deformación plástica. Esta última deformación es generalmente igual en magnitud a 10 o 15 veces la deformación elástica.
La fluencia del acero sin esfuerzo puede parecer una seria desventaja, pero en la realidad es una característica muy útil. Con frecuencia ha prevenido la falla de una estructura debida a omisiones o errores del proyectista. Si el esfuerzo en un punto de una estructura de acero dúctil alcanza el punto de fluencia, esa parte de la estructura cederá localmente sin incremento del esfuerzo, impidiendo una falla prematura. Esta ductilidad permite que se redistribuyan los esfuerzos en una estructura de acero. Otra manera de describir este fenómeno es afirmar que los altos esfuerzos causados por la fabricación, el montaje o la carga tienden a igualarse entre sí. También puede decirse que una estructura de acero tiene una reserva de deformación plástica que le permite resistir sobrecargas e impactos repentinos. Si no tuviera esta capacidad, se podría fracturar repentinamente como el vidrio u otros materiales análogos.
Después de la deformación plástica, existe un rango en el cual es necesario un esfuerzo adicional para producir deformación adicional, a esto se le denomina endurecimiento por deformación. Esta porción del diagrama esfuerzo- deformación no resulta muy importante para los Ingenieros Proyectistas actuales porque las deformaciones son muy grandes.
En la Figura 2.2 se muestra un diagrama típico de esfuerzo-deformación de un acero estructural dulce o de bajo contenido de carbono. Sólo se presenta aquí la parte inicial de la curva, debido a la gran deformación que ocurre antes de la falla.
En el punto de falla los aceros dulces tienen deformaciones unitarias que equivalen a valores que oscilan entre 150 a 200 veces los correspondientes a la deformación elástica. En realidad, la curva alcanza su esfuerzo máximo y luego disminuye poco a poco antes de la falla. Se presenta una marcada reducción de la sección transversal del miembro (que se denomina estricción del elemento) justo antes de que el miembro se fracture.
El diagrama esfuerzo-deformación mostrado es típico de los aceros estructurales dúctiles y se supone que es la misma para miembros a tensión o a compresión.
Los miembros estructurales a compresión deben ser robustos, ya que los miembros a compresión esbeltos sujetos a cargas de compresión tienden a pandearse lateralmente y sus propiedades se ven muy afectadas por los momentos que se generan. La forma del diagrama varía con la velocidad de carga, el tipo de acero y la temperatura. En la figura se muestra dicha variación mediante la línea punteada marcada como fluencia superior.
16 Esta forma de la curva esfuerzo-deformación resulta cuando un acero dulce se carga rápidamente, en tanto que la curva con la fluencia inferior se obtiene con una carga lenta.
Figura 2.2: Curva característica de esfuerzo del acero
Fuente: Diseño de Estructuras de Acero, Mc Cormac y Csernak (2012)
Las propiedades físico-mecánicas más relevantes para un Ingeniero Proyectista son las siguientes:
a) Punto de fluencia (Fy)
Cuando se termina la proporcionalidad entre esfuerzos y deformaciones en un espécimen libre de esfuerzos residuales.
b) Resistencia a la fractura (Fu) Es el esfuerzo de falla del espécimen.
c) Ductilidad
Propiedad del Acero que permite que se deforme grandemente antes de fracturarse.
d) Módulo de Elasticidad
Es la relación entre el esfuerzo y la deformación en el rango elástico.
E=29,5000 Ksi (2, 100,000kg/cm²)
e) Módulo en la zona de endurecimiento por deformación
Es, aproximadamente 490,000 kg/cm². Este endurecimiento final explica la resistencia encontrada en elementos de Acero que han sobrepasado la zona plástica.
17 f) Relación de Poisson (µ=0.30)
Se usa para definir el comportamiento de planchas que son sometidas a fuerzas de borde.
g) Módulo de la Elasticidad en corte (G)
Relación entre el esfuerzo en corte aplicado y la deformación
correspondiente en el rango elástico. De la teoría de elasticidad se conoce la siguiente relación: G=E/[2(1+µ)], G=11,300 Ksi (800,000 kg/cm2) para los aceros estructurales.
h) Capacidad del acero
Capacidad para absorber energía y se mide por el área encerrada dentro de la curva Esfuerzo-Deformación.
i) Soldabilidad
Capacidad del Acero a ser soldado y depende de la composición química del material y es muy sensitiva al contenido de carbono en su masa.
2.2.4. RESPONSABILIDADES DEL INGENIERO PROYECTISTA
El Ingeniero Proyectista debe aprender a distribuir y a proporcionar las partes de las estructuras de manera que puedan montarse prácticamente, que tengan resistencia suficiente y que sea razonablemente económica (Mc Cormac y Csernak, 2012).
a) Seguridad
Una estructura no sólo debe soportar con seguridad las cargas impuestas, sino soportarlas en forma tal que las deflexiones y vibraciones resultantes no sean excesivas ni alarmen a los ocupantes o causen grietas de aspecto desagradable en ella.
b) Costo
El proyectista siempre debe en mente la posibilidad de abatir los costos de la construcción sin sacrificar la resistencia. A lo largo de este texto se analizan algunos aspectos de construcción que incluyen el uso de elementos de tamaño estándar, conexiones y detalles simples, y miembros y materiales que no requieran mantenimiento excesivo a través de los años.
c) Factibilidad
Otro objetivo es el diseño de estructuras que puedan fabricarse y montarse sin mayores problemas. Los proyectistas necesitan conocer lo relativo a los métodos de fabricación y deben adaptar sus diseños a las instalaciones disponibles.
También deben aprender todo lo relativo al detallado, la fabricación y el montaje de campo de las estructuras. Entre más sepan sobre los problemas, tolerancias y holguras de taller y campo, mayor será la posibilidad de que sus
18 diseños resulten razonables, prácticos y económicos. Este conocimiento debe incluir información relativa al transporte de los elementos estructurales a la obra (por ejemplo, el tamaño máximo de las partes que pueden transportarse por camión o ferrocarril en forma práctica), así como la disponibilidad de mano de obra y el equipo disponible para el montaje.
Por último, debe dimensionarse las partes de la estructura de manera que éstas no interfieran con las partes mecánicas (tuberías, ductos, etc.), o arquitectónicas.
2.2.5. PROCESO CONSTRUCTIVO
El proceso constructivo se divide en dos componentes fundamentales: Obras Provisionales, Trabajos Preliminares, Seguridad y Salud, y Estructuras; las cuales se dividen en diferentes actividades o partidas, las cuales son vitales para la ejecución del componente estructural de la edificación.
a) Obras Provisionales, Trabajos Preliminares, Seguridad y Salud
Obras Provisiones y Trabajos Preliminares
Comprende todas las construcciones e instalaciones que con carácter temporal son ejecutadas, para el servicio del personal administrativo y obrero, para almacenamiento y cuidado de los materiales durante la ejecución de las obras. Se pueden usar materiales e instalaciones deben ser demolidas y /o desarmadas al final de la obra dejando el lugar empleado ser demolidas y/o desarmadas al final de la obra dejando el lugar empleado en iguales condiciones a como lo encontró. Dependiendo que la magnitud e importancia de la obra, las partidas necesarias para la ejecución de edificaciones en concreto armado podrán variar no solo en dimensiones sino también en los requisitos técnicos, los mismos que deberán precisarse en las Especificaciones Técnicas del Expediente Técnico en la Obra. También comprende la ejecución de todas aquellas labores previas y necesarias para iniciar la obra.
Limpieza del terreno
Comprende los trabajos que deben ejecutarse para la eliminación de basura, elementos sueltos, livianos y pesados existentes en toda el área del terreno, así como de maleza y arbustos de fácil extracción. No incluye elementos enterrados en ningún tipo.
Eliminación de obstrucciones
Comprende la eliminación de elementos aislados, parcial o totalmente enterrados; tales como árboles, raíces (incluyendo la rótula si fuera necesario), postes en general, cualquier otro elemento sujeto a la tierra, incluyendo su carga y descarga a rellenos sanitarios fuera de la obra.
19
Trazo, Niveles y Replanteo
El trazo se refiere a llevar al terreno los ejes y niveles establecidos en los planos arquitectónicos y estructurales. El replanteo se refiere a la ubicación y medidas de todos los elementos que se detallan en los planos durante el proceso constructivo de la edificación.
Seguridad y Salud
En concordancia con la Norma G.050. Seguridad durante la construcción, del Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE), en la que se establece la obligatoriedad de contar con el Plan de Seguridad y Salud en el Trabajo (PSST) como requisito indispensable para la adjudicación de contratos, todo proyecto de edificación, debe incluirse en el Expediente Técnico de Obra
Equipos de protección individual
Comprende todos los equipos de protección individual (EPI) que deben ser utilizados por el personal de la obra, para estar protegidos de los peligros asociados a los trabajos que se realicen, de acuerdo a la Norma G.050.
Entre ellos se debe considerar, sin llegar a ser una limitación: casco de seguridad, gafas de acuerdo al tipo de actividad, escudo facial, guantes de acuerdo al tipo de actividad (cuero, aislantes, etc.), botines/botas de acuerdo al tipo de actividad (con puntera de acero, dieléctricos, etc.), protectores de oído, respiradores, arnés de cuerpo entero y línea de enganche, prendas de protección dieléctrica, chalecos Reflectivos, ropa especial de trabajo en caso de requiera, entre otros.
Equipos de protección colectiva
Comprende todos los equipos de protección colectiva que deben ser instalados para proteger a los trabajadores y público en general de los peligros existentes en las diferentes áreas de trabajo.
Entre ellos se debe considerar, si llegar a ser una limitación: barandas rígidas en bordes de losa y acordonamientos para limitación de áreas de riesgo, tapas para aberturas en losas de piso, sistema de líneas de vida horizontales y verticales y puntos de anclaje, sistemas de mallas antiácidas, sistema de entibados, sistema de extracción de aire, sistema de bloqueo (tarjeta y candado), interruptores diferenciales para tableros eléctricos provisionales, alarmas audibles y luces estroboscópicos en maquinaria pesada y otros.
b) Estructuras
Movimiento de Tierras
Comprende las excavaciones, cortes, rellenos y eliminación excedente, necesarios para alcanzar los niveles proyectados del terreno en la ejecución de la edificación y sus exteriores; así como dar cabida a los elementos que deban ir enterrados y sub enterrados, tales como cimentaciones, tuberías, etc.
20
Nivelación de Terreno
Comprende los trabajos de corte y relleno necesarios para dar al terreno la nivelación indicada en los planos (hasta 30cm).
Excavaciones masivas
Es el tipo de excavaciones que por si magnitud se ejecuta necesariamente con la utilización de equipos.
Excavaciones simples
Es el tipo de excavaciones que por su condición se ejecuta preferentemente con la utilización de mano de obra y/o equipos. Es importante señalar que al realizar los trabajos de excavación, se produce un aumento de volumen de tierra, de alrededor de 30%, debido al factor del esponjamiento.
Corte
Comprende el corte de elevaciones o montículos sobre el nivel superficial del terreno. Pueden ser ejecutados manualmente o con maquinaria.
Relleno
Comprende la ejecución de trabajos pendientes a rellenar zanjas (como es el caso de colocación de tuberías, cimentaciones enterradas, etc.) o el relleno de zonas requeridas por los niveles de pisos establecidos en los planos arquitectónicos.
Nivelación Interior y Apisonado
Terminado los trabajos de cimentación, sobre la nivelación o declive general indicado en los planos, siempre existe una diferencia entre el nivel del terreno en esa etapa y el nivel que se requiere para recibir el piso, en consecuencia, se debe efectuar una nivelación final, llamada interior porque está encerrada entre los elementos de fundación, puede consistir en un corte o relleno de poca altura y necesita de un apisonado manual o con maquinaria. El apisonado se acostumbra efectuar por capas de un espesor determinado para asegurar mejor compactación.
Eliminación de material excedente
Comprende la eliminación del material excedente determinando después de haber efectuado las partidas de excavaciones, nivelaciones y rellenos de la obra producidos durante la ejecución de la construcción.
2.2.5.1.Proceso constructivo en concreto armado
El proceso constructivo en concreto armado se divide en dos componentes fundamentales: Obras de Concreto Simple y Obras de Concreto Armado
21 a) Obras de Concreto Simple
Comprende a los elementos de concreto que no llevan acero de refuerzo. Involucra también elementos de concreto ciclópeo, resultante de la adición de piedras grandes en volúmenes determinados al concreto simple.
Materiales
Cemento Portland, es aquel cemento a emplearse que cumpla con las Normas ASTM-C.150-62. El cemento se podrá emplear ya sea que venga a granel o envasado en bolsas. Este material deberá almacenarse y manipularse de manera que se proteja todo el tiempo de la humedad, cualquiera sea su origen y de tal forma que sea fácilmente accesible para su inspección e identificación. Los lotes de cemento deberán usarse en el mismo orden que sean recibidos.
Una bolsa de cemento queda definida como la cantidad contenida en un envase original intacto del fabricante, el cual tiene un peso estandarizado de 42.50kg, con una medida de 1pie cúbico.
Agregado fino, el cual deberá ser de arena limpia y lavada de granos duros, fuertes, resistentes y lustrosos, libre de cantidades perjudiciales de finos, terrones, partículas suaves o escamosas, esquistos o pizarras, álcalis y materiales orgánicos. En general deberá estar de acuerdo con las normas ASTM-C-33-61.
Agregado grueso, el cual deberá ser de piedra chancada, de grano duro y compacto. La piedra debe estar libre de polvo, materia orgánica o barro, magra u otras sustancias de carácter deletéreo. En general, deberá estar de acuerdo con la norma ASTM-C-33-61.
Además, su forma física debe ser angulosa y compacta.
Agua, el cual debe ser limpia y libre de cantidades perjudiciales de ácido, álcali o materias orgánicas que puedan ser perjudiciales al fraguado, resistencia o durabilidad del concreto.
La proporción entre cemento, agua, agregado fino y agregado grueso varía de acuerdo a cada elemento estructural. En casos como los cimientos corridos y los sobrecimientos, se requiere la adición de Piedras Grandes (P.G.) y Piedras Medianas (P.M.).
Mezclado
El mezclado de concreto deberá realizarse en una mezcladora apropiada que pueda asegurar una distribución uniforme del material mezclado, siendo utilizado por lo generar para este trabajo mezcladoras de concreto de 9-11p3 de capacidad.
22 Para mezcladoras de la capacidad de una yarda cúbica o menos, el tiempo de mezclado no será menor de 1 ½ minutos; y para mezcladoras con una capacidad mayor a una yarda cúbica, el tiempo de mezclado debe aumentarse a razón de 15 segundos por cada media yarda cúbica adicional de capacidad o fracción. Durante el tiempo de mezclado, el tambor deberá girar a una velocidad periférica de aproximadamente 200ft/min. Los períodos de mezclado deben controlarse desde el momento en que todos los materiales, incluso el agua, se encuentran en el tambor de la mezcladora.
De ninguna manera se permitirá el mezclado de concreto o mortero que haya endurecido parcialmente.
Conducción y Transporte
Con el fin de reducir el manipuleo del concreto al mínimo, la mezcladora deberá estar ubicada lo más cerca posible del sitio donde se va a vaciar el concreto. El concreto deberá transportarse de la mezcladora a los sitios donde va a vaciarse, tan rápido como sea posible, a fin de evitar las segregaciones y pérdidas de ingredientes.
El concreto deberá vaciarse en su posición final, a fin de evitar su manipuleo.
Vaciado
Antes de comenzar la preparación de la mezcla de concreto, deberá eliminarse el concreto endurecido y cualquier otra materia extraña en la superficie interna de la mezcladora y equipo de transporte, como son las carretillas o buggies.
Antes de vaciar el concreto, deberá eliminarse los residuos que pudieran encontrarse en los espacios que van a ser ocupados por el concreto. Si los encofrados están construidos de madera, estos deberán estar húmedos o aceitados superficialmente.
El concreto debe vaciarse de manera continua o en capas de un espesor tal que este no sea depositado sobre otro concreto que se haya endurecido lo suficiente como para causar la formación de junta fría o planos débiles dentro de determinadas secciones.
Si una sección no puede vaciarse continuamente, entonces deben disponerse juntas de construcción que se harán de acuerdo a las recomendaciones indicadas más adelante y con la aprobación de la supervisión o inspección de obra.
Antes de depositar o vaciar el concreto fresco en, o sobre concreto que se haya endurecido o fraguado, los encofrados deben volverse a ajustar, al mismo tiempo que la superficie del concreto fraguada
