Casos de
Estudio

Ingeniería de Valor para proyecto de Usos Mixtos

A continuación te presentamos los resultados de una Ingeniería de Valor aplicada a un edificio de Usos Mixtos mostrando las ventajas y desventajas de cada sistema constructivo estructural desarrollada de manera paramétrica con costos y recursos estimados en etapas muy tempranas del proyecto.

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Datos del proyecto

Usos Mixtos
Ubicación: Monterrey
Análisis de Fase 1:
3 niveles de sótanos de estacionamiento 31,168 m²
2 niveles de zona comercial 3,098 m²
2 torres habitacionales de 23 niveles 45,039 m²
1 edificio de oficinas de 33,290 m²

Subestructura

Mejor opción constructiva: Sistema estructural de prefabricados

Criterios

Para la estructura principal se considerarán marcos rígidos de concreto formados por columnas de concreto reforzado coladas en sitio y trabes prefabricadas presforzadas.
El sistema de piso será del tipo prefabricado presforzado, con vigas doble T. Las columnas las estamos considerando coladas en sitio para permitir flexibilidad de adaptación con el uso de otro sistema en las torres, sin embargo, si al rendimiento de obra le conviene que las columnas también sean prefabricada no hay complicaciones.

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Total: $94,249,061.88

Superestructura

Sistema Estructural de Concreto Reforzado

Ventajas

La ejecución de este sistema en la superestructura se acopla de forma favorable al sistema que se sugiere para los sótanos, no requiere de conexiones especiales entre subestructura y superestructura.
El diseño de conexiones entre elementos verticales y horizontales se simplifica.
El sistema permite mayor flexibilidad a las modificaciones posibles en arquitectura.
Es factible la optimización de materiales en las columnas de los niveles superiores.
Se garantiza de mejor manera la continuidad en los nudos.

Desventajas
El peso de la estructura es mayor que la estructura de acero y puede impactar sensiblementen la cimentación.
El mayor peso propio implica mayores demandas en la cimentación.
Requiere grandes cantidades de cimbra.
El rendimiento en obra de esta opción no es tan competitivo.

Criterios

Para los niveles superiores es factible reducir las secciones de columnas. Las trabes principales y secundarias se predimensionaron de concreto reforzado para todos los niveles de superestructura.
A pesar de que por resistencia se proponen secciones considerables, los desplazamientos laterales que se esperarían resultan altos para restringir estos desplazamientos en un nivel aceptable se puede incrementar la sección de las columnas dejándola constante en todo lo alto del edificio para no meter contravientos, aunado a la construcción de un muro de cortante en la zona de elevadores.

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Costo parámetrico de acuerdo a cálculo

Total: $124,822,815

Sistema Estructural de Acero

Ventajas

Es más factible implementar elementos de acero para los claros que se tienen ya que el peso propio es mucho menor y ayudaría a disminuir deflexiones.
El peso propio de la estructura disminuye.
Las dimensiones de columnas disminuyen debido a la menor carga por peso propio.
Facilidad de modificación y renovación.
Se reduce el tiempo de construcción respecto al concreto reforzado.
Puede reducirse el costo de cimentación, después de un análisis más preciso.
Mejor desempeño ante movimientos sísmicos.
La estructura es completamente reciclable al final de su vida útil.
Mayor manejo de la calidad del material.
Menor cantidad de mano de obra en sitio, respecto a la estructura de concreto.

Desventajas
Este sistema representa un costo más elevado de los materiales.
Se requiere un detallado más preciso de conexiones así como costos adicionales de soldadura y tornillería.
El material presenta de inicio mayores esfuerzos residuales debidos a su fabricación.
Se requiere mano de obra calificada en especial para ejecutar las conexiones y una supervisión adecuada.
Se tiene que proveer de un sistema de protección contra incendios con costo adicional.

Criterios

Estructura de acero conformada por marcos rígidos en ambas direcciones definidos por columnas de sección cuadrada de
acero en los niveles superiores, vigas principales y secundarias de acero estructural sobre las cuales se apoyará el sistema de piso consistente en lámina de losacero mas capa de compresión de (6 cm de espesor).

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Costo parámetrico de acuerdo a cálculo

Total: $133,876,431.88

Comparativa de Índices

A continuación se muestran las comparativas generales entre los dos sistemas estructurales para la superestructura, tomando los índices totales de cada material respecto al área total construida.

Comentarios y recomendaciones

Con base en los resultados obtenidos de los análisis realizados en cada una de las opciones de estructuración de la subestructura y superestructura, se pueden hacer los siguientes señalamientos:

Subestructura
Debido a que existen claros demasiado largos, la estructuración se ve orientada a un solo sistema, que es el de concreto prefabricado , pero haciendo cambiosen la modulación de los claros, aumentando el número de columnas, es posible contemplar otros sistemas estructurales como el concreto reforzado y la estructura metálica.

Superestructura
La superestructura es donde verdaderamente puede establecerse una diferencia notable, por ejemplo entre las estructuras de concreto reforzado y la estructura de acero, el concreto reforzado es un proceso constructivo más lento, que refleja costo extra en mano de obra y tiempo, y aunque el costo del material en concreto reforzado es ligeramente menor que en la opción de acero, se determinó que la opción más rentable para superestructura corresponde al sistema estructural basado en acero.
En cuanto al comportamiento de la estructura, aunque la estructura de concreto tiene menores desplazamientos horizontales, la estructura de acero muestra un mejor comportamiento, debido que al tener una geometría con grandes volados, la estructura metálica siendo más ligera y flexible, presenta menores deflexiones, y como se mencionaba anteriormente, aún se puede optimizar la densidad agregando contravientos en algunos marcos, por lo tanto, la propuesta consistente en estructura de acero proporciona los mejores beneficios para el proyecto.
Por otro lado, se ha notado la existencia de grandes volados en la planta de amenidades y en las torres, por lo que se recomienda para mejorar el comportamiento de la estructura, reducirlos o extender hasta el punto donde se pueda desplantar una columna que no afecte arquitectónicamente (ó subir las columnas de concreto que actualmente llegan hasta planta baja) y que ayude en reducir deformaciones y vibraciones.

Sistema de Contención en Sótanos
Se recomienda en primer lugar llevar a cabo un sistema de estabilización de taludes. Se iniciará con la excavación de un núcleo central con equipo mecánico, conformando una berma-talud perimetral, estas bermas, permitirán instalar los equipos de perforación y la circulación del personal. Una vez concluido el núcleo central hasta la profundidad necesaria, se continuará con el retiro de la berma-talud perimetral y con la construcción de anclas pasivas, complementadas con una cubierta de concreto lanzado. Para ello, el retiro de la berma-talud perimetral, se realizará, excavando franjas alternas, se continuará con el labrado de las cajas para alojar la cimentación, colocación de malla electrosoldada, lanzado de concreto, perforación, construcción y pretensado de anclas pasivas. Una vez tensadas las anclas de las bermas alternas, se continuará con la excavación de las bermas intermedias y construcción de las anclas pasivas.
El proceso se repetirá para cada nivel.

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Recuerda que…

La Ingeniería de Valor es una metodología que entrega soluciones técnicas para optimizar los costos y calidad de cualquier proyecto de edificación, a través del análisis y la comparativa de múltiples diseños, elementos y sistemas constructivos que entreguen valores agregados al diseño y cálculo de todas las ingenierías de la edificación.