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Concretos de alto desempeño en edificios
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Concretos de alto desempeño en edificios

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  • 1. 60 serie técnica R E U N I Ó N D E L C O N C R E T OCONCRETOSDE ALTODESEMPEÑOEN EDIFICIOSIngeniero Jorge Segura Franco.Jorge Segura Franco & CIA.Ingeniero Juan Ernesto Vélez.Director de Asesoría Técnica, Cementos ArgosIngeniera Andrea L. Medina R.Asesor Técnico, Cementos ArgosL a industria de la construcción de nuestros días exige materiales de alto desempeño, y esta circunstancia ha LA REVISTA DE LA TÉCNICA Y LA CONSTRUCCIÓN motivado el desarrollo de los con-cretos así llamados, los cuales están mejordotados para afrontar solicitaciones adicio-nales especiales. Aunque no se ha estableci-do el límite entre los concretos denominadosnormales y los de alto desempeño, es comúnen el medio considerar a los concretos conresistencias mayores a 42 MPa (6.000 psi)como de alto desempeño con prestacionesadicionales a su resistencia para ser utili-zados en los casos que se requieran y paraespecificaciones de comportamiento a con-diciones ambientales que los exijan. Con la necesidad de construir edifi-cios de gran altura en numerosas ciuda-des alrededor del mundo con estructurasmetalicas de soporte, el concreto de resis-tencias superiores se ha convertido en unaimportante alternativa con ventajas quela industria ha considerado como necesa-rias. El aumento de su uso ha requeridode avances científicos y tecnológicos paralograr una disminución de las seccionesy de las cargas en la cimentación, mayorrigidez de las estructuras, menores costos,áreas útiles más amplias, estructuras demayor durabilidad y empleo de modeloscoherentes y de fácil planteamiento, entreotras exigencias. Por otra parte, la producción del con- Edificio Grattacielo, el más alto de Barranquilla y el sexto del país,creto de alto desempeño implica hacer el construido utilizando concretos demejor uso de los componentes de la mez- alta resistencia (55 MPa). Cortesía Argoscla, desde la selección de un cemento de noticreto 114 septiembre / octubre 2012
  • 2. R E U N I Ó N D E L C O N C R E T O serie técnica 61 LA REVISTA DE LA TÉCNICA Y LA CONSTRUCCIÓN Edificio de la Alianza Francesa en Bogotá, donde se utilizaron concretos de hasta 34 MPa de resistencia. Archivo Asocretoalta calidad y su aplicación en cantidades im- Edificio de seis pisos y un sótanoportantes, enfatizando la adherencia entre el Se efectuó el diseño estructural de un edificioagregado grueso y el mortero, utilizando pu- típico modificando las dimensiones de los ele-zolanas, escorias, micro-silice y bajas relacio- mentos.nes agua-material cementante, seleccionan-do arenas y gravas resistentes (teniendo en Características del proyectocuenta su origen geológico) y considerando Edificio de apartamentos de vivienda con-la inclusión de aditivos, super-plastificantes y formado por:retardadores de fraguado. Con el fin de evaluar la utilización del con- • Sótano: para parqueaderos y depósitos.creto de alto desempeño en Colombia, y te- • Primer piso: accesos, zonas de serviciosniendo en cuenta las condiciones físicas y de comunales y de estacionamientos vehi-mercadeo vigentes, se modelaron dos edificios cularesconsiderado como típico: un edificio de seis • Pisos 2 a 6: apartamentos tipos.pisos y un sótano, y en una segunda opción un • Cubierta plana en losa aligeradaedificio de diez pisos, un altillo y dos sótanos, • Área total construída: 3.722 m2.para seis diferentes resistencias del concretodesde 21 MPa hasta 56 MPa; a medida que se Descripción arquitectónicaaumentó la resistencia del concreto se valora- El modelo arquitectónico consta de 1 sótano, 6ron las condiciones obtenidas. plantas y terraza, distribuidos así: noticreto 114 septiembre / octubre 2012
  • 3. 62 serie técnica R E U N I Ó N D E L C O N C R E T O• Sótano para 29 estacionamientos vehicu- técnica; en la construcción se utilizaron muros las acciones físicas y químicas agresivas lares, 20 cuartos de depósito y 5 cuartos de contención en concreto reforzado tipo pan- a lo largo de la vida útil de la estructura de uso común para dotación técnica. talla pre-excavada. cumple los requerimientos contempla-• Primer piso: hall de acceso, salón comu- dos en el Reglamento Colombiano de nal, 2 baños de servicios, 19 estaciona- Materiales Construcción Sismo-Resistente y en la mientos vehiculares y cuarto de basuras. Los diseños se efectuaron para concretos de NTC 5551, con base en los grados de• Pisos 2 al 6: se localizan 4 apartamentos por 21, 28, 35, 42, 49 y 56 MPa y los aceros usa- exposición a los cuales estará sometida piso, la mitad con vista a la fachada princi- dos fueron para fy = 420 MPa para barras de la estructura; estas resistencias aumen- pal, de 134,10 m2 y la otra mitad con vista a diámetros entre No. 3 a No. 8 y fy = 240 MPa tan a medida que aumenta la resistencia la fachada interior con 91,43 m2. para barras No. 2 del material, con notables ventajas para• Terraza: losa de concreto plana y accesi- la estructura. Es responsabilidad del di- ble para uso común. Resultados señador, según la categoría respectiva,• Zona de máquinas: mecanismos de as- • Derivas: en la gráfica 1 se evidencia la determinar el grado de durabilidad y su censores, equipos para calentamiento de reducción de las derivas con el aumento aplicación corresponde al interventor, agua y de bombeo. de la resistencia del material. al supervisor técnico de los diseños y a los directores de la obra.Consideraciones de diseño • Materiales: para el concreto empleadoPara el diseño se tomó como base el Reglamen- en la losa, columnas, vigas y muros de Edificio de diez pisos, un altillo yto Colombiano de Construcción Sismo- Resis- cortante, se obtuvo que los volúmenes dos sótanostente NSR-10, utilizando concreto diseñado de material disminuyeron a medida que Se efectuó el diseño estructural de un edifi-por durabilidad, manejabilidad y resistencia aumenta la resistencia, reduciéndose las cio típico modificando las dimensiones deadecuadas, con factores de carga y resistencia secciones de los elementos estructurales los elementos.apropiados. correspondientes. (Ver gráfica 2). LA REVISTA DE LA TÉCNICA Y LA CONSTRUCCIÓN Caraterísticas del proyectoDatos de la estructura • Para el acero y su comportamiento en lo- Edificio de apartamentos de vivienda con-Se utilizó una estructura de concreto reforzado sas, vigas, columnas y muros, en todos lo formado por:constituida por losas nervadas sobre vigas, co- casos la disminución del material se ob- • Dos sótanos para parquederos y depósitoslumnas y muros de cortante. La losa tiene un tuvo solamente limitada por las cuantias • Primer piso: accesos, zonas de servicios co-espesor estructural de 0,55 m para luces en mínimas requeridas. Esta reducción fue munales y estacionamientos vehiculares.promedio de 8,00 m; para los parámetros de especialmente notoria en las columnas. • Pisos 2 a 10 y un altillo (piso 11) para apar-microzonificación se tomó el correspondiente a La gráfica 3 muestra el total reducido. tamentos de viviendala zona Piedemonte B. La cimentación se diseñó • Cubierta plana en losa de concreto parcial-sobre pilotes y sus zapatas correspondientes, de • Durabilidad: el comportamiento del mente accesibleacuerdo con los parámetros de exigencia geo- concreto de alto desesmpeño frente a • Área construída: 11.700 m2 Derivas en XY Volumen Concreto vs. Resistencias 0,009 0,01 760 10 0,0082∆Y 747,00 m3 8 0,008 0,009 0,0076∆Y 0,0072∆Y 740 6 0,0067∆Y 0,008 0,007 0,0079∆X 0,0065∆Y 0,0062∆Y 4 0,0076∆X 0,007 0,0071∆X 0,006 720 713,00 m3 2 0,0067∆X 0,0065∆X Volumen (m3) 0,0062∆X 0,006 0 0,005Deriva Deriva % 0,005 700 -2 691,00 m3 0,004 -4 0,004 675,00 m3 0,003 680 -6 0,003 666,00 m3 -8 660,00 m3 0,002 0,002 660 -10 0,001 0,001 -12 640 -14 0 0 21 MPa 28 MPa 35 MPa 42 MPa 49 MPa 56 MPa 21MPa 28MPa 35MPa 42MPa 49MPa 56MPa Diseño Diseño Máxima con acción del sismo en sentido Y Máxima con acción del sismo en sentido X Volumen (m3) % Las secciones de las columnas se disminuyen con el incremento de la resistencia evaluada Gráfica N°1. Resistencia de diseño vs. derivas. Gráfica N°2. Volumen de concreto vs. resistencia de diseño. noticreto 114 septiembre / octubre 2012
  • 4. R E U N I Ó N D E L C O N C R E T O SERIE TéCNICA 63 Tonelada de Acero Total vs. Resistencia 120 10% 105,00 t 95,93 t 100 0,00% 90,94 t 87,04 t 0% 85,12 t 83,47 t 80 Volumen (m3) -8,64% % 60 -10% -13,39% -17,10% 40 -18,93% -20,50% -20% 20 0 -30% 21 MPa 28 MPa 35 MPa 42 MPa 49 MPa 56 MPa Diseño t. de acero LA REVISTA DE LA TÉCNICA Y LA CONSTRUCCIÓN % Gráfica N°3. Volumen de acero total vs. resistencia de diseño.Descripción arquitectónica Consideraciones de diseño para diámetros de las barras del No. 3El modelo arquitectónico consta de 2 Para el diseño se tomó como base el Re- al No. 8 y fy = 240 MPa para barrassótanos y 11 plantas y terrazas distri- glamento Colombiano de Construccion No. 2.buidos así: Sismo-Resistente NSR-10, utilizando concreto diseñado por durabilidad, Resultados• Sótano 2: para uso de 38 estaciano- manejabilidad y resistencia adecuadas, • Derivas: en la gráfica 4 se evidencia menitos vehiculares, 13 cuartos de con factores de carga y resistencia apro- la reducción de las derivas con el au- depósito y dos cuartos de servicios piados. mento de la resistencia del material. comunes• Sótano 1: para uso de 42 estacio- Datos de la estructura Derivas en XY namientos vehiculares, 3 cuartos Se utilizó una estructura de concreto re- de depósito y 2 cuartos de servicios forzado constituída por losas nervadas so- 0,009 0,01 comunales bre vigas columnas y muros de cortante. 0,008 0,0082∆Y 0,009 0,0076∆Y• Primer piso: accesos, salón comu- La losa tiene un espesor estructural de 0,0072∆Y 0,0067∆Y 0,008 nal, salón de juegos, salón de chofe- 0,55 m para luces promedio de 8,00 m; 0,007 0,0079∆X 0,0065∆Y 0,0062∆Y 0,0076∆X res, oficina de administración, 3 ba- para los parámetros de la microzonifica- 0,006 0,0071∆X 0,007 ños de servicio y 2 cuartos o zonas ción se tomó un promedio entre las zo- 0,0067∆X 0,0065∆X 0,0062∆X 0,006 de uso comunal y estacionamientos nas Piedemonte B., Lacustre 50 y Lacustre 0,005 Deriva Deriva 0,005 vehiculares. 100. La cimentación se consideró en una 0,004• Pisos 2 a 10, incluido el altillo: pisos losa nervada sobre pilotes de concreto pre- 0,004 de apartamentos tipos de 249,3 m2 excavados de acuerdo con las exigencias 0,003 0,003 a 303,5 m2 de geotecnia; en la construcción se utili- 0,002• Terraza en losa en concreto zaron muros de contención en concreto 0,002• Cubierta: en losa de concreto par- reforzado tipo pantalla pre-excavada. 0,001 0,001 cialmente accesible 0 0• Zona de máquinas: mecanismos Materiales 21MPa 28MPa 35MPa 42MPa 49MPa 56MPa Diseño de ascensores, equipos para ca- Los diseños se efectuaron para concretos Máxima con acción del sismo en sentido Y Máxima con acción del sismo en sentido X lentamiento de agua y equipos de de 21, 28, 35, 42, 49 y 56 MPa y los ace- Las secciones de las columnas se disminuyen con el incremento de la resistencia evaluada bombeo. ros utilizados fueron para fy = 420 MPa Gráfica N°4. Resistencia de diseño vs. derivas. noticreto 114 septiembre / octubre 2012
  • 5. 64 SERIE TéCNICA R E U N I Ó N D E L C O N C R E T O• Materiales: para el concreto emplea- Volumen Concreto vs. Resistencia do en las losas, columnas, vigas y mu- ros de cortante, se obtuvo que los vo- 3050 10 lúmenes del material disminuyeron a 8 medida que aumentaba la resistencia 3000 2.997,00 m3 6 del concreto, reduciéndose las secc- 2.935,00 m3 ciones de los elementos estructurales 2950 4 correspondientes. (Ver gráfica 5). 2 Volumen (m3) Para el acero y su comportamiento 2900 2.883,00 m3 0,00% % en losas, vigas, columnas y muros de 0 -2,07% cortante se obtuvo en todos los casos 2850 -2 la disminución del material limitado -3,80% 2.805,00 m3 -4 solamente por las cuantias mínimas 2800 2.775,00 m3 -6,41% 2.757,00 m3 de especificación. Esta disminución -6 -7,41% fue esencialmente notoria en las co- 2750 -8,01% -8 lumnas. (Ver gráfica 6). 2700 -10 21 MPa 28 MPa 35 MPa 42 MPa 49 MPa 56 MPa• Durabilidad: en este caso el compor- Diseño tamiento del concreto de alto desem- Volumen (m3) % peño también es satisfactorio frente a las acciones físicas y químicas agre- sivas a lo largo de la vida útili de la Gráfica N°5. Volumen de concreto v resistencia de diseño. LA REVISTA DE LA TÉCNICA Y LA CONSTRUCCIÓN estructura. Tonelada de Acero Total vs. ResistenciaConclusiones 400 10%La utilización del concreto de alto des-empeño en los modelos presentados nos 343,63 t 350permite concluir: 318,63 t 298,11 t 300 0,00% 285,44 t 0% 278,39 t 273,66 t• La mayor resistencia del concreto -7,27% en su vida útil permite disminuir 250 Toneladas las secciones de los elementos es- -10% % 200 tructurales, y con su mayor resis- -13,25% tencia a edad temprana puede re- 150 -16,93% ducir el tiempo de ejecución de la -18,98% -20,36% estructura. 100 -20%• Las características de la mezcla con- 50 tribuyen a una mayor fluidez que 0 -30% facilita la colocación en la obra, la 21 MPa 28 MPa 35 MPa 42 MPa 49 MPa 56 MPa reducción del escurriemiento plásti- Diseño co y a mejor aspecto en el acabado t. de acero % por el mayor contenido de agregados finos en la mezcla. Gráfica N°6. Volumen de acero total vs. resistencia de diseño.• El aumento en el Módulo de Elastici- dad por el aumento en la resistencia sivos externos y a la corrosión del • Disminución del peso propio de la reduce deformaciones y contribuye refuerzo, entre otros. estructura con beneficios en los cos- a una disminución en las derivas de tos de la cimentación en los casos en importancia en la estabilidad de los • La colocación y el manejo de estos que sea aplicable. elementos no estructurales. croncretos es similar a la de los lla- mados concretos normales, si se uti- • Menores cantidades de acero de re-• El incremento de la durabilidad au- liza un mismo control de calidad en fuerzo que reducen los costos direc- menta su resistencia al fuego, a la la ejecución. tos del proyecto. abrasión, al ataque de agentes agre- noticreto 114 septiembre / octubre 2012

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