Concretos de alto desempeño en edificios

noticreto 114 septiembre / octubre 2012

60R E U N I Ó N D E L C O N C R E T OSERIE TéCNICA

concretos de Alto desempeÑo en 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 Argos

La industria de la construcción de nuestros días exige materiales de alto desempeño, y esta circunstancia ha motivado el desarrollo de los con-

cretos así llamados, los cuales están mejor dotados para afrontar solicitaciones adicio-nales especiales. Aunque no se ha estableci-do el límite entre los concretos denominados normales y los de alto desempeño, es común en el medio considerar a los concretos con resistencias mayores a 42 MPa (6.000 psi) como de alto desempeño con prestaciones adicionales a su resistencia para ser utili-zados en los casos que se requieran y para especificaciones 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 estructuras metalicas de soporte, el concreto de resis-tencias superiores se ha convertido en una importante alternativa con ventajas que la industria ha considerado como necesa-rias. El aumento de su uso ha requerido de avances científicos y tecnológicos para lograr una disminución de las secciones y de las cargas en la cimentación, mayor rigidez de las estructuras, menores costos, áreas útiles más amplias, estructuras de mayor durabilidad y empleo de modelos coherentes y de fácil planteamiento, entre otras exigencias.

Por otra parte, la producción del con-creto de alto desempeño implica hacer el mejor uso de los componentes de la mez-cla, desde la selección de un cemento de

Edificio Grattacielo, el más alto de Barranquilla y el sexto del país, construido utilizando concretos de alta resistencia (55 MPa).Cortesía argos

LA REVISTA DE LA TÉCNICA Y LA CONSTRUCCIÓN


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alta calidad y su aplicación en cantidades im-portantes, enfatizando la adherencia entre el agregado grueso y el mortero, utilizando pu-zolanas, escorias, micro-silice y bajas relacio-nes agua-material cementante, seleccionan-do arenas y gravas resistentes (teniendo en cuenta su origen geológico) y considerando la inclusión de aditivos, super-plastificantes y retardadores de fraguado.

Con el fin de evaluar la utilización del con-creto de alto desempeño en Colombia, y te-niendo en cuenta las condiciones físicas y de mercadeo vigentes, se modelaron dos edificios considerado como típico: un edificio de seis pisos y un sótano, y en una segunda opción un edificio de diez pisos, un altillo y dos sótanos, para seis diferentes resistencias del concreto desde 21 MPa hasta 56 MPa; a medida que se aumentó la resistencia del concreto se valora-ron las condiciones obtenidas.

Edificio de seis pisos y un sótanoSe efectuó el diseño estructural de un edificio típico modificando las dimensiones de los ele-mentos.

Características del proyectoEdificio de apartamentos de vivienda con-formado por:

• Sótano: para parqueaderos y depósitos.• Primer piso: accesos, zonas de servicios

comunales y de estacionamientos vehi-culares

• Pisos 2 a 6: apartamentos tipos.• Cubierta plana en losa aligerada• Área total construída: 3.722 m2.

Descripción arquitectónicaEl modelo arquitectónico consta de 1 sótano, 6 plantas y terraza, distribuidos así:

Edificio de la Alianza Francesa en Bogotá, donde se utilizaron concretos de hasta 34 MPa de resistencia.arChivo asoCreto




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• Sótano para 29 estacionamientos vehicu-lares, 20 cuartos de depósito y 5 cuartos de uso común para dotación técnica.

• Primer piso: hall de acceso, salón comu-nal, 2 baños de servicios, 19 estaciona-mientos vehiculares y cuarto de basuras.

• Pisos 2 al 6: se localizan 4 apartamentos por piso, la mitad con vista a la fachada princi-pal, de 134,10 m2 y la otra mitad con vista a la fachada interior con 91,43 m2.

• Terraza: losa de concreto plana y accesi-ble para uso común.

• Zona de máquinas: mecanismos de as-censores, equipos para calentamiento de agua y de bombeo.

Consideraciones de diseñoPara el diseño se tomó como base el Reglamen-to Colombiano de Construcción Sismo- Resis-tente NSR-10, utilizando concreto diseñado por durabilidad, manejabilidad y resistencia adecuadas, con factores de carga y resistencia apropiados.

Datos de la estructuraSe utilizó una estructura de concreto reforzado constituida por losas nervadas sobre vigas, co-lumnas y muros de cortante. La losa tiene un espesor estructural de 0,55 m para luces en promedio de 8,00 m; para los parámetros de microzonificación se tomó el correspondiente a la zona Piedemonte B. La cimentación se diseñó sobre pilotes y sus zapatas correspondientes, de acuerdo con los parámetros de exigencia geo-

técnica; en la construcción se utilizaron muros de contención en concreto reforzado tipo pan-talla pre-excavada.

MaterialesLos diseños se efectuaron para concretos de 21, 28, 35, 42, 49 y 56 MPa y los aceros usa-dos fueron para fy = 420 MPa para barras de diámetros entre No. 3 a No. 8 y fy = 240 MPa para barras No. 2

Resultados• Derivas: en la gráfica 1 se evidencia la

reducción de las derivas con el aumento de la resistencia del material.

• Materiales: para el concreto empleado en la losa, columnas, vigas y muros de cortante, se obtuvo que los volúmenes de material disminuyeron a medida que aumenta la resistencia, reduciéndose las secciones de los elementos estructurales correspondientes. (Ver gráfica 2).

• Para el acero y su comportamiento en lo-sas, vigas, columnas y muros, en todos lo casos la disminución del material se ob-tuvo solamente limitada por las cuantias mínimas requeridas. Esta reducción fue especialmente notoria en las columnas. La gráfica 3 muestra el total reducido.

• Durabilidad: el comportamiento del concreto de alto desesmpeño frente a

las acciones físicas y químicas agresivas a lo largo de la vida útil de la estructura cumple los requerimientos contempla-dos en el Reglamento Colombiano de Construcción Sismo-Resistente y en la NTC 5551, con base en los grados de exposición a los cuales estará sometida la estructura; estas resistencias aumen-tan a medida que aumenta la resistencia del material, con notables ventajas para la estructura. Es responsabilidad del di-señador, según la categoría respectiva, determinar el grado de durabilidad y su aplicación corresponde al interventor, al supervisor técnico de los diseños y a los directores de la obra.

Edificio de diez pisos, un altillo y dos sótanosSe efectuó el diseño estructural de un edifi-cio típico modificando las dimensiones de los elementos.

Caraterísticas del proyectoEdificio de apartamentos de vivienda con-formado por:• Dos sótanos para parquederos y depósitos• Primer piso: accesos, zonas de servicios co-

munales y estacionamientos vehiculares.• Pisos 2 a 10 y un altillo (piso 11) para apar-

tamentos de vivienda• Cubierta plana en losa de concreto parcial-

mente accesible• Área construída: 11.700 m2

0,0082∆Y

0,0079∆X0,0076∆X

0,0071∆X

0,01

0,009

0,008

0,007

0,006

0,005

0,004

0,003

0,002

0,001

0

0,009

0,008

0,007

0,006

0,005

0,004

0,003

0,002

0,001

21MPa

Máxima con acción del sismo en sentido Y

Las secciones de las columnas se disminuyen con el incremento de la resistencia evaluada

28MPa 35MPa

Diseño42MPa 49MPa

0

0,0065∆X0,0067∆X

0,0062∆X

0,0076∆Y

0,0067∆Y

0,0065∆Y0,0062∆Y

0,0072∆Y

56MPa

Máxima con acción del sismo en sentido X

Der

iva

Der

iva

Derivas en XY

747,00 m3

760

Volumen Concreto vs. Resistencias

10

8

6

4

2

0

-2

-4

-6

-8

-10

-12

-14

740

720

700

680

660

640

21 MPa 28 MPa 35 MPa 42 MPa

Diseño

49 MPa 56 MPa

%

713,00 m3

691,00 m3

675,00 m3

666,00 m3

660,00 m3

Volumen (m3)

Vo

lum

en (m

3)

%

Gráfica N°1. Resistencia de diseño vs. derivas. Gráfica N°2. Volumen de concreto vs. resistencia de diseño.

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Descripción arquitectónicaEl modelo arquitectónico consta de 2 sótanos y 11 plantas y terrazas distri-buidos así:

• Sótano 2: para uso de 38 estaciano-menitos vehiculares, 13 cuartos de depósito y dos cuartos de servicios comunes

• Sótano 1: para uso de 42 estacio-namientos vehiculares, 3 cuartos de depósito y 2 cuartos de servicios comunales

• Primer piso: accesos, salón comu-nal, salón de juegos, salón de chofe-res, oficina de administración, 3 ba-ños de servicio y 2 cuartos o zonas de uso comunal y estacionamientos vehiculares.

• Pisos 2 a 10, incluido el altillo: pisos de apartamentos tipos de 249,3 m2 a 303,5 m2

• Terraza en losa en concreto • Cubierta: en losa de concreto par-

cialmente accesible• Zona de máquinas: mecanismos

de ascensores, equipos para ca-lentamiento de agua y equipos de bombeo.

Consideraciones de diseñoPara el diseño se tomó como base el Re-glamento Colombiano de Construccion Sismo-Resistente NSR-10, utilizando concreto diseñado por durabilidad, manejabilidad y resistencia adecuadas, con factores de carga y resistencia apro-piados.

Datos de la estructura Se utilizó una estructura de concreto re-forzado constituída por losas nervadas so-bre vigas columnas y muros de cortante. La losa tiene un espesor estructural de 0,55 m para luces promedio de 8,00 m; para los parámetros de la microzonifi ca-ción se tomó un promedio entre las zo-nas Piedemonte B., Lacustre 50 y Lacustre 100. La cimentación se consideró en una losa nervada sobre pilotes de concreto pre-excavados de acuerdo con las exigencias de geotecnia; en la construcción se utili-zaron muros de contención en concreto reforzado tipo pantalla pre-excavada.

MaterialesLos diseños se efectuaron para concretos de 21, 28, 35, 42, 49 y 56 MPa y los ace-ros utilizados fueron para fy = 420 MPa

105,00 t

95,93 t

90,94 t87,04 t 85,12 t 83,47 t

120

Tonelada de Acero Total vs. Resistencia

10%

0%

-10%

-20%

-30%

100

80

60

40

20

0


Diseño

49 MPa 56 MPa

%

0,00%

-8,64%

-13,39%

-17,10%

-18,93%-20,50%

t. de acero

Volu

men

(m3 )

%

0,0082∆Y

0,0079∆X0,0076∆X

0,0071∆X

0,01

0,009

0,008

0,007

0,006

0,005

0,004

0,003

0,002

0,001

0

0,009

0,008

0,007

0,006

0,005

0,004

0,003

0,002

0,001

21MPa

Máxima con acción del sismo en sentido Y

Las secciones de las columnas se disminuyen con el incremento de la resistencia evaluada

28MPa 35MPa

Diseño42MPa 49MPa

0

0,0065∆X0,0067∆X

0,0062∆X

0,0076∆Y

0,0067∆Y

0,0065∆Y0,0062∆Y

0,0072∆Y

56MPa

Máxima con acción del sismo en sentido X

Der

iva

Der

iva

Derivas en XY

para diámetros de las barras del No. 3 al No. 8 y fy = 240 MPa para barras No. 2.

Resultados• Derivas: en la gráfica 4 se evidencia

la reducción de las derivas con el au-mento de la resistencia del material.

Gráfi ca N°4. Resistencia de diseño vs. derivas.

Gráfi ca N°3. Volumen de acero total vs. resistencia de diseño.

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• Materiales: para el concreto emplea-do en las losas, columnas, vigas y mu-ros de cortante, se obtuvo que los vo-lúmenes del material disminuyeron a medida que aumentaba la resistencia del concreto, reduciéndose las secc-ciones de los elementos estructurales correspondientes. (Ver gráfica 5).

Para el acero y su comportamiento en losas, vigas, columnas y muros de cortante se obtuvo en todos los casos la disminución del material limitado solamente por las cuantias mínimas de especificación. Esta disminución fue esencialmente notoria en las co-lumnas. (Ver gráfica 6).

• Durabilidad: en este caso el compor-tamiento del concreto de alto desem-peño también es satisfactorio frente a las acciones físicas y químicas agre-sivas a lo largo de la vida útili de la estructura.

ConclusionesLa utilización del concreto de alto des-empeño en los modelos presentados nos permite concluir:

• La mayor resistencia del concreto en su vida útil permite disminuir las secciones de los elementos es-tructurales, y con su mayor resis-tencia a edad temprana puede re-ducir el tiempo de ejecución de la estructura.

• Las características de la mezcla con-tribuyen a una mayor fluidez que facilita la colocación en la obra, la reducción del escurriemiento plásti-co y a mejor aspecto en el acabado por el mayor contenido de agregados finos en la mezcla.

• El aumento en el Módulo de Elastici-dad por el aumento en la resistencia reduce deformaciones y contribuye a una disminución en las derivas de importancia en la estabilidad de los elementos no estructurales.

• El incremento de la durabilidad au-menta su resistencia al fuego, a la abrasión, al ataque de agentes agre-

2.997,00 m3

2.935,00 m3

2.883,00 m3

2.805,00 m3

2.775,00 m3

2.757,00 m3

3050

Volumen Concreto vs. Resistencia

10

8

4

2

6

0

-2

-4

-6

-8

-10

3000

2950

2900

2850

2750

2700


Diseño

49 MPa 56 MPa

%

0,00%

-2,07%

-3,80%

-6,41%

-7,41%-8,01%

2800

Volumen (m3) %V

olu

men (m

3)

343,63 t

318,63 t

298,11 t285,44 t 278,39 t 273,66 t

400

Tonelada de Acero Total vs. Resistencia

10%

0%

-10%

-20%

-30%

350

300

200

150

50

0


Diseño

49 MPa 56 MPa

%

0,00%

-7,27%

-13,25%

-16,93%

-18,98%-20,36%

250

100

t. de acero

To

nela

das

%

sivos externos y a la corrosión del refuerzo, entre otros.

• La colocación y el manejo de estos croncretos es similar a la de los lla-mados concretos normales, si se uti-liza un mismo control de calidad en la ejecución.

• Disminución del peso propio de la estructura con beneficios en los cos-tos de la cimentación en los casos en que sea aplicable.

• Menores cantidades de acero de re-fuerzo que reducen los costos direc-tos del proyecto.

Gráfi ca N°5. Volumen de concreto v resistencia de diseño.

Gráfi ca N°6. Volumen de acero total vs. resistencia de diseño.

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