ANÁLISIS Y PROPUESTA DE INDUSTRIALIZACIÓN DE LA ...

ANÁLISIS Y PROPUESTA DE INDUSTRIALIZACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN DE LA VIVIENDA VIS EN COLOMBIA

JUAN SEBASTIÁN OROZCO CARRILLO Carné No. 201624304

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL MAESTRÍA EN INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ 2018

Proyecto de Posgrado ICYA-4292

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Contenido 1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 3 1.1. ALCANCE .......................................................................................................................... 3 1.2. OBJETIVOS ...................................................................................................................... 4 1.2.1. Objetivo General ....................................................................................................... 4 1.2.2. Objetivos Específicos ............................................................................................... 4 1.3. METODOLOGÍA ............................................................................................................... 4 2. CONTEXTO VIVIENDA DE INTERÉS SOCIAL EN COLOMBIA ..................................... 4 2.1. NORMATIVIDAD EN COLOMBIA ................................................................................. 6 3. SISTEMAS DE CONSTRUCCIÓN CON PREFABRICADOS UTILIZADOS A NIVEL MUNDIAL ........................................................................................................................................... 8 3.1. SISTEMA DE CONSTRUCCIÓN MODULAR ................................................................ 10 3.2. PREFABRICADOS EN CONSTRUCCIÓN .................................................................... 15 4. COMPARACIÓN DE SISTEMAS ......................................................................................... 18 5. COMPARACIÓN DE SISTEMA ACTUAL Y SISTEMA PREFABRICADO .................... 22 6. CONCLUSIONES ................................................................................................................... 30 7. RECOMENDACIONES .......................................................................................................... 31 8. BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................................... 31


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1. INTRODUCCIÓN Se plantea un sistema de construcción de viviendas de interés social en Colombia, a partir del uso de sistemas modulares o de prefabricados. Lo anterior, buscando un sistema alterno y competitivo frente a los sistemas tradicionales e industrializados de construcción utilizados actualmente en el país. Para esto se realizará un análisis del contexto de la construcción de viviendas de interés social en Colombia. Posteriormente se analizarán métodos de construcción utilizados en el exterior, teniendo como planteamiento principal los sistemas modulares, de pre-construcción y pre fabricados, ejecutando en obra únicamente las referentes a excavaciones y cimentaciones, llegando a cota 0 de la estructura y las uniones entre elementos prefabricados. 1.1. ALCANCE Para dar mayor claridad a la forma en que se desarrollará la presente investigación, a continuación, se presenta el alcance de cada uno de los capítulos.

En el capítulo 1 se presentará la introducción a la investigación, planteando los objetivos que se desarrollarán en la misma. En el capítulo 2 se presentará un breve análisis del comportamiento actual del sector de la construcción de vivienda de interés social (VIS) en Colombia junto con la normatividad de sismo resistencia vigente. En el capítulo 3 se presentan sistemas constructivos utilizados nacional e internacionalmente y que pueden llegar a ser aplicados en la construcción de VIS en Colombia. En el capítulo 4 se comparan

Capítulo 1. In

troducción

Capítulo 2. Contexto Colombia VISCapítulo 3. Sistemas Industiales utilizados en construcción a nivel mundial. (Se dará respuesta al Objetivo 1).

Capítulo 5. Comparación del sistema tradicional y el sistema planteado para construcción de VIS.(Se dará respuesta al Objetivo 4). Capítulo 4. Comparación de sistemas Industriales de construcción.(Se dará respuesta a los Objetivo 2 y 3).


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los sistemas constructivos presentados anteriormente y se establece un posible sistema que genere ventajas en costo y tiempo. En el capítulo 5 se presentará una comparación del sistema elegido y el sistema industrializado utilizado actualmente en Colombia para la construcción de VIS. 1.2. OBJETIVOS 1.2.1. Objetivo General Proponer, a partir del análisis de sistemas industrializados, prefabricados, estandarizados y de pre construcción, un sistema que generen ventajas en la ejecución de proyectos inmobiliarios frente a la construcción actual de vivienda VIS empleada en Colombia.

1.2.2. Objetivos Específicos • Recopilar información de proyectos de éxito a nivel mundial utilizando sistemas de industrialización, pre construcción, prefabricación y estandarización. • Comparar los sistemas constructivos, sus beneficios y desventajas en la construcción de inmobiliarios. • Plantear un sistema constructivo que presente ventajas en tiempo o costos a partir del uso de los sistemas de construcción analizados. • Comparar el sistema constructivo seleccionado con el sistema de construcción utilizado actualmente en Colombia.

1.3. METODOLOGÍA Inicialmente se basará en una metodología de investigación, la cual se desarrollará con la recopilación y análisis de información a nivel nacional e internacional. Posteriormente se realizará una comparación entre los sistemas constructivos y finalmente se presentará un posible modelo de construcción con elementos modulares o de pre fabricados que genere ventajas en tiempos y costos aplicados a un proyecto ejecutado. 2. CONTEXTO VIVIENDA DE INTERÉS SOCIAL EN COLOMBIA La investigación se enfoca en las viviendas de Interés Social (VIS) en Colombia. Se ha optado por el análisis de este tipo de vivienda, ya que contribuye a cerrar la brecha de desigualdad en el país por medio de la generación de vivienda digna a las personas de escasos recursos, y a que continúa siendo un mercado atractivo, si bien se ha logrado


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reducir el déficit habitacional del 12,5% en el año 2010 al 5,6% en el año 2018 (Portafolio, 2018), se estima que en el presente año cerca de 500.000 familias no cuentan con vivienda digna en el país (Radio Caracol, 2018). Adicionalmente, se debe tener en cuenta que el Gobierno Nacional ha generado beneficios a la construcción de este tipo de vivienda. A partir de información presentada por el DANE en el año 2018, Tabla 1, se evidencia que en Colombia el principal método constructivo son los Sistemas Industrializados abarcando el 58% de la construcción, seguido de la Mampostería Confinada con el 23%, la mampostería estructural con 18% y Otros sistemas con 1%, evidenciando la preferencia de los Sistemas Industrializados de construcción.

Unidades Iniciadas

Mampostería Estructural Mampostería Confinada Sistemas Industrializados Otros 2018 - II Unidades 2,945 3,804 9,752 163

Área (m2) 170,921 244,213 567,174 11,322 Tabla 1 DANE 2018. (DANE, 2018) Ahora bien, analizando lo presentado en el trabajo Diseño de un sistema de gestión estratégico aplicable a proyectos de construcción de vivienda de interés social (Martinez, Rojas, & Chaparro, 2014), en donde a partir de encuestas como método de investigación a compradores de vivienda de interés social en Colombia, se busca dar conocer los factores que tienen mayor incidencia en la calidad de las viviendas, es por esto que, dentro de los factores que más influyen al momento de la elección de una VIS, la calidad del diseño, de los materiales y acabados utilizados son muy importantes o extremadamente importantes para el 89 % de las personas encuestadas. Igualmente, el 79 % manifiestan que es extremadamente importante que la empresa constructora cumpla con los plazos de entrega acordados. Con el fin de poder dar solución al déficit de vivienda actual, cumplir con los plazos acordados con los compradores y garantizar buena calidad de materiales y acabados, se realizará el análisis de sistemas constructivos con prefabricados, planteando la mayor cantidad de elementos ejecutados a nivel de acabados en fábrica.


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2.1. NORMATIVIDAD EN COLOMBIA Previo al análisis de los sistemas constructivos, es necesario realizar un breve repaso de la normatividad que rige actualmente la construcción con prefabricados en Colombia, teniendo como base la normatividad NSR-10. A continuación, se presentan los principales numerales expresados en la norma: • El capítulo C.16 – CONCRETO PREFABRICADO de la Norma regula la normatividad aplicable a las construcciones con concretos prefabricados. (Ministerio de Ambiente, 2017) • El capítulo C21.10 Muros estructurales especiales construidos usando concreto prefabricado con capacidad especial de disipación de energía. (Ministerio de Ambiente, 2017)

Adicionalmente, la norma por medio del numeral A.1.4.2. Sistemas Prefabricados permite que cuando los sistemas de resistencia sísmica estén compuestos, parcial o totalmente, por elementos prefabricado y que estos no estén contemplados en la norma, se deben cumplir con los criterios presentados en el capítulo A.3.1.7 u obtener una autorización previa de la Comisión Asesora Permanente para el Régimen de Construcciones Sismo Resistentes. Con lo que no se restringe el uso de prefabricados a los sistemas avalados por la norma. El Numeral A.3.1.7 Sistemas Estructurales de Resistencia Sísmica Prefabricados indica que el coeficiente de capacidad de disipación de energía básico, debe ser igual a uno y medio. Generando que los elementos sismo resistentes utilizados para construcción sean más robustos. Analizando las uniones entre elementos, la norma permite sistemas de uniones tanto para sistemas estructurales a porticados o de muros portantes, los cuales se presentan a continuación:

• Pórticos especiales resistentes a momento construidos con concreto prefabricado con capacidad especial de disipación de energía (DES)


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Figura 1. Tipos de Conexión entre elementos estructurales. (Ministerio de Ambiente, 2017) • C.21.9 – Muros estructurales especiales y vigas de acople con capacidad especial de disipación de energía (DES) • C.21.19 – Muros estructurales especiales construidos usando concreto prefabricado con capacidad especial de disipación de energía (DES): La norma permite muros estructurales prefabricados y tendones postensionados siempre y cuando cumplan los requisitos del ACI ITG-5.1. Otro tipo de unión existente entre elementos prefabricados son las uniones secas, húmedas e híbridas.


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Figura 2. Ejemplo de conexión en unión seca, convencional e híbrida. (Ministerio de Ambiente, 2017) Como complemento de las conexiones avaladas por el reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente, en el libro Estructuras de Edificaciones Prefabricadas (Estructuras de edificación prefabricadas), capítulos 5.6 se presentan conexiones típicas para sistemas estructurales con pórticos, en el capítulo 6.7 se presentan conexiones para losas prefabricadas y en el capítulo 7.5 se presentan conexiones típicas para muros estructurales. 3. SISTEMAS DE CONSTRUCCIÓN CON PREFABRICADOS UTILIZADOS A NIVEL MUNDIAL En el presente capítulo, se analizarán dos sistemas constructivos que se pueden utilizar para la ejecución de proyectos VIS en Colombia, corresponden a elementos de concreto pre fabricados y sistemas modulares de construcción. Los sistemas que se analizan en el presente documento tienen la particularidad de que la mayoría de las actividades a ejecutar se realizan en fábrica, generando de acuerdo a Gerhard Grimscheid (Girmscheid, 2005) y a Jingke Hong (Hong, Shen, Li, Zhang, & Zhang, 2017), las siguientes ventajas:


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Tabla 2 Ventajas y desventajas de la construcción con prefabricados. (Hong, Shen, Li, Zhang, & Zhang, 2017) Las cuales se resumen en:

• Incremento en la eficiencia de los métodos y procesos de producción. Reducción en los costos operativos. • Eliminación o reducción de horas de trabajo suspendidas por mal clima. • Eliminación o reducción de la afectación del rendimiento por la fluctuación del clima. • Incremento de la eficiencia por un proceso de trabajo garantizando la calidad de los materiales. • Eliminación o reducción de tiempos por la reorganización de materiales. • Reducción aproximadamente del 50 % del desperdicio de los materiales de construcción. (Hong, Shen, Li, Zhang, & Zhang, 2017) Ver Figura 3.


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Figura 3 Wastage rate of typical building material (Hong, Shen, Li, Zhang, & Zhang, 2017). Dentro de las desventajas que presentan la construcción con prefabricados se encuentra el aumento en los costos de izado vertical, instalación y ensamblaje de cada elemento, transportes verticales y horizontales posteriores a los procesos de fabricación. Igualmente, se genera incremento en los costos de descarga, protección y almacenaje de los prefabricados. Cabe anotar que todas las actividades descritas anteriormente requieren de personal calificado, factor que genera costo adicional. De acuerdo a lo anterior, se evidencia que los sistemas prefabricados buscan disminuir los tiempos de construcción y de esta forma generar un mayor incremento en la eficiencia de la ejecución de las actividades, es por esto que Gerhard Grimscheid (Girmscheid, 2005) manifiesta que cerca del 33 % de las horas utilizadas para la elaboración de actividades mediante el sistema tradicional (no industrializado) se pierden en la búsqueda o reorganización de los materiales. Los sistemas de prefabricados se deben diseñar pensando en el proceso de ensamblaje de los elementos en obra (design for assembly “DFA”) y el diseño en el proceso de fabricación de los elementos en planta (design for manufacturing “DFM”), cumpliendo con la normatividad NSR-10 o la que aplique.

3.1. SISTEMA DE CONSTRUCCIÓN MODULAR Los sistemas modulares de construcción se pueden definir como el uso de módulos, pre ensamblados que cumplen con las especificaciones de construcción de acuerdo a la normatividad vigente, logrando tener un comportamiento similar a los edificios convencionales. Consta de la unión de varios módulos, los cuales al ser ensamblados generan un edificio. Dentro de las ventajas que se han podido establecer con el uso de los sistemas modulares, el ahorro en costos es de cerca del 10 % y en tiempo es de aproximadamente un 25 % (Anders & Lars), respecto a los sistemas tradicionales. Igualmente, genera ventajas en


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cuanto a la variedad de los elementos que se pueden desarrollar por la flexibilidad que poseen los módulos, teniendo en cuenta que únicamente se deben mantener las dimensiones exteriores del módulo, pero se puede modificar la distribución interna de éstos, impulsando la producción de nuevos elementos. Los módulos pueden contener escaleras, ductos de ascensor, siempre y cuando se respeten las dimensiones establecidas. Igualmente, se puede generar un beneficio en cuanto a la posibilidad del desmonte y reúso de los elementos construidos. Se pueda pensar en hacer estructuras con mayor capacidad a partir de los elementos existentes, generando una ventaja extra si se tiene en cuenta la posibilidad de que dentro de 20 o 50 años sean más escasos los lugares dónde construir. Este sistema, que va de la mano con el pensamiento de Lean Construction y Lean Thinking, aplicando entre otras las prácticas de just-in-time, total quality mangement, total preventive maintenance y human resource management (Anders & Lars), tiene como objetivo la mejora continua de los procesos, disminuyendo la cantidad de desperdicio de materiales, siendo ambientalmente amigables y cumpliendo con las fechas de entrega establecidas contractualmente.

Tabla 3 Key lean practices in JIT, TQM, TPM and HRM (adopted from Shah and Ward,2003) (Shah & Ward, 2003) Tanto a nivel mundial como nacional se han venido utilizando la construcción con sistema modular en viviendas, oficinas, hoteles, entre otros. Como ejemplo de la construcción modular a nivel mundial, se pueden referenciar la construcción de casas térmicas en el municipio de Camargo, estado de Chihuahua en México (Aures, 2014), Figura 4. Igualmente, en España se viene desarrollando una serie de proyectos con construcción de vivienda modular entre los que se destacan la vivienda social impulsada por Nomadite, con apartamentos entre 42 m2 (dos módulos) a 65 m2 (tres módulos), en la Figura 5 se presenta el diseño en planta de los apartamentos de 42 m2, el sistema de transporte vertical de los módulos, al igual que la construcción de un edificio de 5 pisos en Vadespartera, Zaragosa en 12 horas (Nomadite, 2018). Igualmente, Nomadite ha logrado establecer que para


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viviendas sociales los módulos que presentan mayores beneficios tienen dimensiones de 9 m de largo por 2,4 m de ancho y 3 m de altura, debido a que uno de los factores que más influyen en la construcción modular es el transporte de los módulos. Otro Proyecto referente a vivienda modular se desarrolló en Gijón, Asturias (España), con la construcción del Edificio Santa Doradía de 509 m2 y ejecutado en 5 meses a cargo de la empresa Dasgatek S.L (Modultec, 2018). Además de México y España, también se ha utilizado este sistema constructivo en otros lugares del mundo como en Habitat ’67, en Montreal en 1967, en Sirius de Tao Goefers en Sydney, el cual tiene 79 apartamentos o el Hotel Nakagin Capsule Tower de 14 plantas, ubicado en la ciudad de Tokio (Gómez Jáuregi, 2009).

Figura 4 Presentación para el Premio Nacional de Vivienda 2006. Grupo Cementos de Chihuahua. (Ares Cárdenas, 2014)


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Figura 5 Modelos de vivienda social de 42 m2 y sistema de transporte vertical de módulos. (Nomadite, 2018)

Figura 6 Edificio de Viviendas Santa Doradía. (Modultec, 2018) En Colombia si bien no hay una gran cantidad de edificaciones construidas por el sistema de construcción modular, se puede referenciar a la empresa de Bogotá Smartbrix, que ha desarrollado proyectos como la construcción de un edificio de cuatro (4) pisos para uso Educativo (SmartBrix, 2018), ver Figura 7.


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Figura 7 Construcción de Edificio para uso Educativo en Colombia. (SmartBrix, 2018) Modultec de España tiene entre sus proyectos un Edificio de Vivienda Popular, el cual logra mezclar la construcción con elementos modulares y la arquitectura moderna, ver Figura 8, generando así espacios cálidos y dignos para las personas de menos recursos. A pesar de ser un proyecto que se encuentra actualmente en etapa de planeación se puede evidenciar que se está planteando el sistema modular como un sistema viable de construcción de vivienda de interés social, debido a su versatilidad al momento del diseño y su rápida construcción.

Figura 8 Edificio de viviendas VPO modulares (Modultec, 2018)


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3.2. PREFABRICADOS EN CONSTRUCCIÓN La construcción con prefabricados hace referencia a la producción en fábrica de los componentes o semi componentes constructivos, los cuales son transportados al lugar de construcción, donde finalmente son ensamblados para producir las edificaciones (Hong, Shen, Li, Zhang, & Zhang, 2017). La construcción con prefabricados genera ventajas en cuanto a la facilidad de transporte, almacenamiento y fabricación de los elementos, teniendo en cuenta que estos se pueden almacenar en fábrica sin tener grandes áreas de espacios desaprovechados. El sistema de prefabricados se ha venido utilizando a nivel mundial, su aparición es posterior a la segunda guerra mundial. Los prefabricados utilizados generalmente son en base a concretos livianos, con el fin de disminuir el peso de la estructura y de esta forma garantizar elementos de dimensiones menores. En Estados Unidos y Japón se llevó a cabo un programa teórico – experimental dónde se evaluó el desarrollo de sistemas de prefabricados sismo resistentes, llegando de esta forma a construir el Edificio Paramount en San Francisco, el cual consta de 39 niveles, 128 m de altura, con uniones entre elementos pos tensadas híbridas, cumpliendo con las normas sismo resistentes más estrictas, ver Figura 9. (Salas, 2014).

Figura 9. Edificio experimental escala 60 %. Programa PRESS. (Salas, 2014)


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Ahora bien, los prefabricados generan la posibilidad de desarrollar cualquier elemento que componga un edificio, desde los pilotes, zapatas y vigas de cimentación, hasta muros, vigas, losas y columnas de la edificación.

Figura 10 Fundaciones parcialmente prefabricadas. (Salas, 2014) Con estructura prefabricada se han desarrollado importantes proyectos a nivel mundial y cada vez toma más fuerza este sistema constructivo, debido a que se han desarrollado técnicas que garantizan que el comportamiento de las estructuras sea igual o mejor a las estructuras construidas convencionalmente, los prefabricados se utilizan principalmente en columnas, vigas y losas. Entre los proyectos ejecutados a nivel mundial se tiene el Edificio de Departamentos en Huixquilucan, en el Estado de México, el cual cuenta con 18 pisos de altura y su estructura es prefabricada, ver Figura 11, (Galicia, 2014). En Chile la Constructora Momenta desarrollo el Edificio de oficinas Chacay, Temuco (Correal, 2015), con el cual se implementaron los sistemas de prefabricados en columnas, vigas y losas de entrepiso, teniendo como resultado, a partir del uso de este sistema, la reducción en plazo de construcción de obra en un 57 %, pasando de 7 meses por el método tradicional a 3 meses con el uso de prefabricados. Igualmente, obtuvo una reducción sustancial en el personal en obra, pasando de 45 personas a únicamente 6, las cuales se encargaban de realizar las uniones entre prefabricados.


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Figura 11 Edificio de Departamentos en Huixquilucan, Estado de México. (Galicia, 2014)

Figura 12 Edificio Chacay, Chile. (Correal, 2015)


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En Colombia se tienen registros del uso de prefabricados desde los años 40, en los años 50’s se generan los primeros sistemas de pisos prefabricados, en los 60’s se desarrollan los primeros sistemas de pórticos prefabricados y en los años 70 se dan los primeros sistemas de paneles de prefabricados. Se han desarrollado dos ensayos de laboratorio a escala natural en Colombia y los cuales han tenido el fin de evaluar el comportamiento y resistencia ante efectos sísmicos de las edificaciones utilizando sistemas prefabricados. El primero fue en la ciudad de Cali con dos edificios gemelos de cinco pisos y el segundo se realizó en la ciudad de Bogotá en 1984. (García Reyes, 2007). Los sistemas de prefabricados poseen ventajas respecto al mejoramiento en tiempo, costo y calidad de los elementos, con menor peso de la estructura, lo que genera ahorro de costos en cimentación. Menor deformación de los pisos debido al pre tensionamiento de los elementos. Orden y limpieza durante la construcción y desperdicios mínimos. 4. COMPARACIÓN DE SISTEMAS A partir de lo expuesto anteriormente se realizará una matriz de comparación entre los dos sistemas constructivos, la cual consistirá en la valoración y ponderación de criterios equivalentes. Se excluirán entre los criterios a evaluar los siguientes:

• Transporte: Se estima en España que para que sea rentable el transporte de los elementos con camiones, las distancias máximas varían entre 150 y 350 km, lo cual depende del tipo de infraestructura, densidad poblacional y el producto que se esté transportando (Estructuras de edificación prefabricadas). Igualmente se puede transportar por tren o barco, aunque en Colombia la infraestructura ferroviaria y marítima no ha tenido el desarrollo adecuado para ser un sistema competitivo respecto al transporte por carretera. • La mano de obra se considerará la misma para ambos sistemas, ya que es necesario contar con mano de obra calificada. • El concreto es pretensado de alta resistencia, no se tiene en cuenta el uso de pigmentos. • Se plantea que las formaletas tienen la misma cantidad de usos

A continuación, se describirán cada uno de los criterios de comparación determinantes en la selección del sistema constructivo. La evaluación se realizará en una escala de 1 a 5, siendo 1 la calificación más baja y 5 la calificación más alta. Igualmente, se realizará una ponderación de los criterios, con el fin de establecer un grado de importancia entre éstos.


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1. Número de conexiones requeridas: Cantidad de conexiones a ejecutar en obra. 2. Espacio de almacenamiento en Obra: Se evalúa la posibilidad de tener áreas en la obra dónde se pueda almacenar los elementos prefabricados, con el fin de no tener tiempos muertos entre la distribución y la colocación final del elemento. 3. Espacio de almacenamiento en fábrica: Se evaluará el espacio requerido en planta para el almacenamiento de los elementos terminados, con lo que se determina la cantidad de área que se requiere en la fábrica. 4. Uso de equipo de Izaje: Se evaluará la capacidad y tiempo de duración de la grúa en obra para la ejecución de las actividades. 5. Actividades Ejecutadas en Fábrica: Se evaluará el número de actividades que se pueden ejecutar en fábrica, o el nivel de acabado que pueden llegar a tener los elementos antes de ser transportados e instalados en la obra. 6. Rendimiento de Fábrica: Se evalúa el tiempo de duración para la ejecución de cada unidad, los rendimientos adquiridos en la fábrica para poder realizar cada unidad. 7. Rendimiento de Instalación: Se comparan los tiempos de instalación de cada uno de los sistemas en la obra. Este último criterio fue evaluado a partir de lo planteado por Gerhard Girmscheid y representado en la Figura 13 (Girmscheid, 2005), los sistemas modulares son los que mayor número de actividades son realizadas en fábrica.

Figura 13 Value creation and series size. (Hong, Shen, Li, Zhang, & Zhang, 2017)

Tabla 4 Evaluación de sistemas constructivos Criterio % de Ponderación Prefabricado Sistema Modular Descripción Calificación % Ponderado Descripción Calificación % Ponderado

1 Número de conexiones requeridas 12% Cada elemento prefabricado requiere de una conexión en obra, tanto para conectar muros, losas, vigas y columnas

2 0.24 Únicamente se requieren las conexiones entre los módulos, los cuales irán en las columnas o vigas de cada uno.

5 0.60

2 Espacio de Almacenamiento en Obra 20% Debido a que los elementos prefabricados no son de gran tamaño, se puede disponer una zona en el proyecto dónde se puedan almacenar. Igualmente se puede transportar varios elementos en un viaje.

5 1.00 Se necesitará de un gran espacio para poder almacenar los módulos en la obra, por lo cual lo recomendable es transportar e instalarlo de manera inmediata.

2 0.40

3 Espacio de Almacenamiento en Fábrica 20% Debido a que no se genera espacio vacío entre un elemento y otro, se pueden generar zonas de almacenaje en fábrica, para ir despachando a la obra a medida de que vaya siendo necesario.

5 1.00 Se puede almacenar en fábrica, sin embargo, debido a que los módulos 9m de largo, 2.4 m de ancho y 3m de alto, genera espacios vacíos entre estos que no pueden ser usados, se necesitará aproximadamente de 2 módulos por apartamento.

3 0.60

4 Uso de equipo de Izaje 13% Se utiliza la misma torre grúa destinada inicialmente para la ejecución de los sótanos. Con elementos de gran tamaño (columnas) se requerirá de una grúa de mayor capacidad

4 0.52 Debido al peso que tiene cada módulo se requiere utilizar una grúa de gran capacidad y no las torre grúas comunes.

3 0.39

5 Actividades Ejecutadas en Fábrica 10% Se ejecutarán en fábrica todas las actividades correspondientes a fundida de concretos, ductos para instalaciones eléctricas y sanitarias, dejando espacios libres para las conexiones entre elementos, los acabados se ejecutarán en obra.

2 0.20 Se realizan todas las actividades constructivas en fábrica, tanto actividades de concretos, ductos para instalaciones eléctricas y sanitarias, acabados de pisos y muros, quedando pendiente actividades de conexiones

5 0.50


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Criterio % de Ponderación Prefabricado Sistema Modular Descripción Calificación % Ponderado Descripción Calificación % Ponderado eléctricas, sanitarias y entre módulos.

6 Rendimientos en Fábrica 10% Depende del número de moldes utilizados, con 3 frentes de trabajos, uno de vigas, otro columnas y otro losas, se pueden realizar 10 unidades de cada uno al día.

5 0.50 La duración de fabricación de cada módulo es de 3 semanas, debido a que se deben ubicar la totalidad de las instalaciones embebidas en los muros y pisos del módulo, al igual que realizar los acabados en cuanto a pañetes, ventanería, pinturas y carpintería.

4 0.40

7 Rendimientos de instalación 15%

Se tienen registros de rendimientos de 220 m2/día de losa alveolares, 107 m2/día de muro y 150 m2/día de paneles de fachadas. La instalación de columnas tiene un gran rendimiento ya es únicamente el izaje del elemento y la ubicación en las uniones. *Datos obtenidos del VI Foro Argos 360º en Concreto (Charla Concretos que transforman el mundo)

3 0.45 Se alcanzan a instalar hasta 6 módulos en 12 horas, teniendo un área efectiva de instalación al día de 144 m2 en planta con acabados terminados e instalaciones. *Dato obtenido del Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto.

5 0.75

Sumatoria 100% 3.91 3.64 Fuente: Elaboración Propia

De acuerdo al análisis realizado y a partir de los criterios seleccionados entre los dos sistemas, se obtuvo que el sistema que mayores ventajas brinda es el sistema con construcción de pre fabricados, es por esto que en el siguiente capítulo se analizará, tanto en tiempo como económicamente, un proyecto ejecutado en la ciudad de Bogotá, Colombia. 5. COMPARACIÓN DE SISTEMA ACTUAL Y SISTEMA PREFABRICADO Para la comparación a desarrollar, se selecciona un proyecto de VIS ejecutado en la ciudad de Bogotá, el cual consta de cuatro (4) torres de tres (3) pisos cada una y con cuatro (4) apartamentos por torre, para un total de 12 apartamentos. Las unidades de vivienda varían entre 43,55 m2 a 49 m2, incluyen áreas sociales.

PLANTA GENERAL

Proyecto Ubicado en Bogotá D.C., Colombia. Número de Torres: 4 Número de plantas por torre: 3 Número de apartamentos por torre: 3 Número total de apartamentos: 12 Figura 14 Planta General. Archivo propio.


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APARTAMENTO TIPO 1

Área construida: 44 m2 2 Alcobas Sala Cocina Área privada: 40 m2 1 Baño Comedor Ropas Figura 15 Apartamento tipo 1. Archivo propio. APARTAMENTO TIPO 2

Área construida: 48,00 m2 2 Alcobas Sala Cocina Área privada: 43,50 m2 1 Baño Comedor Ropas Figura 16 Apartamento tipo 2. Archivo Propio.


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APARTAMENTO TIPO 3

Área construida: 46 m2 2 Alcobas Sala Cocina Área privada: 31,5 m2 1 Baño Comedor Ropas Figura 17 Apartamento tipo 3. Archivo Propio. El proyecto se ejecutó en un total de 43 semanas, de las cuales, las últimas 6 semanas consistieron en la conexión de los servicios públicos. El edificio fue construido en un sistema a porticado y las divisiones fueron ejecutadas en mampostería. La separación libre entre losas es de 2,50m. A continuación, se presenta el cronograma general de ejecución del proyecto. La ejecución del proyecto costó $685 millones de pesos en construcción y $ 79 millones en gastos financieros. Cada unidad fue vendida en $99,5 millones de pesos. Tabla 5 Cronograma General de Ejecución de Proyecto VIS PROYECTO VIVIENDA VIS 3 PISOS SEMANAS MESES Capítulo Inicio Fin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 Obras Preliminares 0 1 2 Movimiento de Tierras 1 2 3 Cimentación 2 7 4 Drenajes 6 7 5,1 Estructura Nivel 1 7 9 5,2 Estructura Nivel 2 9 15 5,3 Estructura Nivel 3 15 18 5,6 Estructura Nivel Cubierta 18 21 5,7 Estructura Escaleras Variable 6 Cubierta 20 21 7 Mampostería 15 23 8 Pañetes y Afinados 19 23 9 Instalaciones Hidrosanitarias y Gas 21 24 10 Instalaciones Eléctricas 23 25


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PROYECTO VIVIENDA VIS 3 PISOS SEMANAS MESES Capítulo Inicio Fin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 11 Instalación de TV & Comunicaciones 22 23 12 Cielo Rasos 25 28 13 Pintura 27 30 14 Enchapes 30 34 15 Aparatos & Accesorios 33 34 16 Carpintería de Madera 33 36 17 Carpintería Metálica 33 36 18 Nomenclaturas y Cerraduras 36 37 19 Zonas Comunes Exteriores 36 37 Fuente: Elaboración Propia Ahora bien, para la comparación con el sistema de prefabricados, los muros interiores serán sustituidos por muros en concreto prefabricado, al igual que las vigas, columnas y losas de entrepiso. Si bien la cimentación del edificio se puede hacer prefabricada, para la comparación entre sistemas no será tenido en cuenta.

A partir del plano general de los apartamentos se determinaron el número y tipo de unidades de losas (ver Figura 19), vigas y columnas (ver Figura 18). Los muros (ver Figura 20 y Tabla 6) se tomarán como elementos tipo de 1m o 1,5m, de longitud por 2,2 m de altura, mientras que las columnas tendrán una longitud de 7,5m, las vigas y las losas tienen dimensiones variables, tal como se presenta en las siguientes figuras.

Figura 18 Distribución Vigas y Columna tipo


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Figura 19 Distribución tipos de losas.

Figura 20 Distribución de muros Tabla 6 Modulación y cantidad de muros unidad Long (1.5m) unidad Long (1.0m) Longitud total Número de repeticiones Longitud (1.5m) Longitud (1.0m) Fachada (A) 10.0 15.0 1.0 1.0 16.0 2.0 20.0 2.0 Fachada (L) 7.0 10.5 1.0 1.0 11.5 4.0 28.0 4.0 Tipo 1 (A) 2.0 3.0 9.0 9.0 12.0 1.0 2.0 9.0 Tipo 1 (L) 2.0 3.0 5.0 5.0 8.0 1.0 2.0 5.0 Tipo 2 (A) 4.0 6.0 7.0 7.0 13.0 1.0 4.0 7.0 Tipo 2 (L) 2.0 3.0 4.0 4.0 7.0 1.0 2.0 4.0 Tipo 3 (A) - - 6.0 6.0 6.0 2.0 - 12.0


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unidad Long (1.5m) unidad Long (1.0m) Longitud total Número de repeticiones Longitud (1.5m) Longitud (1.0m) Tipo 3 (L) 4.0 6.0 5.0 5.0 11.0 2.0 8.0 10.0 Total Unidades 66.0 53.0 Fuente: Elaboración Propia En total, por piso, se ejecutarán 30 columnas; 23 vigas tipo 1, 16 tipo 2 y 10 tipo 3; 30 losas tipo 1, 20 tipo 2, 4 tipo 3, 12 tipo 4 y 8 tipo 5; 66 muros de 1,5m de longitud y 53 de 1,0m. Se procede con el cálculo de tiempos de duración de los elementos, teniendo en cuenta que se realizarán las actividades de columnas, vigas, muros y losas con un solo frente de trabajo, para lo cual se contará con 5 moldes para elaboración de columnas y 10 moldes para las actividades restantes. Tabla 7 Cálculo duraciones fabricación de elementos

Elemento Unidades por piso Repeticiones Total unidades Moldes rendimiento (día/molde) rendimiento (unidades/día) Duración (Días) Columnas 30 1 30 5 1 5 6 Vigas 49 4 196 10 1 10 20 Losas 74 4 296 10 1 10 30 Muros 119 3 357 10 1 10 36 Fuente: Elaboración Propia Teniendo en cuenta los rendimientos de instalación, presentados en la Tabla 4, se evidencia que se puede realizar la instalación de un piso de losa por día, teniendo un área de instalación de 161,75 m2 y un rendimiento diario de instalación de 220 m2. Para los muros interiores se tiene un rendimiento de 107 m2 día, con lo cual se estima una duración de 6.8 días por piso, 1 semana, mientras que para fachadas con un rendimiento de 150 m2 día, se ejecuta cada piso en 1.2 días. Estimando una instalación de 8 columnas al día, se calcula la duración de la actividad en cuatro días. En cuanto a las vigas, se estima un rendimiento de instalación de 12 unidades al día, con lo cual en 4 días se realiza la instalación de un piso de vigas. Con estas duraciones, en la Tabla 9, se presenta el cronograma de ejecución del proyecto. Las escaleras son los únicos elementos en concreto que serán fundidos en obra.

En el cronograma de ejecución se evidencia que con el uso de pre fabricados el proyecto podría ser ejecutado en 33 semanas, disminuyendo 10 semanas el tiempo estimado de ejecución, lo cual representa un ahorro del 23 % de la duración total.


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Ahora bien, analizando los costos del proyecto, se tiene que para elementos prefabricados su cálculo se realiza a partir del peso de cada uno de estos elementos o del área de los mismos, siendo así: Tabla 8 Costos de elementos prefabricados Elemento Medición Costo Columnas $/kg $ 556 Vigas $/kg $ 503 Losa $/m2 $ 115,000 Muro interior $/m2 $ 72,000 Muro fachada $/m2 $ 93,000 Fuente: Elaboración Propia A partir de estos valores se calcula el nuevo valor del proyecto, ver Tabla 10. El resultado es de $ 786 millones de pesos, superando los $ 685 millones iniciales, lo que significa que se disminuya la utilidad esperada en un 15 %, pasando del 43 % inicial al 28 % actual. El rubro de mayor cambio fuero la ejecución de muros, los cuales se incrementaron en cerca de $146 millones de pesos (costo directo). Ahora bien, analizando los costos administrativos del proyecto, y teniendo en cuenta los gastos financieros que implicaría la obtención de un crédito constructor, el cual se tomó como el menor valor entre el 65% de las ventas del proyecto y el 80% de todos los costos (Banco BBVA, 2018), con esto se obtiene una reducción del 18.45% de los gastos financieros. Con esto, se obtiene un costo superior en la ejecución del proyecto de $ 85.974.915. Tabla 9 Cronograma ejecución Proyecto con Pre fabricados PROYECTO VIVIENDA VIS 3 PISOS SEMANAS MESES Capítulo Inicio Fin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 Obras Preliminares 0 1 2 Movimiento de Tierras 1 2 3 Cimentación 2 7 4 Drenajes 6 7 5.1 Fabricación Columnas 6 7 5.2 Fabricación Vigas 4 7 5.3 Fabricación Losas 3 8 5.4 Fabricación Muros 3 8 6.1 Instalación Columnas 7 8


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PROYECTO VIVIENDA VIS 3 PISOS SEMANAS MESES Capítulo Inicio Fin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 6.2 Instalación Vigas 7 9 6.3 Instalación Losas 8 9 6.4 Instalación Muros interiores 8 11 6.5 Instalación Muros Fachada 10 11 7 Pañetes y Afinados 9 14 8 Instalaciones Hidrosanitarias y Gas 12 15 9 Instalaciones Eléctricas 14 16 10 Instalación de TV & Comunicaciones 13 14 11 Cielo Rasos 16 19 12 Pintura 18 21 13 Enchapes 21 25 14 Aparatos & Accesorios 24 25 15 Carpintería de Madera 24 27 16 Carpintería Metálica 24 27 17 Nomenclaturas y Cerraduras 27 28 18 Zonas Comunes Exteriores 27 28 Fuente: Elaboración Propia

Tabla 10 Comparación de Costos del Proyecto con prefabricados Proyecto Prefabricados Código Descripción Unidad Cantidad Precio Incidencia Precio Incidencia 101 OBRAS PRELIMINARES 1,000 27.621.236 3,61% 27.621.236 3,25% 102 MOVIMIENTO DE TIERRAS 1,000 23.396.364 3,06% 23.396.364 2,75% 103 CIMENTACIÓN 1,000 36.042.116 4,71% 36.042.116 4,24% 104 ESTRUCTURA 1,000 163.188.384 4.1 PLACAS CONTRAPISO Y ENTREPISO 1,000 90.780.626 11,87% 61.295.000 7,20% 4.2 COLUMNAS Y COLUMNETAS 1,000 43.847.824 5,73% 18.765.000 2,21% 4.3 VIGAS Y VIGUETAS 1,000 16.258.564 2,13% 35.974.560 4,23% 4.4 ESCALERA 1,000 12.301.370 1,61% 12.301.370 1,45% 105 CUBIERTA Y CIELOS RASOS 1,000 40.220.665 5,26% 33.725.862 3,96% 106 IMPERMEABILIZACIONES 1,000 1.846.418 0,24% 1.846.418 0,22% 107 MAMPOSTERÍA 1,000 46.490.278 6,08% 192.675.600 22,64% 108 PAÑETES Y AFINADOS 1,000 39.307.572 5,14% 39.307.572 4,62% 109 ENCHAPES 1,000 35.103.411 4,59% 35.103.411 4,13% 110 INSTALACIONES HIDROSANITARIAS 1,000 28.739.594 3,76% 28.739.594 3,38% 111 INSTALACIONES DE GAS 1,000 13.850.395 1,81% 13.850.395 1,63% 112 INSTALACIONES ELÉCTRICAS Y COMUNICACIONES-TV 1,000 69.619.907 69.619.907 12.1 SISTEMA ELECTRICO 1,000 60.083.082 7,85% 60.083.082 7,06% 12.2 SISTEMA DE TELEVISIÓN 1,000 4.683.670 0,61% 4.683.670 0,55% 12.3 SISTEMA DE COMUNICACIONES 1,000 4.853.156 0,63% 4.853.156 0,57% 113 CARPINTERÍA MADERA 1,000 23.426.838 3,06% 23.426.838 2,75% 114 CARPINTERÍA METÁLICA 1,000 28.262.406 3,69% 28.262.406 3,32%


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115 PINTURA 1,000 11.115.302 1,45% 11.115.302 1,31% 116 APARATOS Y ACCESORIOS 1,000 8.804.016 8.804.016 16.1 APARATOS SANITARIOS Y GRIFERIAS 1,000 6.957.567 0,91% 6.957.567 0,82% 16.2 APARATOS COCINA Y GRIFERIAS 1,000 1.846.449 0,24% 1.846.449 0,22% 117 NOMENCLATURAS Y CERRADURAS 1,000 2.616.400 0,34% 2.616.400 0,31% 118 ASEO Y REMATES 1,000 969.581 0,13% 969.581 0,11% 119 EQUIPOS DE OBRA 1,000 10.000.000 1,31% 20.000.000 2,35% 120 ZONAS COMUNES 1,000 3.483.674 0,46% 3.483.674 0,41% 121 GASTOS GENERALES 1,000 22.763.200 2,98% 18.210.560 2,14% 122 GASTOS DE ADMINISTRATIVOS 1,000 48.600.000 6,35% 38.880.000 4,57% 23 GASTOS FINANCIEROS 79.514.260 10,39% 64.923.750 7,63% Total Presupuesto 764.982.018 1,00 850.956.933 1,00 Costo del Lote 150.000.000 150.000.000 Total Ventas 1.194.000.000 1.194.000.000 Diferencia Ingreso Neto 279.017.982 193.043.067 -85.974.915 Utilidad 30% 19% -11%

Fuente: Elaboración Propia 6. CONCLUSIONES

• A partir de los criterios analizados en la comparación de los sistemas modulares y el uso de elementos prefabricados en concreto, se obtuvo un puntaje para el primero de 3.64 y el segundo de 3.91, motivo por el cual, el sistema que mayores beneficios genera para la construcción de viviendas VIS es el uso de elementos prefabricados en concreto. • Los elementos prefabricados de construcción generan ventajas respecto a los sistemas modulares en Espacio de almacenamiento en Obra, Almacenamiento en Fábrica, uso de equipos de izaje y rendimientos en fábrica. Igualmente, presenta desventajas en Número de conexiones requeridas a ejecutar, Número de actividades ejecutadas en fábrica y los rendimientos de instalación de los elementos. • Utilizando el sistema de construcción con elementos prefabricados en concreto, se disminuyó el tiempo de ejecución del proyecto en 10 semanas, equivalente al 23 % de la duración del proyecto ejecutado con sistemas tradicionales. • Con el uso de sistemas de prefabricados de construcción, se obtuvo un incremento de los costos del proyecto en 11 % respecto al sistema tradicional. Dicho incremento se da principalmente en la instalación de muros prefabricados en concreto, teniendo de $146 millones de pesos.


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• La elección de utilizar muros en concreto prefabricado a cambio de los muros divisorios y de fachadas en mampostería, se incrementó el costo de la obra en $146 millones, siendo este el rubro que presentó mayor variación, motivo por el cual, se debe plantear la ejecución del proyecto con mampostería para los muros divisorios. • La normatividad colombiana de Sismo Resistencia permite y regula el uso de los elementos prefabricados en construcción. Igualmente, permite la posibilidad de presentar nuevos sistemas de uniones que no estén incluidas en la norma, siempre y cuando cumpla con los requisitos establecidos en ésta.

7. RECOMENDACIONES • Se recomienda, que en el momento de determinar bajo qué tipo de sistema constructivo se ejecutará el proyecto, se debe plantear y analizar la posibilidad de combinar sistemas de prefabricados con elementos tradicionales u otros sistemas de construcción, con el fin de generar ventajas en tiempo y costos. • Se recomienda en futuras investigaciones analizar los elementos prefabricados de zapatas, pilotes, etc. Con el fin de evaluar si se pueden obtener mayores beneficios a los alcanzados en este informe. • Los sistemas constructivos, en este caso los prefabricados en concreto, deben ser avalados por el respectivo especialista de diseño estructural, el cual debe dar recomendaciones sobre la forma en que se ejecutarán los trabajos, las uniones y elementos prefabricados a utilizar.

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