CIMENTACIÓN ESPECIAL TIPO VOLADIZO PARA …±o final – viga empotrada en muro de sótano ......
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FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL DE CONSTRUCCIÓN PRESENTADA POR EDGARDO QUINDE ZUMAETA DENNIS GALO REYES TOLENTINO ASESOR OMART TELLO MALPARTIDA TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL LIMA – PERÚ 2017 CIMENTACIÓN ESPECIAL TIPO VOLADIZO PARA GRÚA TORRE Y SU IMPACTO EN LA PRODUCTIVIDAD EN OBRAS
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FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
DE CONSTRUCCIÓN
PRESENTADA POR
EDGARDO QUINDE ZUMAETA
DENNIS GALO REYES TOLENTINO
ASESOR
OMART TELLO MALPARTIDA
TESIS
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL
LIMA – PERÚ
2017
CIMENTACIÓN ESPECIAL TIPO VOLADIZO PARA GRÚA
TORRE Y SU IMPACTO EN LA PRODUCTIVIDAD EN OBRAS
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ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
CIMENTACIÓN ESPECIAL TIPO VOLADIZO PARA GRÚA
TORRE Y SU IMPACTO EN LA PRODUCTIVIDAD EN OBRAS
DE CONSTRUCCIÓN
TESIS
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL
PRESENTADA POR
QUINDE ZUMAETA, EDGARDO
REYES TOLENTINO, DENNIS GALO
LIMA – PERÚ
2017
ii
Dedicatoria
A Dios, porque estás conmigo en todos los
pasos que doy y por haberme permitido
llegar hasta este momento. A mi familia,
por marcar el camino que vengo
recorriendo a lo largo de mi vida, nada de
esto lo hubiese conseguido sin el apoyo
que me han sabido brindar.
Edgardo Quinde Zumaeta
iii
Dedicatoria
A Dios, por permitirme llegar a esta etapa
importante en mi vida, por los momentos
difíciles y triunfos que me han enseñado a
valorarlo más. A mi familia por su amor
incondicional, por siempre creer en mí a
pesar de las circunstancias y enseñarme a
practicar la humildad.
Dennis Galo Reyes Tolentino
iv
ÍNDICE
Página
RESUMEN x
ABSTRACT xi
INTRODUCCIÓN xii
CAPÍTULO I: MARCO TEÓRICO 17
1.1 Antecedentes 17
1.2 Bases teóricas 20
1.3 Hipótesis 32
CAPÍTULO II: METODOLOGÍA 33
2.1 Metodología de la investigación 33
2.2 Materiales 33
2.3 Desarrollo del proyecto 34
CAPÍTULO III: PRUEBAS Y RESULTADOS 37
3.1 Objeto 37
3.2 Campo de aplicación 37
3.3 Acciones que la grúa torre traslada a la cimentación 37
3.4 Tipos de cimentación 41
3.5 Cálculos y momentos de gestión 44
3.6 Cálculos de la estabilidad 50
3.7 Acción del viento 51
3.8 Cálculo de la zapata de concreto 51
3.9 Diseño y modelacion especial tipo voladizo 53
3.10 Soporte de los muros de anclaje 65
3.11 Variantes del diseño y modelación especial tipo voladizo 68
3.12 Diferencia costos cimentación especial tipo voladizo contra
cimentación convencional en zapata 76
v
3.13 Proyectos realizados en Lima 80
3.14 Referencias 80
CAPÍTULO IV: DISCUSIÓN Y APLICACIÓN 81
4.1 Introducción 81
4.2 Propósito 81
4.3 Alcances del proyecto en estudio 82
4.4 Análisis de Costos Unitarios (A.C.U) 83
4.5 Programación de obra 87
CONCLUSIONES 97
RECOMENDACIONES 98
FUENTES DE INFORMACIÓN 100
ANEXOS 102
vi
Lista de tablas
Página
Tabla 1
Tabla 2
Tabla 3
Tabla 4
Tabla 5
Tabla 6
Tabla 7
Tabla 8
Tabla 9
Tabla 10
Tabla 11
Tabla 12
Tabla 13
Tabla 14
Tabla 15
Tabla 16
Tabla 17
Tabla 18
Tabla 19
Software SAP2000 V.19: Características del concreto
Esfuerzos de la grúa torre
Cargas factoradas
Costos zapata empotrada para grúa torre
Costos cimentación especial tipo voladizo
Costos de acarreo de acero
Costos de acarreo de encofrado
Costos de acarreo de concreto premezclado
Costos de acarreo de acero con grúa torre
Costos de acarreo de encofrado con grúa torre
Costos de acarreo de concreto premezclado con grúa
Comparativo de análisis de costos unitarios
Programación inicial en tiempo
Programación inicial con metrados en acarreo
Valorización acumulada de acarreos
Metrado de acarreos con cimentación especial
Valorización acumulada de acarreos reales
Costo total ahorrado en muros pantalla
Programación real de ejecución
55
57
60
78
79
83
83
83
84
84
84
85
87
89
90
91
92
94
95
vii
Lista de figuras
Página
Figura 1
Figura 2
Figura 3
Figura 4
Figura 5
Figura 6
Figura 7
Figura 8
Figura 9
Figura 10
Figura 11
Figura 12
Figura 13
Figura 14
Figura 15
Figura 16
Figura 17
Figura 18
Figura 19
Figura 20
Figura 21
Figura 22
Figura 23
Figura 24
Figura 25
Figura 26
Figura 27
Figura 28
Figura 29
Pilotes que sirven como cimentación de la grúa torre
Anclaje de la grúa torre a la cimentación por pilotes
Referencia del origen de la palabra grúa
Velas izadas con poleas en el antigua Egipto
Mecanismo de elevación creado por los griegos
Tripastos romano en funcionamiento
Primera grúa torre construida
Cargas gravitacionales sobre la grúa torre
Cargas laterales sobre la grúa torre
Presiones de contacto debajo de la zapata de la grúa
Presiones de contacto debajo de la zapata en momento
Fuerzas y distancias de una grúa torre
Momento producido por el peso de la grúa torre
Momento producido por la base de la grúa torre
Momento producido por el peso de los contrapesos
Momento producido por el peso de la contrapluma
Momento producido por el peso de la carga en punta
Momento producido por el peso de la pluma
Momento producido por la fuerza del viento
Excavación de cimentación de grúa torre empotrada
Base especial de apoyo para empotramiento de grúa
Vista en planta de la base especial
Sentidos de orientación de fuerzas que transmite la GT
Modelo de la estructura especial y la base de la grúa
Estados de cargas más desfavorables
Deformada de la estructura
Carga axial máxima en la viga
Momento flector por pesos propios
Momento flector por cargas de servicio
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19
20
22
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48
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61
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viii
Figura 30
Figura 31
Figura 32
Figura 33
Figura 34
Figura 35
Figura 36
Figura 37
Figura 38
Figura 39
Figura 40
Figura 41
Figura 42
Figura 43
Figura 44
Figura 45
Figura 46
Figura 47
Figura 48
Figura 49
Figura 50
Figura 51
Figura 52
Figura 53
Figura 54
Figura 55
Figura 56
Figura 57
Figura 58
Figura 59
Figura 60
Detalle en elemento crítico del momento flector
Refuerzo longitudinal por flexión
Diseño final – vista en planta
Diseño final – viga de concreto
Diseño final – viga empotrada en muro de sótano
Muros de anclaje soportando estructura de grúa torre
Software GGU – Análisis de cargas en muro de anclaje
Cimentación GT edificio multifamiliar Barranco
Cimentación GT edificio Tai Loy
Cimentación GT edificio San Martín
Cimentación GT edificio Los Robles Prime
Cimentación GT edificio Beehive II
Cimentación GT edificio Destiny
Cimentación GT edificio Neomar
Cimentación GT edificio Vértice 22
Encofrado de fondo de viga y estructuras de acero
Colocación de estructura patas de empotramiento
Cerramiento y encofrado de viga transversal y muro
Desencofrado posterior al vaciado del concreto
Estructura de la GT instalada sobre la cimentación esp.
Estructura de la GT instalada sobre la cimentación esp.
Plano modelo de cimentación en zapata empotrada
Plano modelo de cimentación especial tipo voladizo
Plano en planta mostrando ubicación de la GT
Incidencia de mano de obra cimentación convencional
Incidencia de mano de obra con viga en voladizo
Tiempo de ejecución muros pantalla proyectado
Diferencia costo y tiempos en ambos escenarios
Ahorro de costo final en mano de obra y equipos
Tiempo de ejecución muros pantalla proyectado
Tiempo de ejecución final reducido
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63
64
64
65
67
67
69
69
70
70
71
71
72
72
73
73
74
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75
75
77
79
82
86
86
87
93
94
95
96
ix
Lista de anexos
Página
Anexo 1
Anexo 2
Anexo 3
Anexo 4
Anexo 5
Anexo 6
Anexo 7
Anexo 8
Anexo 9
Anexo 10
Anexo 11
Matriz de consistencia
Plantilla para lectura de campo
Alcances proyecto en ejecución – Neomar
Plano corte 1-a, eje g-g – Neomar
Plano corte 1-b, eje 1-1 – Neomar
Alcances proyecto en ejecución - Liberpark
Plano corte 1, eje A-A – Liberpark
Plano corte 2, eje 3-3 – Liberpark
Alcances proyecto ene ejecución – Barranco
Plano corte 1, eje G-G – Barranco
Plano corte 1, eje 1-1 - Barranco
103
104
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107
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109
110
111
112
113
x
RESUMEN
La investigación titulada “Cimentación especial tipo voladizo para grúa torre
y su impacto en la productividad en obras de construcción”, se desarrolló con
el propósito de determinar la contribución de equipos electromecánicos en
proyectos de ingeniería, la aplicación está sirviendo de mucha utilidad para
el desarrollo de las procesos constructivos donde la implementación de la
maquinaria grúa torre contribuye satisfactoria en el desarrollo de la obra de
construcción teniendo como resultado final un beneficio en la productividad.
La investigación realizada responde a un estudio con metodología de tipo
mixta, descriptiva y explicativa. Se trabajó calificando, cuantificando,
midiendo tiempos y datos de campo en obras de construcción para luego
aplicar procesos de cálculos con ayuda software de ingeniería y así tratar de
modelar una solución especial para colocar una grúa torre en el proyecto
constructivo.
El resultado obtenido arroja que es viable instalar prematuramente una grúa
torre en una obra de construcción para así poder obtener beneficios durante
el proceso constructivo. Dicha instalación propuesta de la grúa torre se
realizaría a través de una cimentación especial en su base en una de las
esquinas del muro perimetral de anclaje y sostenido adicionalmente
mediante una viga transversal de concreto armado que tendría la función de
unión entre los muros y soporte adicional de la estructura de la máquina.
Por tanto, se concluye que el diseño final contribuye a mejorar los
rendimientos en obra lo cual es base para los procesos constructivos que se
ejecutan y esto conlleva a maximizar la productividad mediante ahorro de
tiempo, materiales, horas máquinas y seguridad en obra.
Palabras claves: Cimentación especial, grúa torre, construcción,
productividad.
xi
ABSTRACT
The research entitled "Special cantilever foundation for tower crane and its
impact on productivity in construction works", was developed with the
purpose of determining the contribution of electromechanical equipment in
engineering projects, the application is serving a lot of utility for the
development of the construction processes where the implementation of the
tower crane machinery contributes satisfactorily in the development of the
construction work having as a final result a benefit in productivity.
The research carried out responds to a study with a mixed, descriptive and
explanatory methodology. We worked qualifying, quantifying, measuring
times and field data in construction works to then apply calculation processes
with engineering software help and thus try to model a special solution to
place a tower crane in the construction project.
The result obtained shows that it is feasible to install a tower crane
prematurely in a construction site in order to obtain benefits during the
construction process. Said proposed installation of the tower crane would be
carried out through a special foundation at its base in one of the corners of
the perimeter anchoring wall and additionally supported by a reinforced
concrete cross beam that would have the function of joining the walls and
additional support of the structure of the machine.
Therefore, it is concluded that the final design contributes to improve on-site
performance which is the basis for the construction processes that are
executed and this leads to maximize productivity by saving time, materials,
machine hours and safety on site.
Keywords: special foundation, crane tower, construction, productivity.
xii
INTRODUCCIÓN
En el mundo de la construcción se viene intentando desde hace muchas
décadas, el conseguir la manera de cómo poder lograr que los rendimientos,
avances de obra, presupuestos, entre otras tareas que de igual manera son
muy importantes para el desarrollo de un proyecto, se consiga obtener
beneficios, estos beneficios son reflejados por medio de la productividad.
La productividad se ha estado analizando y es materia de estudio por la
mayoría de las empresas constructoras que se encuentran en el mercado
nacional, están buscando las soluciones técnicas para lograr que sus
objetivos se alcancen en el menor plazo y manteniendo la calidad debida
que garantice además un buen producto final.
Mediante las operaciones con maquinaria grúa torre, se hace posible que los
procesos de construcción sean más rápidos, fáciles, seguros, de mayor
calidad y de menor costo, mejorando considerablemente la productividad en
las obras de construcción.
Este trabajo de tesis pretende crear una actualización sobre lo ya existente
en el sector de la construcción, es necesario y será un punto de partida para
reconocer y facilitar la implementación de este tipo de maquinaria en obras
mediante la instalación temprana a través de una cimentación especial tipo
voladizo. También se pretende dejar que el objetivo central, es buscar que el
rendimiento de obra se maximice, clave fundamental en los presupuestos y
costos de obras.
La presente tesis está estructurada en 4 capítulos, en el primero se
desarrolla el marco teórico en donde se muestra los antecedentes y bases
teóricas para el desarrollo de la tesis, en el segundo se presenta la
metodología que describe el procedimiento de obtención de datos, el tercer
capítulo hace mención a pruebas y resultados donde se valida la factibilidad
del sistema propuesto, finalmente el cuarto capítulo describe la discusión y
aplicación en donde se fundamenta que la productividad en obra usando el
sistema especial ha de mejorar y beneficia al proyecto.
xiii
1. Planteamiento del problema
En la actualidad existe una gran demanda de maquinaria para elevación en
las obras de construcción, especialmente de grúas torre, las cuales son una
herramienta fundamental para las edificaciones. Hoy en día es común ver
desorganización en las obras de construcción civil principalmente por una
mala planificación y mala gestión. Aproximadamente existe un promedio del
30% de tiempos muertos en obras representativas de cada subsector del
país.
Teniéndose en cuenta que uno de los factores que aporta más pérdidas de
tiempo en las obras de construcción civil son las esperas por abastecimiento
de materiales (tiempos muertos), y que avaladas por estudios y cálculos
técnicos, estas esperas y demoras podrían resolverse en parte con buena
logística y adecuado abastecimiento de material.
2. Definición del problema
La implementación de grúas torre conlleva a que tenga que realizarse una
cimentación en parte del perímetro de obra para estabilizar a la máquina y
así poder brindar el servicio productivo contributario a la obra. El diseño de
una zapata de cimentación de grúa torre está calculado por todos los
fabricantes de estas máquinas, para que trabajen céntricamente a los ejes
de la estructura de cimentación empotrada en el suelo-terreno, si esto se
refleja en las obras de construcción, se tendría que esperar a que las
excavaciones culminen en cada obra según el número de sótanos que se
tenga por cada proyecto, es decir, para cimentar una grúa torre en una obra
de 6 sótanos, tendríamos que esperar por lo menos 6 meses para llegar al
fondo de la obra y allí cimentar la máquina, por lo tanto todo ese periodo de
espera se viene trabajando y acarreando los materiales, encofrado,
cemento, concreto, eliminación de material, entre otras actividades sin grúa
torre.
xiv
3. Formulación del problema
3.1. Problema principal
¿Cuál es el impacto que tiene el diseño de cimentación tipo voladizo, para
grúa torre, en la productividad de una construcción?
3.2 . Problemas específicos
a) ¿Se puede diseñar la cimentación especial tipo voladizo
cumpliendo las normas NTE030 (Diseño Sismorresistente) y
NTE060 (Concreto Armado) vigentes?
b) ¿Se puede reducir el uso de mano de obra usando el sistema
especial de cimentación en voladizo para grúa torre en la
ejecución de muros pantalla?
c) ¿Se puede reducir el tiempo de ejecución de la obra con la
aplicación de la cimentación especial tipo voladizo para grúa
torre?
d) ¿Se puede reducir el costo de mano de obra y equipos usando
el sistema especial de cimentación en voladizo para grúa torre
en la ejecución de muros pantalla?
4. Objetivos
4.1. Objetivo general
Determinar el impacto productivo en edificaciones con la instalación
temprana de la grúa torre en obra mediante la cimentación en voladizo, esto
conllevaría a que los acarreos verticales de todo tipo se realicen con la
máquina y por lo tanto no se tengan tiempos muertos que se traduzcan en
costos perdidos por horas hombre perdidas. El análisis de rendimiento
incrementaría a favor de obra.
xv
4.2 . Objetivos específicos
a. Modelar el sistema especial de cimentación en voladizo
cumpliendo las normas NTE 060 (Diseño Sismorresistente) y NTE
030 (Concreto Armado).
b. Reducir el uso de mano de obra usando el sistema especial de
cimentación en voladizo para grúa torre en la ejecución de muros
pantalla.
c. Reducir el tiempo de ejecución de la obra con la aplicación de la
cimentación especial tipo voladizo para grúa torre.
d. Reducir el costo de mano de obra y equipos usando el sistema
especial de cimentación en voladizo para grúa torre en la
ejecución de muros pantalla
5. Justificación
La productividad en las obras de construcción se mide determinando la
relación que existe entre la producción obtenida por un sistema de
producción y los recursos utilizados para obtenerla, es decir la relación entre
producción final y factores productivos (terreno, equipo, trabajo) utilizados en
la producción de bienes y servicios.
El poder contar con maquinaria que ayude al constructor a realizar sus
trabajos en menor tiempo y con mayores avances en sus partidas, ha sido
un beneficio fundamental que trae como resultado que la empresa obtenga
mayores utilidades y ganancias a través de la mitigación de los tiempos
muertos en abastecimientos.
Conociendo el impacto de la grúa torre en edificaciones, aplicando el
sistema de cimentación en voladizo, se tienen como beneficiarios directos a
empresas cuyos proyectos en edificaciones tienen planeado la ejecución de
sótanos en diversas cantidad de niveles para mejorar la productividad en el
sector construcción.
xvi
6. Limitaciones
El presente estudio se limitará a la instalación especial tipo voladizo para
grúa torre empotrada en distintos distritos de la ciudad de Lima
metropolitana. El enfoque se ha desarrollado en la construcción de edificios
de vivienda multifamiliar y edificios de oficinas empresariales.
7. Viabilidad
El presente trabajo de tesis es viable puesto que las obras de construcción
en estudio se encuentran en la ciudad de Lima Metropolitana permitiendo
accesibilidad en la investigación, podemos ponerla en marcha ya que
contamos con información bibliográfica para poder desarrollar los objetivos
propuestos. La investigación se desarrollará a través de fuentes de
información físicas, mediante entrevistas directas con jefes de proyectos en
construcción, digitales, haciendo uso de reglamentos y normas técnicas
peruanas, libros, tesis e información relacionada con el tema de
investigación. Se tendrá facilidad de acceso a la obra para la recopilación de
datos, mediciones en campo para elaboración y análisis de cuadros
comparativos. La recopilación de datos se hizo durante el periodo de
ejecución del proyecto en investigación, los cuales son necesarios para la
elaboración e interpretación de los resultados.
17
CAPÍTULO I
MARCO TEÓRICO
1.1. Antecedentes
Como sustento teórico se ha conseguido diversos antecedentes de
investigación y aplicación, tanto del ámbito nacional como internacional:
Para Mena (2007) la coordinación y la buena comunicación entre el operador
de grúa, los asistentes y las diferentes cuadrillas de trabajo influyen de
manera directa sobre los rendimientos y la productividad, que se genera en
el desarrollo de las actividades. (p. 21)
En el mismo estudio Mena (2007) indica:
Establecer aspectos relacionados con la productividad y rendimientos
para la grúa torre, constituye una herramienta fundamental para la
formación de criterios que permitan establecer cuál es la manera más
eficiente de desarrollar los diferentes procesos constructivos y poder
evaluar la ejecución de un proyecto determinado. (p. 21)
Mena (2007) también considera importante:
El uso correcto y eficiente de una grúa torre implica un adecuado uso
de recursos y la obtención de beneficios tales como la optimización
del ciclo operativo y el debido mejoramiento de los procesos
constructivos, hecho que se traduce en ganancias tanto en el aspecto
económico como en el tiempo de ejecución para un proyecto
determinado. (p. 21)
Para complementar, la revista Costos (2016) en su edición 270, indica:
El traslado y acarreo de materiales. Es muy distinto descargar un
camión de ladrillos a mano que un camión de ladrillos paletizados y
que, además, se puedan transportar al punto donde la obra lo
requiere. Lo mismo sucede con la descarga y el traslado de
la paquetería de fierros que normalmente vienen en paquetes de una
o dos toneladas. (p. 45)
18
Costos (2016) infiere:
Otro gran uso de la grúa torre es para el traslado de encofrados
metálicos, los cuales son ensamblados con la grúa torre. De esa
manera, se evita utilizar el encofrado de madera, el cual toma mucho
tiempo en armarse. El uso de la grúa en este tipo de trabajos genera
un ahorro en personal y tiempo de instalación. (p. 45)
Además Costos (2016) también muestra:
Adicional a lo antes mencionado, al utilizar una grúa torre, todo el
esfuerzo físico lo realiza la maquinaria. Con ello, el personal de obra
se exime de ese trabajo y eso reduciría una serie de accidentes o
lesiones, bajando los costos de las primas de seguro de la obra. (p.
45)
Por último, Costos (2016) dice:
Una grúa no solo acarrea materiales sino también realiza las labores
de vaciado de concreto. Esto es una gran ventaja económica, ya que
el ahorro de la bomba paga el alquiler de la grúa torre. Así mismo, es
posible reducir el tiempo de ejecución de los proyectos, lo que se
traduce en un ahorro de los gastos generales. (p. 45)
En el campo aplicativo, se ejecutó en agosto de 2012, una edificación que
constaba de 6 sótanos en Bogotá – Colombia. Se utilizó el método de
cimentación por pilotes debido a la inestabilidad del suelo, a diferencia del
sistema propuesto a la presente tesis, este sistema puede implementarse
desde el primer día en obra y no después de haber terminado el segundo
anillo de muros pantalla. Se presentan las siguientes imágenes del sistema
empleado:
19
Figura 1: Pilotes que sirven como cimentación de la grúa torre.
Fuente: Operador grúa torre.
Figura 2: Anclaje de la grúa torre a la cimentación por pilotes.
Fuente: Operador grúa torre.
20
1.2. Base teórica
1.2.1. Grúa torre
1.2.1.1. Etimología
El término procede de Crane (Inglés) = traducido como Grulla, que pasó al
español como Grúa. Este concepto hace referencia a los movimientos de
esta ave que lleva sobre su pico, cosas de un lugar a otro.
La grulla (del latín grus) recibe allende los Pirineos el nombre de grue, que,
aunque muchos lo ignoran, está íntimamente emparentado con otras tres
palabras españolas. La primera de ellas es grúa, utilizada en castellano
desde el siglo XV para designar una máquina destinada a levantar pesos,
por su semejanza con la figura de una grulla, de largo pescuezo y
prolongado pico. Mucho más clara que en español resalta esta semejanza
entre la grulla y las grúas para nuestros vecinos europeos, que en sus
idiomas disponen de una única palabra para designar ambos conceptos:
Kran en alemán, crane en inglés, grua (sin tilde) en catalán, grue en francés,
gru en italiano; todos ellos, por cierto, de origen tan netamente
onomatopéyico como la grulla.
Figura 3: Referencia del origen de la palabra Grúa.
Fuente: http://www.gruaspuente.com.pe/Historia.html
21
1.2.1.2. Historia
Desde la construcción, carga y hasta la recuperación de barcos
abandonados en el mar, las cuales han sido gracias a los brazos que hacen
el trabajo pesado en las profundidades marinas, las grúas modernas, las
primigenias y todos los equipos de elevación que el hombre ha inventado
para alimentar nuestras industrias globales, han sido los procedimientos más
ingeniosos desarrollados en nuestra historia. El mundo simplemente no sería
lo mismo sin ellas, y ha sido el esfuerzo de cientos de ingenieros a través de
la historia para que las grúas actuaran poderosamente y flexiblemente con
eficacia durante muchísimo tiempo. ¿Cómo las grúas se hicieron parte
integral de nuestras vidas? Echemos un vistazo hacia atrás a través de la
historia:
Se cuenta que fueron los egipcios los que utilizaron por primera vez en el
mundo los equipos de izaje para facilitar el movimiento de bloques entre 60 a
360 toneladas. Así también para el izaje de velas de los barcos se usaron
poleas en el antiguo Egipto. En la construcción de las pirámides se
construyeron rampas, asociadas a equipos de izaje, las que servían para
elevar las piedras hasta su posición final. Las rampas anchas y lisas con
poca pendiente habrían permitido utilizar un gran número de trabajadores en
los niveles más bajos, mientras que para trabajar a mayores alturas
probablemente se recurrió a rampas escalonadas y equipadas con
mecanismos de levantamiento. La rampa en espiral que asciende alrededor
del núcleo de la pirámide no era adecuada para transportar cargas pesadas.
Existen restos arqueológicos de una rampa interior que penetraba
profundamente en el edificio y que, en sus niveles inferiores, fue usada para
acarrear materiales.
22
Figura 4: Velas izadas con poleas en el antiguo Egipto.
Fuente: http://www.gruaspuente.com.pe/Historia.html
Los antiguos griegos observaron la creación egipcia y se sintieron obligados
a usar y mejorar los equipos de elevación para construir grandes templos a
sus dioses y mejorar los métodos tradicionales como rampas para mover y
levantar las piedras del enorme edificio de enormes monumentos como el
Partenón. Los primeros vestigios del uso de las grúas aparecen en Grecia
alrededor del siglo VI. Se trata de marcas de pinzas de hierro en los bloques
de piedra de los templos. Se evidencia en estas marcas su propósito para la
elevación ya que están realizadas en el centro de gravedad o en pares
equidistantes de un punto sobre el centro de gravedad de los bloques.
23
Figura 5: Mecanismo de elevación creada por los griegos, primera grúa.
Fuente: http://www.gruaspuente.com.pe/Historia.html
El Imperio Romano, sin la introducción de la energía de las grúas y mejora
sobre el levantamiento de las cargas la construcción habría tomado mucho
más tiempo que lo hizo. De hecho, los romanos fueron los primeros en
utilizar múltiples grúas para cooperar con las tareas, como es evidente por
los bloques de piedra angular masiva utilizados en algunas de las famosas
estructuras de elevación. Cuando se incrementó el trabajo de construcción
en edificios que alcanzaron dimensiones enormes. Los romanos adoptaron
la grúa griega y la desarrollaron. La grúa romana más simple, el Trispastos,
consistió en una horca de una sola viga, un torno, una cuerda, y un bloque
que contenía tres poleas. Teniendo así una ventaja mecánica de 3:1, se ha
calculado que un solo hombre que trabajaba con el torno podría levantar 150
kilogramos (3 poleas × 50 kg = 150 kg), si se asume que 50 kilogramos
representan el esfuerzo máximo que un hombre puede ejercer sobre un
período más largo.
24
Figura 6: Trispastos romano en funcionamiento.
Fuente: http://www.gruaspuente.com.pe/Historia.html
En el alta Edad Media las grúas se utilizaban en puertos y astilleros para
estibar y construir barcos. Algunas de ellas fueron construidas ancladas a
torres de piedra para dar estabilidad adicional, dando paso así a las grúas
pórtico. En esta época, desde la llegada de la revolución industrial las grúas
de madera pasaron a ser desarrollados a base de hierro fundido y el acero.
La primera energía mecánica fue proporcionada por máquinas de vapor en
el siglo XVIII. Así las grúas modernas utilizan, generalmente, motores de
combustión interna o los sistemas de motor eléctrico e hidráulico para
proporcionar mayor fuerza, aunque las grúas manuales todavía se utilizan
para pequeños trabajos o donde es poco rentable disponer de energía.
La invención de la grúa torre móvil es, a su vez, el momento en que nació la
empresa Liebherr. Durante la postguerra, gran parte de Alemania se
encuentra en reconstrucción. En esa época, Hans Liebherr regenta el
negocio de construcción de sus padres en el sur de Alemania. Se da cuenta
de la falta de herramientas y máquinas para el ramo de la construcción y
para la construcción de viviendas. En 1949, en colaboración con
constructores y técnicos, desarrolla la primera grúa torre móvil. La TK 10 se
puede transportar con facilidad y ser montada fácilmente en la obra. Así,
25
esta grúa se convierte en el primer producto de la Hans Liebherr
Maschinenfabrik (fábrica de maquinería), fundada en 1949 en Kirchdorf. Con
los modelos sucesores se inicia la producción de grúas en la empresa
Liebherr y adiriendo mas empresas interesadas en el desarrollo de grúas
torres, tales como Weitz, Pingon, Potain siendo Alemania y Francia los
países donde empezaron con el mercado y uso de este tipo de grúas, una
década después se implementaría en España.
Figura 7: Una de las primeras grúas torres – 1960
Fuente: Libro “Operador de Grúa Torre”
26
1.2.1.3. Definición
Según la norma Española UNE (2003), la grúa es un aparato de elevación
de funcionamiento discontinuo destinado a elevar y distribuir, en el espacio,
las cargas suspendidas de un gancho o de cualquier otro elemento de
aprehensión. (s/p)
Para Borrás y Caudevilla (2004) es un aparato mecánico, alimentado por
corriente eléctrica que permite el desplazamiento vertical, circular y
horizontal de cargas suspendidas, sin que estas estén obligadas a seguir un
camino predeterminado. (p. 20)
Según Menéndez (2004) es una grúa pluma orientable en la que el soporte
giratorio de la pluma se monta sobre la parte superior de una torre vertical,
cuya parte inferior se une a la base de la grúa. (p. 23)
1.2.1.4. Partes de una grúa torre
a) Pluma: Es una estructura de celosía metálica de sección
regularmente triangular, cuya principal misión es dotar a la grúa de alcance
necesario; la base de esta estructura triangular sirve de también camino de
rodadura del carro de pluma. suele tomar el nombre de flecha.
b) Carro de Pluma: Constituido por un bastidor en forma de
carrito con ruedas que se desplazan a lo largo de la pluma por medio de la
acción tractora de un cable. Este carro incorpora las poleas por las que
circula el cable de elevación del que pende el órgano de aprehensión.
c) Contrapluma: Estructura de forma plana o de celosía
triamgular que esta destinada a soportar el contrapeso aereo; es, por tanto,
el elemento encargado de compensar el peso de la pluma, mas el de las
cargas suspendidas en las mismas, reduciendo asi los esfuerzos del
mecanismo de giro.
27
Esta unida a la plataforma giratoria mediante bulones y, a la vez, sujeta por
dos tirantes a la punta de torre. En su extremo más alejado está sujeto el
contrapeso.
d) Contrapeso: Estructuras de concreto prefabricado que se
colocan para estabilizar el peso y la inercia que se produce en la pluma.
Deben estabilizar la grúa tanto en reposo como en funcionamiento.
e) Plataforma o soporte giratorio: Estructura orientable capaz de
soportar la pluma, contrapluma y torreta porta tirantes.
f) Corona de giro: Es una corona giratoria de rodadura que
soporta típicamente una carga pesada pero de lento giro o de oscilación
lenta, a menudo una plataforma horizontal tal como una grúa convencional.
g) Torre: Es una estructura de celosía metálica de sección
regularmente cuadrada, cuya principal misión es dotar a la Grúa de altura
suficiente. Regularmente está conformada por módulos que facilitan el
transporte de la Grúa. Para el montaje se unirán estos módulos mediante
tornillos. Su forma y dimensión varía según las características necesarias de
peso y altura.
En la parte superior del mástil se sitúa la zona giratoria que aporta a la Grúa
un movimiento de 360º horizontales. También según el modelo puede
disponer de una cabina para su manejo por parte de un operario.
Para el acceso de operarios dispondrá de una escala metálica fijada a la
estructura.
h) Base: Conjunto estructural sobre el que se instala la torre, así
como el lastre necesario para la estabilidad de la grúa torre.
i) Lastre: Es la masa situada sobre la base para asegurar la
estabilidad de la grúa tanto en servicio como fuera de servicio.
28
El lastre puede estar constituido por bloques de concreto armado en número
suficiente para cubrir la cantidad indicada por el fabricante, también puede
ser constituida por cajones metálicos en los que se introducen áridos,
principalmente grava, hasta conseguir el peso necesario. Tanto los bloques
de concreto armado como los cajones metálicos se distribuyen
uniformemente sobre la base para distribuir simétricamente el peso.
j) Órgano de aprehensión (gancho): Dispositivo que sirve para
suspender, coger o soportar la carga. Puede adoptar muchas formas, tales
como una cuchara, un electroimán, un gancho, etc. Lo más habitual es que
esté constituido por una mufla porta poleas o polipasto por el que discurre el
cable de elevación y del cual pende el gancho de sujeción de las cargas, que
es articulado y giratorio. Asimismo, el gancho debe llevar un pestillo de
seguridad para evitar que se salgan las eslingas, cadenas, etc.
k) Motor de Elevación: Permite el movimiento vertical de la carga.
l) Motor de distribución: Permite el movimiento del carro a lo largo
de la pluma.
m) Motor de orientación: Permite el giro de 360°, en el plano
horizontal, de la estructura superior a la grúa.
1.2.1.5. Clasificación de las grúas torre
Según Miguel Ángel Menéndez González en su “manual para formación de
operadores de grúa torre” (2008, p.26), Las grúas torre se clasifican en tres
tipos:
a) Según su movilidad
Se pueden observar las fijas: en las cuales se tienen las apoyadas que están
colocadas sobre losas de concreto armado, zapatas corridas, muretes, etc. Y
también las empotradas que están en una zapata de concreto armado.
29
También se tiene las móviles: Se tienen dos tipos la primera sobre carriles
por medio de rodámenes y las trepadoras que se encuentran apoyándose
en la estructura de la obra, crecen con ella.
b) Según su pluma
Se tiene la de pluma horizontal que está constituida por una grúa torre y grúa
torre auto desplegable y también de pluma abatible que está conformada por
una grúa torre de pluma abatible.
c) Según su forma de montaje
Se tienen las auto montantes o auto desplegables, se despliegan por si
mismas sin ayuda de elementos auxiliares (por ejemplo la auto grúa).
También las desplegables, montaje mecánico y/o hidráulico por medio de
envíos. Por último montaje con auto grúa, el equipo de montadores se ayuda
con una grúa móvil autopropulsada para el montaje de la grúa torre.
1.2.1.6. Características elementales de una grúa torre
a) Alcance
Distancia horizontal que existe entre el eje de orientación de la parte giratoria
(es decir, la perpendicular que pasa por el eje de la base) y el eje vertical
que pasa por el órgano de aprehensión en su máximo desplazamiento.
Esta medida de alcance de pluma no tiene que confundirse con la longitud
de la pluma, que es la distancia entre el eje de orientación y el extremo final
de la pluma, conocer este dato es útil a la hora de respetar la distancia de
seguridad.
b) Altura bajo el gancho
Es la distancia vertical existente entre la base de la grúa y el gancho cuando
este se encuentre en la posición más elevada de trabajo.
30
c) Altura auto estable
Es la máxima altura bajo el gancho a la que se puede instalar una grúa para
que se mantenga estable (equilibrado) tanto en servicio como fuera de
servicio. Es decir, la máxima altura que puede alcanzar la grúa sin necesidad
de anclajes o arriostramientos.
d) Carga máxima
Es el valor máximo que es posible elevar en un tramo de desplazamiento del
carro comprendido entre el punto más próximo a la torre y el punto ubicado a
una distancia que varía con el modelo de grúa seleccionado.
e) Carga en punta
Es la carga máxima que podemos elevar cuando estamos trabajando a una
distancia correspondiente al alcance máximo. Por lógica, es un valor más
pequeño que la carga máxima, ya que produce mayores esfuerzos sobre la
grúa al actuar a mayor distancia de la torre.
1.2.1.7. Movimientos de una grúa torre
a) Elevación
Corresponde al movimiento de izado y descenso de las cargas.
b) Distribución
Movimiento que realiza el carro a lo largo de la pluma.
c) Orientación o giro
Movimiento realizado alrededor del eje vertical de la grúa, el cual pasa por el
centro de la base de esta.
d) Traslación
Que es el movimiento que realiza la grúa al desplazarse a lo largo de una
vía.
31
1.2.2. Productividad
1.2.2.1. Definición
Se define como la cantidad de bienes y servicios producidos en relación a
los recursos utilizados para evaluar y determinar el rendimiento de mano de
obra, maquinaria o de un sistema de procesos garantizando la calidad del
producto final.
1.2.2.2. Factores que intervienen en la productividad
a) Factores internos
Mano de obra, maquinaria y equipos, bienes inmuebles, energía, recursos.
b) Factores externos
Disponibilidad de materia prima, subcontratos, disponibilidad de capital e
intereses, políticas estatales de tributación, permisos.
1.2.2.3. Productividad en construcción
Actualmente en el mundo competitivo de la construcción, las empresas han
empleado sus esfuerzos en poder lograr la competitividad a través del
estudio de sus procesos e interacción entre ellos, filosofías de estudio,
capacitación de mano de obra para concluir con el factor importante de
poder alcanzar los objetivos con plazos cada vez más cortos y con la cálidad
garantizada del producto final.
1.2.2.4. Tiempo no productivo en obras de construcción
Cualquier actividad que no aporta valor y que se considera como una
perdida. Una de las causas es el tiempo en espera de abastecimiento de
materiales por mala planificación, llegando a sobrecostos en la búsqueda del
cumplimiento del trabajo, sobretodo en edificaciones de grandes
dimensiones tanto en altura como profundidad y con el poco espacio de
manipulación en zonas céntricas de la capital.
32
1.2.2.5. Impacto de la Grúa Torre en construcción
La productividad de un proyecto de edificación en altura se basa en el
aprovechamiento de sus recursos críticos y en el rendimiento de las partidas
críticas. La torre grúa es un equipo que esta creado y destinado para la
carga y descarga de diferentes materiales en las obras de construcción. Esta
herramienta permite ahorrar tiempos, fuerza humana, trabajos desgastantes,
facilitan los trayectos de sus cargas ya sea porque se necesita subir
materiales a cierto nivel o hacer desplazamientos de las cargas horizontales.
1.3. Hipótesis
1.3.1. Hipótesis principal
La productividad en obra mejora con la instalación temprana de la grúa torre,
mediante el diseño de una cimentación especial tipo voladizo que cumplan
las normas técnicas vigentes.
1.3.2. Hipótesis especificas
a) Se puede diseñar la cimentación especial tipo voladizo
cumpliendo las normas NTE030 (Diseño Sismorresistente) y NTE060
(Concreto Armado) vigentes.
b) Se reduce el uso de mano de obra usando el sistema especial
de cimentación en voladizo para grúa torre en la ejecución de muros
pantalla.
c) Se reduce el tiempo de ejecución de la obra con la aplicación
de la cimentación especial tipo voladizo para grúa torre.
d) Se reduce el costo de mano de obra y equipos usando el
sistema especial de cimentación en voladizo para grúa torre en la ejecución
de muros pantalla
33
CAPÍTULO II
METODOLOGÍA
2.1. Metodología de la investigación
2.1.1. Tipo de estudio
2.1.1.1. Mixta
Porque trata de calificar y cuantificar datos de campo, así como la medición
de tiempos y variables, de esta manera se obtiene valores estadísticos los
que serán analizados y planteados como objeto de estudio. Los datos
estadísticos hallados serán de importancia para la estructura de este
proyecto y por esta razón lo consideramos de carácter cuantitativo. Así
mismo también es cualitativo porque se analiza la realidad de obra mediante
gráficos de costos.
2.1.1.2. Descriptiva
Porque se aplica la metodología de los procesos de cálculo apoyándonos
con uso de software de ingeniería e informática para tener resultados
precisos, de esta manera los resultados serán fiables.
2.1.1.3. Explicativa
Porque trataremos el asunto en la forma de modelar una solución al
problema encontrado en obra.
2.2. Materiales
Entre los materiales utilizados en la elaboración del proyecto, se emplearon:
- Útiles de escritorio
- Papel bond
- Equipos de cómputo
- Cartuchos de impresión
- Cámara digital
- Textos bibliográficos
- Mobiliario de oficina
34
2.3. Desarrollo del proyecto
Para obtener un adecuado resultado en la investigación, hemos planteado
cuatro etapas:
2.3.1. Etapa de estudio
Abarca el reconocimiento del problema en forma global, apuntando al
planeamiento de las estrategias a seguir para hacer factible la investigación.
2.3.2. Etapa de Recolección de información
Se centran los esfuerzos en la recolección de datos que lleven a obtener la
suficiente información para hacer una adecuada investigación.
2.3.4. Etapa de Evaluación
Se realizará trabajos en campo con visitas a obra de diversos proyectos
ejecutados en Lima:
- CONSTRUCTORA FLAT CANEVARO SAC – Proyecto Edificio de
oficinas Beehive II – en Lince.
- CONSTRUCTORA VIVIENDAS DEL PERÚ – Proyecto Edificio
Multifamiliar Allegro – en San Miguel.
- MS CONSTRUCTORES – Proyecto Edificio Multifamiliar Neomar II – en
Pueblo Libre.
- CONSTRUCTORA CONSSOLIDA – Proyecto Edificio Multifamiliar
Liberpark – en San Miguel.
- GRUPO TyC – Edificio Residencial Robles Prime – en San Isidro.
- CONSTRUCTORA ABASTECETE PERU – Proyecto Edificio
Multifamiliar San Martin – en Pueblo Libre.
- CONSTRUCTORA JOPESA – Proyecto Edifico Multifamiliar Barranco –
en Barranco.
- CONSTRUCTORA INARCO – Proyecto Edificio Tai Loy – en Surquillo.
- CONSTRUCTORA ALBAMAR – Proyecto Edificio Destiny – en Jesús
María.
35
2.3.4.1. Etapa final
Con la información obtenida y procesada en cada uno de los pasos
mencionados, se elabora el tema de investigación.
El método de investigación abarca los siguientes puntos:
a) Trabajo de gabinete
Recopilación y análisis de la información relacionada con el área de estudio.
Para el presente trabajo de tesis, se hará uso de exploración temática de
normas nacionales de construcción y normas internacionales para utilización
de maquinaria, estas últimas se adaptaran a nuestra realidad nacional.
b) Trabajo de campo
Reconocimiento del campo de estudio, trabajo de campo para obtener
evidencia digital y fotográfica, obtención de la información cuantitativa y
cualitativa, petición de datos a los residentes de obras de construcción y
asistentes.
c) Trabajo final de gabinete
Modelación de un sistema especial de cimentación para grúa torre y
evaluación de la productividad que se obtendrá en obras de construcción;
redacción final de la tesis.
2.3.4.2. Procedimientos de recolección de datos
Para ello se hará uso de los siguientes instrumentos:
- Ficha de observación
- Reportes fotográficos
- Conversación expresa con ingenieros residentes de obras
- Textos bibliográficos
2.3.4.3. Métodos de análisis de datos
Los datos obtenidos serán analizados a través de:
36
Procesamiento de datos con los programas, Sap V.19, Autocad, Word y
Excel, Análisis comparativo.
37
CAPÍTULO III
PRUEBAS Y RESULTADOS
3.1. Objeto
La construcción se ha convertido en un factor de desarrollo para cualquier
actividad económica y social en nuestro País, producto de ello se espera que
el crecimiento del sector construcción apunte a un 4% por encima del año
anterior. La propuesta que planteamos de cimentación especial tipo voladizo
para grúa torre tiene como finalidad hacer que los constructores se
concienticen con la instalación temprana de una grúa torre en obra y así
obtengan mayores rendimientos y por consiguiente beneficios económicos
que harán que las utilidades sean a favor de la empresa constructora. Dicha
instalación temprana de la máquina en obra, conlleva a que se module que
el empotramiento de la grúa torre quede embutido dentro del espesor del
muro de anclaje en una esquina del frontis de la obra, dicha obra sería
funcional y deberá tener como mínimo una cantidad de 3 sótanos para así
poder calcular que la productividad aumente en relación a que los tiempos
constructivos se reduzcan y los plazos de entrega se acorten.
3.2. Campo de aplicación
La presente propuesta se aplica con mayor beneficio en todas las
actividades de construcción de edificios de vivienda multifamiliar, edificios de
oficinas empresariales y construcciones diversas que tengan más de 3
sótanos con sistema de muros de anclaje. Asimismo, la aplicación del
sistema de cimentación tipo voladizo será objeto de estudio en este trabajo.
3.3. Acciones que la grúa torre traslada a la cimentación
Para el objetivo de este capítulo a tratar, interesa conocer los tipos de grúas
torre desde el punto de vista de su forma de apoyo en el suelo.
Para el caso de las grúas torre fijas en el suelo, estas se clasifican en
empotradas y apoyadas.
38
Como el caso que presentamos trata de sobre la cimentación especial tipo
voladizo para grúa torre, nos centraremos como objeto de estudio en el tipo
de grúas empotradas.
3.3.1. Cargas sobre la grúa torre
Las cargas sobre la grúa torre son las fuerzas externas e internas que
actúan sobre la estructura. Estas fuerzas pueden clasificarse de acuerdo a
su origen en, cargas muertas y cargas vivas; además pueden también
clasificarse de acuerdo a la forma en que actúan sobre la estructura en,
cargas gravitacionales y cargas laterales. Nos interesa de forma particular,
trabajar con las cargas gravitacionales y cargas laterales ya que influirán en
el diseño final de la cimentación.
3.3.2. Cargas gravitacionales
Este tipo de cargas son las fuerzas provocadas por la gravedad de la tierra
que ejerce fuerza sobre la superficie terrestre. Entre este tipo de cargas
encontramos a las cargas muertas y las cargas vivas.
Las cargas vivas se dan en la grúa torre concibiendo que cualquier tipo de
carga, material, objetos entre otros izajes serán trasladados por la máquina
de un punto a otro.
Las cargas muertas son básicamente el peso propio de la estructura
incluyéndose en este, peso de la torre vertical, peso de los contrapesos
aéreos, arriostramientos y otros tipos de accesorios.
3.3.3. Cargas laterales
Las cargas laterales son las fuerzas ejercidas por la naturaleza o ambiente,
estas cargas básicamente son las cargas por sismo y las cargas por viento.
De los tipos de cargas antes mencionados, la más importante a tenerse en
cuenta para el diseño de la cimentación especial, es la carga ejercida por la
fuerza del viento, esto debido a que la carga del viento produce una acción
sobre la estructura de 4 a 1 en relación a la carga por sismo y es de vital
importancia considerar esta para realizar los cálculos.
39
3.3.4. Acciones que la grúa torre traslada a la cimentación por las
cargas gravitacionales
Como ya se mencionó en anteriores párrafos, las cargas gravitacionales son
las provocadas por la fuerza de gravedad la cual tiene una trayectoria
perpendicular a la superficie del suelo terrestre, por lo tanto la grúa torre
trasmitirá una carga puntual de compresión a sus cimientos a través de su
apoyo.
Figura 8: Cargas gravitacionales sobre la grúa torre.
Fuente: Elaboración propia.
Para grúas torres empotradas tenemos que:
FG = ∑ carga muerta + ∑ carga viva
La cual se traslada como una carga fg´ en el cimiento, que a la vez produce
una fuerza de reacción R´ que es el producto del Cs (capacidad portante del
suelo) por el área de la zapata.
R´ = FG
40
Esta reacción se traslada al suelo en forma de una carga distribuida en la
cimentación y/o zapata de empotramiento.
3.3.5. Acciones que la grúa torre traslada a la cimentación por las
cargas laterales
Estas reacciones son provocadas por la fuerza del viento y la fuerza del
sismo, como se mencionó antes, el caso más crítico se da con la fuerza del
viento.
Figura 9: Cargas laterales sobre la grúa torre.
Fuente: Elaboración propia.
Para grúas torres empotradas mediante cimentación, las fuerzas laterales
provocadas por la fuerza del sismo o la fuerza del viento, provocan en la
cimentación un momento M en el sentido de las cargas, además en la base
de la grúa torre unida con la cimentación, aparece una fuerza cortante que
es soportada por la reacción V en la cimentación.
V = ∑ F´ = F´1 + F´2 +………+ F´n
41
Para el cálculo del momento M se tiene:
M = ∑ F´d = F´1 d1 + F´2 d2 +………+ F´n dn
3.4. Tipos de cimentación
3.4.1. Cuando la carga gravitacional predomina
Cabe mencionar que este caso es inusual, pero puede darse en las grúas
torre bajo las premisas establecidas en el anterior punto 4.3. Podemos
deducir fácilmente que en este caso la mayor carga que soportará la
cimentación será por fuerza de compresión y el tipo de cimentación
recomendado será mediante zapata de cimentación que tiene una gran
capacidad de absorber las fuerzas y brindar estabilidad a la grúa torre
debido al área de base y peralte que tiene la misma. El comportamiento del
suelo bajo estas consideraciones se puede apreciar de la siguiente forma:
Figura 10: Presiones de contacto debajo de la zapata de la grúa torre.
Fuente: Elaboración propia.
Cuando la carga P no excede la excentricidad máxima, en el caso de existir
solo fuerza gravitacional, o en el caso de ser la carga gravitacional
predominante al momento de volteo Mv, el diagrama de reacción del suelo
42
puede considerarse como en la figura anterior. Las presiones de contacto
(suelo-cimiento) resultantes, se consideran distribuidas en forma lineal, y el
suelo trabaja a compresión en toda el área de la zapata, esto se logra con un
área adecuada, calculada mediante la utilización de la siguiente ecuación:
q máx/mín = 𝑃𝐴 ± 𝐼 (Ec. 01)
Donde P es la carga gravitacional y M es el momento, A es el área, c es la
distancia más lejana al centroide (generalmente L/2) e I el momento de
inercia de la sección.
Después de determinadas las dimensiones de la zapata de cimentación, se
procede a determinar el peralte d y el espesor T del cimiento. El peralte
requerido es el necesario para cumplir las condiciones de corte flexionante y
corte punzonante:
Por corte flexionante: Vuf ≤ Vc
Por corte punzonante: Vup ≤ Vcp
Donde Vuf es el corte flexionante sobre la zapata de cimentación debida al
suelo, Vc es el corte que resiste el concreto y f es el factor de reducción de
resistencia a corte de acuerdo al ACI es igual a 0.85. Para corte punzonante
Vup es el corte punzonante sobre la zapata de cimentación, Vcp es la
resistencia a corte punzonante del concreto y f es el factor de reducción de
resistencia a corte de acuerdo al ACI es igual a 0.85. Bajo estas condiciones
se calcula el valor del peralte por resolución directa.
Para hallar el espesor, debemos utilizar la siguiente fórmula:
T = d + r + ø/2
43
Donde T es el espesor, r es el recubrimiento mínimo determinado por
normas, según ACI como mínimo 7.5 cm y ø/2 es la mitad del diámetro de la
varilla requerida para refuerzo. El refuerzo es el mismo requerido en una
viga bajo las condiciones de carga por presiones del suelo.
3.4.2. Cuando el momento predomina
Este es el caso más frecuente para realizar cálculos, debido a que las
estructuras tienden a ser muy ligeras por la utilización de perfiles angulares
metálicos y por estar sujetos a cargas laterales de viento fuertes, que
sumados a la esbeltez de la estructura nos dan momentos de volteo muy
grandes en comparación a la carga gravitacional, por esta razón el diagrama
de interacción del suelo con la cimentación tiende a ser como se ve de la
siguiente forma:
Figura 11: Presiones de contacto debajo de la zapata con momento grande.
Fuente: Elaboración propia.
En este caso, el diagrama resultante de las presiones de contacto tiene dos
áreas, una real que es el área a compresión que se puede observar al lado
derecho de la figura anterior debido a que el suelo solo ofrece resistencia a
compresión, el diagrama punteado al lado izquierdo representa las
supuestas reacciones a tensión, que en la realidad no se dan por el
comportamiento de los suelos, para modificar este diagrama, se debe
44
agrandar el área de la zapata de cimentación, que por lo general conduciría
a la construcción de zapatas de cimentación muy caras y si el área para la
construcción de la grúa torre no es muy grande (caso muy regular en las
zonas urbanas) el proyecto no sería viable.
3.5. Cálculos y momentos de gestión
Para que una grúa torre se encuentre en momento de equilibrio debe
cumplirse que los momentos de estabilidad sean mayores que los momentos
de vuelco. El momento de un par de fuerzas, M, es una magnitud vectorial
que se calcula mediante el producto de cualquiera de las fuerzas por la
distancia perpendicular entre ellas.
Figura 12: Fuerzas y distancias de una grúa torre.
Fuente: Elaboración propia.
45
De la figura anterior se define:
P1 = Fuerza producida por el peso de la torre grúa
P2 = Fuerza producida de la cimentación de la grúa torre
P3 = Fuerza producida por el peso de la carga en punta
P4 = Fuerza producida por el peso de la pluma
P5 = Fuerza producida por el peso de los contrapesos de contrapluma.
P6 = Fuerza producida por el peso de la contrapluma.
Fv = Fuerza producido por la fuerza del viento.
L1 = Distancia de contrapluma.
L2 = Distancia de pluma hasta gancho.
L3 = Distancia lateral base.
L4 = Distancia c.d.g. de los contrapesos de la contrapluma.
L5 = Altura de la torre.
L6 = Ancho del tramo de la torre.
L7= Distancia c.d.g. de la pluma.
La suma de todos los momentos de estabilidad, son utilizados por el
fabricante para diseñar la grúa torre.
Los momentos de vuelco se dan exclusivamente por la fuerza del viento
siempre que no funcionen los motores y no haya elevación de las cargas.
Se considera que el momento de vuelco producido por un viento de 130
km/h a ras de superficie o de 150 km/h a partir de una altura de 20 m, tiene
su punto de aplicación a 2/3 de la altura total. Obteniendo la siguiente
fórmula:
46
Mv = Fv . d (Ec. 02)
Donde:
Mv = Momento del viento.
Fv = Fuerza del viento.
d = Altura total de la grúa torre.
4.5.1 Momentos que actúan en una grúa torre
3.5.1. Momento producido por el peso de la grúa torre
Figura 13: Momento producido por el peso de la grúa torre.
Fuente: Elaboración propia.
M1 = P1 ( )
47
3.5.2. Momento producido por la base de la grúa torre
Figura 14: Momento producido por la base de la grúa torre.
Fuente: Elaboración propia.
M2 = P2 ( )
3.5.3. Momento producido por el peso de los contrapesos
Figura 15: Momento producido por el peso de los contrapesos.
Fuente: Elaboración propia.
M5 = P5 (L4 + ( ))
48
3.5.4. Momento producido por el peso de la contrapluma
Figura 16: Momento producido por el peso de la contrapluma.
Fuente: Elaboración propia.
M6 = P6 (( ) + ( ))
3.5.5. Momento producido por el peso de la carga en punta
Figura 17: Momento producido por el peso de la carga en punta.
Fuente: Elaboración propia.
M3 = P3 (L2 - ( ))
49
3.5.6. Momento producido por el peso de la pluma
Figura 18: Momento producido por el peso de la pluma.
Fuente: Elaboración propia.
M4 = P4 (( ) - ( ))
3.5.7. Momento producido por la fuerza del viento
Figura 19: Momento producido por la fuerza del viento.
Fuente: Elaboración propia.
Rfvx = (L5.L6) . (L5) ( )
50
3.6. Cálculos de la estabilidad
Para poder tener referencia sobre la estabilidad que debe poseer una grúa
torre, nos basamos en la Norma UNE 58.121/86 (España), la cual define que
una grúa torre se considera estable cuando la suma algebraica de los
momentos de vuelco no es superior a la suma algebraica de los momentos
estabilizadores o antivuelco.
Según lo indicado por la Norma UNE 58.121/86, el cálculo de la estabilidad
de la grúa torre está afectado por un coeficiente de seguridad (CS) que debe
ser superior al valor de 1.5 considerado el punto de apoyo extremo de la
zapata de la máquina.
CS = ∑ 𝑖 𝑖𝑧∑ ≥ 1.5
CS = 𝑃 +𝑃 𝑥𝐿 + 𝑃 𝑥 + 𝐿 +𝑃 𝑥 𝐿 +𝐿P x(L − L )+𝑃 𝑥( 𝐿7 −𝐿 )+𝑅 𝑥 𝑥 𝑥 𝐿5 𝑥
Donde:
P1 = Peso de la grúa torre (sin considerar la cimentación)
P2 = Peso de la base
P3 = Peso de la carga en punta
P4 = Peso de la pluma
P5 = Peso de los contrapesos de contrapluma.
P6 = Peso de la contrapluma.
Rfv = 0.025T/m2 (presión del viento a 72Km/h)
L1 = Distancia de contrapluma.
51
L2 = Distancia de pluma hasta gancho.
L3 = Distancia lateral base.
L4 = Distancia c.d.g. de los contrapesos de la contrapluma.
L5 = Altura de la torre.
L6 = Ancho del tramo de la torre.
L7 = Distancia c.d.g. de la pluma.
3.7. Acción del viento
El viento transmite una fuerza a la torre grúa que se traslada a un momento
de inercia en dicha grúa torre equivalente al producto de la "fuerza
multiplicado por la distancia".
Cuanto más fuerza tenga el viento y más superficie tenga para hacer fuerza,
mayor efecto hace sobre la grúa, por eso se denomina "presión
aerodinámica del viento". Dicha presión varia con la velocidad del viento en
su cuadrado, es decir, si la velocidad de viento es 6 la presión es 36, si es 2
la presión será 2. Su forma matemática es:
Q= presión aerodinámica del viento en kg/m2 = (velocidad en km/h /14.4)2 Con lo cual, por ejemplo si la velocidad del viento es de 72 km/h se obtiene que: Q= (72 /14.4)2 = 25 kg/m2
Aquí se observa que en cada m2 se ejerce 25 kg de fuerza. El valor de 72
km/h es escogido por el fabricante para paralizar el trabajo de la grúa torre
en caso de que se superen los 72 km/h de viento.
3.8. Cálculo de la zapata de concreto
Debe tenerse en cuenta que para realizar un adecuado cálculo de las
dimensiones de la zapata de cimentación de la grúa torre, primeramente
debemos conocer las características de la máquina, carga axial total de las
52
estructuras (P), valores de los esfuerzos que transmite la máquina tanto en
servicio como fuera de servicio (M, V), características y resistencia del suelo
a cimentarse (ta).
Una vez conociendo los valores que intervienen para resolver y hallar las
dimensiones de la cimentación, debe presuponerse las medidas de la zapata
de la grúa torre y una vez obtenido el resultado debe comprobarse por medio
de métodos y fórmulas matemáticas que lo que hemos hallado cumpla con
las normas establecidas, para lo cual también se debe conocer el
reglamento de diseño de cimentaciones.
Para calcular las dimensiones de la zapata de la grúa torre, se debe tener en
cuenta la siguiente formula:
Q = L1 (m) x L2 (m) x h (m) x g (m/s2) x r (Tn/m2)
Donde:
L1 = Lado de la zapata (eje x)
L2 = Lado de la zapata (eje y)
h = Peralte de la zapata
g = valor de la gravedad = 9.81 m/s2
r = Peso específico del concreto = 2.4 Tn/m2
53
Figura 20: Excavación de cimentación de grúa torre empotrada.
Fuente: Elaboración propia.
Con el valor obtenido Q, se procede a asociar a las fórmulas matemáticas
para calcular el coeficiente de estabilidad al vuelco (Cs), luego debemos
verificar la tensión transmitida al terreno (𝑒) y el deslizamiento de la base, los
resultados deben estar dentro de los márgenes permitidos por las fórmulas.
Finalmente si las operaciones anteriores están dentro de los rangos, se
tendría entonces definidas que las dimensiones presupuestas sean las
dimensiones finales para después pasar a calcular el refuerzo de acero
estructural (As, S).
3.9. Diseño y modelación especial tipo voladizo
El diseño que se trabaja corresponde a la memoria de cálculo especial de la
base de empotramiento de una grúa torre de altura 39 a 42 m auto estable.
Por consideraciones de espacio en obra y debido a las condiciones de los
procesos constructivos, de sótanos con muros anclados, nos hemos visto en
la necesidad de requerir el uso de una máquina que contribuya y aporte
beneficios a la obra sin la necesidad de esperar a que se llegue al fondo de
la cimentación para poder realizar su zapata de base.
54
En referencia a lo manifestado en el párrafo anterior, se propone una base
especial de apoyo para la grúa torre la cual consiste en cimentarla mediante
el embutimiento del tramo estructural de base de la torre en una esquina del
terreno donde se encuentra construyéndose los muros de sótanos anclados
y por medio de una viga transversal se recibirá parte de la carga que
transmitirá la máquina hacia los muros que además, dicha viga servirá
también para soportar una de las patas del tramo estructural de base de la
torre.
La base especial de apoyo propuesta se muestra en la figura adjunta:
Figura 21: Base especial de apoyo para empotramiento de grúa.
Fuente: Elaboración propia.
Para el diseño se ha considerado la siguiente información:
- Manual de instrucciones de grúa torre de 39 a 42 m. de altura.
- Marca y modelo de fábrica de la grúa torre.
- Esfuerzos, reacciones y momentos de la grúa torre.
- Altura de montaje inicial de la máquina.
- Longitud de pluma y contrapluma.
- Carga máxima y carga en punta.
- Normas de diseño NTE-060 / Diseño de concreto armado.
55
- Normas de diseño NTE-030 / Diseño sismorresistente.
Lo primero ingresar las características del concreto armado para la base de
la grúa torre, siendo de resistencia a la compresión (f’c) = 280 kg/cm2.
Utilizando la ayuda del software profesional SAP2000 V.19, ingresamos los
datos necesarios al programa:
Tabla 1: Software SAP2000 V.19: Características del concreto.
Fuente: Elaboración propia.
56
El siguiente paso, continuamos con el análisis geométrico de la base y
proponemos el diseño estructural el cual se estudiara si cumplirá o no con
las normas de diseño.
Figura 22: Vista en planta de la base especial.
Fuente: Elaboración propia.
Seguidamente, se trabajaron con los valores de esfuerzos y carga que
transmite la grúa torre, para esto se considera:
57
Figura 23: Sentidos de orientación de fuerzas que transmite la grúa torre.
Fuente: Manual de usuario de grúa torre.
Se considera una grúa torre cuyas características fueron extraídas del
manual del fabricante. Específicamente se considera la altura de la torre con
39 – 42 m, la cual tiene las siguientes cargas:
Tabla 2: Esfuerzos de la grúa torre.
Fuente: Manual de usuario de grúa torre.
58
En resumen, se obtiene:
- Momento total en servicio (Mr) = 128.88 Ton-m
- Carga axial (V) = 44.04 Ton
Para hallar la carga sísmica, consideramos que el momento máximo ocurre
para el estado fuera de servicio, consideraremos a este estado como el
crítico.
Consideraremos una carga horizontal sísmica ubicada al tercio de la altura
de la torre multiplicada por un factor de aceleración horizontal pseudo
estática Kh = 0.15
H = P. Kh = 38.04 (0.15) = 5.71 ton
Ms = H (h/3) = 5.71 ton (42 m/3) = 79.94 ton-m
Para el desarrollo del modelo estructural y su análisis, nos apoyaremos
usando el software profesional SAP2000 V.19, para el efecto se desarrolló el
modelo estructural que representa la geometría, los elementos de la
estructura y las condiciones de apoyo que soportaran las cargas en la base,
en la siguiente figura se presenta el modelo utilizado.
Figura 24: Modelo de la estructura especial y la base de la grúa torre.
Fuente: Elaboración propia.
Respecto del estado de las cargas y dadas las condiciones de estas y sus
características en la estructura especial, se verificará el diseño para el
59
estado más desfavorable de aplicación de cargas, luego de la aplicación de
las cargas en el software profesional SAP2000 V.19 resulta lo siguiente:
Figura 25: Estados de cargas más desfavorables.
Fuente: Elaboración propia.
Seguidamente y continuando el proceso de cálculo de las secuencias
anteriores, para el diseño de la viga la cual es el elemento más esforzado de
la estructura especial, con los resultados del análisis se procede a su diseño
considerando las combinaciones que indica las normas vigentes.
La verificación de la capacidad de los elementos de concreto armado se
basó en un procedimiento de cargas factoradas, conforme a la Norma
Técnica de Edificación E-060 "Concreto Armado". Los factores de carga se
indican en la tabla siguiente. “D” denota cargas permanentes, “L” cargas
vivas, “Sx” y “Sy” efectos de sismo.
60
Tabla 3: Cargas factoradas.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 26: Deformada de la estructura.
Fuente: Elaboración propia.
61
Figura 27: Carga axial máxima en la viga.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 28: Momento Flector por pesos propios.
Fuente: Elaboración propia.
62
Figura 29: Momento Flector por cargas de servicio.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 30: Detalle en elemento crítico del momento flector
Fuente: Elaboración propia.
63
Figura 31: Refuerzo longitudinal por flexión.
Fuente: Elaboración propia.
El detalle de refuerzo longitudinal a colocarse es:
As(+) = 19.77 cm2 (4Ø 1”+ 2 Ø 3/4”=26.10 cm2)
As(-) = 18.72 cm2 (4 Ø 1”+ 2 Ø 3/4”=26.10 cm2)
64
El diseño final geométrico a implementarse para producción en obra es
según el modelo a continuación:
Figura 32: Diseño final – Vista en planta.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 33: Diseño final – Viga de concreto.
Fuente: Elaboración propia.
65
Figura 34: Diseño final – Viga empotrada en muro de sótano.
Fuente: Elaboración propia.
Se puede decir que las dimensiones y el refuerzo colocado en la estructura
especial de base para el empotramiento de la grúa torre cumple con los
requisitos de diseño establecidos en las normas vigentes.
3.10. Soporte de los muros de anclaje
Para proyectos de construcción en los que se diseña muros de
sostenimiento y estabilización de taludes, los proyectistas estructurales
realizan un diseño según la geometría de su obra y con ciertas
características de paños de muros, consideran también las longitudes y
cargas de los anclajes participantes.
Este segmento del capítulo no tiene por objeto profundizar en teoría ni
diseños de muros de anclajes, sino más bien se hará referencia a que en los
proyectos donde se instalaron una grúa torre empotrada en voladizo y
embutida en el espesor de los muros de anclaje, inicialmente no se diseñan
dichos muros para que reciban cargas adicionales que no sean las propias
de la edificación a construirse.
66
Cuando el constructor decide utilizar la grúa torre con el tipo de cimentación
especial en voladizo, en dicho momento se debe actuar para calcular si la
resistencia del muro es capaz de soportar la carga adicional que la máquina
transmitiría en el vértice y paños de muro donde se ubicará la grúa torre.
Se puede conocer que la resistencia original y fuerza de los anclajes de los
muros tiene un valor “x” en cada proyecto, si esta resistencia original se ve
incrementada con cargas Mr, V, H, el diseño del muro debe evaluarse
nuevamente para que se determine un nuevo plano de anclajes adicionales
a considerarse los que sean capaces de soportar la carga adicional
transmitida por la grúa torre.
Cabe mencionar que las cargas calculadas por cada anclaje, son analizadas
con ayuda de programas software de cálculo, en el cual se analizan las
condiciones estáticas y con acción de sismo.
Será el responsable calculista estructural del proyecto de construcción a
ejecutarse quien tenga el trabajo de evaluar y/o modificar todo lo referente al
nuevo diseño de los muros de anclaje con las cargas adicionadas de la grúa
torre, el profesional encargado debe considerar y determinar que los
anclajes tengan la debida longitud permisible, número, tipo, separación y
fuerza de los tirantes, proceso constructivo y cualquier consideración
necesaria para su aprobación y posterior ejecución. Así mismo, el calculista
estructural deberá también validar el plano de diseño de ensanchamiento de
muros y viga de soporte de unión entre muros de esquina. Debe tenerse en
cuenta que los diseños propuestos son válidos únicamente para cada
proyecto estudiado.
Si se cumplen con los pasos anteriores, podemos decir que el proyecto de la
cimentación especial tipo voladizo para grúa torre sigue adelante en su
ejecución y se suministrara por parte de la empresa instaladora de la grúa
torre, la base de empotramiento necesaria, para ello la coordinación e
interacción entre personal de ambas partes (constructor e instalador) debe
ser adecuada para que se obtenga un buen resultado en la construcción de
este sistema especial.
67
Figura 35: Muros de anclaje soportando estructura de grúa torre.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 36: Software GGU Análisis de cargas en muro de anclaje.
Fuente: Geofundaciones – Proyecto NEOMAR II en Pueblo Libre.
68
3.11. Variantes del diseño y modelación especial tipo voladizo
La arquitectura y configuración de terrenos para construcción de obras,
determinan los límites de un proyecto. Las superficies y áreas del espacio a
construirse hacen que la geometría de un proyecto se pueda modelar de
diversas formas. Para el caso de áreas de terrenos en las que la superficie
no sea totalmente cuadrada o rectangular, es decir, donde los vértices de las
esquinas no tengan ángulos de 90° y se tenga la necesidad de instalar una
grúa torre en la obra, nos lleva a estudiar distintos modos de orientar el
sistema del voladizo donde se colocara la máquina.
Se puede decir que no hay impedimento para la ingeniería en poder resolver
problemas constructivos sean por falta de espacio, área, geometría, calidad
de suelo, entre otros factores que se puedan encontrar en obra. Mediante
aplicaciones y estudios analíticos, hemos encontrado soluciones variables a
diversos proyectos en los que las esquinas de los muros han llegado a tener
ángulos mayores a 100° y ángulos menores cerrados de hasta 60°.
Para las estructuras ancladas se deberá tener en cuenta los siguientes
aspectos:
- La estabilidad global de la zona donde se encuentra la estructura
anclada
- El comportamiento de cada uno de los anclajes y sus efectos sobre el
muro.
- Adecuados coeficientes y factores de seguridad que garanticen
resistencia y soporte de la grúa torre.
- Distribución y separación del número de anclajes a colocarse en los
muros de obra.
A continuación se muestra algunos detalles de planos aprobados para
ejecución de cimentación especial tipo voladizo.
69
Figura 37: Cimentación GT en Edificio Multifamiliar Barranco.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 38: Cimentación GT en Edificio Tai Loy.
Fuente: Elaboración propia.
70
Figura 39: Cimentación GT en Edificio San Martin.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 40: Plano Proyecto cimentación GT en Edificio ROBLES PRIME.
Fuente: Elaboración propia.
71
Figura 41: Cimentación GT en Edificio BEEHIVE.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 42: Cimentación GT en Edificio DESTINY.
Fuente: Elaboración propia.
72
Figura 43: Cimentación GT en Edificio NEOMAR Il.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 44: Cimentación GT en Edificio VERTICE 22.
Fuente: Elaboración propia.
73
A continuación se muestran algunas imágenes de las armaduras de la
cimentación especial tipo voladizo para grúa torre.
Figura 45: Encofrado de fondo de viga y estructuras de acero armadas.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 46: Colocación de estructura patas de empotramiento de la grúa torre.
Fuente: Elaboración propia.
74
Figura 47: Cerramiento y encofrado de viga transversal y muro.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 48: Desencofrado posterior al vaciado del concreto.
Fuente: Elaboración propia.
75
Figura 49: Estructura de grúa torre instalada sobre la cimentación especial.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 50: Estructura de grúa torre instalada sobre la cimentación especial.
Fuente: Elaboración propia.
76
3.12. Diferencia costos cimentación especial tipo voladizo contra
cimentación convencional en zapata
Para comprensión de este punto a tratar, primero se debe definir claramente
los tipos de cimentación a compararse entre sí, se ha advertido que la
cimentación especial tipo voladizo para grúa torre se realiza embutida dentro
de los muros esquineros (vértice) de una obra y por medio de una viga
transversal (concreto armado) de conexión se unen ambos muros formando
así la estructura especial que recibir a la grúa torre; el otro tipo de
cimentación convencional a comparar, es la zapata de la grúa torre
empotrada en el terreno de la obra.
Para el caso de la cimentación especial tipo voladizo, lo regular en
dimensiones son, longitud de muro en sentido eje X = 2.70m., longitud de
muro en sentido Y = 2.70m., ancho de muros = 0.60m., longitud de viga =
3.70m., ancho de viga = 0.60m., peralte de muros esquineros y viga =
1.50m.
En el caso de la zapata empotrada en el terreno, por lo general, las
dimensiones regulares de la misma son de 5.00m. x 5.00m. x 1.50m., es
decir, de sección cuadra y peralte mínimo.
Para ambos tipos de cimentación se debe considerar elementos
componentes como son, volumen de concreto, metrado de acero,
excavación con maquinaria, mano de obra y las partidas que sean
necesarias para la ejecución de las mismas.
Se comienza el estudio analizando la zapata convencional empotrada en el
terreno de obra, por lo general estas cimentaciones se realizan en el fondo
de los sótanos de obra, las ubicaciones de las mismas son desarrolladas por
el constructor y/o el responsable del proyecto de instalación de la grúa torre.
77
A continuación se representara un bosquejo regular de la zapata de
empotramiento para una grúa torre.
Figura 51: Plano modelo de cimentación en zapata empotrada.
Fuente: Elaboración propia.
78
Del plano anterior, se realizan los cálculos necesarios para así obtener un
cuadro de costos y utilizando la ayuda del programa software Excel se arma
el esquema correspondiente:
Tabla 4: Costos zapata empotrada para grúa torre.
Fuente: Elaboración propia.
Se aprecia que el costo de la cimentación con zapata empotrada tiene un
valor aproximado de S/. 15,817.89 soles. Cabe mencionar que estos valores
solo considera partidas de materiales y trabajos generales.
A continuación se descubre lo referente a la cimentación especial tipo
voladizo para grúa torre, a continuación se representara un bosquejo regular
de la cimentación especial tipo voladizo.
79
Figura 52: Plano modelo de cimentación especial tipo voladizo.
Fuente: Elaboración propia.
Del plano anterior, se realizan los cálculos necesarios para así obtener un
cuadro de costos y utilizando la ayuda del programa software Excel se arma
el esquema correspondiente:
Tabla 5: Costo cimentación especia tipo voladizo.
Fuente: Elaboración propia.
80
Se observa que el costo de la cimentación especial tipo voladizo tiene un
valor aproximado de S/. 5,827.23 soles. Cabe mencionar que estos valores
solo considera partidas de materiales y trabajos generales.
Analizando comparativamente ambos valores de costo obtenidos de las
formas de cimentación de la grúa torre, se aprecia una diferencia
considerable, el costo de la zapata empotrada es mayor que el costo de la
cimentación especial tipo voladizo, existe una diferencia de
aproximadamente S/. 9,990.06 soles, casi S/. 10 mil soles de diferencia,
pero, se debe tener en cuenta que se le debe adicionar un valor agregado a
la cimentación especial tipo voladizo ya que la instalación de la grúa torre
embutida en el muro de esquina representara que se aumente el número de
anclajes en función de la carga de la máquina, el número de anclajes y su
fuerza de tensado lo determinara el calculista estructural del proyecto.
3.13. Proyectos realizados en Lima
Para describir los proyectos realizados en Lima, al igual que en el punto 4.11
donde encontramos variantes del diseño y modelación especial tipo voladizo
para obras desarrolladas en base de planos estructurales, definiremos en el
Anexo I de esta tesis algunos planos complementarios de proyectos
realizados en Lima y sus descripciones.
3.14. Referencias
- Instrucción Técnica Complementaria MIE-AEM2 / Reglamento de
aparatos de elevación y manutención, referente a “grúas torre
desmontables para obras”
- Norma Técnica Peruana E.030 / Diseño Sismo Resistente
- Norma Técnica Peruana E.050 / Suelos y Cimentaciones
- Norma Técnica Peruana E.060 / Concreto Armado
- Norma Técnica Española UNE 58-102-74 / Cálculo de la estabilidad
de la grúa torre
- NORMA AMERICAN CONCRETE INSTITUTE ACI 318S-05 /
Concreto estructural
81
CAPÍTULO IV
DISCUSIÓN Y APLICACIÓN
4.1. Introducción
En el presente capitulo se ha determinado el impacto del diseño especial de
cimentación en voladizo, lo cual nos ha permitido montar con antelación la
grúa torre, por consiguiente los valores en los análisis de costos iniciales en
acarreo se han modificado en el proyecto en estudio y nos han servido para
la comparación entre ambos (proyectados y reales ejecutados)
4.2. Propósito
Determinar en cantidades numéricas el beneficio en la productividad del
proyecto respecto al costo proyectado.
82
4.3. Alcances del proyecto en estudio
- Ubicación: Av. Arenales N°1898. Esq. Av. Canevaro Nª 116,
Lince.
- Nombre del proyecto: BEEHIVE II
- Constructora: WC CONSTRUCTORES
- Descripción: Edifício de oficinas, 8 sótanos, 14 pisos.
- Tempo de ejecución: 16 meses.
Figura 53: Plano en planta, mostrando ubicación de la grúa torre.
Fuente: Elaboración propia.
83
4.4. Análisis de Costos Unitarios (A.C.U)
Se tomaron los análisis de costos unitarios iniciales del proyecto, los cuales
han sido elaborados por la empresa constructora a cargo del proyecto, antes
de la propuesta de la cimentación especial en voladizo para la grúa.
4.4.1. Análisis de Costos Unitarios de acarreo proyectados
Los cuales han sido elaborados para el presupuesto inicial, es decir sin el
uso de grúa torre en el intervalo de estudio.
Tabla 6: Análisis de costos de acarreo de acero.
Fuente: Proyecto BEEHIVE II.
Tabla 7: Análisis de costos de acarreo de encofrado.
Fuente: Proyecto BEEHIVE II
Tabla 8: Análisis de costos de acarreo de concreto premezclado.
Fuente: Proyecto BEEHIVE II.
84
4.4.2. Análisis de Costos Unitarios de acarreo en ejecución
Los cuales han sido elaborados en campo, una vez aprobada la propuesta
de la cimentación especial en voladizo, los análisis de costos reales, en
ejecución, son los siguientes:
Tabla 9: Análisis de costos de acarreo de acero con grúa torre.
Fuente: Elaboración propia.
Tabla 10: Análisis de costos de acarreo de encofrado con grúa torre.
Fuente: Elaboración propia.
Tabla 11: Análisis de costos de acarreo de concreto premezclado con grúa torre.
Fuente: Elaboración propia.
85
4.4.2.1. Comparativo de Análisis de Costos Unitarios proyectados
y ejecutados
Después de tener la información de los Análisis de Costos Unitarios en
ambos escenarios, tenemos el siguiente cuadro comparativo:
Tabla 12: Comparativo de análisis de costos unitarios.
Fuente: Elaboración propia.
Se observa que el número de veces del precio se eleva hasta más de 8
veces en los acarreos. En base a la lectura de campo obtenida y los análisis
de costos iniciales, vamos a determinar el impacto en el rendimiento,
ejecución y programación de obra.
4.4.2.2. Incidencias finales en Análisis de Costos Unitarios
Se obtienen al analizar las cantidades de mano de obra y equipos y sus
incidencias antes y después.
En primer lugar se tiene el porcentaje de incidencia de la mano de obra en
los Análisis de Costos Unitarios elaborados en principio en el presupuesto
inicial.
86
Figura 54: Incidencia de mano de obra en cimentación convencional.
Fuente: Elaboración propia.
Posteriormente se tiene el porcentaje de incidencia de mano de obra en el
análisis de costo unitario final con el cual fue ejecutado el proyecto, después
de la cimentación especial en voladizo.
Figura 55: Incidencia de mano de obra con viga en voladizo.
Fuente: Elaboración propia.
Se observa como ha disminuido la incidencia de mano de obra del 95% al
67%.
87
4.5. Programación de obra
La programación inicial, en tiempo, está representada en la siguiente
imagen:
Tabla 13: Programación inicial en tiempo.
Fuente: Elaboración propia.
A continuación la representación de tiempo de ejecución de muros pantalla
proyectado con cimentación convencional para grúa torre.
Figura 56: Tiempo de ejecución de muros pantalla proyectado.
Fuente: Elaboración propia.
53%
47%
CIMENTACIÓN CONVENCIONAL
% TIEMPO AVANCE MUROS
PANTALLA
% RESTO EDIFICACION
88
Como se observa, la ejecución de muros pantalla representa el 53% del
tiempo del proyecto en estudio, después del estudio se presentará el tiempo
que representa realmente después de la ejecución de muros pantalla y el
costo ahorrado.
89
4.5.1. Programación inicial valorizada de acarreos en muros
pantalla
Tenemos la programación de metrados de acarreo en muros pantalla por
mes.
Fu
ente
: E
labo
raci
ón p
ropi
a.
Tab
la 1
4: P
rogr
amac
ión
inic
ial c
on m
etra
dos
en a
carr
eo
90
A continuación se presentan los costos acumulados en el tiempo de
realización, para acarreos, proyectado inicialmente, es decir, con la
cimentación convencional.
Se observa que el acumulado proyectado inicial que se extiende alrededor
de los ocho meses es de 77,473.94 soles.
Tab
la 1
5: V
alor
izac
ión
acum
ulad
a de
aca
rreo
s
Fu
ente
: E
labo
raci
ón p
ropi
a.
91
4.5.2. Programación valorizada en ejecución de acarreos en muros
pantalla
Se presenta la programación de metrados de acarreo en muros pantalla por
mes, los cuales se lograron durante la ejecución con la cimentación especial
tipo voladizo.
Se observa que los dos primeros meses no hay cambios, ya que por
recomendación del calculista, es preferible montar la grúa en el segundo
Tab
la 1
6: M
etra
dos
de a
carr
eo c
on c
imen
taci
ón e
spec
ial
Fu
ente
: E
labo
raci
ón p
ropi
a.
92
anillo de muros pantalla para darle estabilidad a la grúa. Después se ve
duplicado el rendimiento gracias al uso de la grúa torre en los acarreos.
A continuación se presentan los costos reales acumulados en el tiempo de
realización, para acarreos, con la cimentación especial tipo voladizo.
Se observa que el acumulado proyectado ejecutado que se extiende
alrededor de los 5 meses es de 30,221.59 soles.
Tab
la 1
7: V
alor
izac
ión
acum
ulad
a de
aca
rreo
s re
ales
Fu
ente
: E
labo
raci
ón p
ropi
a.
93
A continuación se presenta el gráfico que permite observar la diferencia en
tiempo y costo de mano de obra y equipos en ambos escenarios, es decir
con los proyectados (cimentación convencional, para lo cual la grúa torre se
monta después de terminar la ejecución de muros pantalla) y los reales
(cimentación especial tipo voladizo, que nos permite tener la grúa torre
montada desde el segundo mes de ejecución en el segundo anillo de muros
pantalla).
Figura 57: Diferencia costo y tiempos en ambos escenarios.
Fuente: Elaboración propia.
Se observa que se ha ahorrado, en tiempo, 3 meses en ejecución de muros
pantalla y se ha ahorrado, en cantidad, 47,252.35 soles en mano de obra y
equipos a lo cual aumentamos los costos de anclajes y cimentación especial
en voladizo para grúa torre.
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
90000
MES 1 MES 2 MES 3 MES 4 MES 5 MES 6 MES 7 MES 8
COSTO MANO DE OBRA + EQUIPOS
CIMENTACION CONVENCIONAL (SIN GRUA TORRE)
CIMENTACION ESPECIAL TIPO VOLADIZO (CON GRUA TORRE)
94
Tabla 18: Costo total ahorrado en muros pantalla.
DESCRIPCION CIMENTACION CONVENCIONAL (S/.) CIMENTACION CON VIGA EN VOLADIZO (S/)
MANO DE OBRA Y EQUIPOS 77,473.94 30,221.59ZAPATA 15,817.89 -
VIGA EN VOLADIZO - 5,827.23ANCLAJES DE MURO PANTALLA (EJE 1 Y EJE F) 9,585.00
TOTALES 93,291.83 45,633.82
TOTAL 47,658.01
Fuente: Elaboración propia.
Se observa que el costo ahorrado se redujo en 47,658.01 soles, que
representa una reducción en 38.49% de mano de obra y equipos, además
del montaje de la grúa en ambos casos.
Tomando en cuenta los valores de la imagen 76, donde se observa los
costos con cimentación convencional y con cimentación especial tipo
voladizo para grúa torre se obtuvo el costo de ejecución y el costo ahorrado
en mano de obra y equipos para muros pantalla.
Figura 58: Ahorro de costo final en mano de obra y equipos.
Fuente: Elaboración propia.
95
Se ha concluido con la realización de muros pantalla con el ahorro en tiempo
de 3 meses, lo cual nos indica una nueva programación, el cual se
representa en la siguiente imagen.
Tabla 19: Programación real de ejecución.
Fuente: Elaboración propia.
Por lo tanto obtuvimos una nueva representación de tiempo en ejecución de
muros pantalla en el proyecto.
Figura 59: Tiempo de ejecución muros pantalla proyectado.
Fuente: Elaboración propia.
42%
58%
CON VIGA EN VOLADIZO
% TIEMPO AVANCE MUROS
PANTALLA
% RESTO EDIFICACION
96
Concluida la ejecución de muros pantalla con la cimentación especial tipo
voladizo para grúa torre, se redujo el tiempo de ejecución del mismo, del
53% (imagen 70) al 42%(imagen 79).
Ahora que se hallaron los tiempos representados de ejecución de muro
pantalla con respecto al resto de edificación con cimentación convencional
para grúa torre frente a la cimentación especial tipo voladizo, se puede
representar el tiempo global ahorrado en la ejecución del proyecto gracias al
uso de la grúa con cimentación especial propuesta.
Figura 60: Tiempo de ejecución final reducido.
Fuente: Elaboración propia.
Ya que el tiempo de programación se redujo de 15 a 12 meses, se ahorró el
20% de tiempo en la ejecución del proyecto.
97
CONCLUSIONES
Primera:
Segunda:
Tercera:
Cuarta:
Quinta:
Sexta:
Séptima:
Octava:
En este trabajo de tesis se comprobó que con la utilización
de programas software de cálculo de estructuras se pudo
obtener los resultados que esperábamos.
Uno de los objetivos de este trabajo es lograr que el
elemento estructural de cimentación especial tipo voladizo
para grúa torre sea capaz de soportar la estructura de la
máquina y sus esfuerzos, a su vez que cumpla con
requerimientos de seguridad y funcionalidad.
Es posible diseñar la cimentación tipo voladizo para grúa
torre cumpliendo las normas E 030 y E 060.
Es necesario hacerlo una vez se haya concluido el
segundo sótano para la estabilidad de la grúa.
El costo de la mano de obra y equipos se redujo en 39%
usando este sistema en voladizo en la ejecución de
sótanos.
La incidencia de mano de obra se redujo en 28% en los
Análisis de Costos Unitarios de acarreo.
El tiempo de ejecución del proyecto se redujo 20%
respecto al tiempo inicial programado.
Este trabajo de tesis nos permitió identificar que se puede
lograr conseguir ahorro económico y tiempo en la
ejecución de un proyecto de construcción, con la
instalación temprana de una grúa torre en la obra.
98
RECOMENDACIONES
Primera:
Segunda:
Tercera:
Cuarta:
Quinta:
A los constructores que tengan la necesidad de utilizar
este sistema especial tipo voladizo para grúa torre, que
desarrollen sus estudios de factibilidad estructural según
el tipo de máquina que vayan a instalar ya que cada
equipo es diferente de los demás y tienen esfuerzos y
reacciones que pueden diferir de lo que se ha planteado
en este trabajo de tesis.
El Perú se encuentra en una zona de alto riesgo sísmico
por lo que es recomendable que como ingenieros civiles
tomemos en cuenta que los análisis y cálculos mantengan
factores de seguridad para que de esta manera logremos
reducir la vulnerabilidad que se pueda presentar a la
estructura especial tipo voladizo.
Sería de gran importancia la realización de un estudio
sísmico en la zona de trabajo a fin de tomar las medidas
de seguridad necesarias para lograr un adecuado sistema
de prevención ante cualquier evento sísmico que pudiera
presentarse.
Los ingenieros calculistas que revisarán y/o validaran los
refuerzos al muro de anclaje, deben analizar de manera
detenida los esfuerzos y reacciones que la estructuras de
la grúa torre transmitirá a los muros a construirse para
determinar así la distribución de espacio y fuerzas entre
los anclajes tensores.
Para asegurar la funcionalidad de la cimentación especial,
se recomienda que los obreros constructores sean
conscientes del buen armado del acero y vaciado del
99
Sexta:
concreto, siempre guiados por un especialista en el tema.
Posteriormente a futuro, con mayor estudio, esfuerzo y
dedicación, podremos incorporar nuevos diseños e
implementar tecnologías avanzadas de cimentación
especial para resolver problemas no comunes de montaje
de grúas torre en diversas locaciones del país.
100
FUENTES DE INFORMACIÓN
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Ediciones Atrium.
Consultora Construequipos. (2006) Normas de seguridad para torre grúa.
Recuperado de: http://construequipos.com
Esparza, J. (2006). Uso correcto de las grúas torre. Recuperado de:
http://es.scribd.com/doc/204605113/USO- CORRECTO-DE-LAS-
GRUAS –TORRE
Grúas Puentes S.A.C (2016). Historia. Lima, Perú. Recuperado de:
http://www.gruaspuente.com.pe/Historia.html#prettyPhoto
Liebher (2016). Sobre Liebherr. Recuperado de:
http://www.liebherr.com/es/esp/sobre-liebherr/historia/1949-
1960.html
Mena, J. (2007). Estudio de productividad y rendimientos en procesos
constructivos, mediante uso de grúa torre. Instituto Tecnológico de
Costa Rica. Cartago, Costa Rica.
Menéndez, M. A. (2006). Manual para la formación de operadores de grúa
torre (8ª. Ed.). Valladolid, España: Lex Nova.
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física de trabajo: definición y evaluación. Recuperado de:
http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTe
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Paredes, C. (2013). Efecto de las grúas en edificación en altura. BiT (89)
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Recuperado de:
http://www.construccion.org/normas/rne2012/rne2006.htm
101
Reglamento Nacional de Edificaciones (2016). E030: Diseño Sismo
resistente. Recuperado de:
http://www.construccion.org/normas/rne2012/rne2006.htm
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Productividad.
Rios, M. (2017). Sector Construcción: ¿qué impulsará su crecimiento?
Recuperado de: http://gestion.pe/inmobiliaria/sector-construccion-
que-impulsara-su-crecimiento-2182740. Diario Gestión.
102
ANEXOS
103
ANEXO 1
MATRIZ DE CONSISTENCIA
104
ANEXO 2
PLANTILLA PARA LECTURA DE CAMPO
105
ANEXO 3
ALCANCES PROYECTO EN EJECUCIÓN – NEOMAR
• Proyecto: Edificio multifamiliar Neomar
• Constructora: MS Constructores
• Ubicación: Av. Manuel Cipriano Dulanto cdra. 13 – Pueblo Libre.
• Plano en planta
106
ANEXO 4
PLANO CORTE 1-A, EJE G-G - NEOMAR
107
ANEXO 5
PLANO CORTE 1-B, EJE 1-1 – NEOMAR
108
ANEXO 6
ALCANCES PROYECTO EN EJECUCIÓN – LIBERPARK
• Proyecto: Edificio multifamiliar LIBERPARK
• Constructora: CONSSOLIDA
• Ubicación: Av. Universitaria N° 614 - San Miguel
• Plano en planta
109
ANEXO 7
PLANO CORTE 1, EJE A-A – LIBERPARK
110
ANEXO 8
PLANO CORTE 2, EJE 3-3 – LIBERPARK
111
ANEXO 9
ALCANCES PROYECTO EN EJECUCIÓN – BARRANCO
• Proyecto: Edificio multifamiliar BARRANCO
• Constructora: JOPESA
• Ubicación: Av. República de Panamá N° 247 – Barranco
• Plano en planta
112
ANEXO 10
PLANO CORTE 1, EJE G-G – BARRANCO
113
ANEXO 11
PLANO CORTE 1, EJE 1-1 – BARRANCO
