Ventajas Tecnico-Economicas del Uso de Sistemas de Losas Prefabricadas en Vivienda de Interés Social Sistema en Pro de la Vivienda Sustentable

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1 Ventajas Tecnico-Economicas del Uso de Sistemas de Losas Prefabricadas en Vivienda de Interés Social Sistema en Pro de la Vivienda Sustentable Investigación Sistemas de Piso Prefabricado Vigueta Pretensada y Bovedilla Por: M. en I. Daniel Padilla Romero

2

3 Vivienda Sustentable El concepto de sustentabilidad surge cuando se comprende la incidencia del desarrollo económico y social en el medio ambiente y se busca el máximo aprovechamiento de los recursos disponibles en el planeta sin perjuicio para otras generaciones. Criterios de Sustentabilidad Uso eficiente de la energía Diseño o bioclimática Diseño o de áreas verdes Uso eficiente de los recursos naturales Tratamiento de residuos sólidoss Confort Usuario Térmico Madera Agua Acústico

4 Durabilidad Seguridad Sustentabilidad Costos Sistemas de Piso Prefabricado (Vigueta Pretensada-Bovedilla) Normas Tecnología Flexible Tradicional

5 Estrategia 1.2 y 1.3 (PVN ) 2012): Producción Masiva con Buen control de calidad y Bajos costos con respecto a los sistemas de piso tradicionales. Capacidad de Producción: ml / mes Aprox m 2 /mes Aprox viviendas/mes Notas: Capacidad estimada de las empresas socias ANIVIP Factor de conversión de ml a m 2 de 1.25 Viviendas de aprox. 40m 2

6 Regiones Climáticas Republica Mexicana

7 Sensaciones térmicas en el bioclima calido seco (Mexicalli) Conductividad Térmica del sistema vigueta y bovedilla < (Aprox. 3 veces) Sensaciones térmicas en el bioclima calido húmedo (Villahermosa) Conductividad Térmica de la losa maciza

8 (A) Niveles de Ruido recomendable en la mayoría a de las edificaciones oscilan entre los 35 y 40 decibeles (B) Aislamiento Acústico en elementos de construcción n se logra con el numero de capas con las que se construye el elemento. (C) Cada capa tiene una frecuencia de resonancia que depende del material y espesor. (D) El requerimiento básico b para el asilamiento acústico es tener capas con diferentes frecuencias de vibrar. CONCLUSION: El Sistema Vigueta Pretensada y Bovedilla posee mayor aislamiento acústico que el sistema tradicional de losa maciza.

9 Consumo de Madera por m2 (Losa Maciza) Cantidad vol (m 3 ) kg Polin 31/2"x 31/2"x pt Barrote 11/2"x4"x pt Chaflan 3/4"x3/4"x m Duela 3/4"x4"x pt Consumo de Madera por m2 (Losa Vigueta y Bovedilla) Cantidad vol (m 3 ) kg Polin 31/2"x 31/2"x pt Barrote 11/2"x4"x pt Chaflan 3/4"x3/4"x m Duela 3/4"x4"x pt El consumo de madera por m 2 de losa del sistema de vigueta y bovedilla es solo el 6% del consumo de madera por m 2 de los sistema de losa tradicionales. (colado in-situ)

10 REQUISITOS PARA QUE UNA VIVIENDA SEA CATALOGADA HIPOTECA VERDE A partir del 1 de enero de 2009 los criterios que obligadamente deberán tener la vivienda nueva para un crédito Hipoteca Verde son: 1. Lámparas compactas fluorescentes 2. Llaves ahorradoras de agua 3. Regadera con obturador 4. Sanitarios de baño consumo de agua menor a 5 lts. 5. Calentador solar de agua (en climas no cálidos) 6. Calentador de gas de alta eficiencia (en todos los casos) 7. Aislante térmico en techos 8.Aire acondicionado eficiente (en climas cálidos si la vivienda es de más de 148 VSM) 9. Contenedores de residuos orgánicos e inorgánicos 10. Servicios de postventa.

11 COMO SE QUE UNA LOSA CUMPLE? Losa de concreto maciza. Losa de concreto aligerada con casetón. Losa de concreto aligerada con block. Losa de Vigueta Pretensada y Bovedilla A/C. Losa de Vigueta Pretensada y Bovedilla de Poliestireno Losa de Vigueta de Alma Abierta y Bovedilla. Ejemplo grafico de una losa con Vigueta y Bovedilla

12 ORGANISMOS TRABAJAN EN LAS CERTIFICACIONES PARA HIPOTECA VERDE:

13 VALOR DE R MIINIMO REQUERIDO POR EL PROYECTO DE NORMA NMX-C-460 Donde: A. S. C.= Aislamiento Superior Continuo A. I. C.= Aislamiento Inferior Continuo

14 Variables Principales que Intervienen en el calculo del valor de R del Sistema Vigueta y Bovedilla de poliestireno Hipótesis de Calculo: La valor de resistencia térmica R del sistema es una suma directa de la resistencia térmica de cada material en función de su espesor- ( ; ) R = f e R sistema funcion espesor material material

15 CALCULO DE R según especificación ESP4454 Sistema de Vigueta Pretensada y Bovedilla poliestireno Peralte de Bovedilla Entre ejes de viguetas Patín de Vigueta Peralte del Poliestireno

16 INTERPRETACION DE NORMAS EN EL SISTEMA VIGUETA PRETENSADA Y BOVEDILLA: UN MATERIAL O PIEZA CON EL QUE SE CONTRUYE UNA VIVIENDA PUEDE TENER VARIOS CERTIFICADOS Y CADA UNO SOLO VALIDA UNA CARACTERITICAS DEL PRODUCTO NOM-018-ENER: Norma que sirve que validar las características térmicas de un material especifico. La NOM-018 no valida, ni certifica las características estructurales de la pieza que se fabrica un material termoaislante certificado por la NOM-018. NMX-C : Norma que sirve para validar el comportamiento estructural del sistema Vigueta y Bovedilla. La NMX-C-406 no valida comportamiento térmico del sistema.

17 INTERPRETACION DE NORMAS EN EL SISTEMA VIGUETA PRETENSADA Y BOVEDILLA: UN MATERIAL O PIEZA CON EL QUE SE CONTRUYE UNA VIVIENDA PUEDE TENER VARIOS CERTIFICADOS Y CADA UNO SOLO VALIDA UNA CARACTERITICAS DEL PRODUCTO NMX : Norma que sirve para fijar el valor de resistencia térmica R en función de cada una de las zonas de la República Mexicana. FIDE ESP-4454: Es una especificación que sirve para validar y certificar el valor de resistencia térmica R del Sistema Vigueta Pretensada y Bovedilla de Poliestireno. Mérida, Yucatán 9 Octubre de 2009

18 Ejemplo de Certificado NOM-018-ENER para poliestireno expandido Placa = Probeta Probeta: Placa de 30x30cmx1 espesor usada por el laboratorio para determinar la propiedades del poliestireno usado para la fabricación de la: Bovedilla, la placa, el casetón, etc. Mérida, Yucatán 9 Octubre de 2009

19 Características Técnicas T Sistema Vigueta y Bovedilla Vigueta Pretensada Bovedilla

20 Uso del Sistema Vigueta y Bovedilla El sistema de Vigueta Pretensada y Bovedilla de cemento arena, llegó a México en 1955 y su uso actualmente llega al 20% de las losas que se construyen en México. CALIDAD DE LOS MATERIALES: La calidad de los materiales con que están producidas estas viguetas son los siguientes: -Concreto f c= 400 kg\cm 2 -(250 kg\cm 2 en obra) -Acero f y= kg\cm 2 -(4200 kg\cm 2 en obra) Cumplen con la Norma NMX-C ONNCCE

21 Aquí se tienen varios peraltes en donde su única función es que a mayor peralte mayor es la distancia entre apoyos (Apuntalamiento).

22 BOVEDILLAS. Estas pueden ser de cemento arena, poliestireno, cerámica o Fibra de Vidrio (Premexcimbra). Lo mas usual es de cemento arena aunque el uso del poliestireno se va incrementando día a día porque tiene una serie de ventajas que pueden ser: A) Ligereza para el transporte (a largas distancias el costo del transporte es bajo por ejemplo a 200 km) B) Facilidad para el izado en la obra y su colocación. C) Disminución del desperdicio al no tener roturas. D) Aislante térmico y acústico.

23 Ejemplos de Pisos Prefabricados armados con el sistema Vigueta y Bovedilla

24 Vigueta en Cumbrera Características Generales Vigueta y Bovedilla Apuntalamiento

25 Conexión n por Solapo (Vista en planta) Conexión n por Solapo (Corte) Conexión n por Solapo en trabe plana

26 Colocación n de viguetas en trabes previamente coladas Losa Vigueta y Bovedilla en Voladizo Colocación n de viguetas sobre trabes metálicas

27 Colocación n de viguetas ahogadas en trabes metálicas Vigueta en voladizo Coeficiente de reparto transversal de cargas

28 OBRAS CON VIGUETA Y BOVEDILLA Torre Bellagio 20 niveles Casa habitación San jerónimo Hotel Fiesta Inn Naucalpan. 10 niv. Local comercial centro. (sustitución Boveda Catalana) Mc Donald s

29 OBRAS CON VIGUETA Y BOVEDILLA Bodega Cuautitlán izcalli Estacionamiento Edificio habitacional Bodega Cuautitlán izcalli Cinemex.

30 Versatilidad del sistema Vigueta y Bovedilla Puente Curvo.

31 $600 Costo total de losa por m 2 $550 $500 Costo (pesos) $450 $400 $350 $300 $250 $200 $150 VyB POL VyB A/C Alma abierta Losa maciza Losacero Claro (m)

32 Proyecto Investigación n ANIVIP Proyecto: Ensayar 17 Modelos de losas. Laboratorio: CENAPRED Asesor: Dr. Oscar López L Batiz Apoyo: Daniel Padilla Romero-Guilio Florez. Variables a Investigar: 1. Resistencia del concreto ( kg/cm2) 2. Bovedilla (Poliestireno- A/C) 3. Orientación n de la Vigueta 4. Uso de concretos ligeros 5. Uso de fibra 6. Tipo de Tablero (Uno o dos) 7. Ausencia de Vigueta Extremo fijo 8. Ausencia de adherencia entre bovedilla y capa de compresión.

33 Hipótesis de Análisis y Diseño. Análisis de cargas. Acción del pretensado Vigueta pretensada contraflecha + Acción de las cargas muertas sin apuntalamiento L wcm = wcm + wpp + L =

34 Diafragma Rígido. Hipótesis Diafragma (flexible, rígido). Criterio UBC: Se considera diafragma flexible: Distorsión Diafragma > 2 veces la Distorsión de Entrepiso

35 Diafragma Rígido. Fuerzas sísmicas de diseño del piso. Mi SISTEMA LATERAL a piso SISTEMA DE PISO Fpiso i = Fi + aowi ESTIMACION DE LAS FUERZAS SÍSMICAS SMICAS DE DISEÑO O DEL PISO a o Las fuerzas aumentan con: La altura del edificio La masa del piso Masa DISEÑO O DEL FIRME DEL SISTEMA DE PISO Fuerza de Inercia Es función n de cualquier Sistema de Piso resistir las Fuerzas Inerciales

36 Pernos sujetadores F F Superficie lisa Gato

37 Cambio! Modelos de un solo tablero de losa y refuerzo diferente del firme de concreto Vista en Planta 210 B Viga 20 x A 210 Vigueta P-13 (T-1) X Vigueta P-13 (T-1) Vigueta P-13 (T-1) A Y Bovedilla de Poliestireno 13 / 64 / Var. 127 Cadena C 20 Viga 20 x C Agujeros de φ = 3.8cm (1.1/2") B

38 B Viga 20 x Gancho de φ Vigueta P-13 (T-1) 210 X Y Bovedilla de Poliestireno 13 / 64 / Var. 127 Cadena A A C Viga 20 x 30 C Modelos de dos tableros de losa con conexión por solapo de las viguetas (2 modelos) Vista en Planta Vigueta P-13 (T-1) Vigueta P-13 (T-1) Ganchos de φ Vigueta P-13 (T-1) Vigueta P-13 (T-1) Vigueta P-13 (T-1) C C Agujeros de φ = 3.8cm (1.1/2") B

39 3 Varilla de 3 8" Losa (capa) de compresión de 4 cm Refuerzo distribuido (malla, ver cuadro) Bastón (ver cuadro) 4 alambrón de 1 15 cm Bovedilla de Poliestireno 35 Vigueta Pretensada P-13 (T-1) 13/70/Var. 210 Corte A-A Longitud de gancho de varilla de 3/8" Bastón (ver cuadro) Refuerzo distribuido (malla, ver cuadro) 4 Bastón (ver cuadro) Vigueta P-13 (T-1) Corte B-B 20 Detalle de Viga 20 x Agujero de φ = 3.8 cm (1.1/2") 2 φ 1/2" Todas las varillas de 1/2" E 6cm E Corte C-C (Viga 20 x 30)

40 Extremo donde se aplicó carga y donde se midió el desplazamiento lateral global Extremo fijo

41

42 Vista General del Ensaye Sistema de adquisición n de datos

43

44 Vista general del modelo después s de la prueba. Hay daño o e incluso agrietamiento severo de la vigueta, pero no hay desprendimiento de los elementos componentes del sistema

45 15 Cortante en el plano de losa (ton) VB_Per_BAC_M01-10 VB_Par_BAC_M02 VB_Maciza_M Desplazamiento relativo (mm)

46 p ( ) 16 Cortante en el plano de losa (ton) Cortante en el plano de losa (ton) VB_Per_BAC_M01 VB_Par_BAC_M02 VB_Maciza_M03 Logarítmica (VB_Par_BAC_M02) Logarítmica (VB_Per_BAC_M01) Logarítmica (VB_Maciza_M03) VB_Per_BAC_M01 VB_Par_BAC_M02 VB_Maciza_M Desplazamiento relativo (mm) Desplazamiento relativo (mm)

47 Membrana sujeta a cargas puntuales López y Serrano ( ) Estudio relacionado con: Resistencia Rigidez Especimenes: Losas a base de paneles Losa maciza Vigueta y bovedilla 9600 P (kg) δ (mm) 36 δ N L/50 24 L/ P 3 =1200 kg/m 2 15 L/120 P 2 =600 kg/m 2 9 L/200 P 1 =200 kg/m 2 5 L/ Controlado por carga Controlado por desplazamiento Semiciclos

48 Placa de carga TRABAJO EXPERIMENTAL APARATO DE CARGA Y MODELOS Estructura soporte de losa modelo de prueba Piso de reacción Gato hidráulico de 100 ton Marco de aplicación de carga Puntal de aplicación de carga Modelo de prueba Problema de una placa simplemente apoyada en cuatro lados, con carga aplicada en una superficie finita. (Timoshenko, 1959) La geometría de los modelos cumplen con lo establecido en la Norma Mexicana para elementos a base de paneles. Elemento losa prefabricado: - Concreto, f c = 200 kg/cm2 -Capa de compresión 3 4 cm Vigueta de alma abierta y bovedilla de cemento arena. Peralte total de 20 cm Refuerzo de malla

49 Prefabricados sujetos a cargas verticales Variable: Orientación n de los elementos vigueta Modelo Sentido Largo Modelo Sentido Corto Zona de aplicación de carga Elementos de apoyo en la periferia de las losas 400 cm Vigueta Bovedilla 200 cm

50 Prefabricados sujetos a cargas verticales Carga vertical (kgf) Modelo Sentido Corto Modelo Sentido Largo Desplazamiento vertical al centro del tablero (mm) Resultados generales: - Comportamiento elástico hasta 2 veces el nivel de carga de servicio máxima probable según RDF para la condición más desfavorable para la condición geométrica de la losa. - No hay penetración en la capa de compresión (esfuerzos de contacto en la zona de carga de 49 ton/m 2 ) - Rigidez elástica similar a la obtenida para losa maciza Nivel de carga asociada al servicio 350 kg/m 2

51 Comportamiento en Solicitaciones Dinámicas Oscar López Bátiz, CENAPRED 2000 Estudio experimental comparativo entre sistema estructural monolítico y piso compuesto parcialmente prefabricado a escala natural

52 Comportamiento en Solicitaciones Dinámicas Patrón n de agrietamiento y daño o final en la esquina del lecho inferior de las losas Modelo P.C.R. Modelo C.R. Deformación n relativa de entrepiso DRE = 4% (distorsión n = 0.04)

53

54 1 PROPIEDADES DE MATERIALES 1.1 Propiedades del concreto 1.2 Propiedades del acero de refuerzo y malla electrosoldada 1.3 Bovedillas f / f s y Alambre de presfuerzo Acero de refuerzo DENOMINACIÓN Diámetro alambre Área del alambre Peso del alambre Área de acero Peso por m 2 (mm) (mm 2 ) (kg/m) (cm 2 /m) (kg) 6x6-10/ x6-8/ x6-6/ x6-4/ x6-3/ x6-2/ ε / ε y s

55 2 CONTROL DEL AGRIETAMIENTO 2.1 Revisión del Estado del Arte 2.2 Control de agrietamiento por cambios volumétricos en losas (Sección 5.7, NTCC, 2004) 2.3 Control de agrietamiento por flexión en losas 2.4 Control del agrietamiento debido a la contracción por secado en losas con restricción (Método de Gilbert) 2.5 Recomendaciones de diseño para el agrietamiento en losas Reglamento ACI 224R-01 ACI 318R-05 ACI 350.1R-01 Condición ó Exposición Anchos máximos permisibles, (mm) Aire seco o membrana protectora 0.40 Aire húmedo contacto con el suelo 0.30 Productos químicos descongelantes 0.20 Agua de mar, mojado y secado alternado 0.15 Estructuras para almacenamiento de agua 0.10 Interior 0.40 Exterior 0.30 Normal* 0.27 Severo 0.20

56 3 SISTEMA DE PISO VIGUETA Y BOVEDILLA (Diseño ante carga Gravitacional) 3.1 Ventajas del sistema 3.2 Fabricación Bovedilla Vigueta 3.3 Procedimiento de construcción 3.4 Diseño para carga gravitacional Peralte de la losa Limite de Vibracion, f=7.5hz Peralte y armado de la vigueta Espesor del firme Longitud de apuntalamiento 3.5 Criterios de estructuración Estados límites Uso del sistema vigueta bovedilla en sistemas estructurales W(kg/m 2 ) VIBRACIONES IMPERCEPTIBLES VIBRACIONES PERCEPTIBLES-NO RECOMENDADO h=20+5; T L(m) 3.6 Ejemplo de diseño ante carga gravitacional de un sistema a base de vigueta y bovedilla

57 4 CRITERIOS DE DISEÑO SÍSMICO DE SISTEMAS DE PISO PREFABRICADOS 4.1 Introducción 4.2 Filosofía de Diseño Sísmico de Sistemas de Piso Prefabricados 4.3 Determinación de las Fuerzas de Diseño en Sistemas de Piso Prefabricados 4.4 Diseño de sistemas de piso para fuerzas sísmicas en su plano w i h i w i + = h i F i = c W i i aw F o i piso i = Fi + aowi

58 5 DISEÑO SÍSMICO DEL SISTEMA DE PISO PREFABRICADO EN EDIFICACIONES DE MAMPOSTERÍA 5.1 Selección y configuración estructural de los edificios analizados 5.2 Selección de zona sísmica 5.3 Criterios de Análisis 5.4 Procedimiento de Evaluación 5.5 Análisis sísmico - sistemas de piso prefabricados (Análisis I: elementos finitos) 5.6 Análisis sísmico - sistema de piso prefabricado (Análisis II: Puntal y Tirante) f i f i f i f i f i f i f i f f i i f i f i f i f i f i f i f i f i

59 6 DISEÑO SÍSMICO DEL SISTEMA DE PISO PREFABRICADO EN EDIFICACIONES DE MARCOS 6.1 Selección y configuración estructural del edificio analizado 6.2 Selección de la zona sísmica 6.3 Criterios de Análisis 6.4 Procedimiento de Evaluación 6.5 Análisis Sísmico - sistemas de piso prefabricados (Análisis I: Elementos Finitos) 6.6 Análisis Sísmico - sistema de piso prefabricado (Análisis II: Puntal y Tirante) Fpi Fpi Fpi Fpi Fpi Fpi Fpi Fpi F pi

60 7 MÉTODO DE DISEÑO SÍSMICO SIMPLIFICADO 7.1 Procedimiento 7.2 Diseño 7.3 Aplicación método simplificado Edificio de mampostería 2 niveles Edificio de mampostería de 5 niveles Edificio de marcos de 10 niveles 7.4 Validación de procedimiento de diseño propuesto 7.5 Diseño simplificado usando graficas Ejemplo de aplicación empleando las gráficas: 7.6 Diseño de zonas críticas 18 Suelo Tipo I Suelo Tipo IIIa y IIIc Suelo Tipo II y IIId Suelo Tipo IIIb 50 Malla Malla Malla Malla Malla número de niveles LA 2 WTIP ap / 2b a p α

61 8 COMPARATIVA DE SISTEMAS DE PISO CON VIGUETA Y BOVEDILLA CON OTROS TIPOS DE SISTEMAS DE PISO EN EDIFICACIONES Tipo de losa Costo ($) / m 2 Costo relativo a la losa maciza Peso por unidad de superficie (kg/m 2 ) Maciza (peralte de 15cm) Aligerada (peralte de 35cm) Semivigueta (peralte de 20cm Inc. vigas secundarias) Vigueta (peralte de 25cm)

62 9 DETALLES CONSTRUCTIVOS 9.1 Detalles constructivos encontrados frecuentemente Apoyos externos de losas Apoyos interiores Losa en voladizo Losas inclinadas Instalaciones hidráulicas en sistemas de losa Enfrentamiento de viguetas 9.2 Detalles constructivos encontrados esporádicamente Direcciones de viguetas perpendiculares Encuentro oblicuo de viguetas Arranque de muros de mampostería sobre losas Bovedilla Refuerzo por momento negativo (Longitud de desarrollo de barras con dobleces) L dh (Longitud de desarrollo de barras rectas) Ld Malla electrosoldada Bovedilla Malla electrosoldada Refuerzo por momento negativo en la losa L d (Longitud de desarrollo de barras rectas) 5ø3/8" Cadena ø5/16" (Longitud de desarrollo de barras rectas) L d Acero de refuerzo adicional >12d b d >2.5h Trabe d/2 de borde 2ø3/8" Vigueta 0.5h 5cm (mín) 10cm (mín) Refuerzo en trabe 2h (Zona de losa maciza) Trabe Estribo de trabe Vigueta h Vigueta Bovedilla

63 Gracias!!!

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