PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA

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1 PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA Uso de la metodología BrIM (Bridge Information Modeling) como herramienta para la planificación de la construcción de un puente de concreto en Colombia Juan Sebastián Gaitán Cardona 09/12/2013 FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C.

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3 Presentado por: Juan Sebastián Gaitán Cardona C.C de Bogotá Director: Adriana Gómez Cabrera I.C., M.I.C. Pontificia Universidad Javeriana Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Civil Bogotá D.C. Diciembre de 2013

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5 Dedicatoria A mi familia y amigos, gracias por contar con su apoyo.

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7 Tabla de contenido Tabla de contenido... I Listado de Figuras... III Listado de Tablas... V 1 Introducción Objetivos Objetivos específicos Estado del arte Marco teórico Definición de BrIM (Bridge Information Modeling) Cuantificación de costos y materiales Definición de 4D Y 5D Programas empleados Autodesk Revit Structure Autodesk Revit Structure Extensions Autodesk Navisworks Autodesk Quantity Takeoff Marco Práctico Localización geográfica del puente Tipología del puente Descripción de la estructura Superestructura Subestructura Cimentación Metodología Elaboración de modelo paramétrico (3D) Modelación de superficie topográfica Modelación de elementos estructurales Viga, creación y sustitución de los elementos Pedestal, topes y tapas, creación y sustitución de los elementos I

8 Estribo, creación y sustitución de los elementos Viga cabezal, espaldar Aletas Apoyo y losa de aproximación Cimentación, creación e introducción de los elementos Modelación del refuerzo estructural de acero Plantilla de refuerzo estructural Consideraciones preliminares del modelado del refuerzo de acero Anfitriones de refuerzo validos Recubrimiento de armadura Modelado del refuerzo de acero Simulación del proceso constructivo en el tiempo (4D) Cuantificación de materiales y costos (5D) Análisis Análisis del modelo topográfico Análisis del modelo conceptual Análisis de la modelación del refuerzo estructural de acero Análisis de la simulación del proceso constructivo Análisis de la cuantificación de materiales y costos Conclusiones y Recomendaciones Referencias Anexos II

9 Listado de Figuras Figura 1 Ubicación general del puente (Google Earth) 13 Figura 2 Ubicación del puente (Google Earth) 14 Figura 3 Menú extensión RevitStructure 2012 para puentes 17 Figura 4 Integración del modelo Civil 3D con RevitStructure 18 Figura 5 Filtro de la superficie y corredor del modelo Civil 3D 18 Figura 6 Configuración y delimitación del corredor 18 Figura 7 Configuración de la geometría horizontal 18 Figura 8 Configuración de la geometría vertical 19 Figura 9 Configuración de las secciones 19 Figura 10 Configuración de la superficie topográfica 19 Figura 11 Representación del modelo topográfico 19 Figura 12 Generación del terreno y calzada en Revit 20 Figura 13 Ubicación de la posición de las pilas y estribos 20 Figura 14 Dimensionamiento de la losa 21 Figura 15 Dimensionamiento de la calzada 21 Figura 16 Dimensionamiento de las barreras de trafico 21 Figura 17 Dimensionamiento secundario de las barreras de trafico 22 Figura 18 Distribución de conjunto de vigas 22 Figura 19 Dimensionamiento de viga 22 Figura 20 Dimensionamiento de pedestales 23 Figura 21 Dimensionamiento de estribo 1 y 2 23 Figura 22 Modelo 3D generado por la extensión de Revit 24 Figura 23 Vigas empleadas 24 Figura 24 Secciones trasversales típicas de la viga 25 Figura 25 Transición de secciones 25 Figura 26 Distribución y transición de secciones en la viga 26 Figura 27 Sustitución de vigas en el modelo 27 Figura 28 - Pedestales empleados 28 Figura 29 Sección pedestal, tope y tapa externo 28 Figura 30 Sección pedestal interno 29 Figura 31 Distribución de pedestales 29 Figura 32 Sustitución de apoyos en el modelo 30 Figura 33 Estribo, viga cabezal y espaldar 31 Figura 34 Viga cabezal y espaldar, elementos del barrido 32 Figura 35 Viga cabezal y espaldar, formas sólidas y vacías 32 Figura 36 Viga cabezal y espaldar, forma vacía superior 33 Figura 37 Estribo, aletas 33 Figura 38 Aleta, perfil parametrizado 34 Figura 39 Estribo, apoyo y losa de aproximación 34 Figura 40 Apoyo y losa de aproximación, perfil 35 Figura 41 Apoyo y losa de aproximación, elementos del barrido 35 Figura 42 Sustitución de estribos en el modelo 36 Figura 43 Caisson, módulo de anillo 37 Figura 44 Caisson, matriz lineal 38 III

10 Figura 45 Incorporación de cimentación 38 Figura 46 Herramienta, Editor de familias 40 Figura 47 Herramientas para dibujo y parametrización de las familias de refuerzo estructural 40 Figura 48 Parámetros de forma de armadura 40 Figura 49 Navegador de formas de armaduras 41 Figura 50 Recubrimiento y ubicación de armadura 42 Figura 51 Herramienta de modelación de refuerzo plano 42 Figura 52 Corte transversal y longitudinal del refuerzo en uno de los extremos de la viga 43 Figura 53 Refuerzo de acero en viga 1 44 Figura 54 Refuerzo de acero en viga 2 44 Figura 55 Refuerzo de acero en viga3 45 Figura 56 Exportación del modelo Revit a Navisworks. 48 Figura 57 Cronograma de construcción 49 Figura 58 TimeLiner Navisworks 50 Figura 59 Elemento enlazado, TimeLiner 50 Figura 60 Elementos presentes en la simulación. 51 Figura 61 Construcción de los caissons 1 y Figura 62 Construcción de los caissons 2 y Figura 63 Construcción de los caissons3 y Figura 64 Construcción de los estribos 1 y Figura 65 Construcción de los pedestales, tapas y topes de los estribos 1 y Figura 66 Construcción de la viga Figura 67 Construcción de la viga Figura 68 Construcción de la viga Figura 69 Construcción de la viga Figura 70 Construcción de losa. 54 Figura 71 Construcción de las barreras de tráfico. 54 Figura 72 Construcción de la calzada sobre el puente 55 Figura 73 Ventana Takeoff 56 Figura 74 Ventana de propiedades para cuantificación 56 Figura 75 Ventana Workbook 58 Figura 76 Modelo5D - Quantity Takeoff 58 IV

11 Listado de Tablas Tabla 1 Tabla de evolución (Dibujo Manual, CAD, BIM) 7 Tabla 2 Ubicación geográfica del puente 13 Tabla 3 Procedimiento para la generación de la superficie topográfica y calzada 19 Tabla 4 Procedimiento para la generación preliminar del modelo 3D del puente 23 Tabla 5 Diámetro barras de refuerzo 39 Tabla 6 Longitudes y curvaturas de barras de refuerzo 39 Tabla 7 Tabla de barras acero para viga de 20 m 46 Tabla 8 Modelo 4D para simulación de proceso constructivo, paso a paso 55 Tabla 9 Resumen de APU empleados 57 Tabla 10 Reporte de cantidades y presupuesto 60 Tabla 11 Presupuesto final 62 Tabla 12 Consolidado de la implementación de la modelación de los elementos 63 Tabla 13 Comparación de cuantificaciones de elementos en concreto 67 V

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13 1 Introducción En los próximos años la construcción de infraestructura aumentará de forma considerable, debido al plan de concesiones viales 1 promovido por el gobierno, que consiste en el desarrollo de 30 proyectos viales que dispondrán de 44 billones de pesos para su realización. La importancia de realizar una gestión correcta de la planificación, diseño, construcción y mantenimiento de estos proyectos, es evidente. A nivel internacional se han desarrollado investigaciones para la implementación de nuevas tecnologías que permiten gestionar integralmente los proyectos, en específico los relacionados a la construcción de puentes (Shin, Lee, Oh, & Chen, 2011), (Shim, Yun, & Song, 2011), (Halfawy, Hadipriono, Duane, & Larew, 2005).Finlandia es un país que durante los últimos años ha mantenido indicadores altos de competitividad en temas de infraestructura 2, esto se debe a la calidad e innovación que presentan sus investigaciones en sistemas que facilitan la participación, colaboración, comunicación y coordinación de todos los participantes en el análisis de cada etapa del proyecto. Estos sistemas están liderados por un grupo denominado 5D-Bridge (Teemu Kivimäki, 2010), que encabeza parte del desarrollo de metodologías innovadoras debido al trabajo en equipo de compañías privadas, instituciones del estado, consultores, contratistas y fabricantes de software que se ocupan de brindar las pautas para la modelización de puentes y la gestión que se debe realizar durante las etapas del proyecto. Estas investigaciones dan como resultado metodologías enfocadas directamente a la integración de todas las etapas de construcción de un puente, pasando desde el diseño y construcción hasta el mantenimiento y operación de la estructura. Este proceso de generación y gestión de datos durante el ciclo de vida del puente se conoce como BrIM (Bridge Information Modeling). El uso de BrIM se basa en la generación de una representación inteligente de los componentes de la estructura que acogen información detallada y necesaria de todas las etapas del ciclo de vida del puente. Usando esta metodología, planificar la construcción de la estructura tendría un cambio radical debido a que las herramientas disponibles permiten visualizar en el tiempo la ejecución del proceso constructivo y realizar la estimación de cantidades y costos (Rauno Heikkilä, 2005), (Marzouk & Hisham, 2012). Procesos laboriosos que están propensos a errores de apreciación, omisiones e inexactitudes debido a la metodología tradicionalmente empleada, que tiene como procedimiento la extracción de información de representaciones bidimensionales. Escenario que se revierte al hacer uso de un modelo 5D, que se puede 1 Elespectador. "Arranca plan de concesiones de cuarta generación, anuncia Gobierno", [en línea]. Septiembre 2012, Mayo 2013, Disponible en la Web: 2 Informe de Competitividad Global del Foro Económico Mundial

14 utilizar para la planificación, diseño, construcción y operación de la estructura apoyado en una forma innovadora para el diseño virtual (Azhar, 2011) del puente. La elaboración de este proyecto de grado permitirá indicar los beneficios de la metodología BrIM, para mejorar el rendimiento y desarrollo de la etapa de planificación, necesaria para ejecutar la construcción del puente, y como esta podría llegar a satisfacer las necesidades de la industria constructora, que son: mejorar la calidad, reducir costos, dar herramientas para un control adecuado de la construcción, acortar los tiempo de diseño y producción. 2

15 2 Objetivos Implementar las metodologías BrIM para la planeación del proceso constructivo de un puente en concreto, determinando las ventajas y desventajas del desarrollo de un modelo 5D en este tipo de proyectos. 2.1 Objetivos específicos Visualizar el proyecto de construcción en un modelo 3D elaborado en Autodesk Revit para encontrar posibles incompatibilidades contra los diseños y planos obtenidos. Cuantificar los materiales requeridos en el proceso constructivo, apoyado en la herramienta Autodesk Quantity Takeoff. Representar el orden del proceso constructivo del puente en un modelo 4D, virtual en el tiempo, apoyado en la herramienta Autodesk Navisworks. Simular en el tiempo los costos asociados a la construcción de cada uno de los elementos del modelo paramétrico, obteniendo un modelo 5D, apoyado en la herramienta Autodesk Navisworks. Analizar las ventajas y desventajas del uso de la metodología BrIM. 3

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17 3 Estado del arte Durante las utlimas decadas el desarrollo de investigaciones en relación a la planificación de la construcción de un puente ha sido potenciado por el progreso de las diversas herramientas informaticas para apoyar los diversos aspectos (por ejemplo, planificación, diseño, detalle, cálculo, fabricación, gestión de proyectos, operaiblidad)relacionados al ciclo de vida de construcción de un proyecto. Aspectos que suelen ser afrontados individulamente generando complicaciones por la necesidad tediosa y propensa a errores de reprocesar información. (Shirole, y otros, 2009) A continuación se presentan algunas investigaciones relacionadas al uso de las metodologías BrIM: Bridge Information Modeling (BrIM) and model utilization at worksites in Finland (Teemu Kivimäki, 2010) Presenta la organización y análisis de la experiencia adquirida en la aplicabilidad de la metodología BrIM, y su influencia en los presentes y futuros diseños elaborados para la construcción de puentes en Finlandia. Concluyendo en que aunque el diseño y gestión de la construcción de puentes a través de modelos virtuales está disponible desde hace varios años, su utilización reiterada se evidenciara en la transición inevitable para el uso masificado de BrIM, lo que implicara el aumento de información disponible a emplear en los modelos (familias) y mayores avances en el desarrollo de los programas. Analysis and Design of Reinforced Concrete Bridge Column Based on BIM (Shin, Lee, Oh, & Chen, 2011) En este estudio, el sistema de análisis y diseño se propuso a través de la aplicación de PLM (Project Lifecycle Management) 3 y BIM (Building Information Modeling) aplicado a un puente de concreto reforzado. Hay varias tareas y pasos en la industria de la construcción, que puede unificar y controlar bajo el sistema PLM, en tanto BIM es clave, porque es un método de modelado 3D que incluye información sobre los procesos de trabajo consecutivos, la planificación, diseño, construcción y mantenimiento. Concluyendo que la aplicación de tecnologías mejora la productividad y que la clave está en fortalecer la interoperabilidad entre diferentes diseños y de modelos para mejorar las practicas actuales. Sugiriendo una guía de diseño de modelos de información 3D. 3 Product Lifecycle Management (PLM), en español: Gestión del Ciclo de Vida de Productos: es el proceso que administra el ciclo de vida completo de un producto desde su concepción, pasando por su diseño y fabricación, hasta su servicio y eliminación. 5

18 Application of 3D Bridge Information Modeling to Design and Construction of Bridges (Shim, Yun, & Song, 2011) Se analizó el uso de un modelo de objetos 3D como mecanismo para incorporar elementos paramétricos para el análisis de la estructura y el proceso de diseño. Proporcionando información para desarrollar un sistema de automatización sobre los procedimientos requeridos para la buena ejecución de la metodología en el diseño y construcción de un puente. Se analizaron modelos digitales paramétricos en 4D y 5D durante cuatro años para sugerir una guía de diseño para la implementación de la metodología, para que los cambios actuales en los programas y procesos sean eficaces en el mejoramiento de las técnicas de construcción de puentes. Applications of Building Information Modeling in Cost Estimation of Infrastructure Bridges (Marzouk & Hisham, 2012) En el documento se presenta el uso de BrIM en los cálculos detallados de estimación de costos y flujo de efectivo. Para las estimaciones detalladas de los costos, se presenta una metodología que depende de la información de los elementos del modelo. Se incorpora información a los elementos referente a: nombre del contratista / subcontratista / proveedor, la numeración de material, etc. Mediante el uso de un programa desarrollado por el lenguaje C#, la información añadida es exportada a una hoja de Excel, además de otros atributos inteligentes de los elementos del modelo, como ID, volumen, longitud, el tipo de material, etc. Facilitando la ejecución de estimaciones detalladas para su posterior revisión. Para finalizar realizan la vinculación de la información obtenida en la hoja de Excel mediante un macro a un modelo 4D, para simular el flujo de efectivo empleado a una fecha definida. 6

19 4 Marco teórico La metodología BrIM (Bridge Information Modeling) se fundamenta en el extenso uso que se ha hecho de BIM (Building Information Modeling). Aunque tienen los mismos fundamentos y objetivos su principal diferencia radica en el desarrollo y evolución de las herramientas disponibles para la ejecución del modelado de información, debido a las notorias diferencias en cuanto a la tipología de estructuras. Adicionalmente la experiencia derivada del uso de estas a nivel global tiene una gran discrepancia, mientras que BIM lleva años siendo aplicada a proyectos de construcción, BrIM surgió de la necesidad de mejorar el trabajo de planeación y control sobre los proyecto de infraestructura. Estas metodologías surgen como solución a los inconvenientes que se han presentado durante la elaboración de diseños durante las últimas décadas, a causa que las herramientas empleadas han evolucionado, desde el dibujo manual técnico al dibujo asistido por computador, a razón de los avances tecnológicos. A continuación se presenta una tabla de evolución que compara aspectos relevantes de las metodologías implementadas para la representación de diseños de construcción: Dibujo Manual CAD BIM/BrIM Era Antes al actual Posterior al 2000 Herramienta Triangulo y escuadra AutoCAD software Revit Producto Dibujo a mano técnico Dibujo digital técnico Base de datos en objetos constructivos Líneas, arcos, círculos, Líneas, arcos, círculos, Paredes, vigas, Método sombreado y texto sombreado y texto columnas, ventanas, puertas 2D y vistas isométricas 2D, 3D y objetos sólidos 2D, 3D, 4D (tiempo), 5D Formato (balance económico y tiempo), nd (energía, materiales, etc.) Resumen del producto Manera en que la información es utilizada No hay datos calculado en el dibujo técnico descrito Profesionales altamente capacitados y calificados deben interpretar y utilizar la información manualmente No hay datos calculado en el dibujo técnico descrito Profesionales altamente capacitados y calificados deben interpretar y utilizar la información manualmente formato con BIM Tabla 1 Tabla de evolución (Dibujo Manual, CAD, BIM) 4 Base de datos en la estructura de forma digital, que puede interactuar con otros modelos y en aplicaciones BIM Profesionales altamente capacitados y calificados en utilizar la información en un informatizado 4 Autodesk Currículo Estructural 2013 Unidad 1: Introducción del BIM Estructural 7

20 4.1 Definición de BrIM (Bridge Information Modeling) Se podria definir BrIM como el conjunto de sistemas, métodos y medios de almacenamiento digital utilizable para generar el modelo de información de un puente que permite combinar la información asociada con el diseño y construcción desde varias disciplinas. BrIM permite a los usuarios acceder y ver la información asociada a un proyecto usando diferentes modelos, tales como; geométrico, estructural, fisico, y constructivo(herman, Trotta, & Peterson, 2012). Los siguientes modelos son lo que hacen parte de la integración que tiene como fin obtener un modelo común, aportando la información que luego será interrelacionada en un conjunto consolidado de datos, y con posibilidad de ser empleada de una manera practica en la actividades de construcción: El modelo geométrico proporciona una conexión entre el diseño de la carretera y el diseño del puente. El modelo geométrico es la columna vertebral de BrIM, ya que representa los atributos espaciales más básicos del modelo. Componentes y perspectivas son controlados por este modelo. Un modelo geométrico se compone de elementos que describen la distribución horizontal y vertical de las características estructurales dentro de la estructura del puente. Por ejemplo, las vigas se pueden representar como un elemento que se ajusta al diseño horizontal de la vía que puede ser de una tangente horizontal, curvada o segmentos de espiral. Cada segmento de este elemento está influenciada por la geometría vertical predefinida para producir una ubicación final en el espacio. Por lo general, los elementos descritos se limitan a las líneas de referencia que representan una colección de subcomponentes. Por ejemplo, una línea de referencia viga controla la ubicación, colocación y dimensiones de los elementos secundarios relacionados (aisladores, placas de brida, refuerzos, etc.) dentro del modelo.(herman, Trotta, & Peterson, 2012) El análisis estructural requiere una disposición estricta de los componentes que contienen una multitud de atributos para almacenar las propiedades físicas, para el posterior análisis del diseño. El análisis estructural y el modelo de diseño incluyen aquellos componentes que pueden incluir suposiciones hechas sobre las características físicas de la estructura. Un modelo de análisis estructural del puente puede ser representado por una amplia variedad de detalles y/o componentes. En el pasado, este modelo se ha mantenido independiente de puntos de vista geométrico, físico o de la construcción. A veces se simplifica el modelo basado en la complejidad de la estructura que se está construyendo. Esto se debe, en parte, a la potencia de cálculo disponible para el ingeniero. Los modelos más complejos requieren más tiempo para crear y requieren más potencia computacional para procesar. El tipo y nivel de detalle del modelo en las realizaciones se escala fácilmente para ayudar al usuario en función de la aplicación de los datos. Por 8

21 ejemplo, mediante BrIM se podría utilizar el modelo para crear un análisis de elementos finitos mediante herramientas externas.(herman, Trotta, & Peterson, 2012) El modelo físico es una representación geométrica 3D precisa de los componentes estructurales dentro de la estructura del puente. Este modelo puede incluir componentes con detalles hasta del elemento más pequeño de la estructura de un puente. En algunos casos, este detalle será suficiente para calcular las cantidades volumétricas para la estimación de costos y la planeación de la construcción. Los modelos de este tipo podrían ser transformados para su uso en representaciones en 3D, animaciones o entornos virtuales.(herman, Trotta, & Peterson, 2012) Los modelos de construcción, están revolucionando el sector de la ingeniería civil debido a la transferencia de datos a los equipos y maquinaria de construcción. El modelo de construcción incluiría, por ejemplo, los datos indicando la información del modelo geométrico y las dimensiones estructurales del puente al detalle, de manera unificada. Tradicionalmente, todo lo necesario para diseñar y construir la estructura del puente se encuentra en planos, fragmentado la información que es suministrada a los involucrados en la construcción, etc. Además parte de la información presentada en la documentación tradicional, se está volviendo innecesaria. Por ejemplo, el gran número de secciones transversales presentadas de la carretera puede ser información obsoleta, ya que la maquinaria puede ser programados directamente a cambiar su movimiento de la cuchilla para seguir un modelo digital del terreno (DTM) a través de unos dispositivos de control digitales programables.(herman, Trotta, & Peterson, 2012) Como se puede concebir, BrIM proporciona un sistema de modelado que permite utilizar la información completa, organizada y coordinada de varios aspectos del diseño y construcción de un puente. Dicha información sería aprovechada por los distintos usuarios involucrados en la concepción de un proyecto, según disponga los requerimientos particulares de cada uno de los implicados. 4.2 Cuantificación de costos y materiales Durante el proceso de estimación de costos, los responsables de cuantificar las cantidades y costos suelen comenzar con la lectura e interpretación de los dibujos presentados en los planos. Este método aumenta la posibilidad de error humano y sigue cualquier inexactitud que pueda haber en los dibujos originales. El tiempo empleado en la cuantificación varía según el proyecto, bajo los procedimientos tradicionales la gran parte del tiempo de elaboración de un presupuesto, se invierte únicamente en la cuantificación de materiales. Por lo que sería una gran ventaja la utilización de modelos virtuales para la estimación de costos, a razón de que las mediciones, conteos y cálculos se generan directamente de la información consolidad del modelo, y no únicamente de dibujos. Considerar el uso de los 9

22 programas que aplican esta metodología, dosifica el esfuerzo realizado cuando se debe reprocesar la información a causa de modificaciones dimensionales o características de los elementos, reduciendo el error humano debido a que los cambios ejecutados repercuten automáticamente en las cantidades contenidas del modelo. (Marzouk & Hisham, 2012) 4.3 Definición de 4D Y 5D El modelo que permite realizar la planificación constructiva del proyecto se denomina 4D y el que facilita la cuantificación de cantidades y costos del proyecto se denomina 5D. Los modelos 4D y 5D son compuestos por el modelo 3D que representa la combinación de la geometría para métrica de los objetos con la programación y el análisis de costos respectivamente. Como se mencionó anteriormente el modelo 4D, consta del modelo 3D combinado con la programación o programaciones del proyecto. Lo que permite visualizar las fases constructivas a las personas involucradas en la planificación y construcción de la obra, mediante la simulación prevista. Documentando el proceso de construcción para la libre consulta, evaluación y modificación de los interesados en la organización y coordinación de las actividades a realizar. El modelo 5D consta del modelo 3D combinado con los análisis de costos y cantidades del proyecto, lo que permite visualizar el progreso de las actividades de construcción y sus costos relacionados con el tiempo de ejecución de estas. 4.4 Programas empleados A continuación se hará una breve descripción de cada uno de los programas empleados para el desarrollo del proyecto Autodesk Revit Structure 2012 El software Autodesk Revit Structure integra un modelo físico editable para desarrollar el análisis, diseño y documentación de alguna estructura a construir. Permite crear modelos propios o importados de otro software, conformando conexiones entre modelos que facilitan la gestión de cambios del diseño a partir de los elementos paramétricos con que se construye el modelo virtual Autodesk Revit Structure Extensions 2012 La extensión de Revit permite ampliar las capacidades de Autodesk Revit Structure en aspectos importantes para la construcción del modelo virtual que incluye: análisis estructural, modelado de refuerzo, interoperabilidad y la documentación de construcción. Adicionalmente facilita el modelado de puentes a partir de los criterios definidos por el usuario, tales como la creación o importación de la geometría de la carretera y la definición de los parámetros básicos de la conformación estructural del puente, entre ellos la forma y disposición de estribos, pilares, barandas, vigas, etc. 10

23 4.4.3 Autodesk Navisworks 2012 El software Autodesk Navisworks constituye un modelo basado en diseños 3D con las herramientas de visualización y programación para compartir información detallada del proyecto, a cada una de las partes que contribuyen en este durante el tiempo de construcción, creando un modelo 4D. El modelo 4D generado por el programa permite integrar distintos modelos en uso solo, a través del cual se pueden detectar potenciales dificultades al simular el proceso constructivo con el fin de prever y evitar inconvenientes, falencias e inconsistencias antes del comienzo de la obra Autodesk Quantity Takeoff 2012 El software Autodesk Quantity Takeoff combina la información del modelo virtual de un proyecto con datos relacionados a la cuantificación de costos y cantidad de materiales referentes a los elementos integrantes de la construcción planificada. Utilizando el programa se aprovechan los datos concernientes a las propiedades de los elementos paramétricos empleados para medir, contar y asignar los precios a los objetos del proyecto. 11

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25 5 Marco Práctico 5.1 Localización geográfica del puente El proyecto corresponde a la construcción de la doble calzada entre la ciudad de Bogotá y Villavicencio. En el sector del Tablón en el PK37.2 de la vía existente. Coordenadas geográficas Latitud 4 21'49.98"N Longitud 73 53'58.74"O Datum BOGOTÁ y MAGNA-SIRGAS Tabla 2 Ubicación geográfica del puente Figura 1 Ubicación general del puente (Google Earth) 13

26 Figura 2 Ubicación del puente (Google Earth) El puente se encuentra ubicado en el alineamiento denominado Desvió 3, que concierne a una calzada paralela a la vía existente. Se planea el diseño y construcción con el objetivo de darle continuidad a la calzada debido a la topografía que ha sido generada por un obstáculo natural correspondiente a una quebrada que desemboca en el rio negro. 5.2 Tipología del puente Los puentes de vigas rectas representan la tipología sencilla y más usada, en proporción con otros tipos de puentes. Esto debido a la poca complejidad del diseño, dada la amplia experiencia y uso recurrente de este tipo de puentes en los proyectos de construcción vial y la amplia variedad de sistemas de construcción que se han implementado para solventar las necesidades particulares de cada proyecto. El comportamiento estructural de esta tipología se fundamenta en la forma como las vigas rectas soportan las cargas a través de las tensiones internas provocadas por la flexión del elemento, que a su vez transmiten las cargas a los apoyos que pueden ser estribos o pilas, dependiendo de la cantidad de tramos planificados. 5.3 Descripción de la estructura La estructura es un puente recto de vigas simplemente apoyadas de una luz de 20.0m, que se requiere para el paso de la vía sobre un cauce existente Superestructura La superestructura está conformada por: Una losa con un ancho de 12.8m que sostiene; la calzada, dos barreras de trafico tipo new jersey, y un andén peatonal de 1.20m con su respectiva baranda de seguridad. Una calzada de 10.9m, con un espesor de 0.05m. Cada barrera de trapico tiene una altura 0.90m y una anchura de 0.35m. 14

27 Cuatro vigas rectas en forma de I, con una altura de 1.15m, separadas entre ejes una distancias de 3.15m Subestructura La subestructura está compuesta por dos estribos de concreto con similar configuración, conformadas por: Un espaldar con un espesor de 0.30m. Una viga cabezal de 1.20m de altura por 1.80m de base. Cuatro pedestales alineados con cada una de las vigas. Dos topes ubicados en la parte externa de las vigas exteriores. Dos tapas ubicadas en los extremos del estribo. Dos aletas ubicadas a los costados de la estructura, con paredes de 0.35m y cuya geometría varía dependiendo de las condiciones del terreno Cimentación Seis caissons de concreto de 1.50m de diámetro que hacen parte del apoyo de la viga cabezal, tres en cada estribo. 15

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29 6 Metodología Se implementaron los programas para la generación del modelo y manipulación de este para obtener la información relacionada a la construcción del puente. El proceso de construcción del modelo y manipulación de este es presentado a continuación. 6.1 Elaboración de modelo paramétrico (3D) La construcción del modelo inicia a partir del diseño geométrico de un proyecto de infraestructura, que en determinados lugares sugiera la construcción de una estructura que permita el libre paso de los vehículos a circular. En este caso un puente. A partir del proyecto vial generado y representada en Auto CAD Civil 3D se obtiene información relevante para el diseño como lo es la ubicación de los elementos estructurales en abscisado, topografía, peraltes de tramo, etc. La principal herramienta para generar la representación del puente en un modelo 3D, se obtiene a partir de las extensiones que Autodesk tiene disponible es su plataforma virtual. En este caso particular se usa Autodesk Revit Software Extensions para Autodesk Revit Structure , el cual permite aumentar las opciones de operatividad del programa para realizar labores de manera más sencilla como el modelado, el refuerzo de concreto, la interoperabilidad y la documentación de toda la construcción del proyecto. Figura 3 Menú extensión RevitStructure 2012 para puentes 5 https://students.autodesk.com/?nd=revit_extensions 17

30 6.1.1 Modelación de superficie topográfica Se dispuso de la extensión de Revit Structure 2012 para le representación del terreno y calzada del proyecto. Se realizó la integración con el proyecto de Civil 3D, la extensión permitió extraer las superficies y calzadas presentes en el modelo Civil. Es necesario mantener los dos programas en ejecución durante la integración del modelo. Luego de la integración, se debe manipular la información extraída para generar el modelo. Es importante estar familiarizado con la geometría y el diseño de la vía para la correcta introducción de la información que se realiza mediante el siguiente procedimiento: Figura 4 Integración del modelo Civil 3D con RevitStructure Figura 5 Filtro de la superficie y corredor del modelo Civil 3D 1. El proyecto en Civil 3D se ejecuta a la vez que el proyecto en Revit Structure. Mediante la herramienta de integración entre los programas mencionados se cargan las superficies y corredores existentes en el modelo Civil al modelo Revit, luego se debe realizar un filtro del corredor(es) y superficie(s) que se deseen utilizar. Figura 6 Configuración y delimitación del corredor 2. Al importar el corredor, se importan todas sus propiedades como el abscisado, se puede delimitar la zona de trabajo de la calzada seleccionando el inicio y fin de algún Figura 7 Configuración de la geometría horizontal 3. Del tramo de corredor seleccionado se puede verificar la geometría horizontal. 18

31 segmento del corredor. Figura 8 Configuración de la geometría vertical 4. Del tramo de corredor seleccionado se puede verificar la geometría vertical, y seleccionar el terreno que representara la topografía del sitio. Figura 9 Configuración de las secciones 5. En cada una de las secciones del tramo seleccionado anteriormente, se establece las propiedades de la calzada. Como son los peraltes respectivos, el ancho y la distancia al eje de la estructura del puente. Donde el (1) representa el costado izquierdo y el (2) el costado derecho. Figura 10 Configuración de la superficie topográfica 6. Se configura la representación de la topografía adyacente al corredor, limitándola y/o seleccionando la respectiva superficie. Figura 11 Representación del modelo topográfico 7. Se consolida la representación del modelo topográfico en coordenadas reales y con la respectiva superficie establecida. Tabla 3 Procedimiento para la generación de la superficie topográfica y calzada 19

32 Figura 12 Generación del terreno y calzada en Revit Modelación de elementos estructurales La extensión de Revit Structure 2012 además de generar la topográfica y calzada, permitió modelar el puente. Para lograrlo fue necesario tener claridad sobre la tipología y dimensiones básicas del diseño de los componentes del puente. Para este proyecto en particular, se tenía como base la documentación (planos y memorias estructurales) elaborada de manera tradicional, lo que facilito la concepción de la estructura y su posterior representación en el modelo 3D. Por defecto la extensión tiene incorporadas familias para la generación del modelo. En varios casos estos elementos no alcanzaban a representar el detalle esperado, lo que limita la concepción e inventiva del diseñador en el momento de seleccionar el tipo de componentes a emplear. Para solucionar esto fue necesario crear nuevos elementos que se ajustaran a las especificaciones del diseñador y hacer inclusión de estos posteriormente. La generación del modelo 3D del puente se presenta a continuación; Figura 13 Ubicación de la posición de las pilas y estribos 1. Se define la cantidad de estribos y pilas del puente, para este proyecto el puente únicamente está apoyado en estribos. 20

33 Figura 14 Dimensionamiento de la losa 2. Para el tablero del puente se establece el espesor y ancho de la losa en general, pero en las zonas donde se ubican las vigas se incorporan unos parámetros adicionales. El ancho total de la losa se debe definir por las distancias entre los bordes de la calzada y de la losa. Figura 15 Dimensionamiento de la calzada 3. Se debe indicar el espesor, un sobre ancho en cada costado de la calzada y la extensión de esta a partir del eje de estribo. Figura 16 Dimensionamiento de las barreras de trafico 4. A las barreras de tráfico seleccionadas se les asigna un dimensionamiento básico, en relación a su altura y anchura. En el caso de la barrera de tráfico tipo new jersey es necesario especificar parámetros adicionales que describan la geometría de la cara interna de misma. 21

34 Figura 17 Dimensionamiento secundario de las barreras de trafico 5. Para definir los parámetros adicionales se accede a la opción More parameters, el cual ejecuta una ventana adicional que permite la incorporación de alturas y anchos de cada uno de los puntos de quiebre de la cara interna de la barrera. Figura 18 Distribución de conjunto de vigas 6. La distribución del conjunto se vigas se define a partir de las distancias que deben tener el eje de las vigas exteriores en relación a los bordes de la calzada y la extensión de estas a partir del eje de los estribos. Figura 19 Dimensionamiento de viga 7. Se utiliza uno de los elementos por defecto que utiliza la extensión de Revit, en este caso una viga de concreto en I, en la cual se indican los parámetros de la viga a emplear. Pero estos elementos serán reemplazados posteriormente debido a que no representan exactamente la viga que se desea utilizar para este proyecto. Proceso que será descrito más adelante. 22

35 Figura 20 Dimensionamiento de pedestales 8. Los pedestales están representados en 2 partes, la parte superior que representa el neopreno y la parte inferior representa la caja de concreto que parte de la cara superior del estribo y ajusta su altura en razón de la posición de la viga. Figura 21 Dimensionamiento de estribo 1 y 2 9. Los estribos indicados solo fueron generados para darle continuidad a la generación del modelo mediante la extensión, ya que ninguna de las familias por defecto podía representar el tipo de estribo sugerido por el diseñador. Tabla 4 Procedimiento para la generación preliminar del modelo 3D del puente El modelo generado aunque representa la estructura de un puente, queda a consideración del equipo de estructuras realizar las modificaciones requeridas en el modelo para satisfacer los criterios de diseño empleados. Entre los que esta la sustitución de elementos. 23

36 Figura 22 Modelo 3D generado por la extensión de Revit Los elementos resaltados (vigas, pedestales, estribo) debieron ser reemplazados para cumplir con el diseño propuesto originalmente, debido a que los componentes que la extensión contiene por defecto no permitieron representar de manera eficaz el diseño planificado. Adicionalmente falta incluir la cimentación profunda. A continuación se desarrollara el proceso de creación y sustitución de cada uno de los elementos Viga, creación y sustitución de los elementos Al generar el modelo mediante la extensión, se utiliza la viga por defecto de sección uniforme. Es de gran importancia que al introducir la información del dimensionamiento de la sección transversal sea igual en los parámetros comunes (altura, ancho) a la viga de diseño, ya que durante el proceso de creación del modelo algunos componentes del puente requieren las dimensiones de la viga, debido a que afectan la posición y tamaño de elementos, como por ejemplo, la altura de los pedestales y/o la posición de la viga cabezal. Viga por defecto de sección uniforme Viga generada de sección variable Figura 23 Vigas empleadas 24

37 Fue necesaria la creación de la viga de sección variable para representar de la mejor manera la geometría de la viga recomendada por el diseñador. Para la creación de este elemento es necesario utilizar la plantilla de Armazón estructural. Como base se utilizó la familia de la viga de sección uniforme en la que se realizaron las modificaciones para generar una viga de sección variable. Estas modificaciones consistieron en que la sección trasversal de la viga fuera de forma rectangular. (Extremos y parte central), y los demás tramos mantuvieran la sección en forma de I. Debido a esto se conforman zonas de transición entre secciones. Figura 24 Secciones trasversales típicas de la viga La creación de la viga con sección variable se logró mediante el uso de fundido de barrido, que consiste en establecer la sección inicial y final (previamente parametrizadas) de un elemento y establecer los parámetros del recorrido (camino) entre una sección y otra. Figura 25 Transición de secciones Este procedimiento se repite a lo largo de la viga modificando las secciones de inicio y fin del barrido. Luego, se establecen las longitudes de transición de cada tramo. Adicionalmente se incluirán orificios en los tramos macizos de los extremos de la viga para facilitar la inserción de elementos para el posterior posicionamiento de las vigas. El proceso de sustitución inicialmente fue de cargar la familia al proyecto e insertar la viga de sección variable a un costado del puente y cambiar los parámetros para que concuerden la inclinación de la viga con la pendiente de la calzada. Luego se desplazaba a la posición correcta de manera manual sobre cada pedestal. Este procedimiento genero problemas ya que se generaban pequeñas imprecisiones del posicionamiento y contacto de los extremos de la viga. 25

38 Figura 26 Distribución y transición de secciones en la viga Por tal motivo se resolvió, emplear un procedimiento alterno que consistía en cambiar el nombre dentro del proyecto del elemento tipo viga con el nombre que se identifica la viga de sección variable. Inmediatamente se procede a cargar la familia, a lo cual el programa advertirá si desea reemplazar la familia ya existente, se realiza la confirmación. Este proceso permite que los parámetros incluidos en las vigas generadas por la extensión, se trasladen a las vigas incluidas por el usuario, impidiendo errores de transcripción de datos y reduciendo el esfuerzo de desplazar las vigas a una posición de forma manual. 26

39 Figura 27 Sustitución de vigas en el modelo 27

40 Pedestal, topes y tapas, creación y sustitución de los elementos Al igual que la generación de las vigas, la extensión genera unos elementos para los pedestales por defecto, fue necesaria la creación de un componente para representar de la mejor manera la geometría de los pedestales, topes y tapas recomendada por el diseñador. Pedestales, Topes, Tapas generadas Pedestales simples por defecto Figura 28 - Pedestales empleados Para la creación de este elemento se usó como base la plantilla de Modelo Genérico A diferencia de los pedestales creados por defecto a través de la extensión de Revit, que son elemento sin conexión entre sí, la familia generada los agrupa en un solo elemento. La diferencia principal radica en la adición de las tapas y topes ubicados al costado exterior de los pedestales que soportan las vigas externas. La creación se logró mediante el uso de fundido, que consiste en establecer una sección inicial (previamente parametrizadas) de un elemento y establecer el parámetro de recorrido (camino) de la sección. Procedimiento realizado para los pedestales internos y externos, Figura 29 Sección pedestal, tope y tapa externo 28

41 Figura 30 Sección pedestal interno Adicionalmente a estos elementos se les añadieron parámetros para realizar su correcta distribución sobre el respectivo estribo, de tal forma que la separación entre los elementos modelados fuera coincidente con la distribución de las vigas. Figura 31 Distribución de pedestales El procedimiento para incorporar esta componente al modelo, consistió en extraer de los pedestales creados por la extensión, la altura total de cada uno. La cual sería asignada al respectivo pedestal de la familia creada. Se insertó el componente y se ubicó sobre la viga cabezal del estribo. Se hicieron los ajustes necesarios del tamaño y distribución de los pedestales, topes y tapas. Por último se incorporaron los neoprenos. 29

42 Figura 32 Sustitución de apoyos en el modelo 30

43 Estribo, creación y sustitución de los elementos Para realizar la generación de una familia que representara los diferentes componentes del estribo, se debió realizar el modelado de cada elemento de manera diferente, e incorporarlos en un solo conjunto. A continuación se explica el proceso de creación del estribo separado en los siguientes elementos. Viga cabezal y espaldar Aletas Apoyo y losa de aproximación Viga cabezal, espaldar Figura 33 Estribo, viga cabezal y espaldar La construcción de este elemento debió ser compleja debido a los parámetros que influyen en su dimensionamiento. Por lo que se utilizó una metodología de intersección de diferentes formas para generar los elementos. La viga cabezal y el espaldar del estribo se generaron a partir del mismo elemento compuesto por una forma sólida generada con la herramienta barrido, que consiste en un perfil transversal parametrizado. Esta sección se reproduce a lo largo de un camino de longitud constante, con lo que se genera un elemento sólido. Para delimitar la geometría final del elemento, se usaron formas vacías que cumplen la función de crear formas negativas, que cortan geometría sólida. Las formas vacías que se generaron a los costados cumplieron la función de ajustar el largo total del barrido anteriormente creado, y la forma vacía superior permite definir la altura del espaldar en el 31

44 eje del estribo y además realizar el ajuste para representar las inclinaciones de la parte superior del estribo que deben concordar con el peralte de la calzada. Perfil Camino de barrido Figura 34 Viga cabezal y espaldar, elementos del barrido Figura 35 Viga cabezal y espaldar, formas sólidas y vacías 32

45 Figura 36 Viga cabezal y espaldar, forma vacía superior Aletas Figura 37 Estribo, aletas La construcción de este elemento se generó a partir de la herramienta extrusión. Las aletas del estribo se generaron a partir del mismo elemento que consiste en un perfil parametrizado, que permite modificar libremente la geometría de la aleta para ajustarse fácilmente a las condiciones del terreno. 33

46 Figura 38 Aleta, perfil parametrizado Apoyo y losa de aproximación Figura 39 Estribo, apoyo y losa de aproximación La losa de aproximación y su respetivo apoyo se generaron a partir del mismo elemento compuesto por una forma sólida generada con la herramienta barrido, que consiste en un perfil transversal parametrizado. Esta sección se reproduce a lo largo de un camino de longitud variable, limitado en sus extremos por las cara interna de las aletas, con lo que se genera un elemento sólido. 34

47 Figura 40 Apoyo y losa de aproximación, perfil Camino de barrido Perfil Figura 41 Apoyo y losa de aproximación, elementos del barrido Para finalizar, después de haber generado cada uno de los elementos del estribo por separado, se consolidan y se relacionan los parámetros comunes. Dando como resultado el estribo establecido en el diseño. Se repite el procedimiento de sustitución antes descrito para la sustitución de algún elemento del modelo, como en su momento se realizó para la inserción de las vigas de sección variable. Con esto se finaliza la concepción estructural de la superestructura y la subestructura. 35

48 Figura 42 Sustitución de estribos en el modelo 36

49 Cimentación, creación e introducción de los elementos La cimentación sugerida consistió en la implementación de caissons, conformados por módulos de un metro (1m) de altura. El objeto creado consistió en una estructura que representaría el anillo externo de contención de la excavación, que posteriormente seria rellenado. Figura 43 Caisson, módulo de anillo El anillo exterior se generó a partir de una intersección de formas, con la herramienta fundido se concibió una forma sólida que cambia a lo largo de una longitud, fundiéndose desde una forma inicial a una forma final, en este caso las formas eran circunferencia de diferente diámetro, para concebir la forma final de anillo hueco se utilizar la misma herramienta pero aplicada a la creación de una forma vacía. El proceso se repite para representar el relleno del anillo. Finalizada la concepción del módulo se procede a generar el caisson, el cual implementara el modulo creado para multiplicarlo y ajustar su tamaño al sugerido para la cimentación. El proceso de multiplicación se realizó a través de la herramienta matriz lineal que permite reproducir una cantidad establecida de algún elemento a una separación definida. 37

50 Figura 44 Caisson, matriz lineal Se inserta la familia del caisson en el modelo, para luego realizar la ubicación de cada uno de estos. Se define la cantidad de módulos en función de la longitud de la cimentación sugerida. Figura 45 Incorporación de cimentación 38

51 6.2 Modelación del refuerzo estructural de acero Para la generación del refuerzo estructural se describirá a continuación el procedimiento utilizado, usando las herramientas disponibles del programa Plantilla de refuerzo estructural Parte fundamental de lograr un dibujo eficiente y preciso de los elementos de refuerzo estructurales la definición de las propiedades básicas de la figuración y tamaño, como lo son los diámetros comerciales, los radios de curvatura y la longitud de los ganchos. Esto se debe configurar en la plantilla utilizada para realizar los dibujos de las armaduras estructurales. En la siguiente tabla se presentan los diámetros y codificación de las barras de refuerzo utilizadas: Código Diámetro mm Pulgadas # /8 # /2 # /8 # /4" # /8 # Tabla 5 Diámetro barras de refuerzo En la siguiente tabla se presentan las curvaturas y longitudes de los ganchos en función del diámetro y ángulo para las barras de refuerzo utilizadas: Código Diámetro de curvatura (mm) D. Curvatura (mm) Ganchos Longitud (mm) D. Curvatura(mm) Longitud (mm) D. Curvatura (mm) Longitud (mm) # # # # # # Tabla 6 Longitudes y curvaturas de barras de refuerzo Con las herramientas de dibujo se crearon cada una de las formas de los refuerzos estructurales a emplear, a cada elemento se le coloco una acotación para especificar los parámetros de la forma diseñada, y a cada acotación se le adjudico una etiqueta, de no hacer esto las barras no se podrían considerar paramétricos. De igual forma en la ventana de parámetros de forma se especifica el ángulo con que termina y empieza el dibujo, además de los otros parámetros dimensionales previamente creados u asignados. 39

52 La forma principal de verificar si el refuerzo dibujado cumple los requisitos para ser utilizado en el modelo, es usando la herramienta Estado de forma, que al no reportar algún error o inconsistencia indica la correcta y completa construcción del dibujo. Figura 46 Herramienta, Editor de familias Figura 47 Herramientas para dibujo y parametrización de las familias de refuerzo estructural Figura 48 Parámetros de forma de armadura 40

53 Terminada la creación del dibujo de los refuerzos diseñados, se cargan las familias al modelo, dando disponibilidad inmediata para el uso de estas. Figura 49 Navegador de formas de armaduras Consideraciones preliminares del modelado del refuerzo de acero Para iniciar el dibujo del refuerzo es necesario hacer la verificación y definición de los siguientes aspectos: Anfitriones de refuerzo validos Para lograr dibujar el refuerzo se deben tener las siguientes consideraciones en relación con el anfitrión: 1. Un anfitrión de refuerzo es válido si la familia tiene asignada en el parámetro Material en el modelo este configurado como concreto. 2. Los siguientes tipos de familias son válidos como anfitriones: Armazón estructural, Pilares estructurales, Cimentación estructural, Conexiones estructurales, Suelos, Muros, Losa de cimentación, Cimentación de muro, Borde de losa. 3. Los elementos del tipo de familia, modelo genérico podrán alojar refuerzo la sección transversal siempre y cuando esta opción sea permitida Recubrimiento de armadura El recubrimiento de la armadura se define con relación a las caras del anfitrión correspondiente, y lo que permiten es controlar el desfase interno de la armadura con relación a las caras expuestas del elemento. Es importante definir correctamente este 41

54 parámetro debido a que puede afectar considerablemente la geometría final de las armaduras. Figura 50 Recubrimiento y ubicación de armadura Modelado del refuerzo de acero La modelación del refuerzo de la estructura se realizó mediante las herramientas básicas de Revit. Figura 51 Herramienta de modelación de refuerzo plano Procedimiento de cómo se realiza el dibujo del refuerzo estructural en los elementos anfitriones: 1. Se debe crear una vista en corte del elemento a reforzar. 2. Empleando la herramienta Armadura. 3. Al seleccionar la herramienta se activa el navegador de formas de armaduras, del cual se escoge la forma de armadura a utilizar. 4. De la pestaña Orientación de colocación, seleccionar alguno de las siguientes opciones; Paralela a plano de trabajo Paralela a recubrimiento Perpendicular a recubrimiento El cual definirá la forma como se alinea el refuerzo colocado en el anfitrión 5. La armadura se ajustara a la sección utilizada, para revisar y editar longitudes y/o propiedades del refuerzo se deben usar otras vistas creadas. 6 Manual del usuario, Revit Structure 2011, Pag

55 El procedimiento anterior aplica para la ubicación de un único refuerzo, en caso de que este elemento se replique a lo largo del anfitrión, la mejor manera de agilizar el proceso de adición, es el uso de las herramientas del Conjunto de armaduras, cuyas opciones se describen brevemente a continuación: Número fijo: Número de barras es constante e introducido por el usuario, el espaciado entre refuerzos es ajustable. Espaciado máximo: Espaciado máximo de barras es constante e introducido por el usuario, el número de barras cambia según la distancia de desarrollo del conjunto de barras. Número con espaciado: Número de barras y el espaciado son introducidos por el usuario. Espaciado libre mínimo: Espaciado mínimo de barras es constante e introducido por el usuario, el número de barras cambia según la distancia de desarrollo del conjunto de barras. Estos procedimientos se aplican en todo el elemento a reforzar, creando gran variedad de vistas para la creación de la totalidad del refuerzo. Es recomendable tener experiencia en el dibujo bidimensional del refuerzo de estructuras, ya que esto facilitara la concepción y creación de las vistas y cortes que se deben emplear para dibujar de manera correcta el refuerzo del elemento, ya que proporcionalmente al avance del dibujo estructural, la visibilidad de los conjuntos de armaduras implicara un grado más alto de complejidad debido a la concentración de dibujos. Figura 52 Corte transversal y longitudinal del refuerzo en uno de los extremos de la viga 43

56 Figura 53 Refuerzo de acero en viga 1 Figura 54 Refuerzo de acero en viga 2 Se presenta a continuación la tabla de barras de acero para la viga de sección variable que fue reforzada. 44

57 Figura 55 Refuerzo de acero en viga3 Forma Diámetro barra de Cantidad Longitud barra Tabla de barras de acero para viga de 20m Peso total Forma Diámetro barra Forma de armadura 1 1/2" m kg V4 1/2" m kg Forma de armadura 1 1/2" m kg V5 1/2" m 4.02 kg Forma de armadura 1 1/2" m kg V5 1/2" m 5.41 kg Forma de armadura 1 1/2" m kg V5 1/2" m 5.45 kg V1 1/2" m 5.19 kg V5 1/2" m 5.49 kg V1 1/2" m 5.40 kg V7 1/2" m 3.77 kg V1 1/2" m 5.52 kg V7 1/2" m 3.79 kg V1 1/2" m 5.64 kg V7 1/2" m 3.82 kg V1 1/2" m 7.48 kg V7 1/2" m 3.85 kg V1 1/2" m 7.52 kg V7 1/2" m 3.86 kg V1 1/2" m 7.64 kg V7 1/2" m 3.86 kg V1 1/2" m kg V7 1/2" m 3.88 kg V1 1/2" m kg V7 1/2" m 3.89 kg V1 1/2" m kg V7 1/2" m 3.90 kg V1 1/2" m kg V7 1/2" m 3.90 kg V3 1/2" m 2.93 kg V7 1/2" m 3.90 kg V3 1/2" m 2.94 kg V7 1/2" m 3.92 kg V3 1/2" m 3.10 kg V7 1/2" m 3.92 kg V3 1/2" m 3.10 kg V7 1/2" m 3.93 kg V3 1/2" m 3.23 kg V7 1/2" m 3.93 kg de Cantidad Longitud barra Peso total 45

58 V3 1/2" m 3.24 kg V7 1/2" m 3.94 kg V3 1/2" m 3.31 kg V7 1/2" m 7.23 kg V3 1/2" m kg V7 1/2" m 7.23 kg V3 1/2" m kg V7 1/2" m 7.39 kg V3 1/2" m kg V7 1/2" m 7.50 kg V3 1/2" m kg V7 1/2" m 7.50 kg V3 1/2" m kg V7 1/2" m 7.53 kg V3 1/2" m kg V7 1/2" m 7.53 kg V4 1/2" m 2.84 kg V7 1/2" m 7.54 kg V4 1/2" m 2.84 kg V7 1/2" m 7.55 kg V4 1/2" m 3.00 kg V7 1/2" m 7.55 kg V4 1/2" m 3.00 kg V7 1/2" m 8.94 kg V4 1/2" m 3.10 kg V7 1/2" m 8.94 kg V4 1/2" m 3.10 kg V7 1/2" m 8.95 kg V4 1/2" m 3.19 kg V7 1/2" m 8.95 kg V4 1/2" m 3.19 kg V7 1/2" m 8.95 kg V4 1/2" m 3.29 kg V7 1/2" m 8.96 kg V4 1/2" m 3.29 kg V7 1/2" m 8.97 kg V4 1/2" m 3.36 kg V7 1/2" m kg V4 1/2" m 3.36 kg V7 1/2" m 5.36 kg V4 1/2" m 3.45 kg V9 1/2" m 9.40 kg V4 1/2" m 3.45 kg V9 1/2" m 9.40 kg V4 1/2" m 3.53 kg V9 1/2" m 9.54 kg V4 1/2" m 3.54 kg V9 1/2" m 9.61 kg V4 1/2" m kg V9 1/2" m kg V4 1/2" m kg V9 1/2" m kg V4 1/2" m kg Peso total del acero = kg Tabla 7 Tabla de barras acero para viga de 20 m 46

59 47

60 6.3 Simulación del proceso constructivo en el tiempo (4D) La simulación representara secuencialmente el orden constructivo de los componentes de la estructura. El primer paso consistió en exportar el modelo Revit a un formato compatible con Navisworks. Esto se realizó con el fin de poder vincular los componentes a un cronograma. Figura 56 Exportación del modelo Revit a Navisworks. La planificación de la construcción consistió en representar cada uno de los elementos modelados como una actividad, en un cronograma relacionando la duración necesaria para la construcción de dicho elemento. Lo cual fue realizado mediante Project y presentada a continuación. 48

61 Figura 57 Cronograma de construcción 49

62 Luego de haber exportado el modelo e importado a Navisworks, se debe realizar lo mismo para incorporar el cronograma, esto se realiza a través de la herramienta TimeLiner. Esta herramienta despliega una ventana que permitirá realizar el enlace y configuración de la simulación. En la pestaña de Orígenes de datos, se debe hacer el enlace con la o los cronogramas necesarios para el completo desarrollo de la obra. En la pestaña Tareas, se realiza y constituye el vínculo entre el cronograma y el modelo, lo que implica enlazar los elementos del puente que se han de construir a cada una de las tareas consignadas en el cronograma, que adicionalmente requieren la especificación del tipo de tarea (construcción, temporal, demolición). Figura 58 TimeLiner Navisworks Figura 59 Elemento enlazado, TimeLiner El resultado de la simulación es presentado a continuación, a través de la secuencia de construcción de cada uno de los elementos modelados anteriormente: 50

63 Figura 60 Elementos presentes en la simulación. Figura 61 Construcción de los caissons 1 y 4. Figura 62 Construcción de los caissons 2 y 5. 51

64 Figura 63 Construcción de los caissons3 y 6. Figura 64 Construcción de los estribos 1 y 2. Figura 65 Construcción de los pedestales, tapas y topes de los estribos 1 y 2. 52

65 Figura 66 Construcción de la viga 1. Figura 67 Construcción de la viga 2. Figura 68 Construcción de la viga 3. 53

66 Figura 69 Construcción de la viga 4. Figura 70 Construcción de losa. Figura 71 Construcción de las barreras de tráfico. 54

67 Figura 72 Construcción de la calzada sobre el puente Tabla 8 Modelo 4D para simulación de proceso constructivo, paso a paso 6.4 Cuantificación de materiales y costos (5D) Para realizar la cuantificación de cantidades y el cálculo de costos se empleó el programa Autodesk Quantity Takeoff. El primer paso consistió en exportar las visualizaciones del modelo Revit a un formato compatible (*.dwf), con el que se regenera el proyecto en Quantity Takeoff. Los elementos que se deseen cuantificar deben ser visibles al momento de realizar la exportación, en caso contrario los elementos no visibles no serán cuantificados. Al crear un nuevo proyecto se debe especificar la configuración referente al sistema de unidades (métrico) y la moneda a emplear ($). Para luego seleccionar el catálogo con que se definirá la estructura organizativa del proyecto, el cual contiene agrupaciones preestablecidas para contener los objetos del modelo, con lo que se facilitara la definición de materiales y medidas para la cuantificación de cada elemento. Se enlaza el archivo de extensión *.dwf generado anteriormente, con lo que se procede a crear el proyecto. Se debe seleccionar la visualización del modelo 3D que contenga todos los elemento a cuantificar, con el propósito de agregarlos al catálogo definido. En este punto depende del usuario si desea utilizar la estructura organizativa preestablecida o definir la libre distribución de los objetos en grupos. Se realizó la agrupación por tipo de familia, con el fin de representar las agrupaciones. Consolidada la información en las respectivas agrupaciones, se procede a definir como se cuantificaran los objetos. En la ventana Takeoff, se define el tipo de cuantificación (Count, Linear, Area, Volume), que va en conjunto con el parámetro que indicara la cantidad. Este parámetro está conectado a las propiedades de cada objeto, las cuales fueron definidas durante la creación de las respectivas familias en el modelo de Revit. 55

68 Figura 73 Ventana Takeoff Para incorporar los precios se debe ingresar a las propiedades de cada categoría u elemento, en la pestaña de costos se ingresa el valor del análisis de costos para cada uno de los procedimientos (Materiales, Mano de obra, Transporte, Equipos), y cuyo valor debe estar relacionado a la cuantificación respectiva. Figura 74 Ventana de propiedades para cuantificación 56

69 Los precios asignados a cada elemento se relacionan en la siguiente tabla, que presenta los costos desglosados de cada uno de los análisis de precios unitarios (APU) requeridos. Resumen Análisis de Precio Unitario - DICIEMBRE 2008 ITEM Descripción un Equipo Material Transporte Mano de Obra Total Base asfáltica - incluye imprimación m3 $ 15, $ 312, $ 39, $ 38, $ 406, Pilote de concreto fundido in situ, de diámetro 1.50 metros m3 $ 175, $ 444, $ 9, $ 240, $ 870, Concreto Clase A -f'c = 350 Kg/cm2 (vigas) m3 $ 212, $ 401, $ - $ 47, $ 661, Concreto Clase C -fc = 280 Kg/cm2 (tableros) m3 $ 148, $ 384, $ - $ 18, $ 551, Concreto Clase D -fc = 210 Kg/cm2 (estructuras) m3 $ 170, $ 280, $ - $ 29, $ 480, Acero de Refuerzo (Grado 37 Y 60) kg $ - $ 2, $ - $ $ 3, Acero de refuerzo #4 7 ml $ - $ 2, $ - $ $ 3, Neopreno Dureza D 60 60*40*3 cm sencillo un $ - $ 476, $ - $ 5, $ 481, Neopreno Dureza D 60 55x35x6 cm 3 capas platinas 1/8" un $ - $ 957, $ - $ 5, $ 963, Tabla 9 Resumen de APU empleados 7 Nota: Para el ítem Acero de refuerzo #4 ( ), debido a la complejidad para la cuantificación del ítem a través del peso, debió ser relacionado con la longitud, ajustando los precios del APU ( ) Acero de refuerzo (Grado 37 y 60) a un metro (1m) de barra de refuerzo #4 (0.994 kg/ml). 57

70 Para finalizar en la ventana Workbook, se visualiza el reporte final que relaciona la cuantificación de cada uno de los elementos presentes en el modelo con sus respectivos costos de construcción. En esta etapa se pueden realizar de ser necesario los ajustes directamente a los precios e ir controlando el presupuesto total de la construcción modelada. + Figura 75 Ventana Workbook Figura 76 Modelo5D - Quantity Takeoff 58

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