Capítulo V. Análisis de costos de las cúpulas monocapa en comparación con las estructuras tradicionales

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1 Capítulo V Análisis de costos de las cúpulas monocapa en comparación con las estructuras tradicionales En este capítulo se comparará los costos generados al fabricar y realizar el montaje de la cúpula del terminal terrestre de la ciudad de Piura con la estructura monocapa cupuliforme presentada en la presente tesis. Todos los costos son expresados en soles COSTOS DE LA CÚPULA DEL TERMINAL TERRESTRE DE LA CIUDAD DE PIURA Especificaciones de fabricación y montaje La cúpula del terminal terrestre está conformada por viguetas de acero apoyadas sobre vigas o tijerales de acero. Estos soportes a su vez están apoyados en el concreto, empleando conexiones sujetas con pernos de anclaje. En toda la estructura de acero se tendrán las siguientes especificaciones: a) Materiales Los elementos estructurales tales como ángulos, perfiles tubulares y planchas serán de calidad ASTM-A36 con esfuerzo de fluencia mínimo fy=2,530kg/cm2. Los electrodos para soldaduras serán AWS E60XX o similar. Las viguetas de celosía que sirven como soporte de la cobertura serán fabricadas con perfiles angulares y varillas de acero corrugado. Los electrodos para fabricar estas viguetas serán AWS E60 Supercito o similar. b) Pintura La pintura de las estructuras metálicas incluirá la limpieza y preparación de las superficies de metal. También incluye la aplicación de la pintura, la protección y secado de las distintas capas de pintura, así como el suministro de elementos accesorios, mano de obra, materiales y equipos necesarios para completar los trabajos Costos de fabricación de la cúpula Rendimiento: 0.35 UND/DÍA

2 Mano de obra Unidad Cuadrilla Cantidad Precio Parcial Capataz HH Operario HH Peón HH Materiales Unidad Cuadrilla Cantidad Precio Parcial Soldadura KG Perfil "C" 2" X 6" X 6 mm M Perfil "L" 2" X 2" X 4.5 mm M Thiner GLN Acondicionador p/metales GLN Pintura anticorrosivo GLN Pintura esmalte GLN Tubo cuadrado de acero 2" X 4" X 1/8" M Tubo cuadrado de acero 4" X 4" X 1/8" M Tubo cuadrado de acero 6" X 4" X 1/8" M Platina 0.07m X 0.34m X 3/16" UND Platina 0.07m X 0.52m X 3/16" UND Platina 1" X 1/8" X 0.15m UND Equipos Unidad Cuadrilla Cantidad Precio Parcial Herramientas manuales %MO Costo unitario directo por UND: Costos de montaje de la estructura metálica Montaje de la cúpula Unidad : UND Rendimiento : 0.20 Und/día Área típica/und : 329 m2 Operario HH Peón HH

3 165 Soldadura KG Máquina de soldar 2 DM Andamios pesados 16 DM Tecle 01 ton 2 DM Herramientas 5% Montaje de viguetas tubulares Costo unitario = Costo unitario/m 2 = 8.89 Unidad : m2 Rendimiento : m2/día Área típica/und : 1.00 m2 Operario HH Peón HH Soldadura KG Máquina de soldar DM Andamios pesados DM Herramientas 5% Costo unitario = 5.23 Costo unitario/m2 = Resumen del costo de montaje Unidad : UND Rendimiento : 0.20 Und/día Área típica/und : 329 m 2

4 166 Operario HH Peón HH Soldadura KG Insumo Unidad Cuadrilla Cantidad Precio Unitario Parcial Máquina de soldar DM Andamios pesados DM Tecle 01 ton DM Herramientas 5% El costo total para este tipo de cúpula es: Costo total de montaje/m2 = Costo total de montaje = COSTO TOTAL = En todos los costos expuestos anteriormente se usaron las siguientes abreviaturas: HH = Horas hombre. MO = Mano de obra. M = Metro. KG = Kilogramo. PZA = Pieza. UND = Unidad. GLN = Galones. DM = Días máquina COSTOS DE LA CÚPULA MONOCAPA DE UNIONES SEMIRRÍGIDAS PROPUESTA Especificaciones de fabricación y montaje La cúpula monocapa de uniones semirrígidas está conformada por tubos de acero de sección circular en cuyos extremos se sueldan casquillos cónicos para poder alojar tornillos coaxiales. Cada uno de estos elementos se unirán mediante esferas roscadas, estando estas esferas en el anillo de cierre sujetas al concreto mediante pernos de anclaje. En toda la estructura de acero se tendrán las siguientes especificaciones:

5 167 a) Materiales Los perfiles tubulares serán de calidad ASTM-A36 con esfuerzo de fluencia mínimo fy=250 Mpa. Los electrodos para la soldadura de los casquillos cónicos serán AWS E60XX o similar. b) Pintura La pintura de las estructuras metálicas incluirá la limpieza y preparación de las superficies de metal. También incluye la aplicación de la pintura, la protección y secado de las distintas capas de pintura, así como el suministro de elementos accesorios, mano de obra, materiales y equipos necesarios para completar los trabajos Fabricación de la cúpula monocapa de uniones semirrígidas Barras: Nº 342 Nº Costo por unidad Costo parcial Tubo circular D=1 ½ e=2mm Cortes Pernos: Nº 720 Nº Costo por unidad Costo parcial Pernos Casquillos cónicos: Nº 684 Nº Costo por unidad Costo parcial Material 1470 Mecanizado Esferas: Nº 127 Nº Nº de orificios Costo por orificio Costo parcial Material 5080 Esfera tipo Esfera tipo Esfera tipo

6 Materiales: Unidad Cantidad Precio Costo parcial Soldadura KG Thiner GLN Acondicionador p/metales GLN Pintura anticorrosiva GLN Pintura esmalte GLN Costo total de fabricación = Montaje de la cúpula monocapa de uniones semirrígidas Nº de días para el montaje : 4 Área típica/und : m Mano de obra Nº Costo por día Nº de días Costo parcial Maestro de Obra Operarios Peones Materiales Equipos Nº Costo por día Nº de días Costo parcial Andamios pesados Tecle 1 ton Unidad Parcial Herramientas manuales 5%MO Costo total de montaje/m 2 = 3.69 Costo total de montaje = El costo total para fabricar y hacer el montaje de esta cúpula es: COSTO TOTAL =

7 169 Luego de analizar los costos de ambas cúpulas, se observa que la cúpula propuesta es más costosa que la cúpula proyectada para el terminal terrestre. Por ello evaluaremos algunos parámetros que influyen en los costos. Por simplicidad analizaremos la carga crítica por pandeo global de una estructura monocapa articulada. Por lo que ha sido expuesto en capítulos anteriores, la carga crítica de una estructura articulada, dada por (3.31), es: P CR = nγ EA A 3 ( 1 cos 2 ( ϕ 2a) ) 3 2 donde el ángulo ϕ, dado por (3.30), es: 1 4 D H ϕ = tan 2 ( D H ) 4 De estas expresiones observamos que para la misma estructura con el mismo material y área, y además si la relación D H se mantiene constante, la carga crítica se mantendrá constante. En consecuencia, al aumentar el diámetro de la estructura los costos sólo se incrementarán en el número de tubos que se tendrán que adquirir, pues los demás materiales, el mecanizado y la soldadura se mantendrán constantes. Esto siempre que la estructura no falle por pandeo localizado. Si los esfuerzos de compresión en las barras son menores que el esfuerzo crítico por pandeo localizado los costos se incrementarían, además del costo de los tubos pues tendrían otra sección, en los costos de material y mecanizado tanto de las esferas como de los casquillos cónicos, y en los costos de los tornillos. Estos últimos costos no aumentarían de forma considerable pues el aumento de material sería poco, y además el número de piezas es elevado por lo cual el mecanizado tendría poco aumento en los costos. Por otra parte, los costos de fabricación de la cúpula del terminal terrestre si fuera de mayor diámetro se incrementaría tanto en los costos de perfiles, platinas, soldadura y el rendimiento de la mano de obra disminuiría. Además, el peso aumentaría y las columnas tendrían una mayor sección incrementándose el costo global. Analizaremos el peso de ambas estructuras de forma aproximada, y evaluaremos el costo de acero, siendo el costo del peso bruto de acero 3.5 soles / kg. Cúpula terminal terrestre de la ciudad de Piura: Volumen Peso Costo Parcial Perfil "C" 2" x 6" x 6 mm Perfil "L" 2" x 2" x 4.5 mm Tubo cuadrado de acero 2" x 4" x 1/8" Tubo cuadrado de acero 4" x 4" x 1/8" Tubo cuadrado de acero 6" x 4" x 1/8"

8 170 Cúpula monocapa propuesta: Volumen Peso Costo Parcial Tubo Circular D=1 ½ " e=2mm Esferas D=76mm donde el volumen está dado en m 3 y el peso en Kg. De ambos resultados tenemos que el peso de la cúpula monocapa propuesta es menor de la mitad del peso de la cúpula del terminal terrestre. Esto traerá como beneficio la menor vulnerabilidad a la carga de sismo, pues esta depende de la masa de la estructura. Además el número de columnas, su sección, la cantidad de acero de refuerzo, la profundidad de cimentación, el movimiento de tierras será menor. Esto traerá una disminución de costos en acero como se observa, y al tener un mayor diámetro el costo de la cúpula monocapa tenderá a igualar a la cúpula del terminal terrestre, e incluso llegará a ser menor. En la figura 5.1 se ha graficado de forma aproximada el comportamiento del costo global de ambas estructuras. Costo global Cúpula monocapa propuesta Cúpula del terminal terrestre D 1 D 2 Diámetro Figura 5.1: Costos de fabricación de la cúpula del terminal terrestre con la cúpula monocapa cupuliforme. Para diámetros mayores de 100 m, que sería construido a doble capa, el costo de la cúpula con sistema con el sistema expuesto en la presente tesis sería menor de forma global, y además sería recomendable por la facilidad del montaje. Si los costos de mecanizado se dejaran de lado, es decir, si en la cúpula monocapa propuesta las uniones fueran soldadas teniendo uniones rígidas, el costo de esta cúpula disminuiría de forma considerable como se presenta a continuación.

9 COSTOS DE LA CÚPULA MONOCAPA DE UNIONES RÍGIDAS Fabricación de la cúpula monocapa de uniones rígidas Barras: Nº 342 Nº Costo por unidad Costo parcial Tubo circular D=1 ½ e=2mm Cortes Materiales: Unidad Cantidad Precio Costo parcial Thiner GLN Acondicionador p/metales GLN Pintura anticorrosiva GLN Pintura esmalte GLN Costo total de fabricación = Montaje de la cúpula monocapa de uniones rígidas Nº de días para el montaje : 21 Área típica/und : m Mano de obra Nº Costo por día Nº de días Costo parcial Maestro de Obra Operarios Peones Materiales Nº Costo por día Nº de días Costo parcial Andamios pesados Tecle 1 ton Máquina de soldar

10 Equipos Unidad Parcial Herramientas manuales 5%MO Costo total de montaje/m 2 = Costo total de montaje = El costo total para fabricar y hacer el montaje de esta cúpula es: COSTO TOTAL = Como se ha visto, el costo de fabricación ha disminuido considerablemente, mientras que el costo de montaje aumenta porque el número de días aumenta. El costo total, es decir al sumar ambos costos, es menor que el proyectado para el terminal terrestre de la ciudad de Piura. La desventaja está en el número de días que tomaría el montaje de esta estructura. Por último, podemos mencionar también el caso de la iglesia Sagrada Familia de la ciudad de Chulucanas, Piura. En esta iglesia se tiene un techo bastante ligero, construido a partir de pequeños tubos de acero. Estos tubos están dispuestos a dos aguas con una geometría de doble capa con uniones soldadas. Figura 5.2: Iglesia Sagrada Familia de la ciudad de Chulucanas, Piura. Podemos ver en la figura 5.2, el techo de la iglesia mencionada, en donde en la parte derecha se aprecia el detalle de como apoyan las barras del techo. Se observa que no ha sido necesario tener columnas muy robustas debido al bajo peso propio de este techo. Una de las ventajas que esto implica es la sencillez de montaje, y además que no ha sido necesario colocar columnas intermedias en un área de aproximadamente 960 m 2. Hay que resaltar que por su bajo peso propio, los daños producidos durante el fenómeno del Niño ocurrido en el año 1998 fueron mínimos.