“TOP DOWN” Y SU APLICACIÓN PARA LA REDUCCIÓN DEL PLAZO DE CONSTRUCCIÓN David Díaz Chávez i
Sinopsis: En toda obra de edificación, existen tres factores que son principales para la buena ejecución del proyecto y para asegurar la satisfacción del cliente, a saber: el costo, la calidad y el plazo, por lo que continuamente se están implementando mecanismos que permitan controlar y mejorar cada uno de estos factores. Este Paper describe un método que permite la construcción simultánea de la subestructura (bajo la rasante) y de la superestructura (sobre la rasante) reduciendo notablemente el plazo de ejecución (hasta un 30%) y manteniendo la calidad del mismo, sin afectar gravemente al costo. De gran utilidad en los proyectos en los cuales el poco espacio y tiempo son factores que determinaran la rentabilidad del mismo. Categoría: Proceso Constructivo Palabras Clave: Plazo, Pilotes, Muro pantalla, Tablestaca, Excavación, “Top – Down”.
INTRODUCCIÓN El Perú afronta actualmente un boom en la construcción de obras civiles, de infraestructura y de edificaciones, cada mañana al salir por las calles de Lima se pueden observar edificios en construcción aquí y allá. Los inversionistas están interesados en la construcción de sus edificios, algunos son edificios de oficinas corporativas, otros departamentos para alquiler o venta, otros son centros comerciales y/o empresariales, pero todos ellos quieren que sus obras cuenten con buena calidad, un costo razonable y en el menor tiempo posible. Siendo GyM ‘la más antigua y más grande empresa constructora del Perú’1, está a la vanguardia y es constantemente invitada por estos inversionistas a participar en la construcción de sus obras, debido a que 80 años de experiencia le han dado credibilidad y confianza, gracias al apego constante a sus cuatro valores fundamentales: Cumplimiento (Antes del Plazo), Calidad, Seriedad y Eficiencia. Para brindar al cliente esa seguridad que ha caracterizado a GyM, es necesaria la constante investigación e innovación en los procesos
constructivos, con el fin de reducir el plazo de entrega, optimizar el costo de la construcción y maximizar la calidad de la misma.
OBJETIVO Este paper tiene como objetivo describir un proceso constructivo llamado “Top – Down” o “De arriba abajo” que permite reducir el plazo de ejecución, especialmente en edificios que cuentan con ambientes bajo el nivel de la calle tales como sótanos, ya que permite que la construcción de la superestructura pueda comenzar casi en simultáneo con la construcción de la subestructura, mediante la utilización de pilotes y muros pantalla. Si bien es cierto que la utilización de cimentaciones especiales puede conllevar al incremento del costo de la construcción, se puede compensar con el acortamiento del plazo de la construcción. Otro de los objetivos del paper es definir cuan conveniente es la utilización de este proceso constructivo y que beneficios, además del plazo, puede traer.
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Juan Manuel Lambarri – Gerente General GyM.
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Universidad Nacional de Cajamarca, Ingeniero Civil, Propuestas y Contratos GyM S.A.
DESCRIPCIÓN DEL P ROCESO CONSTRUCTIVO El proceso constructivo de “Top Down” (Up Down) comenzó a ser utilizado para la construcción de líneas de metro en los lugares en los que se necesitaba poner en marcha las vías a nivel de rasante casi al mismo tiempo que se construían las estructuras bajo rasante. Airey Taylor Consulting 2desarrolló el uso de esta técnica para el uso general en la industria de la construcción en el Oeste de Australia. El principio de Top Down consiste en instalar los elementos portantes verticales y el sistema de estabilización usando pilotes y muros pantalla construidos a nivel del terreno antes de la excavación.
3. Vacear la losa a nivel de terreno para confinar los pilotes y muros pantalla.
4. Comenzar la construcción sobre la superficie.
El proceso consta de los siguientes pasos a seguir, los cuales pueden tener alguna variación: 1. Vacear pilotes perimetrales y muros pantalla in situ, cuidando que tengan un buen acabado y que estén aplomadas.
2. Instalar los pilotes centrales, los que pueden ser de concreto o de perfiles de acero estructural.
5. Después que la losa de concreto ha alcanzado cierta resistencia, puede comenzar la excavación. La excavación debajo de la primera losa es similar al proceso minero, el cual requiere equipos de limpieza de sobrecarga baja, una faja transportadora vertical de acarreo sería muy conveniente debido al poco espacio disponible. 6. Continuar con la excavación y construcción de los niveles inferiores hasta llegar a la cota de fondo requerida.
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http://www.atconsulting.com.au/
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Universidad Nacional de Cajamarca, Ingeniero Civil, Propuestas y Contratos GyM S.A.
VARIACIONES AL P ROCESO KPFF Consulting Engineers3 modificó el proceso del muro pantalla optando por tablestacas de acero pesado que quedarían como las paredes perimétricas de los sótanos. Estas tablestacas no requieren una cimentación separada para soportar sus cargas tributarias y su propio peso, debido a que ellos llevan la carga axial mediante fricción lateral.
Instalación de Tablestacas – Skyline Steel Por otro lado, Skyline Steel4 presenta una alternativa interesante para reemplazar a los pilotes de concreto, utilizando columnas metálicas llamados “Stanchions” que permiten aprovechar el espacio y funcionan bien para el caso de placas, al mismo tiempo que reducen el riesgo de desplome. El proceso comienza con el hincado del molde provisional del pilote (similar el utilizado en pilotes de concreto), y se realiza la excavación de la tierra dentro del molde.
Luego de lo cual se introduce el pilote metálico y se vacea la cimentación del mismo utilizando concreto.
Es importante indicar que estos pilotes metálicos son fabricados de acuerdo al diseño de la estructura. Se puede ver una animación del proceso propuesto por Skyline al seguir el siguiente link: http://www.youtube.com/watch?v=WDJJRK4 EwCo
REDUCCIÓN DEL P LAZO DE EJECUCIÓN Mientras que con el proceso constructivo tradicional, la construcción de una edificación comienza con el movimiento de tierras, excavación masiva y eliminación de material excedente, al mismo tiempo que se lleva a cabo la estabilización de los taludes mediante muros pantalla, soil nailing, etc., para luego comenzar con la construcción de la subestructura desde el fondo hasta el final de la superestructura (Bottom Up); utilizando este método constructivo, podemos construir una edificación literalmente en dos direcciones, de arriba abajo (Top – down), en el caso de los sótanos y de abajo a arriba (bottom – up) en el caso de la construcción sobre la rasante (superestructura). Es importante tener en cuenta que esto significa tener dos frentes de trabajo, lo que aumentaría la cantidad de personal obrero, staff y las obras y servicios provisionales necesarios para ambos frentes.Los siguientes esquemas de planeamiento muestran la diferencia de plazo que existe entre el método tradicional y el “Top – Down”: OBRAS PROVISIONALES MOVIMIENTO DE TIERRAS Y ESTIBILIZACIÓN CIMENTACIÓN ESTRUCTURAS DE SÓTANO ESTRUCTURAS DE TORRE ARQUITECTURA INSTALACIONES Y EQUIPAMIENTO CIERRE
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7.0 1.0 2.5 4.0 12.0 12.0 1.0
Cronograma según método tradicional (22 meses). OBRAS PROVISIONALES PILOTAJE MOVIMIENTO DE TIERRAS Y ESTIBILIZACIÓN ESTRUCTURAS SÓTANO ESTRUCTURAS TORRE ARQUITECTURA SÓTANO ARQUITECTURA TORRE INSTALACIONES Y EQUIPAMIENTO SÓTANO INSTALACIONES Y EQUIPAMIENTO TORRE CIERRE
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3.0 .5
2.0 1.0
2.0 1.0 5.5
2.0 1.0
1.5 9.5 10.0 9.5 10.0 1.0
Cronograma según método “Up – Down” (17 meses). 3
http://www.kpff.com/
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Universidad Nacional de Cajamarca, Ingeniero Civil, Propuestas y Contratos GyM S.A.
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http://www.skylinesteel.com
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Cuadro comparativo: Método Tradicional – “Top – Down”
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1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000
Tradicional
"Up - Dow n"
Diferencia
Parcial (S/.) 6,481,853.05 17,368,178.97 7,042,212.02 5,588,712.00 2,425,953.24 1,118,375.00 11,053,580.58
Parcial (S/.) 6,009,161.78 21,492,553.47 7,042,212.02 5,588,712.00 2,425,953.24 1,118,375.00 11,053,580.58
(S/.) -472,691.27 4,124,374.50 -
% -7.29% 23.75% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00%
COSTO DIRECTO GASTOS GENERALES (*) UTILIDAD
51,078,864.85 6,085,819.29 4,970,842.10
54,730,548.08 5,703,779.38 5,255,158.91
3,651,683.23 -382,039.91 284,316.81
7.15% -6.28% 5.72%
SUBTOTAL $USD (SIN IGV)
62,135,526.24
65,689,486.37
3,553,960.13
5.72%
Descripción OBRAS PROVISIONALES y SERVICIOS (*) ESTRUCTURAS ARQUITECTURA-ACABADOS ARQUITECTURA-MURO CORTINA INSTALACIONES ELECTRICAS INSTALACIONES SANITARIAS EQUIPAMIENTO
Diferencia
Cuadro Comparativo – Presupuesto Edificio Real 2.
Método Tradicional - Método "Top - Down" 25.00 20.00 15.00 10.00
EQUIPAMIENTO
-
INSTALACIONES SANITARIAS
5.00
INSTALACIONES ELECTRICAS
01 ESTRUCTURAS 01.01 MOVIMIENTO DE TIERRAS Y ESTABILIZACIÓN 01.01.01 MASIVO 01.01.02 LOCALIZADO 01.01.03 MURO ANCLADO 01.01.04 SISTEMA DE SOSTENIMIENTO DE MUROS 01.01.05 PILOTES PERIMETRALES DE CONCRETO ARMADO 01.01.06 SHOTCRETE 01.01.07 VIGA DE CORONACIÓN 01.01.08 PERFORACIÓN DE PILOTES PERIMETRALES 01.01.09 SOBRE EXCAVACIÓN POR PROC. CONSTRUCTIVO 01.02 OBRAS DE CONCRETO SIMPLE 01.02.01 SUBZAPATAS 01.02.02 SOLADO 01.03 OBRAS DE CONCRETO ARMADO 01.03.07 PILOTES CENTRALES METÁLICOS 01.03.07 PERFORACIÓN DE PILOTES CENTRALES 01.03.07 CONEXIONES DE PILOTES CON LOSA 01.03.01 LOSA SOBRE TERRENO 01.03.02 CIMIENTOS CORRIDOS ARMADOS 01.03.03 ZAPATAS AISLADAS 01.03.04 VIGAS DE CIMENTACION 01.03.05 CIMIENTOS CORRIDOS ARMADOS DE MURO ANCLADO 01.03.05 PICADO DE MURO 01.03.09 COLUMNAS DE SÓTANOS SEMI EMBEBIDAS EN MURO ANCLADO 01.03.08 PLACAS 01.03.09 MUROS PERIMETRALES EN SÓTANOS 01.03.09 COLUMNAS SEMI EMBEBIDAS EN MUROS PERIMETRALES 01.03.10 COLUMNAS 01.03.11 LOSAS POSTENSADAS 01.03.12 LOSA MACIZA 01.03.13 VIGAS 01.03.15 ESCALERAS 01.03.16 CISTERNA, CAMARAS DE BOMBEO, CUARTO DE BOMBAS 01.03.17 BASES DE EQUIPOS
Método "Up-Dow n" Tradicional Parcial (S/.) Parcial (S/.) 17,368,178.97 21,492,553.47 5,022,264.61 5,929,047.93 1,235,015.42 1,474,125.38 177,855.94 245,560.28 1,766,689.89 0.00 1,311,595.26 0.00 0.00 1,385,011.43 0.00 495,606.05 0.00 183,134.86 0.00 2,145,609.93 531,108.10 0.00 14,578.52 2,775.90 2,340.06 0.00 12,238.46 2,775.90 12,331,335.84 15,560,729.64 0.00 2,520,009.99 0.00 1,134,811.47 0.00 243,850.00 113,300.50 113,300.50 12,681.32 12,681.32 403,003.71 183,912.17 46,568.95 0.00 116,717.39 0.00 3,297.00 0.00 107,462.70 0.00 2,065,284.84 2,294,246.44 345,700.09 0.00 5,780.34 0.00 1,486,336.10 1,242,251.27 2,732,986.67 2,806,402.15 2,320,935.45 2,320,935.45 2,369,765.46 2,486,813.58 83,569.63 83,569.63 104,426.29 104,426.29 13,519.39 13,519.39
Presupuesto Com parativo - Edificio Real 2 Ítem
ARQUITECTURAMURO CORTINA
Descripción
Este aumento puede llevar a pensar que este método descrito no es económicamente conveniente, sin embargo, analizando el Costo Directo Total se puede obtener una mejor visión de la incidencia en el costo:
ARQUITECTURAACABADOS
Item
Debido a la naturaleza particular de este proyecto, la ejecución con el método tradicional requería una Sobre excavación para mantener a los taludes estables, con “Top – Down” no es necesario, debido a que no existen taludes libres.
ESTRUCTURAS
CUADRO COMPARATIVO
Es importante mencionar que para este estudio se propusieron pilotes metálicos interiores para los sótanos, los cuales se convirtieron en las columnas finales de los sótanos, reduciendo la cuantía de acero en las mismas.
OBRAS PROVISIONALES y…
COSTO Debido a que el proceso constructivo “Top – Down” permite una construcción diferente, las partidas relacionadas con su ejecución, especialmente en Estructuras son diferentes. El estudio mencionado previamente presenta la diferencia del costo entre ambos métodos según el siguiente cuadro comparativo:
Se puede apreciar que el costo directo de la partida de estructuras utilizando “Top – Down” es mayor que con el método tradicional en un 23.75%.
Millions
Los esquemas anteriores han sido basados en un estudio comparativo que se preparó para la propuesta del Edificio Real 2, con un área techada de 27,948.77 m2 y 13,929.34 m2 de área destinada a oficinas y usos comunes, obteniendo una disminución del plazo de 5 meses. Mientras que con el método tradicional la construcción de los sótanos iniciaría en el mes 9, con “Top – Down” comienza en el mes 5, además con el método tradicional la construcción de la estructura de la torre (sobre rasante) comenzaría en el mes 11, mientras que con “Top – Down” comenzaría casi al mismo tiempo que los sótanos. Además, se observa que las actividades de excavación y movimiento de tierras con “Top – Down” se retiran de la ruta crítica. Con lo que se puede demostrar que efectivamente el método descrito reduce el plazo de ejecución de una edificación.
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
7.000
Tradicional
"Up - Down"
Gráfico1
Universidad Nacional de Cajamarca, Ingeniero Civil, Propuestas y Contratos GyM S.A.
Se puede observar un menor costo en las Obras Provisionales y Servicios, atribuido principalmente a la reducción del plazo de ejecución. Sin embargo, esta disminución no es tan notable debido a que se tendrá mayores obras y servicios provisionales por los dos frentes de trabajo antes mencionados, además se debe considerar un sistema de inyección de aire y extracción de monóxido de carbono dentro de los trabajos provisionales.
Se puede observar que los beneficios por rentas anticipadas son mayores al sobrecosto del método “Top – Down” en S/. 931,287.35.
El costo directo se ve afectado en S/. 3’651,683.23 que representa un +7.15%, utilizando “Top – Down”, sin embargo se observan menos Gastos Generales debido a la Reducción del Plazo, en un -6.28%.
CONCLUSIONES
Con todo, lo que obtenemos es un +5.72% equivalente a S/. 3’553,960.13 adicionales utilizando este método. En Proyectos de Centros Comerciales, Líneas subterráneas y edificios destinados a alquiler, resulta interesante utilizar este método, debido a las rentas provenientes de la puesta en funcionamiento.
Por lo que resultaría factible ejecutar una edificación destinada a alquiler utilizando este método, asumiendo que las condiciones son ideales y que se cuentan con todos los equipos necesarios para llevar a cabo las diferentes partidas de este proceso.
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El método constructivo “Top –Down” ayuda a reducir el plazo de ejecución de un Proyecto de Edificaciones con respecto al método tradicional, en el caso estudiado llegaría hasta un 22.7% menos.
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Debido a que este método disminuye el plazo de ejecución, se puede tener los recursos (personal obrero, staff, equipos, etc.) disponibles para ser utilizados en nuevos proyectos.
-
Utilizando “Top – Down” la construcción de la superestructura (torre) se independiza con respecto a la construcción de la subestructura (sótanos) haciendo que la excavación masiva para los sótanos deje de formar parte de la ruta crítica del Proyecto. Sin embargo se debe evaluar la disponibilidad así como el costo de los equipos de excavación y retiro de material (faja transportadora vertical).
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El proceso constructivo en sótanos requiere mayor controles de Prevención de Riesgos, debido a la naturaleza de la ejecución, siendo necesaria la instalación provisional de sistemas de inyección de aire y extracción de gases.
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Aunque existe un costo adicional al aplicar “Top – Down” debido a los trabajos de pilotaje y muro pantalla, esto es compensado con los beneficios por renta adelantada como en los casos de Centros Comerciales, Líneas Subterráneas (Metro) y Edificios de
Para el caso de Estudio del Edificio Real 2, siendo un edificio destinado al alquiler de oficinas, se consideró un monto de 23 US$/m2/mes, basado en el Reporte de Mercado realizado por Colliers International, para oficinas Prime en Lima para el 2013. El siguiente cuadro muestra el cálculo de los beneficios por rentas anticipadas para el caso de Real 2, asumiendo que el utilizando “Top – Down” tenemos 5 meses de plazo ganado con respecto al método tradicional: Renta (US$/m 2/mes)
Total Renta (US$) 13,92 5.0 1,601,8 23.00 9.34 0 74.10 Beneficios por Rentas Anticipadas.
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Área
Me ses
Total Renta (S/.) 4,485,2 47.48
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alquiler o venta, siempre y cuando la contratista esté a cargo de la Ingeniería, Gerencia y la Construcción del Proyecto. -
Por ser un método constructivo innovador, capta la atención del cliente gracias a las ventajas de tiempo y costo que ofrece; no obstante, aún necesita desarrollarse más profundamente en el Perú.
INFORMACIÓN ADICIONAL Algunos de los proveedores de Pilotaje, Muros Pantalla, etc., son: -
Pilotes Terratest5 Av. Manuel Olguín Nº 373 of. 505 Santiago de Surco, Lima - Perú Telf. (511) 619-3535 Fax (511) 619-3530 E-mail:
[email protected]
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Mota Engil Perú6 Av. Nicolás Ayllón 2634 Ate - Lima 3 PERÚ Telf. (511) 414-3665 Fax (511) 414-1012 / 1010 / 1011
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Arcelor Mittal International Peru 7 Calle Miguel Dasso 134 Oficina 301 Lima 27 PERU Telf. (511) 421-4364 Fax (511) 463-0638
[email protected]
dudas y consultas, y el apoyo constante que me dieron durante el desarrollo del tema. A Gerencia Técnica por los comentarios y sugerencias constantes brindadas por la Ing. Fiorella Arce. REFERENCIAS Airey Taylor Consulting. (2013). Top-Down Building Construction Design. West Perth, Australia: Airey Taylor Consulting. Narong Thasnanipan, A. W. (2000). Practical installation of stanchions for topdown. Bangkok, Thailand: GEOTECH. Pilotes Terratest. (2013). Proyecto: Mall Paseo San Bernardo. Skyline Steel. (2005). Sistema TopDown Estacionamientos con Tablestaca. Obtenido de YouTube: http://www.youtube.com/watch?v=W DJJRK4EwCo Skyline Steel. (5 de Noviembre de 2013). Top Down Excavation. Obtenido de Skyline Steel -Technical Library: http://www.skylinesteel.com/
AGRADECIMIENTOS Mi agradecimiento al equipo que realizó el estudio comparativo del Edificio Real 2: los ingenieros César Ramos Salazar, Álvaro López Cuellar y Ronald Díaz Domínguez por la orientación e información brindada con respecto al tema, así como por la absolución de
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http://www.terratest.com.pe/ http://www.mota-engil.pe/
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http://corporate.arcelormittal.com/
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