Estudios de suelos…para la construcción del salón

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER
BIBLIOTECA EDUARDO COTE LAMUS
RESUMEN TESIS DE GRADO
AUTOR (ES):
NOMBRE (S):
NOMBRE (S):
LUIS EDUARDO
CARLOS ALEJANDRO
APELLIDOS: MENDOZA DUARTE
APELLIDOS: ALBARRACIN BUENO
FACULTAD:
INGENIERIA
PLAN DE ESTUDIOS:
INGENIERIA CIVIL
DIRECTOR:
NOMBRE (S):
SAMUEL
APELLIDOS: MEDINA JAIMES
TITULO DE LA TESIS: ESTUDIOS DE SUELOS, TOPOGRÁFICOS Y DISEÑOS
ESTRUCTURALES E HIDROSANITARIOS CON CANTIDADES DE OBRA PARA LA
CONSTRUCCIÓN DEL SALÓN COMUNAL JUAN FRIO
RESUMEN:
Se realizó el estudio de suelos para obtener información del subsuelo, analizarlo y dar
las recomendaciones necesarias para el diseño y construcción del salón comunal
garantizando el adecuado funcionamiento de la edificación. Se elaboraron los estudios
topográficos para el reconocimiento de la zona a trabajar y se realizó el diseño
estructural en cumplimiento de los requisitos mínimos aportados por la NSR-10 y los
aspectos hidrosanitarios, creando así una estructura segura y que satisfaga los factores
como la función de la estructura, aspectos económicos, estética, facilidad para construir
y las restricciones legales.
Palabras clave: estudio, suelo, topografía, estructural, construcción.
CARACTERÍSTICAS:
PAGINAS: 114
PLANOS:
7
ILUSTRACIONES:
CD-ROM: 1
ESTUDIOS DE SUELOS, TOPOGRÁFICOS Y DISEÑOS ESTRUCTURALES E
HIDROSANITARIOS CON CANTIDADES DE OBRA PARA LA CONSTRUCCIÓN
DEL SALÓN COMUNAL JUAN FRIO
LUIS EDUARDO MENDOZA DUARTE
CARLOS ALEJANDRO ALBARRACIN BUENO
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER
FACULTAD DE INGENIERÍA
PLAN DE ESTUDIOS DE INGENIERÍA CIVIL
SAN JOSÉ DE CÚCUTA
2013
ESTUDIOS DE SUELOS, TOPOGRÁFICOS Y DISEÑOS ESTRUCTURALES E
HIDROSANITARIOS CON CANTIDADES DE OBRA PARA LA CONSTRUCCIÓN
DEL SALÓN COMUNAL JUAN FRIO
LUIS EDUARDO MENDOZA DUARTE
CARLOS ALEJANDRO ALBARRACIN BUENO
Trabajo de grado presentado como requisito para optar al título de
Ingeniero Civil
Director
SAMUEL MEDINA JAIMES
Magíster en Ingeniería Estructural
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER
FACULTAD DE INGENIERÍA
PLAN DE ESTUDIOS DE INGENIERÍA CIVIL
SAN JOSÉ DE CÚCUTA
2013
4
CONTENIDO
pág.
INTRODUCCIÓN
13
1. EL PROBLEMA
14
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
14
1.2 JUSTIFICACIÓN
14
1.3 OBJETIVOS
15
1.4 ALCANCES Y LIMITACIONES
15
1.5 DELIMITACIONES
16
2. REFERENTES TEÓRICOS
17
2.1 ANTECEDENTES
17
2.2 MARCO TEÓRICO
17
2.3 MARCO LEGAL
18
3. METODOLOGÍA
20
3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN
20
3.2 POBLACION Y MUESTRA
20
3.3 PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS.
21
4. ESTUDIO DE SUELOS
22
4.1 OBJETIVO DEL ESTUDIO GEOTECNICO
22
4.2 LOCALIZACION DE PROYECTO A CONSTRUIR
22
4.3 ASPECTOS TOPOGRAFICOS
24
5
4.4 CARACTERISTICA GEOLOGICAS
24
4.5 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA ESTRUCTURA Y CARGA
26
4.6 EXPLORACION Y MUESTREO DEL SUBSUELO
27
4.7 CONDICIONES DE LOS SUELOS
28
4.8 CARACTERISTICAS FISICAS DEL SUELO
28
4.9 NIVEL DE AGUAS
30
4.10 CARACTERISTICAS MECANICAS DEL SUELO
30
4.10.1 Parámetros de resistencia al corte
30
4.10.2 Parámetros de de formabilidad (asentamientos)
31
4.10.3 Parámetros sísmicos
31
4.11 PERFIL DEL SUELO DISEÑO SISMO-RESISTENTE
32
4.12 CONDICIONES DE LA CIMENTACION
32
4.12.1 Tipo de cimentación
32
4.12.2 Nivel y suelo de cimentación
34
4.13 ANÁLISIS INGENIERÍA
34
4.14 CAPACIDAD ADMISIBLE
34
4.15 RECOMENDACIONES CONSTRUCTIVAS
35
4.15.1 Excavaciones y rellenos
35
4.15.2 Recomendaciones sobre el drenaje
36
4.16 LOCALIZACION DE APIQUES
36
4.17 PERFILES ESTRATIGRÁFICOS
37
4.18 MEMORIA DE CÁLCULOS CAPACIDAD ADMISIBLE
38
4.19 PROPIEDADES DEL SUELO DE CIMENTACION
38
5. CALCULOS TOPOGRAFICOS
44
6
6. DISEÑOS ESTRUCTURALES
49
6.1 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO ESTRUCTURAL PARA
EDIFICACIONES NUEVAS
49
6.2 CALCULO DEL PESO DE LA ESTRUCTURA
53
6.3 ESPECTRO DISEÑO
63
6.4 SISTEMA ESTRUCTURAL
64
6.5 MÉTODO DE ANÁLISIS A UTILIZAR
65
6.6 PERÍODO FUNDAMENTAL DE LA EDIFICACIÓN
66
6.7 COORDENADAS DEL CENTRO DE GRAVEDAD
67
6.8 DISEÑO A FLEXIÓN VIGA B
78
6.9 DISEÑO A CORTANTE
96
6.10 DISEÑO COLUMNA A-2
105
6.11 ELEMENTOS DE CONFINAMIENTO
108
7. CONCLUSIONES
112
8. RECOMENDACIONES
113
BIBLIOGRAFÍA
114
7
LISTA DE FIGURAS
pág.
Figura 1. Localización general del sitio del proyecto
23
Figura 2. Ubicación geográfica del lote del proyecto
24
Figura 3. Geología de la zona
26
Figura 4. Detalle de cimentación. Cimientos aislados
33
Figura 5. Localización de apiques
36
Figura 6. Perfiles estratigráficos
37
Figura 7. Planta arquitectónica
49
Figura 8. Fachada principal y corte
50
Figura 9. Mapa de valores de Aa
55
Figura 10. Mapa de valores de Av
56
Figura 11. Distribución de estribos tramo A, extremo izquierdo
98
Figura 12. Distribución de estribos tramo A, extremo derecho
99
Figura 13. Despiece de estribos
99
Figura 14. Distribución de estribos No. 3
103
Figura 15. Distribución estribos por zonas según cálculos tramo B-C, extremo
derecho
104
Figura 16. Despiece definitivo
105
Figura 17. Esquema columna
105
Figura 18. Detalle columna
108
Figura 19. Sección columna de confinamiento típica
110
Figura 20. Sección viga de amarre típica
111
8
LISTA DE CUADROS
pág.
Cuadro 1. Construcción de las edificaciones
27
Cuadro 2. Criterio de sondeos
27
Cuadro 3. Consistencia de los suelos cohesivos
30
Cuadro 4. Capacidad de soporte del suelo
38
Cuadro 5. Cartera de campo
45
Cuadro 6. Cartera de oficina
46
Cuadro 7. Cartera de campo nivelación directa simple
47
Cuadro 8. Cargas de servicio
51
Cuadro 9. Masas de los materiales
52
Cuadro 10. Peso de la estructura
53
Cuadro 11. Clasificación de los perfiles del suelo
57
Cuadro 12. Coeficiente Fa
58
Cuadro 13. Coeficiente Fv
59
Cuadro 14. Valores del coeficiente de importancia I
61
Cuadro 15. Espectro de diseño
63
Cuadro 16. Sistema estructural de porticos
64
Cuadro 17. Valores de los parámetros Ct yœ
66
Cuadro 18. Cortante basal
66
Cuadro 19. Cortante símico en la base
67
Cuadro 20. Centro de gravedad
67
Cuadro 21. Coordenadas del centro de rigidez
68
9
Cuadro 22. Excentricidades
69
Cuadro 23. Momento torsor directo
69
Cuadro 24. Torsión accidental (A.3.6.7.1)
70
Cuadro 25. Torsión accidental
70
Cuadro 26. Momentos torsores de diseño
70
Cuadro 27. Momentos torsores
72
Cuadro 28. Deriva
74
Cuadro 29. Dimensiones de los elementos
76
Cuadro 30. Fuerzas sísmicas de diseño – sentido Y
78
Cuadro 31. Fuerzas sísmicas de diseño – sentido X
78
Cuadro 32. Parámetros para el diseño de columnas
107
10
LISTA DE GRÁFICAS
pág.
Gráfica 1. Carta de plasticidad
29
Gráfica 2. Factor de profundidad
42
Gráfica 3. Coeficiente de ampliación Fa del suelo para la zona de periodos
cortos del espectro
59
Gráfica 4. Coeficiente de ampliación Fv del suelo para la zona de periodos
cortos del espectro
60
Gráfica 5. Espectro elástico
62
Gráfica 6. Espectro de diseño
63
11
LISTA DE TABLAS
pág.
Tabla 1. Valores de capacidad admisible Qa (ton/m2)
39
Tabla 2. Asentamientos máximos (cm)
39
12
INTRODUCCIÓN
La Universidad Francisco de Paula Santander le brinda una formación académica
a los estudiantes del plan de estudios de ingeniería civil que está encaminada a la
participación activa en la aplicación de los conocimientos teórico-prácticos
mediante la ejecución de trabajos investigativos y o dirigidos que permitan el
desarrollo académico de los estudiantes y además de la formación profesional
esté sea útil como personal calificado que pueda contribuir a la comunidad de
nuestra ciudad y área metropolitana a satisfacer las necesidades que tienen sus
habitantes.
La vereda de Juan frio ubicada en el municipio de villa del rosario es una tierra
pujante y trabajadora la cual se ha visto afectada por un difícil problema de orden
público debido a muchos factores, uno entre ellos la falta de un lugar propio de la
comunidad donde se pueda integrar la misma sin problema alguno.
Durante el tiempo establecido para la realización del presente proyecto académico
se presentaran los correspondientes informes a La Universidad Francisco de
Paula Santander, en las fechas ya establecidas y que contiene la recopilación,
selección y análisis de la información y el resultado cualitativo del presente
estudio.
13
1. EL PROBLEMA
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El notable desarrollo y crecimiento demográfico del municipio de villa del rosario
en su casco urbano, su zona rural y la falta de planeación en el proceso de
expansión a que se ha visto sometido el municipio ha demandado de la
administración municipal la responsabilidad de proveer soluciones de
infraestructura a la comunidad rosariense, esta labor se ve afectada por el déficit
presupuestal que se presenta en la mayoría de estamentos públicos lo que
conlleva a la insuficiencia de personal capacitado para la realización de proyectos
en los cuales la comunidad sea la más favorecida, no solo brindándoles los
servicios básicos sino llegando a los puntos más sensibles de la comunidad.
Siendo conocedores de la situación actual de orden público de nuestro municipio
y área metropolitana, la vereda Juan Frio se encuentra hoy día afectada
directamente por el orden público, esto nos lleva a pensar en que elementos
están fallando en esta comunidad, comunidad que no cuenta con un lugar donde
se puedan reunir sus habitantes en donde puedan debatir, orientar y encaminar
un mejor futuro para su comunidad, un lugar en donde se pueda brindar una mano
amiga a los menos favorecidos y sea propia de la comunidad, un territorio de
paz.
1.2 JUSTIFICACIÓN
La realización del proyecto de grado como modalidad trabajo dirigido tiene como
propósito fundamental el desarrollo y aplicación de las capacidades del estudiante
para hacerlo participe en la solución de problemas que afecten a la comunidad, y
de tal forma poder complementar su formación profesional y personal así como
ofrecer al mismo su primera experiencia laboral como ingeniero civil.
Con los resultados obtenidos en este estudio se pretende dar una herramienta
eficaz y verdadera para la ejecución del proyecto salón comunal juan frio, dejando
así una brecha más pequeña en la búsqueda de la integración social de la vereda
la cual se quiere obtener por medio de este proyecto.
14
1.3 OBJETIVOS
Objetivo general. Realizar los estudios pertinentes para la construcción del salón
comunal de la vereda de Juan Frío ubicada en el municipio de Villa del Rosario los
cuales constan de estudio de suelos, topográficos, y diseño estructural e hidrosanitarios y sus respectivas cantidades de obra, llevando a cabo la aplicación de
las ciencias de la ingeniería civil.
Objetivos específicos. Realizar el estudio de suelos para obtener información del
subsuelo, analizarlo y dar las recomendaciones necesarias para el diseño y
construcción del salón comunal garantizando el adecuado funcionamiento de la
edificación.
Elaborar los estudios topográficos para el reconocimiento de la zona a trabajar, y
realizar el levantamiento topográfico de la zona del proyecto.
Realizar el diseño estructural que cumplan con los requisitos mínimos aportados
por la NSR-10 creando así una estructura segura y que satisfaga también algunos
factores como la función de la estructura, aspectos económicos, estética, facilidad
para construir y las restricciones legales.
Realizar el diseño de las redes hidrosanitarias cumpliendo con las normas
establecidas que garanticen el buen funcionamiento.
Obtener las cantidades de obra en las unidades que se piden para las diferentes
actividades para la realización del proyecto, esto con el fin de obtener el costo del
mismo.
1.4 ALCANCES Y LIMITACIONES
Alcances. Poner a disposición de la comunidad estudiantil, el trabajo dirigido
realizado con el nombre estudios de suelos, topográficos y diseños estructurales e
hidrosanitarios con cantidades de obra para la construcción del salón comunal
Juan Frio en el municipio de Villa del Rosario (Norte de Santander). El cual se
presenta como un proyecto netamente académico.
15
Limitaciones. Los problemas de orden público y la situación crítica que se vive en
algunos barrios del municipio histórico pueden incidir directamente en forma
negativa en el desarrollo de las actividades propias del trabajo dirigido.
Factores climáticos así como las consecuencias de los mismos interrumpen la
programación de las actividades a realizar.
El factor económico debido a la carencia de recursos de la administración
municipal limitan y determina la realización de los estudios necesarios para la
realización de un proyecto.
1.5 DELIMITACIONES
Delimitación espacial. El proyecto de trabajo dirigido se desarrollara en el
municipio histórico de Villa Del Rosario, con el apoyo de la secretaria de
planeación municipal de la alcaldía de Villa Del Rosario.
Delimitación temporal. El cumplimiento de todas las funciones realizadas en el
trabajo dirigido como seguimiento, control y desarrollo de los proyectos para el
municipio de villa del rosario se tendrá en un periodo de cuatro (4) meses del año
en curso.
16
2. REFERENTES TEÓRICOS
2.1 ANTECEDENTES
En la actualidad se encontraron diferentes proyectos realizados en el municipio de
Villa del Rosario se pueden mencionar los siguientes:
BARRERA MONSALVE, Oscar. Pasantía en la oficina de proyectos del
Departamento de Planeación, Convenio U.F.P.S – Alcaldía de Villa del Rosario.
Trabajo de Grado. Ingeniero Civil. San José de Cúcuta: Universidad Francisco de
Paula Santander. Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Civil, 2001.
Consistió en un trabajo práctico de campo, preparación de proyectos de desarrollo
comunitario, control de ejecución de contratos de obra, elaboración de
presupuestos y diligenciamiento de fichas de plan Colombia.
LOPEZ PABON, Leonel Alberto. Pasantía en la oficina de proyectos del
Departamento de Planeación, Convenio U.F.P.S – Alcaldía de Villa del Rosario.
Trabajo de Grado. Ingeniero Civil. San José de Cúcuta: Universidad Francisco de
Paula Santander. Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Civil, 2004.
Se basó en la realización de proyectos de inversión en la oficina de proyectos, así
como la elaboración de presupuestos y análisis unitario
2.2 MARCO TEÓRICO
El proyecto a manejar de la realización de la construcción del salón comunal de
juan frio tendrá en cuenta:
Estudios de suelos. Un estudio de suelos permite dar a conocer las
características físicas y mecánicas del suelo, es decir la composición de los
elementos en las capas de profundidad, así como el tipo de cimentación más
acorde con la obra a construir y los asentamientos de la estructura en relación al
peso que va a soportar.
Esta investigación que hace parte de la ingeniería civil es clave en la realización
de una obra para determinar si el terreno es apto para llevar a cabo la
construcción de un inmueble u otro tipo de intervención.
17
Estudios topográficos. La topografía es la ciencia que estudia el conjunto de
principios y procedimientos que tienen por objeto la representación gráfica de la
superficie de la Tierra, con sus formas y detalles, tanto naturales como artificiales.
Esta representación tiene lugar sobre superficies planas, limitándose a pequeñas
extensiones de terreno, utilizando la denominación de tarado para áreas mayores.
De manera muy simple, puede decirse que para un topógrafo la Tierra es plana,
mientras que para un geodesta no lo es. Para eso se utiliza un sistema de
coordenadas tridimensional, siendo la X y la Y competencia de la planimetría, y la
Z de la altimetría. Los mapas topográficos utilizan el sistema de representación de
planos acotados, mostrando la elevación del terreno utilizando líneas que
conectan los puntos con la misma cota respecto de un plano de referencia,
denominadas curvas de nivel, en cuyo caso se dice que el mapa es hipsográfico.
Dicho plano de referencia puede ser o no el nivel del mar, pero en caso de serlo
se hablará de altitudes en lugar de cotas.
Diseños estructurales. Los diseños estructurales se realizan a partir de un
adecuado balance entre las funciones propias que un material puede cumplir, a
partir de sus características naturales específicas, sus capacidades mecánicas y el
menor costo que puede conseguirse. El costo de la estructura siempre debe ser el
menor, pero obteniendo el mejor resultado a partir de un análisis estructural
previo. El diseño estructural debe siempre de obtener un rendimiento balanceado
entre la parte rígida y plástica de los elementos, ya que en muchas ocasiones, un
exceso en alguno de estos dos aspectos puede conducir al fallo de la estructura.
Diseño hidro-sanitario. El diseño hidro-sanitario permite alimentar y distribuir de
la mejor manera el agua potable y desechar las aguas residuales producidas por
una vivienda o construcción cumpliendo con las debidas normas y demandas.
Las cantidades de obra nos permiten calcular el precio que tiene una construcción,
estas sirven de base para el suministro de los materiales necesarios, la
herramienta, la compra o alquiler de equipo y la contratación de la mano de obra.
2.3 MARCO LEGAL
EL Consejo Superior Universitario de la Universidad Francisco de Paula
Santander, estableció el Estatuto Estudiantil el día 26 de Agosto de 1996,
mediante el acuerdo No. 065, donde Articulo 38. Ningún estudiante podrá
graduarse con promedio ponderado acumulado inferior a tres, uno (3.1).
18
Parágrafo: El Estudiante que haya cursado y aprobado el 80% de los créditos de
su plan de estudios, podrá matricular adicionalmente proyectos académicos en
áreas de investigación y extensión, previa aprobación del Comité Curricular del
plan de estudios respectivo, con el fin de mejorar su promedio ponderado
acumulado, o de iniciar su proyecto de grado.
Este proyecto se manejara según el estatuto estudiantil de la universidad, el cual
se establece en el artículo 140 del acuerdo N° 065 del 26 de agosto de 1996, en
este se coloca a consideración de la comunidad estudiantil las diferentes
modalidades de trabajo de grado con las que pueda optar el estudiante, el acuerdo
N° 069 del 5 de septiembre de 1997, articulo 2, g. Trabajo Dirigido, la cual
Consiste en el desarrollo, por parte del estudiante y bajo la dirección de un
profesional en el área del conocimiento a la que es inherente el trabajo, de un
proyecto específico que debe realizarse siguiendo el plan previamente establecido
en el anteproyecto correspondiente, debidamente aprobado.
NSR-10 Norma Sismoresistente 2010.
RAS 2000 Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y Saneamiento
Básico.
Especificaciones técnicas para instalaciones sanitarias de alcantarillado y agua
potable.
19
3. METODOLOGÍA
3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN
Para esta investigación se empleará el método descriptivo ya que se pretende
evaluar aspectos teóricos y procedimientos para llevarse a cabo el proyecto de la
construcción del salón comunal el cual requiere de estudios de suelos,
topográficos, la elaboración de diseños
estructurales, e hidrosanitarios y
cantidades de obra de cada uno de los materiales a utilizar con su debido
presupuesto.
Las actividades a realizar en el proceso de control y seguimiento de los proyectos
asignados comprende:
Trabajo de campo. Basado en la toma de muestras para el respectivo estudio de
suelos y la topografía, con base en esto llevar a cabo los diferentes estudios para
la realización de la obra.
Trabajo de oficina. Consiste en la elaboración de diseños, cuantificación de
cantidades de obra, elaboración de análisis de precios unitarios y presupuestos de
obra, así como la elaboración de formatos necesarios que determinan la
metodología utilizada para el desarrollo de proyectos.
3.2 POBLACION Y MUESTRA
El proyecto de trabajo dirigido estará enfocado a la comunidad rosariense en
situación vulnerable que requiera la intervención de estudiantes de ultimo
semestre de Ingeniería Civil de la Universidad Francisco de Paula Santander para
brindar apoyo en obras y proyectos como construcción de salones comunales,
pavimentación y mejoramiento de calles, estudios de suelos para construcción de
viviendas o zonas con amenaza de deslizamientos que permitan mitigar la
problemática.
Por lo tanto este proyecto involucra zonas urbanas aledañas a la cabecera
municipal como son los barrios Bella vista, Santander, La Palmita, San Martín,
Gramalote, Piedecuesta, Fátima, Senderos de paz los corregimientos y veredas
como lo son el corregimiento de Juan Frio y la vereda Luis Carlos Galán, por lo
que el número de personas que se beneficiaran de este proyecto son alrededor
de 7600.
20
3.3 PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS.
Para obtener la información requerida, se elaboraran los diferentes estudios:
Estudios topográficos, en el cual se utilizaran aparatos e instrumentos como son
los teodolitos y niveles de precisión, miras, estacas, cintas etc.
Estudios de suelos, comprende la caracterización del suelo, el cual implica tomar
muestras en el campo, para su posterior análisis en un laboratorio.
Análisis presupuestal, con la topografía y el diseño del salón comunal, se
procederá al análisis presupuestal, que consiste en el cálculo de cantidades de
obra de acuerdo a planos, análisis unitarios y el presupuesto en general.
Los resultados que se obtienen durante el proceso, se diligenciaran en los
respectivos formatos para luego presentar los informes a cada una de las
dependencias que intervienen durante el cumplimiento de esta labor.
21
4. ESTUDIO DE SUELOS
4.1 OBJETIVO DEL ESTUDIO GEOTECNICO
El presente informe consigna la investigación de suelos realizada para la
construcción de una edificación de un piso en el sector de la vereda de juan frio en
el casco urbano del Municipio de Villa del Rosario.
El objetivo principal de este estudios es el de investigar las características del
suelo existente en el área del proyecto, y dar las recomendaciones que se
consideran necesarias para el manejo y tratamiento de los aspectos geotécnicos,
de donde se deducirán el tipo de cimentación, profundidad y dimensiones
aproximadas del cimiento, teniendo en cuenta los demás aspectos geotécnicos
que puedan incidir sobre la estabilidad y seguridad del proyecto a realizar.
También de ser necesario, recomendar sobre situaciones que se pueden
presentar a nivel geotécnico tanto en la cimentación como en la estructura, para
unificar un sistema constructivo adecuado que
asegure plenamente
la
estabilidad, resistencia y durabilidad de la estructura, mitigando problemas
geotécnicos presentes o que en un futuro puedan afectar la funcionalidad de
dicha salón.
4.2 LOCALIZACION DE PROYECTO A CONSTRUIR
El salón comunal, estará ubicado en un lote en las áreas sub-urbanas del
municipio de villa del rosario, con nomenclatura K3#5-45 según información
suministrada por habitantes del sector, El proyecto se localiza en un lote que limita
en su constado al occidental con una vivienda de un piso y hacia el costado
oriental con una cancha de micro futbol y norte y sur con vías sin identificar. El
sector presenta urbanismo. La figura siguiente muestra la ubicación del proyecto
con relación al entorno, según coordenadas 7°47´49´´N – 72°28´.25.75” O y una
elevación aproximada de 495 msnm.
22
Figura 1. Localización general del sitio del proyecto
Fuente: ALCALDIA DE VILLA DEL ROSARIO. Localización. Villa del Rosario: La
Alcaldía, 2012.
23
Figura 2. Ubicación geográfica del lote del proyecto
Fuente: GOOGLE CORPORATION. Vista aerea. 2012.
4.3 ASPECTOS TOPOGRAFICOS
El lote dispuesto para el proyecto ocupa una extensión en forma de rectangular,
con dimensiones aproximadas de 30 m x 22.5 m y un área de 680 m2. La
topografía de la zona es predominantemente plana, pero en su constado
occidental se inicia una pendiente muy suave hasta el costado oriental. El lote se
encuentra sin ninguna clase de construcción y con algunos arbustos. El drenaje
del lote se da sobre las vías pavimentadas del sector.
4.4 CARACTERISTICA GEOLOGICAS
Según el Cuadrángulo G-13 (Véase la Figura 2) editado por Ingeominas,
documento este que recopila la geología de la zona de Villa del Rosario y áreas
aledañas, El cuadrángulo está localizado sobre la vertiente oriental de la Cordillera
Oriental de los Andes, llamada aquí Sierra de Perijá y cubre parte del flanco
occidental de la cuenca de Maracaibo; la Geomorfología del área es variada, la
Sierra de Perijá compuesta principalmente por rocas cristalinas es el rasgo
24
topográfico, dominante del área con elevaciones hasta de 2.600 metros sobre el
nivel del mar. En la falda de la Sierra, areniscas resistentes, Cretáceas y
Terciarias, plegadas y falladas con rumbo N-S forman cuchillas con relieves de
varios cientos de metros sobre los valles adyacentes y sobre las planicies que
rodean el lago de Maracaibo.
La Región del proyecto está situada en la cordillera oriental, corresponde al
bloque de Santander, limitado al oeste, por la falla de Bucaramanga- Santa marta;
al Este, por el Sistema Frontal de la Cordillera Oriental y la Falla de Boconó. Se
encuentra caracterizada por capas sedimentarias de origen aluvial, pertenecientes
a los depósitos Terciarios que descansan sobre las formaciones León y
Carbonera.
La Formación Carbonera (Tec) consta de una serie de arcillolitas intercaladas con
areniscas y algunos mantos de carbón en las partes inferior y superior. La arcillas
son de color gris, comúnmente abigarradas y sideríticas en la parte interior y
superior de la formación, hay algunas arcillas pizarrosas de color gris oscuro. La
Formación León (Tol) Está compuesta en su totalidad de arcillas pizarrozas de
color gris a color gris verdoso que presenta horizontes limoliticos hacia la parte
baja y alta de la misma: Algunos mantos delgados de areniscas grises,
intercaladas con láminas carbonáceas, se presentan dentro de las arcillolitas; en
el área central de la Concesión Barco, estas areniscas son más abundantes
hacia la parte media de la formación.
25
Figura 3. Geología de la zona
Fuente: ALCALDIA DE VILLA DEL ROSARIO. Localización. Villa del Rosario: La
Alcaldía, 2012.
4.5 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA ESTRUCTURA Y CARGA
Según la información obtenida se proyecta la construcción, dentro del área
descrita anteriormente de una edificación de (1) un piso destinado como un salón
comunal Publico según para desarrollo de las diversas actividades de la
comunidad de Juan Frio. El sistema estructural consistirá de pórticos de concreto
reforzado. La distancia entre ejes es de 6.0 a 9.0 m. El sistema estructural
encargada de soportar las cargas, consistirá de vigas y columnas que
transportarán las cargas de forma puntual al suelo de cimentación.
26
Según la información de planos suministrada, se proyecta la construcción de las
siguientes edificaciones:
Cuadro 1. Construcción de las edificaciones
Estructuras de un (1) piso
Locales
Oficinas generales
Área de Plazoleta
Área construida (m2)
36
47
250
La carga por columna dependerá del análisis estructural pero por lo general se
estima que estará en el orden de 6 Ton.
4.6 EXPLORACION Y MUESTREO DEL SUBSUELO
Conforme a los requerimientos mínimos de sondeos y profundidades de la norma
NSR-10 (H.3.2) se establecieron el número y profundidad de sondeos, según la
siguiente clasificación.
Cuadro 2. Criterio de sondeos
Categoría: BAJA.
No. sondeos por unidad: 3.
Profundidad: mín. 6.0 m.
Adicionalmente, se aplicó el siguiente aparte de la sección H.3.2.5. (NSR 10) que
permite reducir/aumentar la longitud de los sondeos.
27
Se aplicó el inciso (c) donde se requiere a una profundidad de 2.5 veces el ancho
de la zapata.
Y el inciso (d) donde se requiere llegar a aglomerados rocosos o capas de suelos
firmes en proyectos de categoría baja. Esta longitud indicativa sería de 2.00 m.
Considerando la pequeña área destinado, con el fin de conocer las características
de suelos en el sitio del proyecto, se procedió a realizar dos (2) apiques
distribuidos en el área, las excavaciones se realizaron a una profundidad de 1 a
2m.
Con la información obtenida se observa los estratos que conforman el perfil de
suelos de la zona, y de ellos se obtuvieron muestras alteradas para realizar los
ensayos de granulometría con lavado sobre tamiz 200, límites de consistencia “LL,
LP”, clasificación de suelos y humedad natural. Además se complementó la
información de laboratorio con pruebas de penetración manual.
4.7 CONDICIONES DE LOS SUELOS
El perfil de suelos encontrado puede resumirse así:
Capa Vegetal. Arcilla arenosa con presencia de materia orgánica. 0.2 a 0.3 m.
Arcilla ligera arenosa. Color marrón oscuro. Algo de humedad, consistencia
media, baja plasticidad. Espesor de 1.5 a 2 metros. Lectura del Penetrómetro: 1 a
2.0 kg/cm2. Humedad baja.
Los ensayos de laboratorio y la observación del perfil de suelos encontrado
permiten establecer las siguientes características geotécnicas:
4.8 CARACTERISTICAS FISICAS DEL SUELO
El contenido de humedad natural a lo largo del perfil explorado, es moderado, sin
llegar a sobrepasar los valores del índice plástico.
Las capas predominantes de los perfiles son de tipo netamente ARCILLOSOS
LIGERAMENTE CON ARENA, muestran un contenido de arena del 28 % y de
finos del 72 % con baja plasticidad.
28
Según la composición granulométrica y los límites de Atterberg, las capas de los
perfiles superficiales investigados en este proyecto se clasifican de acuerdo a la
U.S.C. como arcilla ligera con arena de los tipos CL y A-6 por AASHTO. (Limite
liquido LL: 24.20 a 31.00 %; Limite plástico: LP: 14.19 a 14.87%; Índice de
plasticidad IP: 10.01 a 16.13%). El contenido de arenas es de 26.93 a 27.75%, el
contenido de finos es de 72.25 a 73.07%.
El grado de permeabilidad puede estimarse en general como bajo a muy bajo,
(K»1.0X10-5 - 10-7 cm/seg).
El tipo y condiciones de suelos encontrados y la naturaleza del proyecto permiten
despreciar la existencia de fenómenos de licuación, colapso, suelos totalmente
expansivos, suelos erosionables y efectos asociados con la vegetación
El grado de plasticidad, tiende a valores medios a altos para todas las capas
encontradas, según la Carta de Plasticidad de Casagrande para clasificación de
suelos.
Gráfica 1. Carta de plasticidad
La resistencia al corte no drenada medida con el penetrómetro manual, registra
valores entre los 1.0 y 2.0 Kg/cm2, correspondiendo a una consistencia media.
Esta descripción se confirma con los resultados de compresión simple, obtenidos
de muestras inalteradas recuperadas con tubos “Shelby”. Resistencia al corte de
suelos cohesivos, según Teng.
29
Cuadro 3. Consistencia de los suelos cohesivos
De los Límites de Atterberg se puede inferir que la expansibilidad de las capas
arcillosas del perfil superficial, es media a bajo. Mediante los valores de LL (limite
liquido) e I.P (índice de Plasticidad) se puede considerar que el grado de
expansión de estas arcillas es no critico equivalente a un potencial volumétrico de
cambio (PVC) de 1.0 a 2.0.
4.9 NIVEL DE AGUAS
No se encontró presencia de aguas freáticas en las exploraciones realizadas.
Según las relaciones gravimétricas y volumétricas, el Grado de saturación es
medio a bajo. La profundidad del nivel freático estará alejada del nivel superficial,
estimándose que supera los 10 metros.
4.10 CARACTERISTICAS MECANICAS DEL SUELO
4.10.1 Parámetros de resistencia al corte. Arcilla ligera arenosa:
Arcilla ligera arenosa. Color marrón oscuro. Algo de humedad, consistencia
media, baja plasticidad. Espesor de 1.5 a 2 metros. Lectura del Penetrómetro H: 1
a 2.0 kg/cm2. Humedad baja. Teniendo en cuenta estas mediciones, los
parámetros de resistencia al corte recomendados son:
Cohesión: C = 0.5 Kg/cm2
Ángulo de fricción
= 0°
30
4.10.2 Parámetros de de formabilidad (asentamientos). Por presentar el suelo
características arcillosas y sin presencia de nivel freático se tendrá un
comportamiento de los asentamientos predominantemente de tipo elástico (no
presentándose asentamientos por consolidación), los cuales ocurrirán de forma
inmediata después de la construcción. Para el cálculo de asentamientos se tienen
para este tipo de suelo, los siguientes parámetros:
Módulo de Elasticidad E = 500 ton/m2.
Relación de poisson µ = 0.35.
4.10.3 Parámetros sísmicos. Propiedades dinámicas:
Con el fin de considerar los efectos sísmicos locales debido al tipo de suelo, se
deberán hacer las siguientes consideraciones de acuerdo a la Reglamento Sismo
Resistente NSR-10. Definido los criterios técnicos que se estipulan en la NSR-10
se determina el tipo perfil según las características geotécnicas del perfil y sus
propiedades físico-mecánicas (Velocidad de onda cortante).
Velocidad de onda sísmico: El módulo cortante obtenido (G) a partir del módulo de
elasticidad (E) y la relación de Poisson (P) será:
Como parámetros y propiedades dinámicas teóricas, podrán considerarse las
siguientes: (Capa arcillosas de alta plasticidad)
Peso Unitario: γ = 1.6 Ton/m3.
Módulo elástico: E = 500 Ton/m2.
Relación de Poisson: µ = 0.35.
Módulo Cortante del suelo: G = E/ 2(1+µ) =185 Ton/m2.
Velocidad de Onda sísmica......Vs =
=
31
34 m/s
Tipo de suelo: perfil tipo E. Perfil que cumpla el criterio de velocidad de onda
cortante, o 180 m/s >Vs.
4.11 PERFIL DEL SUELO DISEÑO SISMO-RESISTENTE
Considerando la el Reglamento de Construcciones Sismo Resistentes de
Colombia del año 2010 (NSR-2010), el perfil de suelo corresponde al Tipo E, los
resultados de la exploración en campo y la investigación de laboratorio, permiten
establecer los parámetros sísmicos para efectos del análisis y diseño estructural:
Grupo III: Edificaciones de atención a la comunidad.
Coeficiente de Importancia, (I): 1.25.
Aa= coeficiente aceleración horizontal pico efectiva: 0.35.
Av= coeficiente de la velocidad horizontal pico efectiva: 0.3.
Zona periodos cortos del espectro Fa: 1.05.
Zona periodos intermedios del espectro Fv: 2.8.
Capacidad de disipación de energía: Especial.
Zona de Amenaza Sísmica: ALTA.
4.12 CONDICIONES DE LA CIMENTACION
4.12.1 Tipo de cimentación. Bloque para salón comunal (1 piso):
Según las condiciones geotécnicas encontradas y características del proyecto se
recomienda sistemas de cimentación tipos:
32
Cimientos aislados. Consiste de zapatas aisladas, unidas mediante vigas de
amarre en las dos direcciones. La sección y refuerzo serán indicadas por el
Ingeniero encargado del Diseño Estructural.
Figura 4. Detalle de cimentación. Cimientos aislados
•
Cimiento aislado: Diseño para trabajar con una presión admisible de 10
Ton/m2.
•
Solado: e = 10 cm.
•
Viga de rigidez: En dos direcciones de sección y refuerzo según Diseño
Estructural.
•
Capa de sub-suelo: Suelo del sitio estabilizado. Numeral 12.1.
•
Placa de piso: Placa de piso en concreto reforzado con malla-electro soldada.
•
Columna: Sección y refuerzo según diseño estructural.
33
4.12.2 Nivel y suelo de cimentación. Bloque para salón comunal (1 piso):
Cimientos aislados. El nivel de desplante de esta fundación será a una
profundidad de 1.50 m con relación al nivel del terreno del lote. El suelo de
cimentación será la capa arcilla ligera arenosa, Color marrón oscuro. Algo de
humedad, consistencia media, baja plasticidad
4.13 ANÁLISIS INGENIERÍA
El cálculo de capacidad de soporte del suelo para el tipo de cimiento superficial
recomendado, se presenta en el anexo de este informe. Los valores de la
capacidad admisible (Qa) en ton/m2, se encuentran tabulados en dicho anexo
para diferentes dimensiones de la cimentación asumidas.
4.14 CAPACIDAD ADMISIBLE
Bloque para salón comunal (1 piso):
La capacidad de soporte por carga del suelo para este tipo de cimiento superficial
fue calculada utilizando la ecuación de capacidad última (Hanzen y Terzaghi).
Para el nivel de cargas que se presentan en el proyecto, se recomienda utilizar los
siguientes valores de presión admisible los cuales no exceden los límites de
asentamientos de 2.5 cms.
Cimientos aislados. Zapatas: Las zapatas del proyecto (nivel de desplante 1.50
m). Para el nivel de cargas que se presentan en el proyecto, se recomienda utilizar
para el diseño estructural una presión admisible de 10 ton/m2. Los asentamientos
calculados son menores de 2.5 cms, aceptables para este tipo de estructura, dado
su carácter de inmediatos.
Estimativos de carga. La estructura a construir es de un (1) nivel por lo cual las
cargas puntual máxima transmitidas al suelo son del orden de 6 Toneladas, de
acuerdo a la información asumida por el concepto estructural. Esta carga se utilizó
con el fin de evaluar la capacidad portante admisible y los asentamientos
esperados de la estructura a construir.
Asentamientos esperados cimentación superficial. El análisis de
asentamientos inmediatos tipo elástico para estos cimientos superficiales se
34
efectuó utilizando el Método de Bowles descrito en los anexos. Los asentamientos
elásticos o inmediatos se presentarán durante la construcción y serán del orden de
0.2 a 2.5 cms.
4.15 RECOMENDACIONES CONSTRUCTIVAS
4.15.1 Excavaciones y rellenos. Las características de consistencia de las
capas de los perfiles permiten adelantar excavaciones con cortes verticales, hasta
de una profundidad de cimentación.
La construcción de la cimentación del proyecto, se iniciará con el replanteo de los
ejes y la posterior excavación con equipo manual, de la caja correspondiente a
cada uno de estos cimientos, manteniendo las dimensiones indicadas por el
diseño estructural.
Se deberá hacer la excavación y retiro del material vegetal existente, y dada la
naturaleza medianamente expansiva se deberán estabilizar al menos 0.10 m de
espesor del suelo. Como medida de estabilización se recomienda utilizar una
mezcla del suelo del sitio y cal en porcentajes de 5 a 10 % en peso según el
diseño que se realice de la mezcla estabilizada.
Las excavaciones del proyecto correspondientes a las necesarias para la
ejecución de los cimientos serán de carácter temporal, y dado el tipo de suelos
superficial y su consistencia podrán proyectarse con cortes verticales. Una vez
alcanzado el nivel de profundidad establecido en el numeral 10.2, se colocará un
solado en concreto de 5 cms. de espesor, sobre el cual se construirá la
cimentación, distribuyendo el refuerzo según el diseño estructural y procediéndose
a fundir el concreto con resistencia mínima basada en la especificación del calculo
estructural.
Posteriormente se construirán las columnas y vigas de amarre necesarias, previas
al relleno de las excavaciones. El material proveniente de la excavaciones puede
ser utilizado para este relleno recomendándose hacerlo en capas de no más de 20
cms. de espesor, compactadas con pisón manual.
La ejecución de la etapa de cimentación deberá ser lo más rápido posible, con el
fin de evitar alteraciones apreciables del suelo de cimentación, en especial ante
lluvias que puedan presentarse.
35
Para la conformación de rellenos artificiales para contra piso, andenes laterales,
plazoletas o nivelaciones arquitectónicas se empleará material granular
seleccionado, tipo recebo, según las especificaciones Invías 300, 320; (densidad
mínima del 90% de la máxima del ensayo proctor modificado) o en su defecto
material producto de excavación mezclado con cemento en un 3% en peso como
mínimo.
4.15.2 Recomendaciones sobre el drenaje. Tomando en cuenta la naturaleza
arcillosa del suelo de cimentación y la susceptibilidad de este tipo de materiales a
perder resistencia y aumentar la deformabilidad ante la presencia de aguas, se
hace necesario controlar la infiltración de estas, que podrían desestabilizar el
suelo, cambiando sus características. Por lo tanto se recomienda establecer un
adecuado sistema de drenaje y evacuación de aguas lluvias, el cual aleje
rápidamente la escorrentía superficial y las aguas infiltradas de los alrededores de
la edificación. En el proyecto se utilizarán tuberías flexibles tipo PVC, que son
capaces de absorber pequeños movimientos del terreno.
En las áreas duras, se recomienda andenes con ancho mínimo de 1,5 metros,
adyacentes a la construcción, así como se recomienda dejar los patios como
zonas duras (pisos en concreto reforzados con malla electro soldada).
4.16 LOCALIZACION DE APIQUES
Figura 5. Localización de apiques
36
4.17 PERFILES ESTRATIGRÁFICOS
Figura 6. Perfiles estratigráficos
37
4.18 MEMORIA DE CÁLCULOS CAPACIDAD ADMISIBLE
Capacidad de soporte del suelo:
•
Obra: salón comunal.
•
Fecha: abril 2013.
•
Cimentación: cimiento aislado.
Cuadro 4. Capacidad de soporte del suelo
ESTRATO
No.
ESPESOR
(m)
1
2
0.5
>1.5
PESO
UNITARIO
(ton/m3)
1.6
1.8
4.19 PROPIEDADES DEL SUELO DE CIMENTACION
Descripción: Arcilla con arena, color marrón oscuro. Consistencia media.
•
Cohesion: 5 Ton/m2 (0.5 kg/cm2).
•
Modulo elasticidad: 500 ton/m2.
•
Ang. de fricción interna: 0.0°.
•
Relación de poisson: 0.35.
•
Profundidad de cimentación: 1.5 m. (Cimiento Asilado).
38
•
Posición del nivel freatico: No presente.
Cimentación. Dimensiones:
•
Ancho: 1.00 – 3.00 m.
•
Largo: 1.00 – 3.00 m.
Factores de capacidad de carga: Nc: 5.1 - Nq: 1.0 - Ng: 10.9.
Tabla 1. Valores de capacidad admisible Qa (ton/m2)
Tabla 2. Asentamientos máximos (cm)
39
Valor de capacidad admisible recomendada:
Cimiento aislado: Qa: 10.0 ton/m2.
Asentamientos menores a 2.5 cms.
Asentamientos máximos (cm):
Espesor finito. Método Bowles Para B= 1.5 m.
q= Carga/Área = 28 Ton / (1.5x1.5) = 12.5 Ton/m2 (presión de contacto).
El asentamiento se calcula empleando las expresiones:
S e = q B′
(1 − µ 2 )
Cs
E
CS = I S I f
⎛
1 − 2µ ⎞
I S = ⎜⎜ I 1 +
I 2 ⎟⎟
−
µ
1
⎝
⎠
(
)
(
)
M + M 2 +1 1+ N 2
M2 +N2
1+ M 2 +1
1⎡
I 1 = ⎢M ln
+ ln
π ⎢⎣
M 1+ M 2 + N 2 +1
M + M 2 + N 2 +1
I2 =
(
⎛
N
arctag ⎜
⎜N
2π
⎝
Dónde:
M=
L′
B′
⎞
⎟
2
2
M + N + 1 ⎟⎠
M
N=
)
arctag en radianes
H
B′
40
⎤
⎥
⎥⎦
En este caso H=5.00 m. (Profundidad asumida donde se encontrara un estrato a
semejable a roca).
Se analiza el asentamiento en el centro, para esto se divide el cimiento en cuatro
partes iguales de dimensiones B´=B/2 y L´=L/2.
B´= 1.5 /2 = 0.75 m
L´= 1.5 /2 = 0.75 m
M =L´/B´ = 0.75 / 0.75 = 1.0
N = H/B´ = 5.0 / 0.75 =6.67
Reemplazando los valores de M=2.0 y N=1.33en las ecuaciones se obtiene:
I1= 0.467
I2= 0.023
Reemplazando los valores de I1, I2 y µ=0.35 en la ecuación:
Is=0.47
De la figura, se obtiene el mismo valor de If If=0.65, para la relación
1.50/1.50 =1.5, e interpolando para L/B = 1.0 y µ=0.3.
41
D/B =
Gráfica 2. Factor de profundidad
Fuente: BOWLES, Joseph. Foundation analysis and design. Mexico: Mc Graw Hill,
1996.
El factor corregido de influencia para el cimiento, reemplazando en la ecuación Is
e If es:
Cs = 0.47* 0.74 = 0.35
El factor calculado, corresponde a la esquina del cimiento B´ x L´, el asentamiento
total en el centro del cimiento B x L será cuatro veces el de la esquina del cimiento
B´ x L´.
S e = q B′
(1 − µ 2 )
Cs
E
=4*12,5*0,75* (1 - 0.352) / (500) * 0.122 =0.023 m
Se = 2.3 cms.
Variando B (ancho mínimo del cimiento) y aplicando un F.S =3.0, las presiones
admisibles arrojan valores inversamente proporcionales a las cargas aplicadas,
oscilando los asentamientos inmediatos (elásticos) en un rango no mayor a 3.0,
garantizando así la estabilidad de la estructura del proyecto.
42
Asentamientos por consolidación. Dadas las características de los estratos
subyacentes a la cimentación se descarta el fenómeno de consolidación bajo
estas sobrecargas.
43
5. CALCULOS TOPOGRAFICOS
20.1 LEVANTAMIENTO TOPOGRAFICO POR METODO DE RADIACION
Este tipo de levantamiento topográfico consiste en ubicar un punto estratégico
(Estación) dentro o fuera del lote a medir, en donde se estaciona el teodolito, para
luego medir el azimut y distancia horizontal hasta cada una de las esquinas o
vértices del lote.
Condiciones de aplicación. Para la aplicación de este método de levantamiento
se debe tener en cuenta lo siguiente:
•
Todos los puntos que definen el lindero del lote, se deben observar desde el
punto estratégico elegido.
•
Los alineamientos entre la estación y los puntos que definen los linderos,
deben estar libres de obstáculos con el objeto de poder medir las distancias
entre estos.
•
La distancia tomada entre la estación y los puntos radiados es la distancia
horizontal, mientras no se diga lo contrario.
Procedimiento para la toma de datos de campo. Materializar los puntos de
lindero (estacado).
Localizar y materializar el punto estratégico (estación) para
cumpla con las condiciones ya mencionadas.
la radiación, que
Centrar y nivelar del teodolito en la estación, desde donde se va a radiar
Orientar el teodolito: Consiste en colocar en ceros el teodolito con un meridiano
(generalmente es la Norte), ya sea magnético (brújula), real o arbitrario.
Visualiza el primer punto del lindero (empleando como ayuda jalón o
plomada).Para facilitar los cálculos el primer punto es el más cercano al meridiano
de referencia, en el sentido del movimiento de las manecillas del reloj. Los demás
44
puntos se ordenan de la misma forma, es decir, alejándose en ángulo del
meridiano de referencia, como lo muestra la figura.
Tomar datos: ángulo (azimut) y distancia horizontal.
Repetir los pasos 5 y 6 para los puntos restantes que definen el lindero.
Verificar la precisión del levantamiento. Para esto se lee nuevamente el azimutal
primer punto de lindero; si la diferencia con respecto al primer azimut tomado, por
defecto o por excesot, es mayor que la aproximación del teodolito se toman
nuevamente todos los azimut.
Cuadro 5. Cartera de campo
CARTERA DE CAMPO LEVANTAMIENTO POR RADIACION
NOMBRE DEL PREDIO:
Salón Comunal
FECHA:
viernes, 16 de noviembre de 2012
EST (∆)
Pto. Obs.
Distancia Hz (m)
0
Norte
A
B
C
D
E
F
G
H
-13,70 m
14,56 m
9,67 m
18,53 m
17,23 m
21,45 m
14,36 m
19,59 m
EST
Pto. Obs.
Gds
Min
Seg
Distancia Hz (m)
OBS.
Gds
00°
05°
51°
158°
180°
205°
243°
279°
337°
AZIMUT
Min
00'
30'
50'
03'
50'
48'
49'
31'
27'
Seg
00''
18''
48''
12''
24''
12''
30''
12''
54''
Estación
Punto observado
Grados
Minutos
Segundos
Distancia horizontal
Observaciones
45
OBSERVACIONES
Estación
Cuadro 6. Cartera de oficina
46
CALCULOS DE LA CARTERA TOPOGRAFICA DE UN LEVANTAMIENTO POR RADIACION
NOMBRE DEL
Salon Comunal
PREDIO:
FECHA:
viernes, 16 de noviembre de 2012
Pto.
Distancia Hz
AZIMUT
PROYECCIONES
COORDENADAS
EST
OBSERVACIONES
Obs.
(m)
Gds Min Seg
N-S
E-W
NORTE
ESTE
0
Norte
0°
00' 00''
-1000.00 1000.00
Est
A
5°
30' 18''
13.70 m
13.6368
1.3143
1013.64 1001.31
Punto lindero
B
51° 50' 48''
14.56 m
8.9947
11.4494
1008.99 1011.45
Punto lindero
C
158° 03' 12''
9.67 m
-8.9692
3.6141
991.03 1003.61
Punto lindero
D
180° 50' 24''
18.53 m
-18.5280
-0.2717
981.47
999.73
Punto lindero
E
205° 48' 12''
17.23 m
-15.5121
-7.4999
984.49
992.50
Punto lindero
F
243° 49' 30''
21.45 m
-9.4619 -19.2503
990.54
980.75
Punto lindero
G
279° 31' 12''
14.36 m
2.3750 -14.1622
1002.38
985.84
Punto lindero
H
337° 27' 54''
19.59 m
18.0942
-7.5078
1018.09
992.49
Punto lindero
EST
Estacion
Pto. Obs.
Punto observado
Gds
Grados
Min
Minutos
Seg
Segundos
Distancia Hz (m) Distancia horizontal
OBS.
Observaciones
Cuadro 7. Cartera de campo nivelación directa simple
NOMBRE DEL PREDIO:
FECHA:
(+) Vista
Pto. Obs.
Atrás
BM
1,425 m
A+ 3,00
A+ 6,00
A+ 9,00
A+ 12,00
A+ 13,70
B+ 3,00
B+ 6,00
B+ 9,00
B+ 12,00
B+ 14,56
C+ 3,00
C+ 6,00
C+ 9,00
C+ 9,67
D+ 3,00
D+ 6,00
D+ 9,00
D+ 12,00
D+ 15,00
D+ 18,00
D+ 18,53
E+ 3,00
E+ 6,00
E+ 9,00
E+ 12,00
E+ 15,00
E+ 17,23
F+ 3,00
F+ 6,00
F+ 9,00
F+ 12,00
F+ 15,00
F+ 18,00
F+ 21,00
F+ 21,45
G+ 3,00
G+ 6,00
G+ 9,00
G+ 12,00
G+ 14,36
H+ 3,00
Salón Comunal
viernes, 16 de noviembre de 2012
(-) Vista
Altura
Cotas
Int.
Aparato
11,425 m
10,000
1,317 m
10,108
1,315 m
10,110
1,365 m
10,060
1,352 m
10,073
1,305 m
10,120
1,290 m
10,135
1,232 m
10,193
1,112 m
10,313
1,012 m
10,413
0,875 m
10,550
1,310 m
10,115
1,245 m
10,180
1,080 m
10,345
1,072 m
10,353
1,335 m
10,090
1,263 m
10,162
1,135 m
10,290
0,925 m
10,500
0,942 m
10,483
0,782 m
10,643
0,745 m
10,680
1,372 m
10,053
1,374 m
10,051
1,168 m
10,257
1,195 m
10,230
1,135 m
10,290
1,105 m
10,320
1,430 m
9,995
1,436 m
9,989
1,482 m
9,943
1,500 m
9,925
1,600 m
9,825
1,615 m
9,810
1,630 m
9,795
1,580 m
9,845
1,417 m
10,008
1,489 m
9,936
1,580 m
9,845
1,670 m
9,755
1,680 m
9,745
1,358 m
10,067
47
Cuadro 7. (Continuación)
NOMBRE DEL PREDIO:
FECHA:
(+) Vista
Pto. Obs.
Atrás
H+ 6,00
H+ 9,00
H+ 12,00
H+ 15,00
H+ 18,00
H+ 19,59
Salón Comunal
viernes, 16 de noviembre de 2012
(-) Vista
Altura
Cotas
Int.
Aparato
1,418 m
10,007
1,480 m
9,945
1,525 m
9,900
1,562 m
9,863
1,670 m
9,755
1,675 m
9,750
48
6. DISEÑOS ESTRUCTURALES
6.1 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO ESTRUCTURAL PARA EDIFICACIONES
NUEVAS
Paso 1: Pre dimensionamiento y coordinación con los otros profesionales.
Definición del sistema estructural, dimensiones tentativas para evaluar
preliminarmente las diferentes solicitaciones tales como: la masa de la estructura,
las cargas muertas, las cargas vivas, los efectos sísmicos y las fuerzas del viento.
Estas dimensiones preliminares se coordinan con los otros profesionales que
participan en el diseño.
Figura 7. Planta arquitectónica
49
Figura 8. Fachada principal y corte
50
Cuadro 8. Cargas de servicio
DESCRIPCIÓN
Altura Placa (H)
Columnas
VALOR
0,2 m
0.3x0.3=0.09m2
NSR -10 (Referencia)
C.9.5.2.1
C.21.6.1.1
CARGA PERMANENTE (D) losa 1d
DESCRIPCIÓN
VALOR
Concreto Panel
4.8 KN/m²
Membrana Bituminosa Superficie Lisa
0,10 KN/m²
Agua dulce 4.5m3 area =12.06 m2
3,66 KN/m²
CARGA TOTAL (D)
8,56 KN/ m²
CARGA PERMANENTE (D) CUBIERTA
Elementos tipo correas
0.05kN/m2
Teja tipo termo acústica
0.05KN/m2
Techo falso en fibra de vidrio
0.015kN/m2
Instalaciones eléctricas
0.05kN/m2
Peso propio de los elementos
0.10 kN/m2
CARGA TOTAL (D)
0.265 N/m2
CARGA VIVA CUBIERTA(L)
DESCRIPCIÓN
VALOR
Cubiertas inclinadas con pendiente mayor a
0,35KN/m²
15° en estructura Metálica
DESCRIPCIÓN
Comedor
CARGA VIVA (L)
VALOR
5 KN/m²
COMBINACION DE CARGA
DESCRIPCIÓN
VALOR
U = 1,2(D) + 1,6(L)
18,272 KN/m²
51
NSR-10 (Referencia)
24 KN/m3x0.2m
Tabla B.3.4.1-4
9,81KN/m3Tabla B.3.21
--------------------------------------------------------------------------------------------------NSR-10 (Referencia)
B.4.2.1-2
NSR-10 (Referencia)
B.4.2.1-1
B.2.4-2
Paso 2: evaluación de las solicitaciones definitivas (tabla A.1.3 – 1). Con las
dimensiones de los elementos de la estructura definidas como resultado del paso
1, se evalúan todas las solicitaciones que pueden afectar la edificación de acuerdo
con los requisitos del Título B del Reglamento. Estas incluyen: el efecto
gravitacional de la masa de los elementos estructurales, o peso propio, las cargas
de acabados y elementos no estructurales, las cargas muertas, las fuerzas de
viento, las deformaciones impuestas por efectos reo lógicos de los materiales
estructurales y asentamientos del suelo que da apoyo a la fundación. Así mismo
se debe determinar la masa de la edificación y su contenido cuando así lo exige el
Reglamento, la cual será empleada en la determinación de los efectos sísmicos,
de acuerdo con los pasos siguientes.
Cuadro 9. Masas de los materiales
52
6.2 CALCULO DEL PESO DE LA ESTRUCTURA
Cuadro 10. Peso de la estructura
Masa de la estructura
materiales :
c=
f´c =
fy=
24
21000
420000
kn/m3
kn/m2
kn/m2
D(losa 1 -D):
8.56
kn/m2
condiciones :
lado izquierdo
53
elementos:
vigas numerales
vigas literales
columnas 1
columnas 2
losa 1 (D)
losa 2 (D)
cubierta
muros h:0.5
ventanas h:0.8
b(mts)
0.30
0.30
0.30
0.30
h(mts)
0.20
0.20
0.30
0.30
0.50
0.80
L(mts)
3.60
19.55
1.40
2.70
19.55
19.55
# elementos
sobrecarga
6.00
2.00
6.00
6.00
8.560
8.560
0.300
2.900
0.450
área
w(kn)
31.10
56.30
18.14
34.99
12.06
116.98
12.06
116.98
191.33
57.3975
28.35
7.04
Σ Wladoizqui:
wtotal
31.10
56.30
18.14
34.99
116.98
116.98
57.40
28.35
7.04
467.29
Paso 3: obtención del nivel de amenaza sísmica y los valores de Aa y Av.
Este paso consiste en localizar el lugar donde se construirá la edificación dentro
de los mapas de zonificación sísmica dados en el Capítulo A.2 del Reglamento y
en determinar el nivel de amenaza sísmica del lugar, de acuerdo con los valores
de los parámetros Aa y Av obtenidos en los mapas de zonificación sísmica del
Capítulo A.2. El nivel de amenaza sísmica se clasificará como alta, intermedia o
baja. En el Apéndice A-4 se presenta una enumeración de los municipios
colombianos, con su definición de la zona de amenaza sísmica, y los valores de
los parámetros Aa y Av, entre otros.
A.2.2.1 — Los movimientos sísmicos de diseño se definen en función de la
aceleración pico efectiva, representada por el parámetro Aa, y de la velocidad pico
efectiva, representada por el parámetro Av, para una probabilidad del diez por
ciento de ser excedidos en un lapso de cincuenta años. Los valores de estos
coeficientes, para efectos de este Reglamento, deben determinarse de acuerdo
con A.2.2.2 y A.2.2.3.
A.2.2.2 — Se determina el número de la región en donde está localizada la
edificación usando para Aa el mapa de la figura A.2.3-2 y el número de la región
donde está localizada la edificación para Av ,en el mapa de la figura A.2.3-3.
A.2.4 — efectos locales:
A.2.4.1 Se prescriben dos factores de amplificación del espectro por efectos de
sitio, Fa y Fv los cuales afectan la zona del espectro de períodos cortos y períodos
intermedios, respectivamente. Los efectos locales de la respuesta sísmica de la
edificación deben evaluarse con base en los perfiles de suelo dados a
continuación, independientemente del tipo de cimentación empleado.
A.2.4.4 — definición del tipo de perfil de suelo — El procedimiento que se emplea
para definir el tipo de perfil de suelo se basa en los valores de los parámetros del
suelo de los 30 metros superiores del perfil. (Tabla A.2.4-1).
Clasificación de los perfiles de suelo).
A.2.4.5.4 — Velocidad de la onda de cortante en roca — La roca competente del
perfil tipo A, debe definirse por medio de mediciones de velocidad de la onda de
cortante en el sitio, o en perfiles de la misma formación donde haya meteorización
y fracturación similares. En aquellos casos en que sabe que las condiciones de la
54
roca son continuas hasta una profundidad de al menos 30 m, la velocidad de onda
de cortante superficial puede emplearse para definir Vs.
Figura 9. Mapa de valores de Aa
Zonas de amenaza sísmica en función de Aa y Av
Fuente: ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA. Normas
colombianas de diseño y construcción sismo resistente. NSR-10. Bogotá: ACIS,
1998.
55
Figura 10. Mapa de valores de Av
Fuente: ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA. Normas
colombianas de diseño y construcción sismo resistente. NSR-10. Bogotá: ACIS,
1998.
56
Cuadro 11. Clasificación de los perfiles del suelo
Fuente: ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA. Normas
colombianas de diseño y construcción sismo resistente. NSR-10. Bogotá: ACIS,
1998.
Paso 4: movimientos sísmicos de diseño (Tabla A.1.3 -1). Deben definirse
unos movimientos sísmicos de diseño en el lugar de la edificación, de acuerdo con
los requisitos del Capítulo A.2 del Reglamento y, en el caso de Edificaciones
cubiertas por A.1.2.3.3, con los requisitos del Capítulo A.12 del Reglamento,
tomando en cuenta:
(a) La amenaza sísmica para el lugar determinada en el paso 3, expresada a
través de los parámetros Aa y Av, o Ad , según sea el caso, los cuales
representan la aceleración horizontal pico efectiva y la velocidad horizontal pico
efectiva expresada en términos de aceleración del sismo de diseño.
(b) Las características de la estratificación del suelo subyacente en el lugar a
través de unos coeficientes de sitio Fa y Fv
(c) La importancia de la edificación para la recuperación de la comunidad con
posterioridad a la ocurrencia de un sismo a través de un coeficiente de
importancia.
57
Las características de los movimientos sísmicos de diseño se expresan por medio
de un espectro elástico de diseño. El Reglamento contempla descripciones
alternativas del sismo de diseño, ya sea a través de familias de acelerogramas, o
bien por medio de expresiones derivadas de estudios de microzonificación
sísmica, las cuales deben determinarse siguiendo los requisitos dados en el
Capítulo A.2.
A.2.4.5.5 — En la tabla A.2.4-3 se dan los valores del coeficiente Fa que amplifica
las ordenadas del espectro en roca para tener en cuenta los efectos de sitio en el
rango de períodos cortos del orden de T0, como muestra la figura A.2.4-1. Para
valores intermedios de Aa se permite interpolar linealmente entre valores del
mismo tipo de perfil.
Cuadro 12. Coeficiente Fa
Fuente: ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA. Normas
colombianas de diseño y construcción sismo resistente. NSR-10. Bogotá: ACIS,
1998.
Interpolando obtuvimos un valor de Fa de 1.05.
58
Cuadro 13. Coeficiente Fv
Fuente: ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA. Normas
colombianas de diseño y construcción sismo resistente. NSR-10. Bogotá: ACIS,
1998.
Obtuvimos un valor de Fv de 2,8.
Gráfica 3. Coeficiente de ampliación Fa del suelo para la zona de periodos
cortos del espectro
Fuente: ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA. Normas
colombianas de diseño y construcción sismo resistente. NSR-10. Bogotá: ACIS,
1998.
59
A.2.4.5.6 — En la tabla A.2.4-4 se dan los valores del coeficiente Fv que amplifica
las ordenadas del espectro en roca para tener en cuenta los efectos de sitio en el
rango de períodos intermedios del orden de 1s. Estos coeficientes se presentan
también en la figura A.2.4-2. Para valores intermedios de Aa se permite interpolar
linealmente entre valores del mismo tipo de perfil.
Gráfica 4. Coeficiente de ampliación Fv del suelo para la zona de periodos
cortos del espectro
Fuente: ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA. Normas
colombianas de diseño y construcción sismo resistente. NSR-10. Bogotá: ACIS,
1998.
A.2.5.1 — grupos de uso — Todas las edificaciones deben clasificarse dentro de
uno de los siguientes Grupos de Uso.
A.2.5.1.4 — Grupo I — Estructuras de ocupación normal — Todas la edificaciones
cubiertas por el alcance de este Reglamento, pero que no se han incluido en los
Grupos II, III y IV.
A.2.5.2 — coeficiente de importancia — El Coeficiente de Importancia, I, modifica
el espectro, y con ello las fuerzas de diseño, de acuerdo con el grupo de uso a que
esté asignada la edificación. Los valores de I se dan en la tabla A.2.5-1.
60
Cuadro 14. Valores del coeficiente de importancia I
Fuente: ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA. Normas
colombianas de diseño y construcción sismo resistente. NSR-10. Bogotá: ACIS,
1998.
A.2.6 — Espectro de diseño:
A.2.6.1 — Espectro de aceleraciones — La forma del espectro elástico de
aceleraciones, Sa expresada como fracción de la gravedad, para un coeficiente de
cinco por ciento (5%) del amortiguamiento crítico, que se debe utilizar en el
diseño, se da en la figura A.2.6-1 y se define por medio de la ecuación A.2.6-1,
con las limitaciones dadas en A.2.6.1.1 a A.2.6.1.3.
A.2.6.1.1 — Para períodos de vibración menores de TC, calculado de acuerdo con
la ecuación A.2.6-2, el valor de Sa puede limitarse al obtenido de la ecuación
A.2.6-3.
A.2.6.2.2 Para períodos de vibración mayores que TL, calculados de acuerdo con
la ecuación A.2.6-4, el valor de Sv, en m/s, no puede ser menor que el dado por la
ecuación A.2.6-10.
61
A.2.6.2.3 — Cuando se utilice el análisis dinámico, tal como se define en el
Capítulo A.5, para períodos de vibración diferentes del fundamental, en la
dirección en estudio, menores de T0 calculado de acuerdo con la ecuación A.2.66, el espectro de velocidades de diseño, en m/s, puede obtenerse de la ecuación
A.2.6-11.
Gráfica 5. Espectro elástico
Fuente: ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA. Normas
colombianas de diseño y construcción sismo resistente. NSR-10. Bogotá: ACIS,
1998.
62
6.3 ESPECTRO DISEÑO
Cuadro 15. Espectro de diseño
ESPECTRO DISEÑO (N.SANTANDER) NSR-10
Villa del Rosario
A.2.2.3 MUNICIPIO
Aa
0,35
Av
0,3
A.2.3 AMENAZA SISMICA
ALTA
A.2.4.4 TIPO SUELO
E
A.2.4.1 AMPLIFICASION POR EFECTOS SITIO ( A.2.4.5.5-TABLA(A.2.4-3 Y A.2.4-4)
Fa
1,05
Fv
2,8
A.2.5.1 GRUPOS DE USO
II
ESTRUCTURAS DE OCUPACION ESPECIAL
A.2.5.2 COEFICIENTE IMPORTANCIA (I)
1,1
ALTURA EDIFICACION (h)
3,00 mts
A.4.2 PERIODO FUNDAMENTAL EDIFICACION
SISTEMA DE RESISTENCIA SISMICA(T A.4.2-1)
Pórticos resistentes a momentos de concreto reforzado que resisten la totalidad de
Valor de Ct
0,047
Valor de α
0,9
A.4.2.2 periodo aproximado estructura
0,126
0,229
To ( EC. A.2.6-6)
Tc
1,097
(EC. A.2.6-2)
6,720
TL (EC. A.2.6-4)
DATOS ACELERACIONES
SI T<To
Sa(g)
SI To<T<Tc
Sa(g)
SI Tc<T<TL
Sa(g)
Sa (g)
ESTRUCTURA
(FHE )
Sa(g)
1,011
1,011
0,165
1,011
Gráfica 6. Espectro de diseño
63
Paso 5: Características de la estructuración y del material estructural
empleado. El sistema estructural de resistencia sísmica de la edificación debe
clasificarse dentro de uno de los sistemas estructurales prescritos en el Capítulo
A.3: sistema de muros de carga, sistema combinado, sistema de pórtico, o sistema
dual. El Reglamento define limitaciones en el empleo de los sistemas estructurales
de resistencia sísmica en función de la zona de amenaza sísmica donde se
encuentre localizada la edificación, del tipo de material estructural empleado
(concreto estructural, estructura metálica, mampostería estructural, o madera), de
la forma misma como se disponga el material en los elementos estructurales
según esté en posibilidad de responder adecuadamente ante movimientos
sísmicos como los esperados por medio de su capacidad de disipación de
energía, la cual puede ser especial (DES), moderada (DMO) o mínima (DMI); de la
altura de la edificación, y de su grado de irregularidad.
6.4 SISTEMA ESTRUCTURAL
A.3.2.1 — tipos de sistemas estructurales:
A.3.2.1.3 — Sistema de pórtico Es un sistema estructural compuesto por un
pórtico espacial, resistente a momentos, esencialmente completo, sin diagonales,
que resiste todas las cargas verticales y fuerzas horizontales.
Cuadro 16. Sistema estructural de porticos
Fuente: ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA. Normas
colombianas de diseño y construcción sismo resistente. NSR-10. Bogotá: ACIS,
1998.
64
Paso 6: Grado de irregularidad de la estructura y procedimiento de análisis.
Definición del procedimiento de análisis sísmico de la estructura de acuerdo con la
regularidad o irregularidad de la configuración de la edificación, tanto en planta
como en alzado, su grado de redundancia o de ausencia de ella en el sistema
estructural de resistencia sísmica, su altura, las características del suelo en el
lugar, y el nivel de amenaza sísmica, siguiendo los preceptos dados en el Capítulo
A.3.
6.5 MÉTODO DE ANÁLISIS A UTILIZAR
A.3.4.2.1 — Método de la fuerza horizontal equivalente — Puede utilizarse el
método de la fuerza horizontal equivalente en las siguientes edificaciones:
(a) Todas las edificaciones, regulares e irregulares, en las zonas de amenaza
sísmica baja,
(b) Todas las edificaciones, regulares e irregulares, pertenecientes al grupo de uso
I, localizadas en zonas de amenaza sísmica intermedia,
(c) Edificaciones regulares, de 20 niveles o menos y 60 m de altura o menos
medidos desde la base, en cualquier zona de amenaza sísmica, exceptuando
edificaciones localizadas en lugares que tengan un perfil de suelo tipo D, E o F,
con periodos de vibración mayores de 2TC,
(d) Edificaciones irregulares que no tengan más de 6 niveles ni más de 18 m de
altura medidos a partir de la base,
A.3.3. configuración estructural de la edificación:
A.3.3.1 Para efectos de diseño sísmico la edificación debe clasificarse como
regular o como irregular en planta y en altura o como redundante o con ausencia
de redundancia de acuerdo con los requisitos de esta sección.
Paso 7: Determinación de las fuerzas sísmicas. Obtención de las fuerzas
sísmicas, Fs, que deben aplicarse a la estructura para lo cual deben usarse los
movimientos sísmicos de diseño definidos en el paso 4.
65
A.3.6.7.1 — Torsión accidental — Debe suponerse que la masa de todos los pisos
está desplazada transversalmente, hacia cualquiera de los dos lados, del centro
de masa calculado de cada piso, una distancia igual al 5 por ciento (0.05) de la
dimensión de la edificación en ese piso, medida en la dirección perpendicular a la
dirección en estudio.
6.6 PERÍODO FUNDAMENTAL DE LA EDIFICACIÓN
A.4.2.2 — Alternativamente el valor de T puede ser igual al período fundamental
aproximado, Ta, que se obtenga por medio de la ecuación A.4.2-3.
Cuadro 17. Valores de los parámetros Ct yœ
Fuente: ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA. Normas
colombianas de diseño y construcción sismo resistente. NSR-10. Bogotá: ACIS,
1998.
Cuadro 18. Cortante basal
A.4.2.2 periodo aproximado estructura
0,126
0,229
To ( EC. A.2.6-6)
1,097
Tc (EC. A.2.6-2)
6,720
TL (EC. A.2.6-4)
Fuente: ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA. Normas
colombianas de diseño y construcción sismo resistente. NSR-10. Bogotá: ACIS,
1998.
A.4.3 — fuerzas sísmicas horizontales equivalentes:
A.4.3.1 — El cortante sísmico en la base, Vs, equivalente a la totalidad de los
efectos inerciales horizontales producidos por los movimientos sísmicos de diseño,
en la dirección en estudio, se obtiene por medio de la siguiente ecuación:
66
Cuadro 19. Cortante símico en la base
A.4.3.1 CORTANTE SÍMICO EN LA BASE
Vs=
Sa=
g=
M=
SagM=
705.29 KN
Máxima aceleración horizontal de diseño=
Aceleración de la gravedad m/sg2=
Masa total de la edificación (kg)=
=
70.53 ton
0.739
9.8
97386.02
Fuerza horizontal equivalente a la altura 3 m. A.4.3.2 — La fuerza sísmica
horizontal, Fx, en cualquier nivel x, para la dirección en estudio, debe determinarse
usando la siguiente ecuación:
6.7 COORDENADAS DEL CENTRO DE GRAVEDAD
Cuadro 20. Centro de gravedad
PESO ESPECIFICO DEL
CONCRETO (KN/m3)
24.000
lado izquierdo
base
0.300
0.300
0.300
0.300
0.300
0.300
0.300
0.300
Dimensiones
altura
0.200
0.200
0.200
0.200
0.200
0.200
0.200
0.200
SECCIONES AREA(m2)
12.060
PANEL1
12.060
PANEL2
24.120
w
103.234
103.234
206.467
elemento
viga A
viga B
viga 1
viga 2
viga 3
viga 4
viga 5
viga 6
longitud
19.550
19.550
3.600
3.600
3.600
3.600
3.600
3.600
X
peso W (KN)
28.152
28.152
5.184
5.184
5.184
5.184
5.184
5.184
87.408
Y
2.100
2.100
10.175
6.525
x
y
0.150
4.350
2.100
2.100
2.100
2.100
2.100
2.100
9.775
10.765
21.200
16.350
12.000
8.350
4.700
0.150
W.x
216.791
216.791
433.581
W.y
1050.402
673.599
1724.001
W.x
W.y
4.223
122.461
10.886
10.886
10.886
10.886
10.886
10.886
192.002
275.186
303.056
109.901
84.758
62.208
43.286
24.365
0.778
903.538
Xcg
Ycg
CARGA
PERMANENTE
(KN/m2)-1d
67
2.1
8.9
8.560
Cuadro 21. Coordenadas del centro de rigidez
CENTRO DE RIGIDEZ :
lado izquierdo
PRIMER PISO :
EJES
1
2
3
4
5
6
coordenada en Y
Rx
8313.93
8313.93
8313.93
8313.93
8313.93
8313.93
49883.60
Y
21.2
16.35
12
8.35
4.7
0
Rx*Y
176255.4041
135932.8234
99767.20984
69421.35018
39075.49052
0
520452.278
1Ycr=0.43
coordenada en X
EJES
A
B
Ry
25425.88
25425.88
X
0
4.05
50851.77
Ry*X
0
102974.8284
102974.8284
68
Xcr=2.03
Excentricidades:
eX = XCG – XCR = 2.129 m – 2.025 m = 0,104 m
eY = YCG – YCR = 8.941 m – 10.433 m = 1.492 m
Cuadro 22. Excentricidades
Xcr
Ycr
Xc
Yc
V
2,025
10,433
2,129
8,941
345,328
ex
0,104
ey
1,492
Momento Torsor directo:
MTX = VX*eY =345.328 KN*1.492 m = 515.3433401 KN*m
MTY = VY*eX =345.328 KN*0.104 m = 35.82389321 KN*m
Cuadro 23. Momento torsor directo
MTx
MTy
515,3433401
35,82389321
Torsión accidental (A.3.6.7.1):
eX = 0.05*(Longitud X) = 0.05*4.2m =0.210 m
69
eY = 0.05*(Longitud Y) = 0.05*21.35m = 1,068 m
Cuadro 24. Torsión accidental (A.3.6.7.1)
ex
0,210
ey
1,068
MTX = FX*eY* =345.328 KN*1,068 m = 368.638 KN*m
MTY = FY*eX =345.328KN*0.210m = 72.519 KN*m
Cuadro 25. Torsión accidental
368,638
72,519
MTx
MTy
Momentos Torsores de diseño:
Torsión de Diseño = Torsión Directa + Torsión Accidental (A.3.6.7.3)
MTX=MTXD + MTXA = (515.3433401+ 368.638)KN*m = 883.981 KN*m
MTY=MTYD + MTYA = (35.82389321 + 72.519)KN*m = 108.343 KN*m
Cuadro 26. Momentos torsores de diseño
T DISEÑO x
883,981
T DISEÑO y
108,343
70
Cortante directo y por torsión:
Cortante Directo sentido Y:
Cortante Directo sentido X:
Cortante por Torsión Sentido Y:
Cortante por Torsión Sentido X:
MTX = Momento torsor producido por le cortante del piso actuando en el sentido
paralelo al eje X.
MTY = Momento torsor producido por le cortante del piso actuando en el sentido
paralelo al eje Y.
YT= Distancia Paralela al eje Y entre en centro de rigidez del elemento resistente y
el centro de rigidez del piso.
XT= Distancia Paralela al eje X entre en centro de rigidez del elemento resistente y
el centro de rigidez del piso.
71
RX=Rigidez del elemento considerado en el sentido X.
RY=Rigidez del elemento considerado en el sentido Y.
Cuadro 27. Momentos torsores
CUBIERTA
V
MTx
MTy
345,328
883,981
108,343
EJE
A
B
Ry
25425,88
25425,88
∑
50851,8
DIRECCION Y1
Vx
Vy
Xt
-1,95
2,02
Ry*Xt
-49580,47
51360,28
2
Ry*Xt
96681,92
103747,78
200429,7
DIRECTO TORSIONAL
172,66
-2,02
172,66
2,09
345,328
0,1
TOTAL
170,65
174,75
16,45
-17,04
345,4
-0,6
DIRECCION X1
Vy
Vx
EJE
1
2
3
4
5
6
∑
Rx
8313,93
8313,93
8313,93
8313,93
8313,93
8313,93
49883,6
Yt
10,77
5,92
1,57
-2,08
-5,73
-10,28
Rx*Yt
89541,07
49218,49
13052,88
-17292,98
-47638,84
-85467,24
2
Rx*Yt
964357,33
291373,46
20493,02
35969,40
272970,57
878603,26
2463767,0
DIRECTO TORSIONAL
57,55
29,71
57,55
16,33
57,55
4,33
57,55
-5,74
57,55
-15,81
57,55
-28,36
345,328
0,5
TOTAL
87,26
73,89
61,89
51,82
41,75
29,20
345,8
-3,64
-2,00
-0,53
0,70
1,94
3,48
-0,1
Paso 8: análisis sísmico de la estructura. El análisis sísmico de la estructura se
lleva a cabo aplicando los movimientos sísmicos de diseño prescritos, a un modelo
matemático apropiado de la estructura, tal como se define en el Capítulo A.3. Este
análisis se realiza para los movimientos sísmicos de diseño sin ser divididos por el
coeficiente de capacidad de disipación de energía, R, y debe hacerse por el
método que se haya definido en el paso 6. Deben determinarse los
desplazamientos máximos que imponen los movimientos sísmicos de diseño a la
estructura y las fuerzas internas que se derivan de ellos.
Montaje de modelos en SAP. Tipo pórtico:
•
Creación de la Grilla de Trabajo.
72
•
Definición de Material
•
Propiedades de Sección
•
Dibujo de Elementos Estructurales.
•
División de Elementos.
•
Definición de cargas patrones. (Load Patterns)
•
Asignación de Restricción de Diafragma.
•
Asignación de Cargas.
•
definición de combinaciones de carga. (32combinaciones)
•
Corrida del Modelo y Resultados.
Paso 9: Desplazamientos horizontales. Evaluación de los desplazamientos
horizontales, incluyendo los efectos torsionales de toda la estructura, y las derivas
(desplazamiento relativo entre niveles contiguos), utilizando los procedimientos
dados en el Capítulo A.6 y con base en los desplazamientos obtenidos en el paso
8.
Evaluación de las derivas. La deriva máxima (A.6.3.1.2) para cualquier nudo
viene dada, con la siguiente ecuación (A.6.3-1):
73
Límite de Desplazamiento.
Para estructuras de concreto reforzado:
Los pórticos se cargaron con todas la combinaciones donde se generó la
envolvente, con la cual se cargaron los pórticos de donde se generaron los
desplazamientos que se muestran en las siguientes.
Cuadro 28. Derivas
Joint
OutputCa
se
CaseTyp
e
1
2
3
4
14
DEAD
DEAD
DEAD
DEAD
DEAD
LinStatic
LinStatic
LinStatic
LinStatic
LinStatic
Joint
OutputCa
se
CaseTyp
e
1
2
3
4
5
6
DEAD
DEAD
DEAD
DEAD
DEAD
DEAD
LinStatic
LinStatic
LinStatic
LinStatic
LinStatic
LinStatic
7
8
DEAD
DEAD
LinStatic
LinStatic
9
10
DEAD
DEAD
LinStatic
LinStatic
11
12
DEAD
DEAD
LinStatic
LinStatic
Pórtico 1 O.K CUMPLE
Table: JointDisplacements
U1
U2
U3
R1
R2
R3
m
m
m
0.000000
0.000000
0.000000
0.012028
0.000000
0.000037
0.000000
0.000000
0.000000
0.011907
0.000000 -0.000037
0.016950
0.000000 -0.000037
Pórtico A O.K CUMPLE
Table: JointDisplacements
U1
U2
U3
Radians
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
Radians
0.000000
0.003932
0.000000
0.003879
0.003879
Radians
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
R1
R2
R3
m
0.000000
0.003933
0.000000
0.003693
0.000000
0.003544
Radians
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
Radians
0.000000
0.001423
0.000000
0.000844
0.000000
0.000797
Radians
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000816
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000830
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.001212
0.000000
0.000000
m
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
m
0.000000
7.903E-06
0.000000
9.515E-07
0.000000
-1.513E07
0.000000
0.000000
0.000000
0.003438
0.000000
-2.416E06
0.000000
0.000000
0.000000
0.003359
0.000000
-1.297E08
0.000000
0.000000
0.000000
0.003321
0.000000
-6.274E06
Pórtico B O.K CUMPLE
74
Cuadro 28. (Continuación)
Table: JointDisplacements
U1
U2
U3
Joint
OutputCa
se
CaseTyp
e
1
2
3
4
5
6
DEAD
DEAD
DEAD
DEAD
DEAD
DEAD
LinStatic
LinStatic
LinStatic
LinStatic
LinStatic
LinStatic
m
0.000000
0.003933
0.000000
0.003693
0.000000
0.003544
m
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
7
8
DEAD
DEAD
LinStatic
LinStatic
0.000000
0.003438
0.000000
0.000000
9
10
DEAD
DEAD
LinStatic
LinStatic
0.000000
0.003359
0.000000
0.000000
11
12
DEAD
DEAD
LinStatic
LinStatic
0.000000
0.003321
0.000000
0.000000
13
14
15
DEAD
DEAD
DEAD
LinStatic
LinStatic
LinStatic
0.005782
0.004790
0.004580
0.000000
0.000000
0.000000
16
DEAD
LinStatic
0.004499
0.000000
17
DEAD
LinStatic
0.004437
0.000000
18
DEAD
LinStatic
0.004898
0.000000
m
0.000000
7.903E-06
0.000000
9.515E-07
0.000000
-1.513E07
0.000000
-2.416E06
0.000000
-1.297E08
0.000000
-6.274E06
7.903E-06
9.515E-07
-1.513E07
-2.416E06
-1.297E08
-6.274E06
R1
R2
R3
Radians
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
Radians
0.000000
0.001423
0.000000
0.000844
0.000000
0.000797
Radians
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000816
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000830
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.001212
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.001423
0.000844
0.000797
0.000000
0.000000
0.000000
0.000000
0.000816
0.000000
0.000000
0.000830
0.000000
0.000000
0.001212
0.000000
Paso 10: verificación de derivas. Comprobación de que las derivas de diseño
obtenidas no excedan los límites dados en el Capítulo A.6. Si la estructura excede
los límites de deriva, calculada incluyendo los efectos torsionales de toda la
estructura, es obligatorio rigidizarla, llevando a cabo nuevamente los pasos 8, 9 y
10, hasta cuando cumpla la comprobación de derivas.
Casos de estudio. Análisis dinámico estructura tipo pórtico mediante fuerza
horizontal equivalente.
Análisis dinámico estructura tipo pórtico mediante fuerza horizontal
equivalente. Para el uso del método de la fuerza horizontal equivalente, partimos
del cálculo de la masa de la estructura basados en un pre-dimensionamiento de
vigas y columnas. Con este valor de masa determinamos las fuerzas equivalentes
de entrepiso y las fuerzas de torsión accidental contempladas en la norma NSR10.
75
Luego del planteamiento de los casos de carga de la estructura, combinación de
las fuerzas equivalentes de sismo y de torsión accidental en cada una de las
direcciones, nos enfocamos en el chequeo de las derivas de la estructura.
Las dimensiones propuestas para la estructura fueron 30 x 30 centímetros para
columnas y 30 x 20 centímetros para vigas, medidas que satisficieron las
condiciones de deriva máxima determinadas por la NSR-10 (0,01hp= 3cm).
Cuadro 29. Dimensiones de los elementos
Sección Columnas
b
0,30
[m]
h
0,30
[m]
Sección Vigas
b
0,30
h
0,20
[m]
[m]
Paso 10: Combinación de las diferentes solicitaciones. Las diferentes
solicitaciones que deben ser tenidas en cuenta, se combinan para obtener las
fuerzas internas de diseño de la estructura, de acuerdo con los requisitos del
Capitulo B.2 de Reglamento, por el método de diseño propio de cada material
estructural. En cada una de las combinaciones de carga requeridas, las
solicitaciones se multiplican por el coeficiente de carga prescrito para esa
combinación en el Capítulo B.2 del reglamento. En los efectos causados por el
sismo de diseño se tiene en cuenta la capacidad de disipación de energía del
sistema estructural, la cual se logra empleando unos efectos sísmicos reducidos
de diseño, E, obtenidos dividiendo las fuerzas sísmicas Fs, determinadas en el
paso 7, por el coeficiente de capacidad de disipación de energía R( E=Fs/R). El
coeficiente de capacidad de disipación de energía, R, es función de:
(a) El sistema de resistencia sísmica de acuerdo con la clasificación dada en el
Capítulo A.3
(b) Del grado de irregularidad de la edificación
(c) Del grado de redundancia o ausencia de ella en el sistema estructural de
resistencia sísmica y
(d) De los requisitos de diseño y detallado de cada material, para el grado de
capacidad de disipación de energía correspondiente (DMI, DMO, DES), tal como
se especifica en el Capítulo A.3
76
Fuerzas Sísmicas Reducidas – NSR10. Bases Generales De Diseño Sismo
Resistente (e) (A.3.1): Se efectúa el diseño de los elementos y sus conexiones
utilizando todas las solicitaciones requeridas por el Título B del Reglamento,
debidamente combinadas según se exige allí. Las fuerzas sísmicas obtenidas del
análisis Fs., se reducen, dividiéndolas por el coeficiente de capacidad de
disipación de energía, R, correspondiente al sistema estructural de resistencia
sísmica, para obtener las fuerzas sísmicas reducidas de diseño (E=Fs. /R) que se
emplean en las combinaciones de carga prescritas en el Título B.
(f) El valor del coeficiente de capacidad de disipación de energía para ser
empleado en el diseño, corresponde al coeficiente de disipación de energía
básico, R0,multiplicado por los coeficientes de reducción de capacidad de
disipación de energía por irregularidades en altura, en planta, y por ausencia de
redundancia en el sistema estructural de resistencia sísmica R=ΦaΦpΦrR0
Sistema estructural de pórtico resistente a momentos (Nota 1) Pórticos resistentes
a momentos con capacidad especial de disipación de energía (DES).
De concreto (DES) Valor R0= 7.0
A.3.3.8.2 En edificaciones con un sistema estructural con capacidad de disipación
de energía moderada (DMO) y especial (DES) el valor del factor de reducción de
resistencia por ausencia de redundancia en el sistema estructural de resistencia
sísmica, Φr, se le puede asignar un valor de la unidad Φr =1.0.
Aunque no se cumplan las condiciones enunciadas en (a) a (d) el factor de
reducción de resistencia por ausencia de redundancia en el sistema estructural de
resistencia sísmica, Φr, se le debe asignar un valor igual a la unidad Φr = 1.0
Se permite que esta combinación de sistemas estructurales no se considere
irregular Φp = Φa = 1.0, y el sistema puede diseñarse sísmicamente utilizando el
método de la fuerza horizontal equivalente, tal como lo prescribe el Capítulo A.4.
77
Cuadro 30. Fuerzas sísmicas de diseño – sentido Y
EJE
A
B
Fuerzas Sísmicas - Fs (KN)
Cortante VY
Cortante VX
170.65
16.45
174.75
-17.04
Fuerzas Sísmicas Diseño E (KN)
R EY = VY/R EX = VX/R
E
24.37
2.35
7
24.96
-2.43
26.72
22.53
Cuadro 31. Fuerzas sísmicas de diseño – sentido X
EJE
1
2
3
4
5
6
Fuerzas Sísmicas - Fs (KN)
Fuerzas Sísmicas Diseño E (KN)
Cortante VX
Cortante VY
R EX = VX/R
EY = VY/R
E
87.3
-3.6
12.5
-0.5
73.9
-2.0
10.6
-0.3
7
61.9
-0.5
8.8
-0.1
51.8
0.7
7.4
0.1
41.74809692
1.93729117
6.0
0.3
29.19662581
3.475628835
11.9
10.3
8.8
7.5
6.2
Paso 12: Diseño de los elementos estructurales. Se lleva a cabo de acuerdo a
los requisitos propios del sistema de resistencia sísmica y del material estructural
utilizado. Los elementos estructurales deben diseñarse y detallarse de acuerdo
con los requisitos propios del grado de disipación de energía mínimo (DMI),
moderado (DMO), o especial (DES), prescrito en el capítulo A.3, según les
corresponda, lo cual permitirá a la estructura responder, ante la ocurrencia de un
sismo, en el rango inelástico de respuestas y cumplir con los objetivos de la norma
sismo resistentes. El diseño de los elementos estructurales debe realizarse para
los valores desfavorables obtenidos de las combinaciones obtenidas en el paso
11, tal como prescribe en Titulo B de este Reglamento.
6.8 DISEÑO A FLEXIÓN VIGA B
f’c = 21 Mpa ,fy = 420 Mpa, b= 0.3 m, h = 0.20m, d = 0.15 m.
El área acero mínimo recomendado por NSR-10 dado por numeral C.10 - 3:
78
Pero no menor a:
Y no debe ser mayor a:
Momento = -10,92KN.m:
Suponiendo que se trata de una sección controlada por tracción (De acuerdo a
C.10.3.4 de la NSR-10 son aquellas en que la deformación unitaria neta de
tracción en el refuerzo de acero extremo en tracción, εt, es igual o mayor a 0,005),
79
De esta cuadrática se toma el menor valor ρ = 0,004521.
Área de acero:
As calculado es mayor que Amín y menor que Amáx OK.
Se verifico adicionalmente que la deformación del acero de las viguetas es mayor
que la mínima permitida para flexión en vigas (C.10.3.5 “deformación unitaria de
tracción en el acero extremo en tracción para el estado de resistencia nominal, no
debe ser menor a 0.004”).
La sección está controlada por tracción,εt> 0,005, entonces φ = 0,9.
Momento = 6,32KN.m.
80
Asumiendo sección controlada por tracciónφ = 0,9.
ρ = 0.002554
Área de acero:
As calculado es menor a l Amín, entonces se asume As = 150 mm2.
Momento = -12,38KN.m.
Suponiendo que se trata de una sección controlada por tracción (De acuerdo a
C.10.3.4 de la NSR-10 son aquellas en que la deformación unitaria neta de
tracción en el refuerzo de acero extremo en tracción, εt, es igual o mayor a 0,005),
81
De esta cuadrática se toma el menor valor ρ = 0,005167.
Área de acero:
As calculado es mayor que Amín y menor que Amáx OK.
Se verifico adicionalmente que la deformación del acero de las viguetas es mayor
que la mínima permitida para flexión en vigas (C.10.3.5 “deformación unitaria de
tracción en el acero extremo en tracción para el estado de resistencia nominal, no
debe ser menor a 0.004”).
La sección está controlada por tracción,εt> 0,005, entonces φ = 0,9.
Momento = 4,41KN.m.
Asumiendo sección controlada por tracciónφ = 0,9.
82
ρ = 0.001765
Área de acero:
As calculado es menor a l Amín, entonces se asume As = 150 mm2.
Momento = -19,16KN.m.
Suponiendo que se trata de una sección controlada por tracción (De acuerdo a
C.10.3.4 de la NSR-10 son aquellas en que la deformación unitaria neta de
tracción en el refuerzo de acero extremo en tracción, εt, es igual o mayor a 0,005),
De esta cuadrática se toma el menor valor ρ = 0,008328.
83
Área de acero:
As calculado es mayor que Amín y menor que Amáx OK.
Se verifico adicionalmente que la deformación del acero de las viguetas es mayor
que la mínima permitida para flexión en vigas (C.10.3.5 “deformación unitaria de
tracción en el acero extremo en tracción para el estado de resistencia nominal, no
debe ser menor a 0.004”).
La sección está controlada por tracción,εt> 0,005, entonces φ = 0,9.
Momento = 14,98KN.m.
Suponiendo que se trata de una sección controlada por tracción (De acuerdo a
C.10.3.4 de la NSR-10 son aquellas en que la deformación unitaria neta de
tracción en el refuerzo de acero extremo en tracción, εt, es igual o mayor a 0,005),
84
De esta cuadrática se toma el menor valor ρ = 0,006346
Área de acero:
As calculado es mayor que Amín y menor que Amáx OK.
Se verifico adicionalmente que la deformación del acero de las viguetas es mayor
que la mínima permitida para flexión en vigas (C.10.3.5 “deformación unitaria de
tracción en el acero extremo en tracción para el estado de resistencia nominal, no
debe ser menor a 0.004”).
La sección está controlada por tracción,εt> 0,005, entonces φ = 0,9.
Momento = -21,87KN.m.
85
Suponiendo que se trata de una sección controlada por tracción (De acuerdo a
C.10.3.4 de la NSR-10 son aquellas en que la deformación unitaria neta de
tracción en el refuerzo de acero extremo en tracción, εt, es igual o mayor a 0,005),
De esta cuadrática se toma el menor valor ρ = 0,009676
Área de acero:
As calculado es mayor que Amín y menor que Amáx OK.
Se verifico adicionalmente que la deformación del acero de las viguetas es mayor
que la mínima permitida para flexión en vigas (C.10.3.5 “deformación unitaria de
tracción en el acero extremo en tracción para el estado de resistencia nominal, no
debe ser menor a 0.004”).
86
La sección está controlada por tracción,εt> 0,005, entonces φ = 0,9.
Momento = 14,88KN.m.
Suponiendo que se trata de una sección controlada por tracción (De acuerdo a
C.10.3.4 de la NSR-10 son aquellas en que la deformación unitaria neta de
tracción en el refuerzo de acero extremo en tracción, εt, es igual o mayor a 0,005),
De esta cuadrática se toma el menor valor ρ = 0,006346.
Área de acero:
As calculado es mayor que Amín y menor que Amáx OK.
Se verifico adicionalmente que la deformación del acero de las viguetas es mayor
que la mínima permitida para flexión en vigas (C.10.3.5 “deformación unitaria de
tracción en el acero extremo en tracción para el estado de resistencia nominal, no
debe ser menor a 0.004”).
87
La sección está controlada por tracción,εt> 0,005, entonces φ = 0,9.
Momento = -19,34KN.m.
Suponiendo que se trata de una sección controlada por tracción (De acuerdo a
C.10.3.4 de la NSR-10 son aquellas en que la deformación unitaria neta de
tracción en el refuerzo de acero extremo en tracción, εt, es igual o mayor a 0,005),
De esta cuadrática se toma el menor valor ρ = 0,008416.
Área de acero:
88
As calculado es mayor que Amín y menor que Amáx OK.
Se verifico adicionalmente que la deformación del acero de las viguetas es mayor
que la mínima permitida para flexión en vigas (C.10.3.5 “deformación unitaria de
tracción en el acero extremo en tracción para el estado de resistencia nominal, no
debe ser menor a 0.004”).
La sección está controlada por tracción,εt> 0,005, entonces φ = 0,9.
Momento = 5,51KN.m.
Asumiendo sección controlada por tracciónφ = 0,9.
ρ = 0.002218
89
Área de acero:
As calculado es menor a l Amín, entonces se asume As = 150 mm2.
Momento = -9,55KN.m.
Suponiendo que se trata de una sección controlada por tracción (De acuerdo a
C.10.3.4 de la NSR-10 son aquellas en que la deformación unitaria neta de
tracción en el refuerzo de acero extremo en tracción, εt, es igual o mayor a 0,005),
De esta cuadrática se toma el menor valor ρ = 0,003925.
Área de acero:
As calculado es mayor que Amín y menor que Amáx OK.
Se verifico adicionalmente que la deformación del acero de las viguetas es mayor
que la mínima permitida para flexión en vigas (C.10.3.5 “deformación unitaria de
tracción en el acero extremo en tracción para el estado de resistencia nominal, no
debe ser menor a 0.004”).
90
La sección está controlada por tracción,εt> 0,005, entonces φ = 0,9.
Diseño a flexión viga 4. f’c = 21 Mpa, fy = 420 Mpa, b= 0.3 m, h = 0.20m, d =
0.15 m
El área acero mínimo recomendado por NSR-10 dado por numeral C.10 - 3:
Pero no menor a:
Y no debe ser mayor a:
91
Momento = -39,94KN.m.
Asumiendo sección controlada por tracciónφ = 0,9.
ρ = 0.020719
Área de acero:
As calculado es mayor que él Amáx., entonces se hace necesario reforzar esta
sección con armadura a compresión, tomando como φ el valor correspondiente a
una deformación de 0,004 (límite establecido en NSR-10 C.10.3.5).
92
Entonces:
Momento = 38,07KN.m.
Asumiendo sección controlada por tracciónφ = 0,9.
ρ = 0.019329
93
Área de acero:
As calculado es mayor que él Amáx., entonces se hace necesario reforzar esta
sección con armadura a compresión, tomando como φ el valor correspondiente a
una deformación de 0,004 (límite establecido en NSR-10 C.10.3.5).
Entonces:
Momento = -39.88KN.m.
94
Asumiendo sección controlada por tracciónφ = 0,9.
ρ = 0.020719
Área de acero:
As calculado es mayor que él Amáx., entonces se hace necesario reforzar esta
sección con armadura a compresión, tomando como φ el valor correspondiente a
una deformación de 0,004 (límite establecido en NSR-10 C.10.3.5).
95
Entonces:
6.9 DISEÑO A CORTANTE
VIGA 1 Tramo A –B.
Vu = 6.81 KN.
Primero se calcula el cortante a una distancia d (desde la cara del apoyo).
96
Como la fuerza ΦVc es mayor que la fuerza Vu (d) el elemento no requiere
estribos.
Para la colocación del acero (estribos) en el elemento estructural se debe tener en
cuenta una serie de disposiciones estipulada por la NSR 10 (C.21.5), ya que la
viga hace parte de un sistema estructural de resistencia sísmica, y pertenece a
una edificación de zona de amenaza sísmica alta:
C.21.5.3.1- Deben disponerse estribos cerrados de confinamiento en las
siguientes regiones de los elementos pertenecientes a pórticos:
(a) En una longitud igual a dos veces la altura del elemento, medida desde la cara
del elemento de apoyo hacia el centro de la luz.
C.21.5.3.2 - El primer estribo cerrado de confinamiento debe estar situado a no
más de 50 mm de la cara del elemento del apoyo. El espaciamiento de los estribos
cerrados de confinamiento no debe exceder el menor de:
•
d/4= 375mm.
•
Ocho veces el diámetro de las barras longitudinales más pequeñas= 127mm.
•
24 veces el diámetro
confinamiento=228.6mm.
•
300 mm.
de
la
barra
del
estribo
cerrado
de
C.21.5.3.4 - Cuando no se requieran estribos de confinamiento, deben colocarse
estribos con ganchos sísmicos en ambos extremos, espaciados a no más de d/2
en toda la longitud del elemento.
97
Figura 11. Distribución de estribos tramo A, extremo izquierdo
Vu = 7.52 KN.
Primero se calcula el cortante a una distancia d (desde la cara del apoyo).
98
Como la fuerza ΦVc es mayor que la fuerza Vu(d) el elemento no requiere
estribos.
En consideración a los requisitos C.21.5 (Suponiendo que la viga forma del
sistema estructural de resistencia sísmica, y pertenece a una edificación de una
zona de amenaza sísmica alta):
Figura 12. Distribución de estribos tramo A, extremo derecho
Figura 13. Despiece de estribos
99
Viga 4 tramo A-B Vu = 68,65 KN.
Primero se calcula el cortante a una distancia d (desde la cara del apoyo).
Por relación de triángulos, se realiza el cálculo.
Como (Vu)d es mayor φVc determinamos cual es el esfuerzo suministrado por los
estribos:
100
Se verifica que los esfuerzos suministrados por los estribos no sean mayores a los
contemplados por el reglamento:
Se evalúa cual es la separación máxima permitida por el reglamento NSR -10
(C.11.4.5):
Por lo tanto la separación máxima permitida por la NSR-10 es 0,075 m (d/2), ya
que ΦVs< Φ*0,33*(√f`c)*b*d.
La separación requerida: ecuación (C.11-15) de la NSR-10
Utilizando estribos rectangulares No 3 ó 3/8” (dos ramas verticales), que tienen un
área equivalente (Av) al doble del área de la barra (No.3), es decir 2*71 mm2 = 142
mm2
Se podrá aplicar una separación constructiva de 50 mm, para la zona crítica.
Con el fin de optimizar el refuerzo, se reducirá hasta los puntos de d/2 y d/4
ubicados en el diagrama de cortante.
101
Cuando S = d/4 = 0,0375m, la fuerza cortante suministrada por el refuerzo (φVs) es
equivalente a:
Y la fuerza cortante total es equivalente a lo que aporta el acero más lo que
soporta el concreto:
Cuando S = d/2 = 0,075 m, la fuerza cortante suministrada por el refuerzo (φVs) es
equivalente a:
Y la fuerza cortante total es equivalente a lo que aporta el acero más lo que
soporta el concreto:
Vu = 32.62KN.
(Vu)d =29.9 KN.
φVc= 26.29 KN.
102
Figura 14. Distribución de estribos No. 3
Como (Vu)d es mayor φVc determinamos cual es el esfuerzo suministrado por los
estribos:
Se verifica que los esfuerzos suministrados por los estribos no sean mayores a los
contemplados por el reglamento:
Se evalúa cual es la separación máxima permitida por el reglamento NSR -10
(C.11.4.5):
103
Por lo tanto la separación máxima permitida por la NSR-10 es 0,175 m (d/2), ya
que ΦVs< Φ*0,33*(√f`c)*b*d.
La separación requerida:
Con el fin de optimizar el refuerzo, se reducirá hasta el punto de d/2
Cuando S = d/2 = 0,075 m, la fuerza cortante suministrada por el refuerzo (φVs) es
equivalente a:
En la primera zona se deben colocar estribos No 3 cada 0,0375 m a una distancia.
L = 0.3 m – 0,175 m - 0.05 m = 0,81 m.
Luz libre estribos No 3 cada 0,175 m.
Figura 15. Distribución estribos por zonas según cálculos tramo B-C,
extremo derecho
104
Figura 16. Despiece definitivo
6.10 DISEÑO COLUMNA A-2
Figura 17. Esquema columna
Datos del elemento:
f’c = 21 Mpa, fy = 420 Mpa,
b= 0.3 m, h = 0.3m, d = 0.25 m, d`= 0,05 m
Carga Axial = P = 27.84 KN
Mx = 10.84KN.m
My = 13.48KN.m
105
Parámetros para el diseño de columnas del proyecto NSR-10:
Para (DES) C.21.6.1.Se basa en chequeo de las dimensiones mínimas.
Carga axial mayorada de compresión Pu> 0.10 f`c Ag. Para el caso se aplica esta
condición y se siguen los parámetros de (C.21.6)
Se determina la máxima excentricidad
Escogiendo la mayor excentricidad tenemos:
Para ex mayor a b/2:
Donde
106
Remplazando,
Tomamos 900 mm2 por ser el área mínima de refuerzo longitudinal según la
norma.
Cuadro 32. Parámetros para el diseño de columnas
DESCRIPCIÓN
Refuerzo longitudinal
Separación libre entre barras
Longitudinales
Recubrimiento mínimo
La separación estribos no debe
exceder la menor de
Longitud zona de
Confinamiento no debe ser
menor que la mayor de:
Longitud de desarrollo del
refuerzo de la columna
(Longitud anclaje zapata)
VALOR
0,01Ag<As<0,04Ag
≥ 1,5 db
≥ 40 mm
≥1.33 tamañoagre. grueso
Recubrimiento ≥ 40mm
S máx. = 150 mm
¼(Lado Corto)
6(db menor)
1/6*(Altura Libre)
Hc
450 mm
Referencia
NSR10 (C.21.6.3.1)
Estructuras de Concreto
José Segura
Séptima Edición
NSR10 (C.21.6.4.3)
NSR10 (C.21.6.4.1)
Estructuras de Concreto
José Segura
Séptima Edición
107
Figura 18. Detalle columna
6.11 ELEMENTOS DE CONFINAMIENTO
Materiales:
Concreto = 21 MPa
Acero de refuerzo = 420 Mpa
108
Columnas de confinamiento. Dimensiones: Según el artículo E.4.3.3 de la NSR10, la sección transversal de las columnas de confinamiento debe tener un área no
inferior a 200cm2, con un espesor igual al del muro que lo confina.
Ancho Columna = Ancho del muro = 15cm
Largo Columna =
= 13.33 cm
Para obtener un mejor comportamiento sísmico, se adoptan unas dimensiones de
columna de:
15 cm x 25 cm
Ubicación: Deben colocarse columnas de amarre en los extremos de los muros
seleccionados, en las intersecciones con otros muros y en lugares intermedios a
distancias no mayores de 35 veces el espesor efectivo del muro, 1.5 veces la
distancia vertical entre elementos horizontales de confinamiento o 4m.
Longitud entre columnas ≤ 1.5* h (piso)
35* e muro
4.0
[Rige]
Refuerzo Mínimo: Según el artículo E.4.3.4 de la NSR-10, el refuerzo mínimo para
las columnas de confinamiento debe ser el siguiente:
Refuerzo Longitudinal: No debe ser menor a 4 barras No. 3 (3/8 ") ó 3 barras 4
(1/2 ").
Refuerzo Transversal: Debe utilizarse refuerzo transversal consistente en estribos
cerrados mínimo de diámetro N°2 (1/4 "), espaciados a 20cm. Los primeros 6
109
estribos se deben espaciar a 10cm en las zonas adyacentes a los elementos
horizontales de amarre.
Para el proyecto, se suministrarán 4 barras N°4 como refuerzo longitudinal
(suministrando muy cerca del refuerzo mínimo para elementos sometidos a
compresión (As suministrado = 1.72%* Ag)) y estribos No. 3 espaciados a 20cm
en el centro de la columneta, y a 10cm en los primeros 60cm a partir de cada
extremo del elemento.
Figura 19. Sección columna de confinamiento típica
.
Vigas de confinamiento. Dimensiones: Según el artículo E.4.4.2 de la NSR-10, la
sección transversal de las columnas de confinamiento debe tener un área no
inferior a 200cm2, con un espesor igual al del muro que lo confina.
Ancho de la viga = Ancho del muro = 15cm
Altura de la viga =
= 13.33 cm
110
Para obtener un mejor comportamiento sísmico, se adoptan unas dimensiones
para las vigas de amarre de:
15 cm x 25 cm
Ubicación: Deben disponerse vigas de amarre formando anillos cerrados en un
plano horizontal, entrelazando los muros estructurales en las dos direcciones
principales para conformar diafragmas con ayuda del entrepiso ó la cubierta.
Para el proyecto, se suministrarán 4 barras No. 4 como refuerzo longitudinal y
estribos No. 3 espaciados a 20cm en el centro de la luz, y a 10cm durante los
primeros 50cm de cada extremo de la luz.
Figura 20. Sección viga de amarre típica
111
7. CONCLUSIONES
La baja capacidad portante y la baja plasticidad del suelo, resultantes en el estudio
preliminar de suelos, genera una gran expectativa de trabajo; la clasificación de
suelos hace que debamos analizar cada aspecto con una mayor intensidad para
no cometer errores.
Nuestros diseños deben cumplir con los requisitos mínimos establecidos por las
NSR-10, gracias a la alta amenaza de actividad sísmica con la que cuenta nuestro
departamento, anticipándonos a cualquier eventualidad de catástrofe natural.
Gracias a cada una de las herramientas de cálculo adquiridas durante el proceso
académico, podemos presentar un elaborado estudio de diseño apoyados en los
recursos ofimáticos que la tecnología nos ofrece.
El diseño arquitectónico, propuestas y espacios, esperamos se respete en su
totalidad; de hacerse necesario un replanteo, recomendamos hacerlos SOLO para
garantizar un óptimo comportamiento estructural.
Los suelos del municipio de Villa del Rosario presentan una baja capacidad
portante y baja plasticidad.
Emplear el levantamiento por el método de la radiación topográfico asegura una
reducción de errores, rapidez en el levantamiento y eficacia superior.
Para este tipo de construcciones podemos manejar un caudal hidro sanitario
mínimo de 2 mca, que nos asegura una excelente distribución de la red y buenas
presiones en los diferentes puntos de distribución.
Realizar un diseño presupuestal anticipado y honesto, con valores reales de mano
de obra, materiales y diferentes procedimientos, nos garantiza una excelente
administración y manejo de los recursos económicos.
112
8. RECOMENDACIONES
Para garantizar una construcción idónea y segura es necesario seguir al máximo
las especificaciones constructivas y los detalles descritos en los planos.
Cabe la posibilidad de realizar los diseños estructurales e hidráulicos por otros
procedimientos matemáticos, para fortalecer a un más la validez de los diseños
presentados en este proyecto.
Es necesaria la revisión de todos los diseños presentados en este proyecto, por
parte de un ingeniero civil o arquitecto, antes de llevar a cabo su construcción y
aprobación definitiva.
Además, para llevar a cabo la revisión se recomienda leer y verificar todas las
normas utilizadas y tenidas en cuenta para la ejecución de este proyecto.
Debido a la naturaleza altamente expansiva del suelo se recomienda estabilizar
mecánicamente el subsuelo debajo del cimiento con un material granular con una
altura variable (dependiendo de las zonas más críticas del terreno), debidamente
compactada.
Se recomienda seguir los diseños, ya que estos se rigen por las normas técnicas
colombianas vigentes en cuanto a diseño sismo-resistente se trata, para así
garantizar la vida útil y el buen funcionamiento de la construcción.
Se recomienda también usar los equipos y materiales propuestos en el diseño
hidro-sanitario y descrito en el presupuesto ya que el cambio de alguno de estos
llevaría al mal funcionamiento de los aparatos hidráulicos y/o sanitarios.
113
BIBLIOGRAFÍA
ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA. Normas colombianas de
diseño y construcción sismo resistente. NSR-10. Bogotá: ACIS, 1998. 365 p.
CENTRO NACIONAL DE LA CONSTRUCCION. Construcción de casas sismo
resistentes de uno y dos pisos. Bogotá: SENA, 2003. 117 p.
COLOMBIA. MINISTERIO DE DESARROLLO ECONÓMICO. Reglamento técnico
para el sector de agua potable y saneamiento básico. RAS 2000. Bogotá: El
Ministerio, 2000. 379 p.
PEREZ CARMONA, Rafael. Instalaciones hidráulicas, sanitarias y de gas en
edificaciones. 2 ed. Bogotá: ASOCOTPLO, 1997. 418 p.
SEGURA, Jorge. Estructuras de concreto 1. 4 ed. Bogotá: Universidad Nacional
de Colombia, 2000. 456 p.
114