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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
TRABAJO DE TITULACIÓN
PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE
INGENIERO CIVIL
ESTRUCTURAS
TEMA
EVALUACIÓN DE LA CIMENTACIÓN DE UNA EDIFICACIÒN PARA
EL CONTROL DEL PUNZONAMIENTO.
AUTOR
GÉNITO LENIN PROAÑO VEGA
TUTOR
ING. CHRISTIAN ALMENDÁRIZ R, MSc.
Año
2018
GUAYAQUIL ECUADOR
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ii
Agradecimiento
Le agradezco a Dios por ser el guía de mi vida y haberme dado la fuerza
necesaria para vencer cada uno de los problemas y obstáculos que se presentaron
a lo largo de mi camino.
A mis padres por haberme dado la confianza y el apoyo necesario a pesar de sus
limitaciones, las cuales me fortalecieron día a día, me enseñaron a no rendirme, a
luchar para alcanzar mi meta propuesta, gracias por los valores inculcados, valores
que me hicieron una buena persona, con buenos principios los cuales me sirvieron
no solo para culminar mi carrera universitaria sino también en mi diario vivir.
A mis hermanos que pese a las discusiones y problemas que se nos presentaron,
supimos brindarnos el apoyo mutuo para salir adelante.
A mi novia Rafaela, que durante estos años juntos, ha sabido apoyarme para
continuar y nunca renunciar a mi meta, gracias por su amor incondicional y por ser
un pilar fundamental en mi vida.
Al Ing. Christian Almendáriz por su valiosa guía durante la elaboración de todo
este proyecto.
A mis compañeros que de una u otra manera hemos compartido penas y tristezas
a lo largo de nuestra carrera universitaria y a aquellos profesores, que compartieron
sus conocimientos y enseñanzas a lo largo de esta maravillosa carrera universitaria.
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iii
Dedicatoria
Dedico el presente trabajo a mi padre celestial que me ha dado la fortaleza
necesaria para continuar, cuando a punto de caer eh estado, por ello con toda la
humildad que puede emanar mi corazón, dedico este trabajo en primer lugar a Dios.
A mis padres y hermanos, quienes fueron piezas de un valor incontable para que
hoy pueda tener la satisfacción de encontrarme culminando mi carrera universitaria.
A mi novia Rafaela, a quien amo infinitamente. A mi familia, que de una u otra
manera me dieron sus palabras de aliento para culminar mi carrera universitaria. A
mis profesores, por su tiempo, por su apoyo y sabiduría brindada a lo largo de mi
formación profesional.
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iv
Declaración expresa
Articulo XI.- del Reglamento de graduación de la Facultad de Ciencias
Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil.
La responsabilidad de los hechos ideas y doctrinas expuestas en este trabajo de
titulación corresponden exclusivamente al autor y al patrimonio intelectual de la
Universidad de Guayaquil.
GÉNITO LENIN PROAÑO VEGA
CI. 120591095-1
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v
Tribunal de graduación
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Ing. Eduardo Santos Baquerizo, MSc. Ing. Adalberto Vizconde C, MSc
Decano Tutor revisor
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Miembro del tribunal
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Índice general
Agradecimiento................................................................................................................. ii
Dedicatoria ........................................................................................................................ iii
Declaración expresa .......................................................................................................iv
Tribunal de graduación...................................................................................................v
Resumen ...........................................................................................................................xii
Abstract............................................................................................................................xiii
Introducción................................................................................................................... xiv
CAPITULO I ........................................................................................................................1
1.1. Planteamiento del problema. 1
1.2. Objetivos: 1
1.2.1. Objetivo general. ......................................................................................1
1.2.2. Objetivos específicos. ............................................................................1
1.3. Justificación del tema. 2
1.4. Delimitación del proyecto. 2
1.5. Ubicación del proyecto. 2
CAPITULO II 4
Marco teórico 4
2.1. Antecedentes. 4
2.2. Cimentación. 5
2.3. Tipos de cimentación. 6
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vii
2.3.1 Cimentaciones superficiales....................................................................6
2.3.1.1. Plintos aislados. ..................................................................................6
2.4. Asentamiento. 6
2.5. Presión de contacto. 7
2.6. Criterios a seguir para la evaluar los plintos aislados o zapata
aislada 8
2.6.1. Comprobación por carga axial.............................................................9
2.6.1.1. Definir carga de servicio P. ..............................................................9
2.6.1.2. Definir carga de servicio P. ..............................................................9
2.6.2. Comprobación por cortante unidireccional. ....................................9
2.6.3. Comprobación por cortante bidireccional o punzonamiento... 10
2.6.4. Comprobación por flexión. ................................................................ 11
2.7. Cargas 11
2.8. Combinaciones de cargas .11
2.9. Espectro elástico horizontal de diseño en aceleración .12
2.10. Coeficiente de importancia I ..14
2.11. Marco legal .....16
2.11.1. Normas y códigos empleados .16
CAPÍTULO III 18
3. Marco Metodológico. 18
3.1. Variables. 18
-
viii
3.1.1. Variables Independientes. .................................................................. 19
3.1.2. Variable Dependiente........................................................................... 19
3.2. Operacionalización de variable. 20
3.3. Métodos. 21
3.3.1. Método descriptivo 21
3.4. Metodología 21
CAPITULO IV 23
4. Análisis y Resultados. 23
4.1. Planos y modelación de la estructura en el software SAP2000
v.16 23
4.2. Cálculo de la carga muerta y carga viva de la losa y terraza. 35
4.3. Cálculo de Peso de vigas y columnas de la estructura. 37
4.4. Cálculo de la descarga de servicio y las reacciones de cada
columna 41
4.4.1. Área de aportación y reacción cada columna 41
4.5. Evaluación del diseño estructural de los plintos de la cimentación
44
4.5.1. Parámetros generales que serán tomados a consideración para
la evaluación. .............................................................................................................. 44
4.5.2. Determinar la reacción neta del suelo ............................................ 45
4.5.3. Comprobación por cortante unidireccional .................................. 47
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ix
4.5.4. Comprobación por el cortante bidireccional punzonamiento
48
4.5.5. Comprobación del diseño por flexión............................................. 50
4.6. Resultados obtenidos. 52
CAPITULO V 54
5. Conclusiones y recomendaciones. 54
5.1. Conclusiones 54
5.2. Recomendaciones 54
BIBLIOGRAFÍA
ANEXOS
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x
Lista de tablas
Tabla 1: Tipo de uso, destino e importancia. .............................................................. 15
Tabla 2: Determinación de las variables. .................................................................... 20
Tabla 3: Datos y reacciones modelo 1......................................................................... 24
Tabla 4: Datos y reacciones modelo 2......................................................................... 30
Tabla 5: Cálculo carga muerta de las losas de 1º y 2º nivel. ................................... 36
Tabla 6: Cálculo carga muerta de la losa del 3º nivel - terraza. .............................. 36
Tabla 7: Peso de vigas. .................................................................................................. 37
Tabla 8: Peso columnas. ................................................................................................ 37
Tabla 9: Peso de la estructura. ..................................................................................... 41
Tabla 10: Área de aportación y reacción por cada columna .................................... 43
Tabla 11: Dimensiones de plintos................................................................................. 44
Tabla 12: Parámetros generales de plintos. ............................................................... 44
Tabla 13: Reacción neta del suelo para cada plinto aislado. ................................... 47
Tabla 14: Cortante bidireccional - punzonamiento. ................................................... 50
Tabla 15: Por flexión. ...................................................................................................... 52
Tabla 16: Tabla de resultados - comprobaciones. ..................................................... 53
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xi
Lista de ilustraciones
Ilustración 1: Modelo 1 sin modificaciones.................................................................. 23
Ilustración 2: Modelo 2 aumento nivel. ........................................................................ 29
Ilustración 3: Dimensiones de vigas y columnas. ...................................................... 38
Ilustración 4: Área de losa del 1º y 2º nivel ................................................................. 39
Ilustración 5: Área de losa 3º nivel o terraza. ............................................................. 40
Ilustración 6: Área de aportación para cada columna. .............................................. 42
Ilustración 7: Detalle de plinto aislado. ........................................................................ 45
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xii
Resumen
El presente proyecto de titulación tiene como objeto principal evaluar la
cimentación de una edificación, mediante un análisis para el control del
punzonamiento, para ello se utiliza un programa computacional especializado tanto
para el análisis de la estructura como para la cimentación.
Basados en los planos estructurales de dicha residencia y memoria técnica del
estudio de suelo, se modelo en el programa y se aumentó una planta con las
mismas características que la anterior, para hallar las reacciones del nuevo modelo
de la estructura, definimos las dimensiones de la cimentación las cuales son plintos
aislados o conocidos como zapatas aisladas, tomando como referencia los datos de
los planos estructurales. Se realiza una comprobación del cumplimiento de diseño
de la zapata aislada por medio de las cortantes unidireccional, bidi reccional o
punzonamiento y el diseño a flexión.
Se concluye que el diseño estructural de los plintos aislados de la cimentación de
la residencia cumple con los parámetros y requisitos dentro de la norma ACI 318-14,
estos resultados lo podrán observar en las conclusiones.
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xiii
Abstract
The main objective of the present titling project is to evaluate the foundation of a
building, through an analysis for the control of the punching, for which a specialized
computer program is used for the analysis of the structure as well as for the
foundation.
Based on the structural plans of this residence and technical memory of the study
of soil, we model the program and increase a plant with the same characteristics as
the previous one, to find the reactions of the new model of the structure, we define
the dimensions of the foundations which are isolated plains or known as isolated
footings, taking as reference the data of the structural planes. A design compliance
check of the insulated shoe is performed by means of unidirectional, bidirectional or
punching shears and the design is flexed.
It is concluded that the structural design of the plinth isolated from the foundation
of the residence meets the parameters and requirements within the standard ACI
318-14, these results can be observed in the conclusions.
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xiv
Introducción
La presente investigación se enfoca en la cimentación de la residencia de la
familia Altamirano Fonseca que está destinada a ser utilizado como una vivienda
familiar, la cual busca abordar los principios de cómo se están diseñando las
cimentaciones en nuestro país mediante la evaluación de un diseño ya existente
que ha sido aprobado por un Ing. con experiencia en el campo estructural, para
aumentar una planta a dicha residencia y revisar que cumpla los parámetros
establecidos en los reglamentos de la construcción como lo es el ACI 318-14.
Este estudio tiene como factores en primer lugar el análisis de los datos
geotécnicos obtenidos de un estudio de suelos previamente realizado para de este
modo determinar parámetros importantes como lo son el tipo de falla que presente
el suelo y su capacidad portante.
La segunda etapa se enfocará en la evaluación del diseño estructural de la
cimentación a partir de los conceptos básicos del diseño de cimentaciones desde el
enfoque estructural.
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1
CAPITULO I
1.1. Planteamiento del problema.
La deficiencia en la cimentación de la residencia produce punzonamiento en la
parte estructural de dicha cimentación, el problema radica en no realizar ensayos
para el control del punzonamiento de una estructura ya que eso garantiza que
nuestra edificación se comporte de una manera adecuada a lo largo de su vida útil,
este pequeño descuido por parte de los diseñadores está dado no solamente en la
superestructura sino también en la subestructura.
1.2. Objetivos:
1.2.1. Objetivo general.
Evaluar la Cimentación de una edificación, mediante un análisis de
punzonamiento, para poner parámetros de control.
1.2.2. Objetivos específicos.
1) Identificar la resistencia de los plintos, mediante un análisis de
punzonamiento, para conocer cuanta carga adicional soporta.
2) Describir las dimensiones adoptadas en el plinto aislado, mediante los
criterios para el diseño de zapatas aisladas, para soportar el
punzonamiento en la cimentación.
3) Analizar la cimentación probando con carga adicional para conocer qué
uso se le puede dar al último piso.
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1.3. Justificación del tema.
Debido al peligro constante en el que se encuentra nuestro país a ser afectado
por movimientos telúricos de gran magnitud es que surge la necesidad de tomar una
edificación, de las que se están construyendo comúnmente en nuestro medio para
ser usada como residencia familiar, y realizar una evaluación a los diseños
estructurales de su cimentación con el fin de verificar que cumpla con las normas y
códigos de la construcción, sobre todo que soporte el punzonamiento en la
cimentación para evitar futuros desastres en la estructura y pérdidas humanas.
1.4. Delimitación del proyecto.
El presente proyecto se enfocará en la evaluación de la cimentación de una
residencia, para comprobar si las dimensiones dadas a los plintos soportan un piso
más en la estructura cumpliendo las especificaciones estipuladas en el ACI-318-14 y
la Nec-15, con el fin de controlar el punzonamiento de la estructura.
Cabe reiterar que la residencia cuenta con un diseño estructural y estudio de
suelo el cual se respetara, lo que se realizara es un aumento de piso con las
mismas características de los demás pisos y la evaluación de la cimentación (plintos
aislados) basándonos en los parámetros de diseño como lo son: verificación por
cortante y por flexión.
1.5. Ubicación del proyecto.
Este proyecto de evaluación de cimentación se lo realizará en una residencia
familiar de tres plantas, proyecto llamado
Barrio San
Francisco, Calle D (Galápagos E14) Lote N.-3, en la ciudad de Quito, ver figura 1.
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3
Figura 1: Ubicación del terreno a construir (Zoom in).
Fuente: Google Earth de Google Inc. Versión 7.1.2.2041
-
4
CAPITULO II
Marco teórico
2.1. Antecedentes.
Según Serrano, (2017). Menciona sobre el desarrollo de una aplicación basada
en MATLAB para el cálculo de cimentaciones superficiales aisladas la cuál planteó
los parámetros tanto para el cálculo y diseño de zapatas aisladas obteniendo las
dimensiones tales como la base, lado, altura, peralte del plinto, además del esfuerzo
máximo, mínimo y el área de acero necesaria para su diseño. Se investigó fórmulas
acorde al tema, las mismas permitieron dar solución a los distintos problemas de
zapatas aisladas, elaborando 18 casos, a los que una zapata puede estar sometida,
de acuerdo a la ubicación de la zapata en el terreno, se presentan zapatas
centrales, medianeras y esquineras, las cuales pueden estar sometidas a: carga
axial, flexión uniaxial y flexión biaxial; sin olvidar que las zapatas aisladas pueden
presentar cierto grado de excentricidad, por lo que se resolvió de forma manual para
su posterior validación con la aplicación desarrollada. Se investigó las principales
funciones de Matlab, tales como el comando while, for, if, break, entre otros. Los
mismos ayudaron a dar solución a las iteraciones encontradas durante el cálculo. El
objetivo principal de este trabajo fue llegar al diseñó del interfaz gráfico de tal
manera que su entorno sea amigable con el usuario. Durante la comprobación entre
el método manual y la aplicación desarrollada se encontró un margen de error
menor al 3%, lo que es válido su manejo para los diferentes tipos de casos de
cálculo a presentarse, permitiendo simplificar las horas de cálculo al momento del
diseño, ahorrando tiempo y dinero.
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5
Según Suarez, (2016). Menciona que realizó la evaluación del diseño estructural
de las zapatas de la cimentación del edificio Torre C de los condominios Bosques de
la Costa, basándonos en los parámetros de diseño como lo son las verificaciones
por cortante y las Verificaciones por flexión, para verificar que cada una de sus
partes estructurantes cumplan con las sugerencias y especificaciones estipuladas
en el ACI-318-14 y la Nec-15. Los estudios y diseños de edificaciones, en nuestro
país muchas veces se realizan sin tomar en cuenta las sugerencias y disposiciones
estipuladas en las normativas de la construcción vigentes como lo son el ACI-318-
14 y la Nec-15 las cuales son Fundamentales para garantizar que nuestra
edificación se va a comportar de una manera adecuada a lo largo de su vida útil.
Debido al peligro constante en el que se encuentra nuestro país a ser afectado por
movimientos telúricos de gran magnitud es que surge la necesidad de tomar una
edificación
2.2. Cimentación.
Se comprende por cimentación a la parte estructural que transmite las cargas al
suelo. Las edificaciones requieren la necesidad de solucionar un problema de
cimentación. Se emplean cimentaciones superficiales o cimentaciones profundas,
estas muestran considerables diferencias en cuestión a su geometría, conducta del
suelo, funcionalidad estructural y a sus métodos constructivos.
Las cargas que se transmiten por medio de las cimentaciones generan
compresiones en el suelo, por lo que éste tiende a deformarse produciendo
asentamientos. Las cimentaciones esta conformadas por elementos estructurales,
es por esto que las cimentaciones juegan un papel muy importante dentro de la
construcción ya que distribuyen los efectos producidos y así soportan la estructura.
-
6
2.3. Tipos de cimentación.
Existen dos tipos de cimentaciones: las superficiales, donde se contemplan los
plintos aislados, zapatas combinadas, zapatas corridas y las losas de cimentación, y
las cimentaciones profundas, donde se encuentran clasificados los pilotes.
2.3.1 Cimentaciones superficiales.
Son las que descansan en las capas superficiales o poco profundas del suelo, por
poseer suficiente capacidad portante y relativamente ligeras. En estas
cimentaciones, la carga se distribuye en un plano de apoyo horizontal, éstas pueden
ser:
2.3.1.1. Plintos aislados.
Son empleados para resistir una columna, o algunas cercanas es decir como un
elemento de complementación. Pueden utilizar una zapata de hormigón armado, o
un macizo de hormigón simple o de hormigón ciclópeo.
Las zapatas de hormigón armado deberían tener al menos 40 cm de peralte en
edificaciones de varios pisos, para asegurar una mínima rigidez a la flexión. Se
pueden admitir espesores inferiores en el caso de estructuras livianas no superiores
a dos pisos como viviendas unifamiliares con entramados de luces pequeñas, como
pasos cubiertos, etc. (Ver anexo 1)
Fuente: Temas de hormigón armado, (M.Sc. ROMO PROAÑO MARCELO, 2008),
Escuela Politécnica del Ejército-Ecuador.
2.4. Asentamiento.
Los suelos se comprimen al estar expuesto a cargas considerables y producen
asentamientos en la estructura. Aunque el suelo o roca de soporte pueda no fallar,
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7
los asentamientos pueden ser grandes que perjudican a la estructura produciendo
agrietamientos y daños severos. A estos asentamientos se los denominan
asentamiento perjudicial y por lo general se los evita.
Hay dos requisitos esenciales en el diseño de cimentación: en primer lugar, el
asentamiento total de una estructura permanece limitado a una parte soportable
pequeña y segundo lugar el asentamiento diferencial de las diferentes partes de una
estructura se suprima en lo posible.
Asentamiento permisible, se somete a cada estructura y de su actividad;
escasos edificios de concreto resisten un asentamiento diferencial entre columnas
adyacentes mayores a 2cm, sin presentar signos de daño.
Asentamiento irregular, es muy peligroso para estructuras de cualquier clase
que el de igual distribución.
Para el presente proyecto, se analizará el asentamiento elástico que soporta el
suelo bajo cargas aplicadas. Este asentamiento se origina después de la aplicación
de las cargas, se debe a las deformaciones elásticas de los suelos. Esta clase de
asentamiento se somete a la flexibilidad de los cimientos y al tipo de suelo.
2.5. Presión de contacto.
De la carga que la zapata transmite al suelo, se obtiene presión hacia arriba por
parte del suelo sobre el cual reposa. Esta presión se denomina presión de contacto
y se considera igual distribución para su cálculo, aunque esta distribución de esta
presión varía de acuerdo al suelo.
Frecuentemente las zapatas deben cargar de manera concéntrica para evitar
inclinación no anhelada. Lo que significa que estas zapatas se deben situar
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8
concéntricamente bajo las columnas o muros. Las zapatas cargadas
excéntricamente se ejecutan en suelos demasiados compactados o en rocas, la
presión que actúa no estará igualmente distribuida, la cual poseerá un valor qmax y
qmin.
(Ver anexo 2), nos muestra diagramas de presiones para los incidentes en que se
posee una excentricidad pequeña y excentricidad grande. También presenta valores
que obtienen las presiones qmax y qmin para cada incidente.
El concepto de presión de contacto unido con el concepto de carga ùltima y
capacidad portante al suelo, definen el dimensionamiento de zapatas.
Con este principio, se calcula la presión de contacto admisible, este se calcula en
el plano de contacto entre el suelo y la zapata.
2.6. Criterios a seguir para la evaluar los plintos aislados o
zapata aislada.
Para evaluar el plinto aislado o zapata aislada en ACI- 318- 14 nos proporciona
pautas para especificar la ubicación de las secciones críticas de momento, cortante
y desarrollo del refuerzo de los plintos (zapatas), aprobándonos que para plintos
aislados cuadrados se considere que trabaja como losa en una dirección
inicialmente, ya determinado el acero de refuerzo se emplee el mismo en la otra
dirección.
De acuerdo a las fuerzas actuantes sobre la zapata concéntrica podemos
clasificarla de la siguiente manera:
Zapata aislada Concéntrica sometida solo a carga axial.
Zapata aislada concéntrica sometida a flexión uniaxial.
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Zapatas aisladas concéntricas sometidas a flexión biaxial.
2.6.1. Comprobación por carga axial.
Se debe de tener en cuenta los siguientes aspectos: (ver anexo 3)
2.6.1.1. Definir carga de servicio P.
La carga de servicio se la consigue aplicando el combo de diseño dispuesta en el
ACI-318-14: P=1.2 D + 1.6 L, con esta carga de servicio y la capacidad admisible
del suelo procedemos a obtener las dimensiones de la cimentación.
2.6.1.2. Definir carga de servicio P.
Para obtener el ancho de la zapata aislada o plinto aislado utilizaremos la
siguiente fórmula:
Con el dimensionamiento del plinto aislado se procede a determinar la reacción
neta del suelo, aplicando la siguiente fórmula
:
2.6.2. Comprobación por cortante unidireccional.
Según el ACI-318-14-13.3.2.2 en zapatas en una dirección, el refuerzo debe
distribuirse uniformemente a lo largo del ancho total de la zapata (ver anexo 4).
Para realizar esta revisión se emplea la siguiente formula:
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10
Se calcula cada uno de sus componentes sabiendo que de acuerdo al reglamento
ACI 318-14 que el Ø a emplearse en este caso será Ø = 0.85.
2.6.3. Comprobación por cortante bidireccional o
punzonamiento.
En zapatas cuadradas en dos direcciones, el refuerzo debe distribuirse
uniformemente a lo largo del ancho total de la zapata en ambas direcciones. (Ver
anexo 5) (ACI 318-14-13.3.3.2).
Para comprobar el punzonamiento el Código ACI 318-14 establece que se debe
plantear:
Donde Vu se calcula por medio de:
Vc será el menor valor que se obtenga de las siguientes ecuaciones:
-
11
2.6.4. Comprobación por flexión.
Para el momento último del análisis usaremos la fórmula: (ver anexo 6).
Se debe tener en cuenta al acero mínimo dado por la siguiente expresión:
2.7. Cargas
De acuerdo a las cargas que indica la (NEC-SE-CG). Las cargas se han definido
de la siguiente forma:
Entrepiso
(CM) = 0.70 t/m2 (6.87kN/m2) y carga viva (CV)= 0.2 t/m2 (2.00 kN/m2)
Cubierta
(CM) = 0.50 t/m2 (4.91kN/m2) y carga viva (CV)= 0.15 t/m2 (1.50 kN/m2)
2.8. Combinaciones de cargas
Las combinaciones de cargas a implementarse son las siguientes:
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12
Combinación 1: 1,4 D
Combinación 2: 1,2 D + 1,6 L
Combinación 3: 1,2 D + L
Combinación 4: 1,2 D + L
Combinación 5: 1,2 D + 1 E + L
Combinación 6: 0,9 D
Combinación 7: 0,9 D + 1 E
2.9. Espectro elástico horizontal de diseño en aceleración
Según la (NEC-SE-DS 2015), para este espectro elástico horizontal se facilita una
ilustración (ver anexo 7), consiste con:
El factor del sector sísmico Z,
La clase de suelo del sitio a ubicarse la estructura,
Respetar los valores de suelo Fa, Fd, Fs.
Este espectro, se logra obtener con la ayuda de las siguientes ecuaciones:
-
13
Según la norma (NEC-SE-DS 2015), valores de (Sa/Z, en roca), son los
siguientes:
Los valores de los periodos de vibración y , se logran obtener de acuerdo a
la NEC-SE-DS 2015 por las siguientes fórmulas:
-
14
2.10. Coeficiente de importancia I
El objetivo principal es aumentar el requerimiento sísmico de diseño para
estructuras, que por el uso o de importancia deberían sufrir daños mínimos durante
el sismo y después del mismo.
-
15
Tabla 1: Tipo de uso, destino e importancia.
Categoría Tipo de uso, destino e importancia Coeficiente I
Edificaciones
esenciales
Hospitales, clínicas, Centros de
salud o de emergencia sanitaria. Instalaciones militares, de policía,
bomberos, defensa civil. Garajes o estacionamientos para vehículos y aviones que atienden emergencias.
Torres de control aéreo. Estructuras de centros de telecomunicaciones u
otros centros de atención de emergencias. Estructuras que albergan equipos de generación y
distribución eléctrica. Tanques u otras estructuras utilizadas para
depósito de agua u otras substancias anti-incendio. Estructuras que albergan depósitos
tóxicos, explosivos, químicos u otras substancias peligrosas.
1.5
Estructuras
de ocupación especial
Museos, iglesias, escuelas y
centros de educación o deportivos que albergan más de trescientas personas. Todas las estructuras que
albergan más de cinco mil personas. Edificios públicos que
requieren operar continuamente.
1.3
Otras estructuras
Todas las estructuras de edificación y otras que no clasifican
dentro de las categorías anteriores.
1.0
Fuente: NEC-SE DS 2015
Elaboración: NEC-SE DS 2015
El diseño de las estructuras con factor de importancia 1.0 cumplirá con todos los
requisitos establecidos en la norma. (NEC-SE-DS 2015)
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2.11. Marco legal
2.11.1. Normas y códigos empleados
La presente investigación se basará en normas y especificaciones técnicas para
la elaboración de diseño edificaciones dentro del territorio ecuatoriano, estas
normas son obligatorias para cumplir con los requerimientos básicos para la
construcción de edificaciones, siendo necesario las siguientes consideraciones:
1) American Concrete Institute (Instituto Americano del Concreto), Código ACI
318 S14.
2) Norma Ecuatoriana de la Construcción 2015, (NEC-15).
NEC-SE-CG: Cargas (no sísmicas)
NEC-SE-DS: Cargas Sísmicas: Diseño Sismo Resistente
NEC-SE-AC: Estructuras de acero
NEC-SE-VIVIENDA: Viviendas de hasta 2 pisos con luces de hasta 5 m.
NEC-SE-GM: Geotecnia y Diseño de Cimentaciones
NEC-SE-HM: Estructuras de Hormigón Armado
NEC-SE-MP: Estructuras de Mampostería Estructural
Es necesario mencionar que dentro de las normas de la construcción se debe
considerar el sistema de clasificación AASHTO (American Association of State
Highway and Transportation Officials) (Designación ASTM D-3282; método
AASHTO M145), que es uno de los primeros sistemas de clasificación de suelos,
desarrollado por Terzaghi y Hogentogler en 1928.
El sistema de clasificación AASHTO presenta las siguientes características:
Características del sistema de clasificación AASHTO (ASTM D-3282).
-
17
Procedimiento de clasificación AASHTO
Cálculo del índice de grupo
-
18
CAPÍTULO III
3. Marco Metodológico.
En este proyecto de efectuó un modelo cuali-cuantitativo, es decir los datos ya
obtenidos se analizaron para dar con sus respectivas comprobaciones del
cumplimiento con las códigos y normas de la construcción.
Este proyecto se está basada en la evaluación de la cimentación de una
residencia de 3 niveles, se realizó en el software SAP2000 v.16 un modelamiento de
la estructura tomando como referencia datos de los planos estructurales de la
residencia y su respectivo estudio de suelo.
3.1. Variables.
Son discusiones que pueden darse entre individuos y conjuntos. El término
variable significa características, aspecto, propiedad o dimensión de un fenómeno y
puede asumir distintos valores.
Para operativizar variables, se requiere precisar su valor, traduciéndolas a
conceptos susceptibles de medir, por tanto, conviene considerar su definición
nominal, real, operativa: lo que significa el término, la realidad y la práctica. (Behar,
2008)
En este proyecto se presentan las siguientes variables:
Carga viva
Carga muerta
Carga sísmica
Reacciones
Punzonamiento
-
19
Desplazamiento
3.1.1. Variables Independientes.
Una variable independiente es aquella cuyo valor no depende de otra variable. Es
aquella característica o propiedad que se supone es la causa del fenómeno
estudiado. En investigación experimental se llama así a la variable que el
investigador manipula. (Behar, 2008)
En este proyecto se presentan las siguientes variables independientes:
Carga viva
Carga muerta
Carga sísmica
3.1.2. Variable Dependiente.
Una variable dependiente es aquella cuyos valores dependen de los que tomen
otra variable. La variable dependiente en una función que suele representar por y.
La variable dependiente se representa en el eje ordenadas. Son las variables de
respuesta que se observan en el estudio, y que podrían estar influidas por los
valores de las variables independientes. (Behar, 2008)
Las variables dependientes en este proyecto son las siguientes:
Reacciones
Punzonamiento
https://es.wikipedia.org/wiki/Ceteris_paribus
-
20
3.2. Operacionalización de variable.
Tabla 2: Determinación de las variables.
VARIABLE CONCEPTO
INSTRUMENTO DE
MEDICION
Carga de viva
Para la residencia se
considera a las personas y
movimiento.
Reglamento y planos
estructurales NEC.15
Carga muerta
Se considera como el peso
propio de la estructura calculado
automáticamente por el
programa.
Reglamento y planos
estructurales NEC.15
Carga sísmica
Para efectuar la evaluación de
la cimentación se usó un
espectro de diseño.
Reglamento y planos
estructurales NEC-15
Reacciones
Se producen en determinados
puntos de la estructura debido a
ligaduras que se originan cuando
actúan fuerzas activas.
Análisis estructural
Punzonamiento
Fuerza cortante elevado,
debido a la reacción de la fuerza
Análisis estructural
-
21
que genera un pilar sobre una
losa de hormigón armado.
Fuente: Propia.
Elaboración: Autor.
3.3. Métodos.
Método es el camino para llegar a un fin u objetivo determinado.
3.3.1. Método descriptivo.
Mediante la recopilación de datos, planos estructurales, folletos de diseños,
textos de cimentación, normas nacionales e internacionales, se establecerá las
formulaciones para comprobar los parámetros exigidos por los códigos y normas de
la construcción.
3.4. Metodología
1) Revisión de los planos estructurales de la residencia.
2) Modelación de la estructura en el software Sap 2000.
3) Aumento de un nivel a la residencia en el software Sap 2000.
4) Cálculo de las cargas (muerta, viva y sísmica).
5) Cálculo de cargas vivas y muertas.
6) Cálculo de las reacciones de la estructura.
7) Cálculo del espectro de diseño.
8) Cálculos de reacciones.
9) Análisis matemático de la cimentación superficial (plinto).
-
22
10) Comprobación del cumplimiento de diseño la cimentación superficial
(plinto).
11) Análisis y detalles de la estructura en el software SAP 2000.
12) Comparación de datos obtenidos.
13) Normas a emplearse (NEC-15, ACI-14).
14) Evaluación de la cimentación.
15) Conclusiones y Recomendaciones.
16) Anexos y Bibliografía.
-
23
CAPITULO IV
4. Análisis y Resultados.
4.1. Planos y modelación de la estructura en el software
SAP2000 v.16
Con la ayuda de los planos estructurales de la edificación y su respectivo estudio
de suelo (ver anexo 8 y 9), se efectuó el modelamiento de dicha estructura en el
software SAP2000 v.16 como se lo puede observar el antes y el después de
aumentar 1 nivel al modelo planteado.
Modelo del plano estructural sin modificaciones y sus reacciones generadas.
Ilustración 1: Modelo 1 sin modificaciones.
Fuente: SAP2000 v.16
-
24
Tabla 3: Datos y reacciones modelo 1.
-
25
-
26
-
27
-
28
Fuente: SAP2000 v.16
-
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Modelo del plano estructural de la residencia con el aumento de 1 nivel con las
mismas caracteristicas de los demas niveles y sus reacciones generadas.
Ilustración 2: Modelo 2 aumento nivel.
Fuente: SAP2000 v.16
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30
Tabla 4: Datos y reacciones modelo 2.
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31
-
32
-
33
-
34
Fuente: SAP2000 v.16
-
35
4.2. Cálculo de la carga muerta y carga viva de la losa y terraza.
A continuación, presentaremos los respectivos planos arquitectónicos para
efectuar el cálculo de las cargas vivas y cargas muertas de la estructura del
proyecto. (Ver anexo 13).
Para efectuar este cálculo se realizó una tabla de excel con el cálculo de la losa
del 1º, 2º y 3º nivel (terraza) a continuación se lo presenta:
-
36
Tabla 5: Cálculo carga muerta de las losas de 1º y 2º nivel.
Elaboración: Génito Lenin Proaño Vega.
Tabla 6: Cálculo carga muerta de la losa del 3º nivel - terraza.
Elaboración: Génito Lenin Proaño Vega.
De acuerdo a la norma NEC-15 según la ocupación que se le asigna a la
estructura se le da la carga viva en este caso como es una residencia es de
200Kg/cm2 y para la terraza asumimos una carga viva de 50kg/cm2.
-
37
4.3. Cálculo de Peso de vigas y columnas de la estructura.
Para efectuar el cálculo del peso de vigas y columna elaboramos unas tablas
para mayor facilidad de cálculo, a continuación se presenta las tablas, planos con
las vigas y columnas de cada nivel.
Tabla 7: Peso de vigas.
Elaboración: Génito Lenin Proaño Vega.
Tabla 8: Peso columnas.
Elaboración: Génito Lenin Proaño Vega.
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38
A B C
1
2
3
4
2.20 4.20
3.2
04
.50
3.5
0
1.2
0
2.55
A'
2.00
3.6
0
1.00
9.60
12.4
0
Ilustración 3: Dimensiones de vigas y columnas.
Fuente: AutoCAD 2013
-
39
A continuación, presentamos las áreas de la losa del 1º, 2º y 3º nivel incluido la
terraza y la tabla de la elaboración de peso de toda la estructura de la estructura.
9.60
2.50
3.5
04.8
03.9
5
1.2
0
2.55
12.4
0
1.00
A1 = 116.95 m2
ES
CA
LE
RA
Ilustración 4: Área de losa del 1º y 2º nivel
Fuente: AutoCAD 2013
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40
Ilustración 5: Área de losa 3º nivel o terraza.
Fuente: AutoCAD 2013