tesis tinizaray rolando

UNIVERSIDAD TCNICA PARTICULAR DE LOJA

TITULACIN DE INGENIERA CIVIL

formacin y capacitacin juvenil de la fundacin Don Bosco -

TOMO I

Trabajo de fin de titulacin

TESISTA:

Tinizaray Castillo, Rolando Alcivar

DIRECTOR:

Ramrez Romero, Humberto Joel. Ing

LOJA ECUADOR

2012

CERTIFICADO

Ing.

Humberto Joel Ramrez Romero ,

DIRECTOR DEL TRABAJO DE FIN DE CARRERA

C E R T I F I C O:

Que el presente t rabajo, denominado Anlisis y dise o

estructural del bloque 2 del C entro de albergue,

formacin y capaci tacin juvenil de la fundacin Don

Bosco - Loja realizado por el profesional en formacin

TINIZARAY CASTILLO ROLANDO ALCIVAR cumple con los

requisitos establecidos en las normas generales para la

Graduacin en la Universidad Tcnica Particular de Loja,

tanto en el aspecto de forma como de contenido, por lo

cual me permito autorizar su presentacin para los fines

pertinentes.

Loja, Agosto de 201 2

CI : 1100660404

ii

CESIN DE DERECHOS

Yo, TINIZARAY CASTILLO ROLANDO ALCIVAR, declaro ser autor

del presente trabajo y eximo expresamente a la

Universidad Tcnica Particular de Loja y a sus

representantes legales de posibles reclamos o acciones

legales.

Adicio nalmente declaro conocer y aceptar la disposicin

del Art. 67 del Estatuto Orgnico de la Universidad

Tcnica Particular de Loja que su parte pertinente

Forman parte del parte del patrimonio

de la Universidad la propiedad intelectual de

investigaciones, trabajos cientficos o tcnicos y tesis

de grado que se realicen a travs, o con el apoyo

financiero, acadmico o i nstitucional (operativo) de la

Universidad

Tinizaray Castillo Rolando Alcivar

1900561380

iii

AUTORA

Las ideas, dis eos, clculos, resultados, conclusiones,

tratamiento formal y cientfico de la metodologa de la

investigacin contemplada en el trabajo de fin de

titulacin denominado Anlisis y diseo estructural del

bloque 2 del centro de albergue, formacin y capac i tacin

juvenil de la fundacin D on Bosco - Loja , previo a la

obtencin del grado de Ingeniero Civil de la Universidad

Tcnica Partic ular de Loja, son de exclusiva autora y

responsabilidad del autor .

Tinizaray Castillo Rolando Alcivar

AUTOR

iv

AGRADECIMIENTO

Agradezco en primer lugar a Dios por haberme dado

las fuerzas necesarias en los momentos en que ms

necesite y por permitirme llegar hasta este momento tan

importante de mi vida.

Agradezco de manera muy especial al Ing. Humberto Ramrez

Romero por su infinita paciencia y voluntad, por

compartir conmigo sus conocimientos y consejos durante mi

carrera universitaria y durante el desarrollo de mi

proyecto de fin de carrera.

A mis padres quienes a lo largo de toda mi vida han

apoyado y motivado mi forma cin acadmica .

A mis hermanos y familiares, que con su apoyo moral,

me ayudaron a alcanzar una ms de mis metas.

A mis amigos y compaeros que me brindaron su apoyo

en todo momento.

Rolando

v

DEDICATORIA

A Dios . Por haberme permitido llegar hasta este pu nto

y haberme dado la vida para lograr mis objetivos, adems

de su infinita bondad y amor.

A mis padres Jos Flavio y Cecilia por su inmenso

sacrificio y apoyo moral para que yo pueda formarme como

persona y profesionalmente.

A mis hermanos, quienes han si do un ejemplo para m y

me han brindado su apoyo incondicional en todo momento.

Rolando

vi

NDICE DE CONTENIDO

CERTIFICACIN: ACEPTACIN DE PROYECTO DE FIN DE CARRERA .... Error!

Marcador no definido.

CERTIFICADO .......................................................................................................... i

CESIN DE DERECHOS ......................................................................................... ii

AUTORA ................................................................................................................ iii

AGRADECIMIENTO ................................................................................................ iv

DEDICATORIA ......................................................................................................... v

NDICE DE CONTENIDO ........................................................................................ vi

NDICE DE TABLAS Y FIGURAS ........................................................................... ix

RESUMEN ................................................................................................................ 1

0. OBJETIVOS ..................................................................................................... 2

0.1. Objetivo general ........................................................................................ 2

0.2. Objetivos especficos ................................................................................ 2

1. INTRODUCCIN .............................................................................................. 3

1.1. Zona de estudio......................................................................................... 4

1.2. Naturaleza del diseo ssmico ................................................................... 5

1.3. Configuracin ssmica de edificios ............................................................ 5

1.3.1. Fallas relacionadas con la simetra .................................................... 6

1.3.2. Fallas relacionadas con la rigidez ...................................................... 9

1.3.3 Fallas relacionadas con la continuidad ............................................. 12

1.4. Diseo sismorresistente .......................................................................... 16

1.5. Disposiciones del CEC 2000 ................................................................... 17

1.5.1. Bases de diseo .............................................................................. 18

1.5.2. Zonas ssmicas y factor de zona Z ................................................... 18

1.5.3. Geologa local y perfiles de suelo. .................................................... 19

1.5.4. Coeficientes S y Cm ......................................................................... 21

1.5.5. Tipo de uso, destino e importancia de la estructura, coeficiente I..... 22

1.5.6. Coeficiente de configuracin estructural en planta ........................... 23

1.5.7. Coeficiente de configuracin estructural en elevacin ...................... 26

1.6. Disposiciones del ACI 318S .................................................................... 29

1.6.1. Anlisis y diseo de elementos estructurales ................................... 29

1.6.2. Losas y zapatas ............................................................................... 30

vii

1.6.3. Muros ............................................................................................... 30

1.6.4. Vigas ................................................................................................ 31

1.6.5. Columnas ......................................................................................... 31

1.7. Historia de los sismos en la ciudad de Loja ............................................. 32

1.8. Riesgo ssmico en la ciudad de Loja ....................................................... 33

2. MATERIALES Y MTODOS .......................................................................... 35

2.1. Materiales. ............................................................................................... 35

Hormign ........................................................................................................ 35

Acero .............................................................................................................. 37

2.2. Descripcin del proyecto ......................................................................... 38

2.3. Caractersticas del suelo ......................................................................... 39

2.4. Metodologa de estudio ........................................................................... 40

2.4.1. Levantamiento topogrfico ............................................................... 40

2.4.2. Estudio de suelos ............................................................................. 41

2.4.3. Predimensionamiento de elementos estructurales y no estructurales

45

2.4.4. Determinacin de cargas que actan sobre la estructura ................. 51

2.4.5. Revisin del comportamiento de la estructura ante las distintas cargas

y diseo definitivo ........................................................................................... 52

2.4.6. Diseo de muro de contencin ......................................................... 53

3. RESULTADOS ............................................................................................... 57

3.1. Preliminares ............................................................................................ 57

3.1.1. Descripcin general de la edificacin ............................................... 57

3.1.2. Uso y ocupacin .............................................................................. 57

3.1.3. Descripcin del sistema estructural .................................................. 58

3.1.4. Antecedentes tcnicos. .................................................................... 59

3.2. Normativa utilizada .................................................................................. 59

3.3. Materiales................................................................................................ 60

3.3.1. Concreto ciclpeo ............................................................................ 60

3.3.2. Concreto armado ............................................................................. 60

3.3.3. Acero ............................................................................................... 60

3.4. Cargas utilizadas ..................................................................................... 61

3.4.1. Carga muerta ................................................................................... 61

3.4.2. Carga viva ........................................................................................ 61

viii

3.4.3. Cargas ssmicas .............................................................................. 61

3.5. Determinacin de las cargas ................................................................... 62

3.5.1. Cubierta ........................................................................................... 62

3.5.2. Pisos ................................................................................................ 62

3.5.3. Fuerzas ssmicas. Parmetros para anlisis ssmico ....................... 63

3.6. Procedimiento de anlisis ........................................................................ 66

3.6.1. Combinaciones de Carga ................................................................. 67

3.6.2. Modelo para el anlisis global de la estructura ................................. 68

3.6.3. Estimacin de Masas ....................................................................... 70

3.6.4. Modos de vibracin .......................................................................... 71

3.6.5. Derivas............................................................................................. 73

3.6.6. Modelo para anlisis de losas .......................................................... 74

3.6.7. Modelo para anlisis de cimentacin ............................................... 75

3.6.8. Modelo para el anlisis de la cubierta .............................................. 76

3.7. Planos estructurales ................................................................................ 77

4. CONCLUSIONES ........................................................................................... 78

5. RECOMENDACIONES ................................................................................... 79

6. BIBLIOGRAFA .............................................................................................. 80

ix

NDICE DE TABLAS Y FIGURAS

I TABLAS

Tabla 1.1 Coeficiente de suelo S y coeficiente Cm ...... 21

Tabla 1.2 Tipo de uso, destino e importancia de la

estructura ................................ ............. 22

Tabla 1.3 Coeficientes de configuracin en planta ...... 23

Tabla 1.4 Coeficientes de configuracin en elevacin ... 27

Tabla 3.1 Parmetros considerados en el anlisis ssmico

................................ ....................... 65

Tabla 3.2 Combinaciones de cargas consideradas en el

estudio ................................ ................ 67

Tabla 3.3 Centro de masa y de rigidez de la estructura . 71

Tabla 3.4 Resultados del anlisis nodal de la estructura

................................ ....................... 72

Tabla 3.5 Derivas de la estructura ..................... 73

II FIGURAS

Figura 1.1 Zona de estudio .............................. 4

Figura 1.2 Falla producida por asimetra del edificio en

planta (Fenmeno de Aleteo) ............................. 6

Figura 1.3 Posibles soluciones para eliminar los

problemas de plantas asimtricas ........................ 7

Figura 1.4 Falla producida por asimetra del edificio en

........................... 8

Figura 1.5 Posibles soluciones a la reduccin en

elevacin ................................ ............... 9

Figura 1.6 Falla producida por falta de rigidez en la

direccin frontal ................................ ...... 10

x

Figura 1.7 Falla producida por separacin en tre edificios

adyacentes ................................ ............. 11

Figura 1.8 Separacin entre edificios adyacentes para

evitar choches ................................ ......... 12

Figura 1.9 Colapso por discont inuidad de elementos

estructurales verticales ............................... 13

Figura 1.10 Colapso de la estructura debido a piso blando

................................ ....................... 14

Figura 1.11 Columna restringida en su libre

desplazamiento lateral ................................ . 15

Figura 1.12 Conformacin tpica de columna corta ....... 15

Figura 1.13 Irregularidades en planta .................. 25

Figura 1.14 Irregularidad en elevacin ................. 26

Figu ra 1.15 Ecuador, zonas ssmicas para propsitos de

diseo y valor del factor de zona Z .................... 33

Figura 2.1 Perfil estratigrfico de calicata ........... 44

Figura 2.2. Caracterizacin de vigas en un prtico ..... 47

Figura 2.3. Modelo final de la estructura .............. 53

Figura 2.4 Muro de cont encin en voladizo .............. 54

Figura 3.1 Vista frontal del modelo (1) ................ 68

Figura 3.2 Vista frontal del modelo (2) ................ 69

Figura 3.3 Vista posterior del modelo .................. 69

Figura 3.4 Vista posterior del modelo .................. 70

Figura 3.5 Modelo de losa, vista 1 ..................... 74

Figura 3.6 Modelo de losa, vista 2 ..................... 74

Figura 3.7 Modelo de cimentacin, vista 1 .............. 75

Figura 3.8 Modelo de cimentacin, vista 2 .............. 75

Figura 3.9 Modelo de cubierta, vista 1 ................. 76

Figura 3.10 Modelo de cubierta, vista 2 ................ 76
file:///C:/Users/Rolando/Dropbox/GP%204.2/TESIS%20TOMO%20I.docx%23_Toc335650062file:///C:/Users/Rolando/Dropbox/GP%204.2/TESIS%20TOMO%20I.docx%23_Toc335650062

1


Anlisis y diseo estructural del bloque 2 del CENTRO DE ALBERGUE, FORMACIN

Y CAPACITACIN JUVENIL DE LA FUNDACIN DON BOSCO LOJA

RESUMEN

Anlisis y diseo estructural del bloque 2

del centro de albergue, formacin y capaci tacin juvenil

de la fundacin Don B osco - Loja f in

de proporcionar los documentos constructivos necesarios

referentes a la parte estructural de la edificacin,

tomando en cuenta los aspectos necesarios para garantizar

la seguridad y calidad en la estructura diseada.

El edificio se analiz con la ayuda de software

especializados en anlisis y diseo estructural,

basndose en los criterios de diseo y recomendaciones

establecidas en los cdigos de diseo sismorresistentes

en vigencia.

Este documento est estructurado de partes importantes

como la introdu ccin donde se detalla de manera general

el proyecto y se describen algunos conceptos bsicos para

el desarrollo de este trabajo, materiales y mtodos en el

que se especifica el proceso que se sigui para realizar

el anlisis y diseo estructural de las ed ificaciones,

resultados donde se detallan los planos de todos los

elementos estructurales adems parmetros utili zados para

el anlisis ssmico y finalmente conclusiones y

recomendaciones

2




0. OBJETIVOS

0.1. Objetivo g eneral

Realizar el diseo estructural del edific io

denominado BLOQUE 2 del proyecto

FORMACIN Y CAPACITACIN JUVENIL DE LA FUNDACIN DON

BOSCO-

0.2. Objetivos e specficos

Determinar las varia bles que intervienen en el

comportamiento dinmico del edificio .

Analizar el comportamient o del edificio bajo

cargas que sern impuestas durante su periodo de

vida, tales como carga viva, carga muerta y

cargas por sismo.

Seleccionar el diseo estructural definitivo del

edificio, teniendo en consideracin las mejores

opciones para el mismo, rig indose a las

normativas de diseo sismor resistente en

vigencia.

3




1. INTRODUCCIN

Desde siempre se han venido produciendo eventos

ssmicos en todo el mundo afectando principalmente a las

zonas con mayor amenaza como Ecuador , que se caracteriza

por su alto nivel de sismicidad , ya que al estar ubicado

en la costa del pacfico donde las placas continentales y

ocenicas se colisionan entre s y dan lugar a fuertes

movimientos ssmicos.

Para prevenir que eventos ssmicos ocasionen el

colapso de estructuras y la prdida de vidas humanas, es

necesario que la configuracin y diseo estructural de

las edific aciones cumpla n con los requerimientos mnimos

establecidos para este fin.

Por ello, se analiz y seleccion el diseo

NTRO DE

ALBERGUE, FORMACIN Y CAPACITACIN JUVENIL DE LA

FUNDACIN DON BOSCO-

mejores opciones para el mismo .

4




1.1. Zona de estudio

El proyecto est ubicado al Sur - Oeste de la ciudad

de Loja en el barrio Punzara Chico, ent re la Avenida de

Los Paltas y quebrada del Alumbre, junto al relleno

sanitario, tal como se muestra en la figura 1 .1

Figura 1. 1 Zona de estudio

5




1.2. Naturaleza del diseo ssmico

El diseo de estructuras basado en la resistencia

ssmica tiene como objetivo principal que las estructuras

sean capaces de resistir a movimientos telricos, a fin

de prevenir el colapso de la estructura o sufrir daos

significativos.

Segn Arancibia Carvallo, F. (2011) l a cienci a puede

ahora identificar dnde los terremotos son probables de

ocurrir y la magnitud en que se presenten, esta

informacin est disponible para los ingenieros,

arquitectos, planifica dores y al pblico en general. En

el campo de la ingeniera, los investigadores ssmicos y

los ingenieros estructurales con experiencia en diseo

sismo r resistente tienen suficiente comprensin de los

efectos de un terremoto sobre los edifici os, para crear

diseos seguros.

1.3. Configuracin ssmica de edificios

Hay que recalcar que no solamente el anlisis

estructural de las edificaciones es importante, sino que

tambin, se ha evidenciado en los ltimos sismos que la

configuracin estructural juega un papel esen cial en el

desempeo de edificios, la misma que queda en gran parte

definida en el proyecto arquitectnico, es por ello que

tanto arquitectos como ingenieros deben trabajar

conjuntamente para lograr un proyecto a la vez funcional,

seguro y estticamente at ractivo.
http://www.monografias.com/trabajos7/sisinf/sisinf.shtml

6




Para seleccionar correctamente la configuracin

estructural de un edificio se debe tomar en cuenta la

forma de construccin en planta y elevacin, as como la

distribucin y arreglo de los elementos estructurales que

constituyen el esqueleto resi stente del edificio.

1.3.1. Fallas relacionadas con la simetra

Forma del edificio en planta

Se debe procurar en lo posible que la forma en

planta del edificio sea simtrica para evit ar las

vibraciones torsionales.

Figura 1. 2 Falla producida por asimetra del edificio en planta

(Fenmeno de Aleteo)

Fuente: [Fernndez , 2010 ]

Los daos se pueden producir cuando se construyen

edificios en forma de T, L o H, producindose zonas de

concentracin de esfuerzos como se indica en la Figura

1.2 .

7




La F igura 1. 3 presenta algunas alternativas de

solucin a problemas de edificios con plantas

asimtricas.

Figura 1. 3 Posibles soluciones para eliminar los problemas de

plantas asimtricas

Fuente: [Bazan et al., 1998 ]

Forma del edificio en elevacin

La forma de los edificios en elevacin debe ser

sencilla, regular y simtrica para evitar que se produzca

amplificaci ones de la vibracin en las partes superiores

del edificio o concentraciones de esfuerzos en ciertos

pisos.

8




Figura 1. 4 Falla producida por asimetra del edificio en elevacin

Fuente: [Fe rnndez, 2010]

Los daos pueden ocurrir cuando existen reducciones

bruscas en las partes altas del edificio produciendo el

aciones de esfuerzos

( Figura 1.4 ), adems la esbeltez excesiva puede ocasionar

volteo e inestabilidad de la edificacin.

La Figura 1.5 presenta alternativas de solucin a

problemas de reducciones en elevacin.

9




Figura 1. 5 Posibles soluciones a la reduccin en elevacin

Fuente: [Bazan et al., 1998]

1.3.2. Fallas relacionadas con la rigidez

Rigidez ssmica en las dos direcciones

En las edificaciones se debe proporcionar suficiente

rigidez en todas las direcciones con el fin de evitar

derivas excesivas.

El dao se produce cuando en una de las direcciones

se dispone de vigas o columnas de menor dimensin en

relacin a otra direccin o su distribucin en ese

sen tido es insuficiente (F igura 1.6 ).

10




Figura 1. 6 Falla producida por falta de rigidez en la direccin

frontal

Fuente: [Fernndez , 2010]

Separacin de edificios adyacentes

Si no existe suficiente separacin entre edificios

adyacentes, su manera distinta de vibrar ante la

solicitacin ssmica puede producir choque entre ellos.

11




Figura 1. 7 Falla producida por separacin entre edificios adyacentes

Fuente: [Fernndez, 2010]

Esto es ms peligroso cuando los edificios

adyacentes no coinciden en sus alturas de en trepiso, ya

que las losas de una estructura pueden golpear l as

columnas del otr a ( Figura 1.7 ).

La F igura 1.8 presenta soluciones al problema de

dife rentes alturas en edificios adyacentes.

12




Figura 1. 8 Separacin entre edificios adyacentes para evitar choches

Fuente: [Bazan et al., 1998]

1.3.3 Fallas relacionadas con la continuidad

Continuidad de elementos estructurales

En elementos estructurales es de gran importancia la

continuidad desde la cimentacin hasta el ltimo piso del

edificio con el fin de evitar concentracione s de

esfuerzos en puntos crticos de la estructura.

13




Figura 1. 9 Colapso por discontinuidad de elementos estructurales

verticales


El dao se produce cuando por ejemplo el elemento

columna no es continuo a lo alto de la estructura esto

ocasiona cambios brusco s de rigidez como lo indica la

Figura 1 .9 .

Piso blando

Se conoce como piso blando a aquel en el que se

eliminan muros o placas del primer piso, concentrando

demandas de ductilidad excesivas para las columnas de

este piso, debido al comportamiento de slido rgido de

las placas superiores. Este problema se indica en la

Figura 1.10 .

14




Figura 1. 10 Colapso de la estructura debido a piso blando


Columna corta

El efecto de columna corta o columna cautiva se

produce cuando la luz libre de la columna se ve

disminuida por muros de al bailera (actuando como muro

rgido) , lo cual limita la capacidad de la columna de

deformarse libremente en sentido lateral , como se indica

en la F igura 1.1 1.

15




Fuente: [ Guevara et al., 2010]

Generalmente en edificaciones destinadas a centros

educati vos se opta por construir aulas con ventanas cuyo

ancho es igual a la luz libre entre columnas, como lo

muestra la Figura 1.1 2; l o cual genera una columna corta.

Figura 1. 12 Conformacin tpica de columna c orta

Fuente: [ Blanco , 2005 ]

Figura 1. 11 Columna restringida en su libre desplazamiento lateral

16




1.4. Diseo sismo r r esistente

El movimiento ssmico del suelo se transmite a los

edificios que se apoyan sobre ste, lo cual ocasiona

fuerzas de inercia que ponen en peligro la seguridad de

la estructura.

Bazan E., y Meli R. ( 1998) , establecen que el diseo

de las estructuras para resistir sismos difiere del que

se realiza para el efecto de otras acciones, lo

caracterstico del problema ssmico no radica slo en la

complejidad de la respuesta estructural a los efectos

dinmicos de los sismos, sino sobre todo se deriva de lo

poco predecible que es el fenmeno y de las intensidades

extraordinarias q ue pueden alcanzar sus efectos.

La filosofa del diseo tradicional presenta tres

niveles de desempeo estructu ral. Agui ar (2008) establece

que dichos estados son: estado de servicio, dao y

colapso, ante tres sismos de anlisis definidos como:

menor, moderado y severo.

En el estado de servicio, se espera que ante sismos

menores que pueden ocurrir frecuentemente durante la

vida til de la edifi cacin, no ocurra ningn dao

tanto en elementos estructurales como en los no

estructurales.

Para el estado de dao se espera que la estructura

trabaje en el lmite de su capacidad resistente

elstica, es decir la estr uctura como tal no sufre

17




dao pero si hay dao en elementos no estructurales.

Este comportamiento es esperado ante sismos

moderados, que pueden presentarse durante la vida

til de la edificacin.

Para e l estado de colapso, la estructura ante un

sismo severo que puede ocurrir rara vez en el tie mpo

de vida til, incursiona en el rango no lineal,

experimentando dao pero en ningn momento la

edificacin llega al colapso. Se espera cierto grado

de dao en los elementos estructurales y un dao

considerable en elementos no estructurales.

1.5. Disposicio nes del CEC 2000

Las disposiciones de esta norma aplican al diseo de

edificaciones donde el sistema resistente a cargas

ssmicas est compuesto por prticos especiales y/o muros

estructurales de hormign armado.

El Cdigo Ecuatoriano de la Construccin e s un

documento necesario para el clculo y diseo

Sismorresistente de estructuras, que refleja el

conocimiento actual del potencial ssmico del Ecuador, y

que permite, por un lado, poner al alcance de los

calculistas y diseadores herramientas sencillas d e

clculo utilizando conceptos actuales de Ingeniera

Ssmica, y por otro, permite que el diseador conozca

claramente las hiptesis de clculo que est adoptando y

18




tome conciencia de la responsabilidad que implica tomar

ciertas decisiones a la hora de ace ptar tales hiptesis.

Las disposiciones del CEC 2000 se mencionan a

continuacin para un fcil acceso a las especificaciones

de ste cdigo que se tienen en cuenta en el proyecto.

1.5.1. Bases de diseo

Los procedimientos y requisitos del CEC 2000 se

determinarn considerando la zona ssmica del Ecuador

donde se va a construir la estructura, las

caractersticas del suelo del sitio de emplazamiento, el

tipo de uso, destino e importancia de la estructura, y el

tipo de sistema y configuracin estructural a utilizarse .

Las estructuras debern disearse para una

resistencia tal que puedan soportar los desplazamientos

laterales inducidos por el sismo de diseo, considerando

la respuesta inelstica, la redundancia y sobre -

resistencia estructural inherente, y la ductilidad de la

estructura. La resistencia mnima de diseo deber

basarse en las fuerzas ssmicas de diseo establecidas en

el CEC 2000.

1.5.2. Zonas ssmicas y factor de zona Z

El sitio donde se construir la estructura determinar

una de las cuatro zonas ssmicas del E cuador, una vez

identificada la zona ssmica correspondiente, se adoptar

el valor del factor de zona Z, el valor de Z de cada zona

19




representa la aceleracin mxima efectiva en roca

esperada para el sismo de diseo, expresada como fraccin

de la aceleraci n de la gravedad.

1.5.3. Geologa local y perfiles de suelo.

Los requisitos establecidos en este cdigo que tienen

como finalidad tomar en cuenta la geologa local para

propsitos de diseo, son requisitos mnimos y no

substituyen los estudios de geologa de det alle, los

cuales son necesarios para el caso de proyectos de

infraestructura y otros proyectos distintos a los de

edificacin.

Los tipos de perfiles de suelo se clasifican de la

siguiente manera:

Perfil tipo S1: Roca o suelo firme

A este grupo corresponden las rocas y los suelos

endurecidos con velocidades de ondas de corte similares a

las de una roca (mayores a 750 m/s), con perodos

fundamentales de vibracin menores a 0,20s. Se incluyen

los siguientes tipos de suelo:

a) Roca sana o parcialmente alterada, con resistencia a

la compresin no confinada mayor o igual a 500 KPa (5

kg/cm2).

b) Gravas arenosas, limosas o arcillosas, densas y secas.

20




c) Suelos cohesivos duros con resistencia al corte en

condicio nes no drenadas mayores a 100 KP a (1 kg/cm2), con

espe sores menores a 20m, sobreyacentes a roca u otro

material endurecido con velocidad de onda de corte

superior a 750 m/s.

d) Arenas densas con nmero de golpes del SPT: N > 50,

con espesores menores a 20m, sobreyacentes a roca u otro

material endurecido con velocidad de onda de corte

superior a 750 m/s.

e) Suelos y depsitos de origen volcnico firmemente

cementados, tobas y conglomerados con nmero de golpes

del SPT: N > 50.

Perf il tipo S2: Suelos intermedios

Suelos con caractersticas intermedias o que no s e

ajustan a los perfiles de suelos tipo S1 y S3.

Perfil tipo S3: Suelos blandos o estratos

profundos

En este grupo se incluyen los perfiles de suelos blandos

o estratos de gran espesor, en los que los perodos

fundamentales de vibracin son mayores a 0,6 s.

Perfil tipo S4: Condiciones especiales de

evaluacin del suelo

En este grupo se incluyen los siguientes tipos de suelo:

21




a) Suelos con alto potencial de licuefaccin, colapsibles

y sensitivos.

b) Turbas, lodos y suelos orgnicos.

c) Rellenos colocados si n control ingenieril.

d) Arcillas y limos de alta plasticidad (IP > 75).

e) Arcillas suaves y medio duras con espesor mayor a 30m.

Los perfiles de este grupo incluyen los suelos altamente

compresibles y donde las condiciones geolgicas y/o

topogrficas sea n especialmente desfavorables, que

requieran estudios geotcnicos no rutinarios para

determinar sus caractersticas mecnicas.

1.5.4. Coeficientes S y Cm

El coeficiente del suelo S es el que determina las

propiedades fsicas del suelo existente en el sitio

previs to para la construccin de la estructura y el

coeficiente Cm el cual est relacionado al espectro del

sismo de diseo.

Tabla 1. 1 Coeficiente de suelo S y coeficiente Cm

Perfil

tipo Descripcin S Cm

S1 Roca o suelo firme 1.0 2.5

S2 Suelos intermedios 1.2 3.0

S3 Suelos blandos y estrato profundo 1.5 2.8

S4 Condiciones especiales de suelo 2* 2.5

Fuente: [Cdigo Ecuatoriano de la Construccin. (2000) ]

22




1.5.5. Tipo de uso, destino e importancia de la

estructura, coeficiente I

El Cdigo Ecuatoriano de la Construccin establece

factores para el tipo de uso, destino e importancia de

estructuras de acuerdo a la categor a a la cual

pertenece .

Tabla 1. 2 Tipo de uso, destino e im portancia de la estructura

Categora Tipo de uso, destino e importancia Factor

Edificaciones

esenciales y/o

peligrosas

Hospitales, clnicas, centros de

salud o emergencia sanitaria.

Instalaciones militares, de

polica, bomberos, defensa civil.

Garajes o e stacionamientos para

vehculos y aviones que atienden

emergencias. Torres de control

areo. Estructuras de centros de

telecomunicaciones u otros centros

de atencin de emergencias.

Estructuras que albergan equipos de

generacin, transmisin y

distribucin elctrica. Tanques u

otras estructuras utilizadas para

depsito de agua u otras

substancias anti - incendio.

Estructuras que albergan depsitos

txicos, explosivos, qumicos u

otras substancias peligrosas.

1.5

Estructuras de

ocupacin

especial

Museos, igles ias, escuelas y

centros de educacin o deportivos

que albergan ms de trescientas

personas. Edificios pblicos que

requieren operar continuamente.

1.3

Otras

estructuras

Todas las estructuras de

edificacin y otras que no

clasifican dentro de las categora s

anteriores.

1

Fuente: [Cdigo Ecuatoriano de la Construccin. (2000) ]

23




1.5.6. Coeficiente de configuracin estructural en

planta

Analiza las caractersticas tanto de regularidad

como irregularidad de las plantas que conforman la

estructura, basndose en diver sos parmetros como

irregularidad torsional, entrantes excesivos en las

esquinas, discontinuidad en el sistema de piso,

desplazamiento del plano de accin de elementos

verticales, ejes estructurales no paralelos, sistemas de

piso flexibles entre otros.

Tabla 1. 3 Coeficientes de configuracin en planta

Tipo Descripcin de las irregularidades en planta pi

1

Irregularidad torsional

Existe irregularidad por torsin, cuando la mxima

deriva de piso de un extremo de la estructura

calculada incluyendo la torsin accidental y

medida perpendicularmente a un eje determinado, es

mayor que 1,2 veces la deriva promedio de los

extremos de la estructura con respecto al mismo

eje de referencia.

0.9

2

Entrantes excesivos en las esquinas

La configuracin de una estructura se considera

irregular cuando presenta entrantes excesivos en

sus esquinas. Un entrante en una esquina se

considera excesivo cuando las proyecciones de la

estructura, a ambos lados del entrante, son

mayores que el 15% de la dimensin de planta de la

estructura en la direccin del entrante.

0.9

3

Discontinuidad en el sistema de piso

La configuracin de la estructura se considera

irregular cuando el sistema de piso tiene

discontinuidades apreciables o variaci ones

significativas en su rigidez, incluyendo las

causadas por aberturas, entrantes o huecos, con

reas mayores al 50% del rea total del piso o con

cambios en la rigidez en el plano del sistema de

piso de ms del 50% entre niveles consecutivos.

0.9

24




Tipo Descripcin de las irregularidades en planta pi

4

Desplazamiento de plano de accin de elementos

verticales

Una estructura se considera irregular cuando

existen discontinuidades en los ejes

verticales, tales como desplazamientos del

plano de accin de elementos verticales del

sistema resistente.

0.8

5

Ejes estructurales no paralelos

La estructura se considera irregular cuando los

ejes estructurales no son paralelos o

simtricos con respecto a los ejes ortogonales

principales de la estructura.

0.9

6

Sistema de piso flexible

Cuando la relacin de aspecto en planta de la

edificacin es mayor que 4:1 o cuando el

sistema e piso no sea rgido en su propio plano

se deber revisar la condicin de piso flexible

en el modelo estructural.

-

Fuente: [ Cdigo Ecuatoriano de la Construccin. (2000)]

25




Figura 1. 13 Irregularidades en planta

Fuente: [Cdigo Ecuatoriano de la Construccin. (2 000)]

26




1.5.7. Coeficiente de configuracin estructural en

elevacin

Este coeficiente es estimado en base a las

caractersticas tanto de regularidad como irregularidad

en elevacin de la est ructura analizada tomando en cuenta

aspectos fundamentales como: irregularidad en rigidez,

distribucin de las masas, geometra, alineamiento de los

ejes verticales, discontinuidad en la resistencia,

columnas cortas etc.

Figura 1. 14 Irregularidad en elevacin

Fuente: [Cdigo Ecuatoriano de la Construccin. (2000)]

27




Tabla 1. 4 Coeficientes de configuracin en elevacin

Tipo Descripcin de las irregularidades en

ele vacin

Prticos

espaciales

y prticos

con vigas

E1

Sistemas

duales o

con

diagonal

E1

1

Piso blando (irregularidad en rigidez)

La estructura se considera irregular

cuando la rigidez lateral de un piso es

menor que el 70% de la rigidez lateral

del piso superior o menor que el 80% del

promedio de la rigidez lateral de los 3

pisos superiores.

0.9 1.0

2

Irregularidad en la distribucin de las

masas La estructura se considera

irregular cuando la masa de cualquier

piso es mayor que 1,5 veces la masa de

uno de los pisos adyacentes, con

excepcin del piso de cubierta que sea

ms liviano que el piso inferior.

0.9 0.9

3

Irregularidad geomtrica La estructura

se considera irregular cuando la

dimensin en planta del sistema

resistente en cualquier piso es ma yor

que 1,3 veces la misma dimensin en un

piso adyacente, exceptuando el caso de

los altillos de un solo piso.

0.9 1.0

4

Desalineamiento de ejes verticales La

estructura se considera regular cuando

existen desplazamientos en el

alineamiento de elementos verticales del

sistema resistente, dentro del mismo

plano en el que se encuentran, y estos

desplazamientos son mayores que la

dimensin horizontal del elemento. Se

excepta la aplicabilidad de ste

requisito cuando los elementos

desplazados slo sostienen la cubierta

de la edificacin sin otras cargas

adicionales de tanques o equipos.

0.8 0.9

28




Tipo Descripcin de las irregularidades en

elevacin

Prticos

espaciales

y prticos

con vigas

E1

Sistemas

duales o

con

diagonal

E1

5

Piso dbil - Discontinu idad en la

resistencia La estructura se considera

irregular cuando la resistencia del piso

es menor que el 70% de la resistencia de

piso inmediatamente superior,

(entendindose por resistencia del piso

la suma de las resistencias de todos los

elementos que comparten el cortante del

piso para la direccin considerada).

0.8 1.0

6

Columnas cortas Se debe evitar la

presencia de columnas cortas, tanto en

el diseo como en la construccin de las

estructuras.

- -

Fuente: [ Cdigo Ecuatoriano de la Construcci n. (2000)]

29




1.6. Disposiciones del ACI 318 S

El cdigo ACI 318S, en su captulo 21 contiene

disposiciones para el diseo y la construccin de

elementos de concreto reforzado de una e structura en la

cual las fuerzas de diseo, relacionadas con movimientos

ssmicos, se han determinado con base en la disipacin de

energa en el rango no lineal de respuesta.

todos los elementos estr ucturales y no estructurales que

afecten la respuesta lineal y no lineal de la estructura

(ACI 318S, 2008).

1.6.1. Anlisis y diseo de elementos estructurales

En el anlisis debe tenerse en cuenta la interaccin

de todos los elementos estructurales y no estructurales

que afecten la respuesta lineal y no lineal de la

estructura ante movimientos ssmicos.

Se permiten elementos rgidos no considerados como

parte de un sistema de resistencia ante fuerzas ssmicas

con la condicin de consid erar y tener en cuenta en el

diseo de la estructura su efecto en la respuesta del

sistema. Se deben considerar tambin las consecuencias de

las fallas de los elementos estructurales y no

estructurales que no forman parte del sistema de

resistencia ante fu erzas ssmicas.

30




1.6.2. Losas y zapatas

La resistencia a cortante de losas y zapatas en la

cercana de las columnas, de las cargas concentradas o de

las reacciones est regida por la ms severa de las

siguientes dos condiciones:

Comportamiento como viga en donde c ada una de las

secciones crticas que van a investigarse se

extienden en un plano a travs del ancho total.

Para comportamiento en dos direcciones, cada una de

las secciones crticas que van a investigarse deben

estar locali zadas de modo que su permetro, bo, sea

un mnimo, pero no debe estar ms cerca de d/2 de:

a) Los bordes o las esquinas de las columnas,

cargas concentradas, o reas de reaccin, o

b) Los cambios en la altura de la losa, tales como

los bordes de capiteles, o bacos, o

descolgados para cortante .

1.6.3. Muros

Los muros deben disearse para cargas excntricas y

cualquier carga lateral o de otro tipo a las que estn

sometidos.

A menos que se demuestre lo contrario mediante un

anlisis, la longitud horizontal de un muro considerada

como efectiva para cada carga concentrada, no debe

31




exceder la menor distancia centro a centro de las cargas,

ni el ancho de apoyo ms cuatro veces el espesor del

muro.

1.6.4. Vigas

La resistencia a momento positivo en la cara del

nudo no debe ser menor que un tercio de la resistencia a

momento negativo proporcionada en esa misma cara del

nudo. La resistencia a momento negativo o positivo, en

cualquier seccin a lo largo de la longitud del elemento,

no debe ser menor de un quinto de la resistencia mxima a

momento proporcionada en la cara de cualquiera de los

nudos.

1.6.5. Columnas

Las columnas se deben disear para resistir las

fuerzas axiales que provienen de las cargas mayoradas de

todos los pisos o cubierta, y el momento mximo debido a

las cargas mayoradas en un solo vano adyacente del

entr episo o cubierta bajo consideracin. Tambin debe

considerarse la condicin de carga que produzca la mxima

relacin entre momento y carga axial.

En prticos o en elementos continuos debe prestarse

atencin al efecto de las cargas no balanceadas de

entrepi sos o cubierta, tanto en las columnas exteriores

como interiores, y a la carga excntrica debida a otras

causas.

32




Para calcular los momentos debidos a cargas

gravitacionales en columnas construidas monolticamente

con la estructura, los extremos lejanos de las columnas

se pueden considerar empotrados.

La resistencia a la flexin de la columna en

cualquier piso o en la cubierta se debe determinar

distribuyendo el momento entre las columnas

inmediatamente sobre y bajo el entrepiso bajo

consideracin, en propor cin a las rigideces relativas de

las columnas y segn las condiciones de restriccin al

giro.

1.7. Historia de los sismos en la ciudad de

Loja

En la ciudad de Loja no existe un estudio detallado

sobre peligrosidad ssmica, los pocos eventos ssmicos

severos c onocidos ocurrieron en los aos 1749, 1913 y

1953 con una intensidad de VIII (Escala de Mercalli), y

adems la incidencia de terremotos con epicentros en el

norte del Per como el de diciembre de 1970 de

intensidad mxima IX (Escala de Mercalli), en dond e

varias cabeceras cantonales y parroquias de la Provincia

de Loja quedaron destruidas casi completamente, cayeron

casas y templos desde los cimientos, edificios

semidestrui dos o seriamente afectados.

33




1.8. Riesgo s smico en la ciudad de Loja

El Cdigo Ecuatoria no de la Construccin (CEC 2000),

contiene el mapa de zonas ssmicas para fines de diseo

(F igura 1. 15), el cual establece un conjunto de

especificaciones adecuadas para el diseo ssmico de

estructuras, que debe ser aplicado por profesionales

dedicados al diseo, construccin y fiscalizacin.

Figura 1. 15 Ecuador, zonas ssmicas para propsitos de diseo y

valor del factor de zona Z

Fuente: [Cdigo Ecuatoriano de la Construccin. (2000)]

34




Segn el Cdigo Ecu atoriano de la Construccin (CEC

2000), la ciudad de Loja se ubica dentro de la zona

ssmica II, la cual se caracteriza por ser una zona con

alta amenaza ssmica, representando el 0.25 de la

aceleracin mxima efectiva en roca esperada para el

sismo de dis eo, expresada como fraccin de la

aceleracin de la gravedad.

En alguna s ocasiones el adecuado diseo

sismorresistente de estructuras no es el principal

componente para la integridad de las edificaciones, pues

depende tambin del sistema constructivo con el que se

lleve a cabo.

Lalangui (2011) establece que en la ciudad de Loja

los procesos constructivos aplicados en las edificaciones

son inadecuados, ya que existe descoordinacin

especialmente en trabajos de armado de elementos y

trabajos de instalacin de tuberas, lo que provoca que

se desplacen, doblen y corten errneamente las barras

longitudinales y estribos, debilitando as la resistencia

del elemento y como consecuencia de esto tambin de la

estructura.

35




2. MATERIALES Y MTODOS

2.1. Materiales.

Los mate riales considerados para la ejecucin del

proyecto son los ms convenientes para alcanzar los

objetivos planteados, los cuales se describen a

continuacin.

Hormign

El hormign es una mezcla de arena, grava, roca

triturada u otros agregados unidos en una m asa rocosa por

medio de pasta de cemento y agua. En ocasiones, uno o

ms aditivos se agregan para cambiar ciertas

caractersticas del hormign.

Para el presente proyecto se utilizar hormign que

presenta una resistencia de 210 kgf/cm2, a los 28 das ,

con un mdulo de elasticidad de 219000 kgf/cm2, y su peso

especfico de 2400 kgf/m3.

El hormign presenta las siguientes caractersticas

principales:

Trabajabilidad: capacidad para adaptarse a las

condiciones de traslado, colocacin y compactacin en el

lugar definitivo dentro de la obra.

36




Resistencia: al endurecer cumple con la capacidad de

soportar las cargas para las cuales fue diseado.

Durabilidad: permanece inalterable en el tiempo, siendo

capaz de soportar acciones mecnicas como el desgaste o

abrasin, las condiciones climticas y otros ambiente s

fsicos o qumicos agresivos.

En general, estas propiedades dependen en gran medida de

l os siguientes factores:

- proporciones de la mezcla (dosificacin),

- cuidado con el cual se mezclen los materiales

constituti vos del hormign, (cemento, ridos, agua,

aditivos, etc.) durante su colocacin y curado,

- condiciones de humedad y temperatura, desde que se

coloca el hormign hasta que fragua (curado), y

- supervisin y control (desde el peso de los

materiales, mezclado, vaciado y curado).

El hormign tiene una alta resistencia a la compresin

y una muy baja resistencia a la tensin ; p ara evitar el

problema de la baja resistencia a la traccin del

hormign, a partir del siglo XIX, se empez a utilizar el

acero para reforza r los elementos de hormign, en

especial, en aquellos sitios donde la baja resistencia a

la traccin limita la capacidad de carga del elemento.

37




El hormign y el acero de refuerzo funcionan en

conjunto en forma excelente en las estructuras debido a

que las ventajas de cada material com pensan las

desventajas del otro.

Acero

Acero de refuerzo

El acero utilizado para la construccin de

estructuras es un material apto para resistir

eficientemente solicitaciones de tensin, cortante y

torsin, lo que le convierte en componente ideal para

combinarse tcnicamente con el hormign simple, con el

que conforma el hormign armado; aunque por su costo

mucho ms elevado que el hormign si mple, el porcentaje

volumtrico del acero dentro del hormign armado es

relativamente pequeo.

Para el presente proyecto se utilizar acero de refuerzo

que tiene un esfuerzo de fluencia de 4200 Kgf/cm2.

Acero estructural

El acero estructural es uno de los materiales

bsicos utilizados en la construccin de edificios ; se

produce en una ampli a gama de formas y grados, lo que le

permite una gran flexibilidad en su uso .

Los perfiles doblados en fro, que como su nombre lo

indica, son perfiles formados a temperatura ambiente y

38




los perfiles laminados en caliente que contrariamente a

los doblados en fro su proceso de formacin se efecta

bajo temperaturas muy elevadas .

El comportamiento en perfiles doblados est

determinado bsicamente por las consecuencias del proceso

de formacin y por el uso de materiales de espesores

relativamente pequeos (esp esores normales desde 0.4mm

hasta 6.4mm), que dan como resultado elementos esbeltos

con configuraciones geomtricas diversas, que les permite

tener resistencia y rigidez aceptable como elementos de

carga.

Los elementos conformados en fro son ms ligeros

que los perfiles laminados en caliente, adems de ser ms

econmicos para cargas livianas y/o claros cortos.

2.2. Descripcin del proyecto

CAPACITACION JUVENIL DE LA FUNDACIN DON BOSCO est

destinado para l a formacin y capacitacin de jvenes

varones, consta de tres plantas , con rea total de

construccin de 609,92m2.

La planta baja , con rea de 171,87m 2, consta de

saln para talleres en los cuales incluye rea de

sanitarios , adems de una bodega para almac enar las

herramientas y cuarto para la instalacin de bomba

de suministro de agua potable.

39




La primera planta alta , con rea de 216,95m 2, consta

de cinco aulas de clases con su respectiva bodega en

cada una de ellas, adems de saln de sanitarios, y

un balc n de acceso tanto para aulas como para

sanitarios.

La segunda planta alta , con rea de 221,10m 2, consta

de cinco dormitorios para jvenes y en cada uno de

ellos un saln de sanitarios, adems un dormitorio

para vigilantes, y un balcn de acceso para todos

los dormitorios.

El edificio presenta muy buena regularidad en elevacin,

pero irregularidad en planta debido a su forma tipo

2.3. Caractersticas del suelo

La cimentacin de un edificio debe estar en

capacidad de soportar el peso de una estructura de una

manera ptima , por ello es de esencial importancia

conocer las pr opiedades que presenta el suelo sobre la

cual se implantar la edificacin.

El estudio de suelos permite conocer las propiedades

fsicas y mecnicas del suelo, y su composicin

estratigrfica , es decir las capas o estratos de

diferentes caractersticas que lo componen en

profundidad .

40




Del estudio de suelos p roporcionado se observ que

el terreno est conformado de suelos finos de plasticidad

elevada y consistencia blanda; bajo estas capas se

pr esentan suelos arenosos compuestos con finos muy

plsticos .

El suelo presenta un valor de capacidad de carga

admisible de 0.7Kgf/cm2, pero con material de

mejoramiento puede alcanzar un valor de 1Kgf/cm2.

Geolgicamente la zona de estudio est formada por

arcillas y arenas arcillosas muy plsticas con contenidos

de fragmentos de lu titas (Tapia, 2011).

2.4. Metodologa de e studio

El estudio se realiz mediante un anlisis previo de

los requisitos establecidos en las normas de diseo de

estructuras sismor r esistent es, para as proceder al

anlisis y diseo del edificio.

2.4.1. Levantamiento topogrfico

Como punto de partida se realiz el levantamiento

topogrfico del terreno sobre el cual se construir la

edificacin, y as tener una mejor percepcin de l as

condiciones del sitio, y a su vez facilite para el

replanteo de la obra para posteriormente realizar los

estudios de suelos correspondientes.

41




El terreno presenta caractersticas regulares en su

morfologa, es decir no presenta pendientes considerables

y su conformacin topogrfica es relativamente plana.

2.4.2. Estudio de suelos

Las caractersticas del suelo sobre el cual se

cimentar la edificaci n es indispensable, por ello se

realiz el estudio del suelo del sitio donde se

construir la obra , lo cual consisti en ensayos de campo

y ensayos de laboratorio; estos estudios permitieron

determinar el tipo de suelo, capacidad portante del

suelo, posibles fallas geolgicas, etc.

En el pozo de estudio se pudo determinar los siguientes

estratos:

Una capa de material conformado por mat erial

orgnico de un espesor de 0,30m de consistencia

irregular.

Bajo esta capa a la profundidad de 1,0m se presenta

una capa de suelo fino de color gris claro - caf

claro de una consistencia media, en los ensayos de

laboratorio se determinan los siguientes valores:

Contenido de humedad 23,77%, lmite lquido 44% y un

ndice de plasticidad de 30%, de los ensayos

granulomtricos se determina que este material est

compuesto por 57% de finos, 31% de arena y 12% de

grava. La capa de suelo que se ha clasificado de

42




acuerdo a la norma (SUCS) como arcilla inorgnica de

plasticidad media (CL).

A la profundidad de 2,0 m se presenta una capa de

suelo arenoso de color gris claro caf claro de una

compacidad firme, en los ensayos de laboratorio se

obtiene los siguientes valores:


ndice de plasticidad de 7%; de los ensayos

granulomtricos se determina que est compuesta en

un 40% de finos, 54% de arena y 6 % de grava. La

capa de suelo se ha clasificado de acuerdo a la

norma (SUCS) como arenas limosas a arcillosa (SM- SC).

A la profundidad de 3.0 metros se presenta una capa

de suelo arenoso de color gris claro caf claro de

una compacidad firme, en los ensayos de laboratorio

se obtiene los siguientes valores:

Contenido de h umedad 14,34%, lmite lquido 36% y un



un 30% de finos, 50% de arena y 20% de grava. La

capa de suelo se ha clasificado de acuerdo a la

norma (SUCS) como arena arcillosa (SC).

A la profundidad de 4.0 metros se presenta una capa

de suelo arenoso de color gris claro caf claro de

una compacidad firme, en los ensayos de laboratorio

se obtiene los siguientes valores:

43







un 33% de finos, 61% de arena y 6% de grava. La capa

de suelo se ha clasificado de acuerdo a la norma

(SUCS) como arena arcillosa (SC).

NIVEL FRETICO.

La c ota del nivel fretico no se presenta a una

profundidad de 4,50 metro de profundidad.

Los suelos presentes en la calicata para la cimentacin

del bloque de hombres son capas de material fino de

arcillas de plasticidad media, de una consistencia blanda

y ar enas arcillosas de una compacidad que firme.

44




Figura 2. 1 Perfil estratigrfico de calicata

De estos resultados se concibieron recomendaciones

para disear la cimentacin del edificio, como tipo de

cimentac in, profundidad, y posible mejoramiento del

suelo para aumentar su capacidad portante.

45




2.4.3. Predimensionamiento de elementos

estructurales y no estructurales

Para el anlisis y diseo de estructuras es de gran

importancia realizar en primera instancia el

pred imensionamiento de toda la estructura, esto se

realiza en orden inverso a su proceso constructivo, por

ello se realiz en el siguiente orden:

1) Losas

2) Vigas

3) Columnas de arriba hacia abajo

4) Cimentacin y zapatas

El criterio o dato ms relevante para considerar en

el predimensionamiento es la luz libre, la cual

entendemos por la distancia que se planee tener entre los

distintos puntos de apoyo de la estructura.

Predi mensionamiento de losas

La funcin principal de la losa consiste en repartir

horizontalmente los e sfuerzos producidos por las cargas

del edificio, conducindolos hacia los puntos de apoyo en

los cuales descansa la misma losa.

El predimensionamiento del espesor de losas nervadas

se realiz en base a lo siguiente:

46




- Luces de aproximadamente 3 metros.

- Luces de aproximadamente 5,50 metros.

- Luces de aproximadamente 9 metros.

Predimensionamiento de vigas

Para efectos de predimensionamiento se subdividi

las vigas en principales y secunda rias o ssmicas , como

lo muestra la F igura 2.1

47




Figura 2. 2. Caracterizacin de vigas en un prtico

El predimensionamiento del espesor de vigas se realiz en

base a lo siguiente:

48




Vigas principales.

Vigas centrales

Vigas externas

Vigas secundarias o ssmicas.

Vigas centrales

Vigas externas

49




Predimensionamiento de columnas

Para dimensionar las columnas de concreto armado en

toda edificacin se procede a determinar el rea en cm2

(A C), necesaria para cada tipo de columna, de piso a

piso, calculand o siempre de arriba hacia abajo, y segn

tres tipos de columna.

Columnas centrales

Columnas perimetrales

Columnas esquineras

Se tom en consideracin el rea tributaria (AN), la

cual consiste en el rea que soporta dicha columna, se

determin con las medias distancias de las luces a sus

lados.

El rea de la columna se predimensiona con la siguiente

expresin:

Dnde:

rea de la columna

Carga viva

50




Carga muerta

Resistencia del concreto a los 28 das

Factor segn el tipo de columna

Tipo de colu mna

Centrales 0.28

Perimetrales 0.25

Esquineras 0.20

Predimensionamiento de zapatas

Para dimensionar las zapatas de concreto armado en

la edificacin se procede a determinar el rea en cm2

(A Z), mediante la siguiente expresin.

Dnde:

rea de la columna

Carga viva

Carga muerta

Factor de asentamiento

51




2.4.4. Determinacin de cargas que actan sobre la

estructura

Las cargas que actan las estructuras pueden

dividir se en tres categoras: cargas muertas, cargas

vivas y cargas por sismos.

Carga muerta

Son aquellas que se mantienen constantes en magnitud

y fijas en posicin durante la vida de la estructura , la

cual constituyen el peso permanente de materiales tales

como: paredes y muros, cielos rasos, pisos, cubiertas y

todas las cargas que nos son causadas por la ocupacin

del edificio.

Carga viva

Son aquellas cargas no permanentes producidas por

materiales o artculos mviles, e inclusive personas en

constante movimie nto, dichas cargas deben ser las mximas

que se espera ocurran en la edificacin.

Algunos autores definen valores de cargas vivas

uniformemente distribuidas para distintas reas

habitacionales, para el presente proyecto se utiliz

cargas que establece Nils on (1999) as como tambin el

CEC (2000).

52




Carga por sismos

Se producen sobre una estructura por medio de la

interaccin del movimiento del suelo y las

caractersticas de respuesta de la estructura. Sus

magnitudes dependen de la velocidad y tipo de

acelera ciones del suelo, as como de la masa y rigidez de

la estructura.

2.4.5. Revisin del comportamiento de la estructura

ante las distintas cargas y diseo definitivo

Para el anlisis del comportamiento del edificio se

lo model en ETABS un software especializado en anlisis

y diseo de estructuras sismorresistentes en base al

proyecto arquitectnico y tomando como base el

predimensionamiento de elementos estructurales.

El software permite evaluar el comportamiento de la

estructura al someter el modelo al anlisis es ttico y

dinmico de tal forma que se realicen las modificaciones

necesarias para que cumpla con las condiciones ya

establecidas en los cdigos de diseo.

Una vez verificado que el modelo cumpla con las

especificaciones establecidas para el diseo

sismores istente se seleccion la dimensiones adecuadas

para de elementos que conforman la estr uctura, tal como

lo muestra la F igura 2.2

53




Figura 2. 3. Modelo final de la estructura

Para establecer el acero de refuerz o de cada

elemento se utiliz hojas de Excel para combinar reas de

acero establecidas por el software de diseo.

2.4.6. Diseo de muro de contencin

Para el diseo del muro de contencin se tom como

base los resultados del estudio de suelos, para as con

la ayu da del LABORATORIO VIRTUAL DE INGENIERA GEOTCNICA

de la Universidad Tcnica Pa rticular de Loja, disponible

on- line, determinar dimensiones del muro, as como

tambin el acero de refuerzo necesario.

54




El muro se dise por el mtodo de Rankine,

consideran do el muro en voladizo, tambin conocido como

muros Cantil ver.

Figura 2. 4 Muro de contencin en voladizo

Empuje activo segn Rankine

55




Dnde:

Ka=Coeficiente de empuje activo de Rankine

Ea=Empuje acti vo

=ngulo de inclinacin del suelo

=Peso especfico del suelo

= ngulo de friccin

c= Cohesin

Df =Altura del muro

Empuje activo segn Rankine

Dnde:

Kp= Coeficiente de empuje pasivo de Rankine

Ep=Empuje pasivo

= ngulo de inclinacin del suelo

=Peso especfico del suelo

= ngulo de friccin

c= Cohesin

Df =Altura del muro

56




El laboratorio virtual fue proporcionado por una docente

investigadora de la Universidad Tcnica Particular de

Loja , con gran experiencia en el rea de Geotecnia, bajo

su colabo racin y direccin.

Se calcul el factor de seguridad contra volteo, factor

de seguridad contra deslizamiento, presin sobre el suelo

en la punta y el taln, capacidad de carga ltima del

suelo, etc.

Para el clculo de los componentes de diseo antes

mencionados se consider sobre carga dentro de la

estabilidad, zona ssmica II, fuerzas pasivas dentro de

la estabilidad, etc

57




3. RESULTADOS

3.1. Preliminares

3.1.1. Descripcin general de la edificacin

JUVENIL DE LA FUNDACIN DON BOSCO -

al Sur - Oeste de la ciudad de Loja en el barrio Punzara,

entre la avenida de Los Paltas y quebrada Alumbre, junto

al relleno sanitario.

La edificacin se compone de planta baja de saln para

talleres con un total de 171.87 m2, primera planta alta

de aulas de estudio con un rea de 216.95 m2, segunda

planta alta de dormitorios con un rea de 221.10 m2. El

rea total de construccin es de 609.92 m2.

Para el presente proyecto se ha previsto estructura de

hormig n armado, cimentado sobre zapatas corridas en los

ejes A, B, C, D y F.

3.1.2. Uso y ocupacin

La edificacin ser destinada para la formacin y

capacitacin de jvenes adolescentes varones.

58




3.1.3. Descripcin del sistema estructural

Para la estructura se conside r un sistema

reticular de vigas y columnas, losas tipo waffle, zapatas

corridas en la cimentacin y vigas de cimentacin. Las

zapatas corridas son de cincuenta centmetros de espesor

y vigas de cimentacin de setenta y cinco centmetros de

peralte, las lo sas son de veinte centmetros de espesor,

con nervios de diez centmetros de base y veinte

centmetros de peralte, y losa de compresin de cinco

centmetros;

Las luces entre prticos estn entre 4,00 m y 5.00 m. Los

entrepisos tienen 2.80m de altura. La e structura presenta

irregularidades en planta.

Separadamente se consider el diseo de gradas de acceso

al edificio, para las cuales se dise con losa de

cimentacin de cuarenta centmetros de espesor, losa

alivianada de quince centmetros de espesor con n ervios

de diez centmetros de base y diez centmetros de

peralte, y losa de compresin de cinco centmetros.

El detalle de armado y posicin de cada uno de los

elementos se indica en los planos; para el armado deben

observarse tambin las disposiciones del Cdigo

Ecuatoriano de la Construccin.

La cimentacin se la dise para las cargas que provienen

de la estructura; la cimentacin, cadenas, columnas,

vigas y losas se disean con hormign de 210 kgf/cm2, el

59




acero de refuerzo en barras tendr un lmite de fluencia

de 4200 kgf/cm2; en la cubierta se usarn perfiles

doblados en fro con un lmite de fluencia de 2400

kgf/cm2.

3.1.4. Antecedentes tcnicos.

Como base para el anlisis y diseo estructural se cont

los planos arquitectnicos, estudios topogrficos y

es tudio de mecnica de suelos.

3.2. Normativa utilizada

Para el diseo de los elementos estructurales se

observaron las disposiciones contenidas en los siguientes

cdigos y reglamentos:

C.E.C2000; Cdigo Ecuatoriano de la Construccin

2000

ACI318 - 99; Reglamento para las construcciones de

concreto estructural y comentarios ACI 318R - 99.

AISI; American Iron and Steel Institute.

60




3.3. Materiales

3.3.1. Concreto ciclpeo

Resistencia nominal (ACI 318 -2

Se permitir hasta 30% de piedra grande en cimientos sin

r efuerzo y hasta 25% de piedra mediana en sobre cimientos

no reforzados.

3.3.2. Concreto armado

Resistencia nominal (ACI 318 -2

Mdulo de elasticidad E = 219000 kgf/cm2

Peso especfico = 2400 kgf/m3

Acero de refuerzo grado 60 fy= 4,200 kgf/cm2

3.3.3. Acero

Acero estructural:

Perfiles conformados en f ro y planchas (ASTM A36)

fy= 2400 kgf/cm2

Acero de refuerzo:

Barras corrugadas fy = 4200 kgf/cm2

61




Soldadura:

Soldadura AWS E70XX

3.4. Cargas utilizad as

Para el anlisis y diseo estructural de esta edificacin

se tuvieron en cuenta los siguientes estados de carga.

3.4.1. Carga muerta

La carga muerta o permanente es la carga debida al peso

propio de elementos estructurales y no estructurales. Se

determina en f uncin del peso volumtrico de los

distintos materiales.

3.4.2. Carga viva

Esta carga es consecuencia de la utilizacin de la

estructura, no es permanente ni acta simultneamente

sobre toda ella. Es la carga de servicio que est

especificada en los cdigos de co nstruccin.

3.4.3. Cargas ssmicas

Para el clculo de las fuerzas ssmicas se adopt el

mtodo esttico contemplado en el Cdigo Ecuatoriano de

la Construccin, habindose determinado los parmetros

necesarios para el clculo del cortante basal. Tambin se

reali z anlisis dinmico de la estructura a fin de

determinar las mayores demandas sobre la misma.

62




3.5. Determinacin de las cargas

3.5.1. Cubierta

Carga viva

La cubierta (techo) no es accesible, por lo tanto se

consider una carga viva mnima de 20 kgf/m2

segn el rea

t ributaria para cada elemento.

Carga muerta

La carga muerta que se tiene en cuenta en este caso est

constituida por el peso propio de elementos estructurales

y no estructurales, para la cubierta se consider cielo

raso de material Gypsum, y lminas de acer o Estilpanel

DRT.

3.5.2. Pisos

Carga viva

De acuerdo con las disposiciones del C.E.C, se asigna la

carga viva 200 kgf/m2

segn el rea tributaria para cada

elemento.

Carga muerta

La carga muerta que se tiene en cuenta en este caso est

constituida por el peso pro pio de elementos estructurales

y no estructurales, habiendo considerado el peso

63




especfico del hormign armado en 2400 kgf/m3, el peso

esp ecfico del mortero en 2000 kgf /m3, peso de

porcelanato de 22.30kgf/m2, peso de pared 189.09 kgf/m

2

(Ladrillo de 27cm* 13cm*8cm)

3.5.3. Fuerzas ssmicas. Parmetros para anlisis

ssmico

A continuacin se describe, en resumen, los parmetros

para definir las fuerzas smicas de diseo .

Para el anlisis por fuerza ssmica se calcularon fuerzas

estticas, utilizando los siguientes p armetros:

Factor de zona ssmica : Loja est en la zona II y le

corresponde un factor de zona ssmica igual a 0,25.

Coeficiente de suelo: Por las caractersticas

prevalecientes en el suelo se consider un perfil S3, con

un valor de S igual a 1,5 y de Cm ig ual a 2,8

Tipo de uso, destino e importancia de la estructura : Por

el uso, se consider un factor igual a 1.3

Coeficiente de configuracin estructural en planta : Se

utilizaron los siguientes valores de los factores que

intervienen: Pa = 1,0 ; Pb = 0.9 .

Coeficiente de configuracin estructural en elevacin : El

valor de los factores participantes en este coeficiente

es: EA = 1; EB = 1 ; EC = 1.

64




Perodo de vibracin T : Se utiliz el mtodo I, para el

clculo del perodo de vibracin de la estructura, con un

valor de Ct = 0.08, para prticos espaciales de hormign

armado.

Factor de reduccin de resistencia ssmica : El prtico

adoptado es un sistema espacial sismorresistente, de

hormign armado, por lo tanto se adopt el valor de 10

para R.

Cortante Basa l de diseo : El cortante basal fue calculado

como lo dispone el Cdigo Ecuatoriano de la

Construccin, en el numeral 6.2.1

Distribucin vertical de fuerzas laterales : Se utiliz el

procedimiento descrito en el numeral 6.3 del Cdigo

Ecuatoriano de la Con struccin.

Distribucin horizontal del cortante de piso : La fuerza

cortante horizontal en cada nivel se distribuy en razn

de la rigidez de cada prtico.

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Tabla 3. 1 Parmetros considerados en el anlisis s smico

Parmetros para Anlisis Ssmico

1 Factor de zona

ssmica, z 0.25

2 Perfil de suelo S3

3 Coeficiente de

suelo, S 1.5

4 Coeficiente de

suelo, Cm 2.80

5 Factor de

importancia, I 1.3

6

Coeficiente de

configuracin en

planta

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66


Anlisis y diseo estructural del b

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