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_Toc3356500621
UNIVERSIDAD TCNICA PARTICULAR DE LOJA
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
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Anlisis y diseo estructural del bloque 2 del CENTRO DE ALBERGUE, FORMACIN
Y CAPACITACIN JUVENIL DE LA FUNDACIN DON BOSCO LOJA
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.
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Anlisis y diseo estructural del bloque 2 del CENTRO DE ALBERGUE, FORMACIN
Y CAPACITACIN JUVENIL DE LA FUNDACIN DON BOSCO LOJA
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
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Anlisis y diseo estructural del bloque 2 del CENTRO DE ALBERGUE, FORMACIN
Y CAPACITACIN JUVENIL DE LA FUNDACIN DON BOSCO LOJA
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
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Anlisis y diseo estructural del bloque 2 del CENTRO DE ALBERGUE, FORMACIN
Y CAPACITACIN JUVENIL DE LA FUNDACIN DON BOSCO LOJA
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.shtml6
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Anlisis y diseo estructural del bloque 2 del CENTRO DE ALBERGUE, FORMACIN
Y CAPACITACIN JUVENIL DE LA FUNDACIN DON BOSCO LOJA
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
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Anlisis y diseo estructural del bloque 2 del CENTRO DE ALBERGUE, FORMACIN
Y CAPACITACIN JUVENIL DE LA FUNDACIN DON BOSCO LOJA
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.
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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.
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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
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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
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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.
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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.
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Figura 1. 9 Colapso por discontinuidad de elementos estructurales
verticales
Fuente: [Fernndez , 2010]
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 .
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Figura 1. 10 Colapso de la estructura debido a piso blando
Fuente: [Fernndez , 2010]
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.
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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
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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
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Anlisis y diseo estructural del bloque 2 del CENTRO DE ALBERGUE, FORMACIN
Y CAPACITACIN JUVENIL DE LA FUNDACIN DON BOSCO LOJA
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
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Anlisis y diseo estructural del bloque 2 del CENTRO DE ALBERGUE, FORMACIN
Y CAPACITACIN JUVENIL DE LA FUNDACIN DON BOSCO LOJA
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
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Y CAPACITACIN JUVENIL DE LA FUNDACIN DON BOSCO LOJA
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
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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
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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
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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
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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
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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
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Figura 1. 13 Irregularidades en planta
Fuente: [Cdigo Ecuatoriano de la Construccin. (2 000)]
26
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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)]
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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
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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)]
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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
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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
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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
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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
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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)]
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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
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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.
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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:
Contenido de humedad 15,08%, lmite lquido 26% y un
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
ndice de plasticidad de 18%; de los ensayos
granulomtricos se determina que est compuesta en
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:
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Contenido de humedad 13,26%, lmite lquido 27% y un
ndice de plasticidad de 11%; de los ensayos
granulomtricos se determina que est compuesta en
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.
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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.
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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:
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- 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
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Figura 2. 2. Caracterizacin de vigas en un prtico
El predimensionamiento del espesor de vigas se realiz en
base a lo siguiente:
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Vigas principales.
Vigas centrales
Vigas externas
Vigas secundarias o ssmicas.
Vigas centrales
Vigas externas
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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
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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
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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).
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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
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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.
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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
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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
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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
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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.
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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
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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.
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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
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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.
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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
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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.
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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
9
66
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Anlisis y diseo estructural del b
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