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Contenido 1.

OBJETIVO......................................................................................................................................... 2

2.

DOCUMENTOS DE REFERENCIA ...................................................................................................... 2

3.

ANTECEDENTES. .............................................................................................................................. 2

4.

DESCRIPCION DE LA EDIFICACION. ................................................................................................. 3

5.

MATERIALES A UTILIZAR. ................................................................................................................ 3

6.

CARGAS DE DISEÑO......................................................................................................................... 4 Carga Muerta. ..................................................................................................................................... 4 Carga Viva. .......................................................................................................................................... 4 Carga Símica. ...................................................................................................................................... 5 Espectro de diseño calculado considerando la NEC-11..................................................................... 6 Cargas verticales y horizontales aplicadas en el modelo matemático: ............................................ 6

7.

COMBINACION DE CARGAS. ......................................................................................................... 13

8.

CORTANTE BASAL.......................................................................................................................... 14

9.

CARGA SISMICA REACTIVA (W). .................................................................................................... 16

10.

CONTROL DE DERIVAS............................................................................................................... 18

11.

DISEÑO DE CIMENTACIÓN. ....................................................................................................... 19

12.

COMPROBACION DE DISEÑO DE CIMENTACIÓN A PUNZONAMIENTO. ................................... 20

13.

DISEÑO DE REFUERZO REQUERIDO EN PÓRTICOS REPRESENTATIVOS. ................................... 25

14.

CONEXIÓN VIGA-COLUMNA ..................................................................................................... 29

15.

COMPROBACIÓN A PUNZONAMIENTO EN LOSA CON VIGA BANDA. ....................................... 33

16.

DEFLEXIÓN MAXIMA ADMISIBLE CALCULADA. ......................................................................... 36

17.

ANEXOS. .................................................................................................................................... 38

18.

BIBLIOGRAFIA............................................................................................................................ 42

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1. OBJETIVO. Determinar la estabilidad de la edificación bajo la simulación de diferentes estados de carga mediante un programa de cálculo conocido en el medio como es SAP 2000, los estados de carga se regirán a las normas vigentes en el país NEC-11 y ACI. 2. DOCUMENTOS DE REFERENCIA o NEC-SE-CG 2011 (Norma Ecuatoriana de la Construcción, Cargas No Sísmicas) o NEC-SE-DS 2011 (Norma Ecuatoriana de la Construcción, Peligro Sísmico Diseño Sismo Resistente) o NEC-SE-HM 2011 (Norma Ecuatoriana de la Construcción, Hormigón Armado) o ACI(American Concrete Institute) o American Society for Testing and Materials ASTM-99 o American Institute of Steel Construction AISC-99 3. ANTECEDENTES.

Este estudio forma parte del complemento de los diferentes estudios de ingeniería que se deben realizar para la ejecución de un determinado proyecto, este estudio corresponde a la Ingeniería Estructural de la edificación. ASPECTOS GENERALES.

El sitio donde se levantara la edificación en base a proyectos antes ejecutados en el sector se manifiesta que el suelo es estable, capaz de resistir cargas trasmitidas de edificaciones hasta tres niveles sin que sufra asentamientos la estructura.

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Tomando en cuenta estos aspectos y previo a un análisis de cargas, la cimentación que se ha recomendado es directa sin mejoramiento con plintos aislados armados en dos direcciones. La filosofía del diseño hace referencia a lo establecido en NEC-2011 y ACI. En la Norma Ecuatoriana de la Construcción 2.6.1, establece que cualquier diseño se debe realizar con el fin que cumpla los siguientes requerimientos. “- Prevenir daños en elementos no estructurales y estructurales, ante terremotos pequeños y frecuentes, que pueden ocurrir durante la vida útil de la estructura. - Prevenir daños estructurales graves y controlar danos no estructurales, ante terremotos moderados y poco frecuentes, que pueden ocurrir durante la vida útil de la estructura. - Evitar el colapso ante terremotos severos que pueden ocurrir rara vez durante la vida útil de la estructura, procurando salvaguardar la vida de sus ocupantes.” Cumpliendo estas consideraciones el diseño se realizara dando toda la importancia requerida para que la edificación funcione de la mejor forma durante la ejecución y luego del proceso constructivo. 4. DESCRIPCION DE LA EDIFICACION.

5. MATERIALES A UTILIZAR. Todo elemento que forme parte de la estructura tales como: zapatas, plintos , columnas, cadenas y losas será de hormigón armado, la mampostería de bloque o ladrillo, y con luces máximas del orden de 3,50 m. por 4.00 m, de sobrepasar estas dimensiones se deberá colocar riostras donde sea necesario, se toma esta consideración para evitar el alabeo de las paredes. Los elementos de hormigón mencionados deben ser diseñados para que alcancen su resistencia a la rotura a los 28 días fraguado de f´c=240 Kg/cm2, tenemos la facilidad de utilizar aditivos para mejorar la trabajabilidad del hormigón. Como recomendación se debe utilizar geomembranas en toda la cimentación de la edificación para garantizar la impermeabilidad de la misma y de esta forma evitar que la humedad suba hacia las paredes por capilaridad. El acero de refuerzo debe tener un límite de fluencia de fy=4200 kg/cm2. Para evitar los efectos de contracción del hormigón en las losas se puede utilizar malla electro soldada con límite de fluencia Fy= 5000 Kg/cm2, esta recomendación se aplica para losas de cubierta o terrazas. Previo a la cimentación se colocara un replantillo de hormigón de resistencia 140kg/cm2. Página 3 de 44

El esfuerzo del suelo se tomó como 12.00 Ton/m2 (1.2 kg/cm2). La profundidad que alcanza la excavación para los plintos llega al nivel -1.30 a partir del nivel 0.00.

6. CARGAS DE DISEÑO. Las normas referente de la presente NEC-SE-CG son: •ASCE7-10: Minimum Design Loads for Buildings and other Structures (Standard ASCE/SEI-710) •NSR-10: Título A del Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10 La NEC-11 clasifica de manera general a las cargas en tres tipos: •Permanentes, •Variables, •Accidentales. Cargas tratadas en las NECs La NEC-SE-CG constituye un marco general para el calculista y diseñador de estructuras. Las cargas a considerar en el cálculo y diseño de todo tipo de estructuras son las siguientes: •cargas permanentes (cargas muertas mínimas en particular), •cargas variables (cargas vivas, viento y granizo). Serán complementadas por las cargas accidentales que son las cargas sísmicas (en construcción nueva y en rehabilitación), objeto de las normas NEC-SE-DS y NEC-SE-RE. Carga Muerta. Para el diseño, se tomará en cuenta el peso propio de estructura, peso de los materiales de los acabados (mampostería, cerámica, masillado). Dichas cargas se consideran uniformemente distribuidas a lo largo de los elementos estructurales correspondientes, esta carga corresponde a la carga muerta adicional. Acabados =

60 kg/m2

Instalaciones =

20 kg/m2

Mampostería =

120 kg/m2

CMadicional total = 200 kg/m2; entre piso CMadicional total = 200 kg/m2; terraza accesible CMadicional total = 100 kg/m2; terraza inaccesible Carga Viva.

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Según la NEC 2015: Las cargas vivas que se utilicen en el cálculo dependen de la ocupación a la que está destinada la edificación y están conformadas por los pesos de personas, muebles, equipos y accesorios móviles o temporales, mercadería en transición, y otras. Resumen de cargas aplicadas en el cálculo.

Carga Símica.

Para el análisis sísmico de la estructura se ha definido un espectro de diseño reducido de acuerdo con lo recomendado por la NEC 2011 Tabla 1, Tabla 19, Tabla 3, Tabla 4, Tabla 5, Tabla 6 y Tabla 7.

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El sistema estructural corresponde a Pórticos espaciales sismo-resistentes, de hormigón armado con vigas descolgadas. Espectro de diseño calculado considerando la NEC-11

Cargas verticales y horizontales aplicadas en el modelo matemático:

Cargas verticales: Página 6 de 44

Carga muerta adicional N+ 2.72

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Carga muerta adicional N+ 5.24

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Carga muerta adicional N+ 7.76

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Carga Viva N+ 2.72

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Carga Viva N+ 5.24

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Carga Viva N+ 7.76

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Cargas horizontales. El espectro de diseño que se utilizó en el modelo matemático corresponde al espectro reducido.

7. COMBINACION DE CARGAS. Según la NEC: Las estructuras, componentes y cimentaciones, deberán ser diseñadas de tal manera que la resistencia de diseño iguale o exceda los efectos de las cargas incrementadas, de acuerdo a las siguientes combinaciones: 1.4𝐷 1.2𝐷 + 1.6𝐿 + 0.5 max[𝐿𝑟 ; 𝑆; 𝑅] 1.2𝐷 + 1.6 max[𝐿𝑟 ; 𝑆; 𝑅] + max[𝐿; 0.5𝑊] 1.2𝐷 + 𝑊 + 𝐿 + 0.5 max[𝐿𝑟 ; 𝑆; 𝑅] 1.2𝐷 + 𝐸 + 𝐿 + 0.2𝑆 0.9𝐷 + 𝑊

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0.9𝐷 + 𝐸 Combinación de cargas utilizadas en SAP 2000.

8. CORTANTE BASAL. Zona Sísmica y Factor de Zona Z Zona sísmica

V

Z=

0.40

Tipo de uso, destino e importancia de la estructura Factor I= 1.0 Tipo de Suelo Fa= Fd= Fs=

D 1.20 1.19 1.28

Período de vibración T Periodo Fundamental Obtenido de la estructura en SAP

T= 0.28

NOTA: El periodo se obtuvo del análisis modal realizado en el SAP, tal cual dispone la NEC 2.7.2.2.3 Relación de amplificación espectral: NEC 2.5.5.1 n= 2.48

sierra

Calculo de Sa: Página 14 de 44

Tc= 0.55*Fs*(Fd/Fa) Tc= 0.70 Sa = 1.19 Coeficiente de configuración estructural Nivel

i

Ei

5.96

1.00

1.00

3.08

1.00

1.00

mínimo

1.00

1.00

Factor de reducción de resistencia sísmica R.R = 8.0 Corte Basal :

NEC Tabla: 2.14

NEC 2.7.2.1

0.149

Coeficiente Sísmico

Aplicación del cortante basal en el programa de cálculo (SAP 2000).

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9. CARGA SISMICA REACTIVA (W). Carga Sísmica Reactiva (W)

Joint Text

NEC 2.7.1.1

TABLE: Joint Reactions OutputCase F3 OutputCase Text Tonf Text

F3 Tonf Página 16 de 44

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 16 18 20 221 258

DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD DEAD

8.14 11.53 7.82 7.96 13.88 8.21 8.02 13.79 13.30 8.09 4.86 9.83 11.07 5.88 1.02 4.07 2.45 1.69 7.82

cv cv cv cv cv cv cv cv cv cv cv cv cv cv cv cv cv cv cv

2.66 4.23 2.55 2.81 5.85 2.89 2.78 5.36 4.90 2.90 1.36 2.98 3.56 1.85 0.07 0.97 0.40 0.34 2.53

TOTAL

DEAD

149.43

CV

50.97

Carga Muerta SAP= 149.43 Ton 25 % Carga Viva SAP= 12.74 Ton

C.S.R(W)=

149.43 Ton

No se toma en cuenta el 25% de la carga viva porque la edificación se utilizara específicamente para vivienda.

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10. CONTROL DE DERIVAS.

La Norma Ecuatoriana de la Construcción establece ciertos límites de derivas para diferentes estructuras.

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Una vez realizado el análisis de derivas que se genera en cada piso se puede constatar que estas se encuentran dentro de los límites establecidos en las NEC-11, realizado estas verificaciones ya se puede determinar cuáles son las secciones finales diseñadas de cada elemento que componen la estructura. 11. DISEÑO DE CIMENTACIÓN. Para el diseño de la cimentación la capacidad portante del suelo adoptada es 13 ton/m2 La cimentación fue diseñada de acuerdo a los requerimientos que se establece en el Reglamento de Concreto Estructural ACI 318S-11, específicamente en el capítulo 15, también se aplicó las normas de nuestro medio la NEC-11.

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Analizando las cargas que trasmite la estructura a cada plinto, se determina que los plintos con más solicitación son los siguientes: P2 = 22.61 ton P5 = 33.089 ton P8 = 30.41 ton P9 = 28.67 ton De los plintos que reciben mayor carga se eligió el crítico para realizar la respectiva comprobación a punzonamiento aplicando lo que establece la NEC-11 y el ACI, entonces el plinto P5 será comprobado el diseño. 12. COMPROBACION DE DISEÑO DE CIMENTACIÓN A PUNZONAMIENTO.

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Con el valor de “d” asumida los esfuerzos admisibles son mayores que los esfuerzos que actúan sobre el plinto, lo cual es ideal en el diseño. Pero como la capacidad portante del suelo fue asumido (12ton/m2), tomando esto en consideración para tener un diseño conservador se incrementó el valor de “d” asumido = 30cm, con este valor tenemos nuevos esfuerzos.

Comparando las solicitaciones actuantes con las solicitaciones resistentes se comprueba que el plinto resiste mucho más que lo actúa sobre el plinto en cuestión, se da como satisfecho la comprobación del diseño de plintos.

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13. DISEÑO DE REFUERZO REQUERIDO EN PÓRTICOS REPRESENTATIVOS. Pórtico eje “C”

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Pórtico eje “D”

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14. CONEXIÓN VIGA-COLUMNA El chequeo de la conexión viga-columna se debe realizar con el criterio de: Columna Fuerte – Viga Débil, esto es necesario para evitar lo conocido como rotula plástica. La unión viga-columna a ser analizado es aquel que corresponde al nudo “D-3”, en planta baja y en planta alta. Conexión Viga-Columna en P.B

Conexión Viga-Columna en P.A

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La relación entre Radios de Capacidad de Viga-Columna para que no se genere la rótula plástica debe ser menor que 1, de tener una valor mayor que 1 estaríamos en el caso que la viga es más fuerte que la columna y como consecuencia de esto se generaría la falla conocida como efecto sanduche, es decir que las columnas fallan antes que las vigas y esto generaría que una losa se asiente sobre la otra.

En el ACI 318-08, Capitulo 21.7.4 establece ciertas restricciones para controlar los esfuerzos cortantes que actúan en un nudo.

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Nudo ejes “D-3” Aj = 2000 cm2 f’c = 240 kg/cm2 Vn = 1.7√240 ∗ 2000

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Vn = 52672.6 kg.

Los esfuerzos cortantes que con curren al nudo son: Vu1 = -3344 kg Vu2 = 3570 kg Vu3 = 2180 kg Vu4 = -347 kg

Comparando los esfuerzos cortantes resistentes con los esfuerzos que actúan en el nudo se ratifica que ningún esfuerzo sobre pasa la capacidad del nudo.

15. COMPROBACIÓN A PUNZONAMIENTO EN LOSA CON VIGA BANDA. En losas planas el comportamiento ante carga vertical es crítico para el efecto de punzonamiento, es recomendable analizar para columnas superiores, por cuanto la sección de las columnas se reduce en casos puntuales. Se presentan tres casos de columnas para el análisis: interior (4 lados), perimetral (3 lados), esquinera (2 lados).

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La comprobación al efecto de punzonamiento se realizará para la columna “D-3” en P.A, porque esta losa esta estructurada con vigas banda.

Cargas: Peso propio losa = 1.1*(0.20m * 2.40T/m3) = 0.528T/m2 Carga adicional permanente

= 0.20T/m2

Carga viva para residencias

= 0.20T/m2

Carga total mayorada (qu) = 1.2*(0.528+0.20)+ 1.6*(0.20) = 1.194T/m2 ACI318S-08, capítulo 11.11.1.2 “Los perímetro críticos se calculan a una distancia d/2 de las caras de la columna”. ACI318S-08, capítulo 11.11.1.3 “Para columnas cuadradas o rectangulares, cargas concentradas, o áreas de reacción, se permiten secciones críticas con cuatro lados rectos”.

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Figura- Sección critica a falla por cortante y punzonamiento Solicitaciones: Para estos casos se calcula la altura de (d) promedio. d= 0.20-0.04 = 0.16m Área cooperante= 13.35 m2 [1] Perímetro critico b0= (b+d)*2+(h+d)*2 ; ( b, h) representa la sección de la columna b0= 1.84 m [2] Área encerrada por el perímetro critico= 0.21m2 [3] Vu= qu*[(1)-(3)]

Vu=1.194*(13.35-0.21) Vu= 15.69 Ton [4]

Vu(T/m)= [4] / [2]

Vu= 15.69/1.84

Vu= 8.53 T/m

Resistencias: ACI 318S-08, capítulo 11.11.2.1- Para losas no preesforzadas y zapatas Vc debe ser el menor entre (a), (b) y (c):

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Vc = 18.83 Ton/m

(a)

Vc = 22.83 Ton/m

(a)

Vc = 15.05 Ton/m

(a)

Se debe verificar que:

Vu / m ≤ φ · Vn / m = φ · Vc / m φ · Vc / m = 0.75* 15.05 φ · Vc / m = 11.29 Ton/m

Vu / m

≤

φ · Vc / m

8.53Ton/m

≤

11.29Ton/m

ok

Conclusión: las solicitaciones que actúan son menores a las solicitaciones que puede resistir la losa, con estos resultados se ratifica que el espesor de la losa es el adecuado.

16. DEFLEXIÓN MAXIMA ADMISIBLE CALCULADA. El Código Ecuatoriano de la Construcción [NEC -11] y el ACI [ACI318S-08 capítulo 9.5] definen deflexiones máximas calculadas para losas macizas y alivianadas dependiendo el uso al que este destinada la estructura.

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Se comprobara la deflexión en un pórtico y cuadrante de losa representativo en ambos casos. Pórtico “(D-1) – (D-3)” L= 5.50m

Deflexión obtenida de SAP 2000, d= 0.10 cm Deflexión calculada, d= 550/360, d= 1.53 cm La deflexión obtenida del programa de cálculo es menor que la deflexión máxima permitida por el ACI318S-08 y la NEC-11.

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Una vez comprobado todos estos parámetros en base a las normas de diseño estructural sismoresistente vigentes en el país, se concluye que: la edificación cumple con todos los requerimientos para ser ejecutada previa aprobación de las entidades competentes para el efecto.

17. ANEXOS. Configuración de la estructura, elementos finitos.

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Diagrama de fuerzas cortantes por carga muerta pórtico “D”.

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Diagrama de fuerza axial pórtico “D”.

Diagrama de momentos por carga muerta, pórtico “D”

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Diagrama de momentos por carga muerta más carga viva, pórtico “D”

Diagrama de momentos por sismo en sentido Y, pórtico “D”

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Diagrama de momento por sismo en sentido X, pórtico “F”

18. BIBLIOGRAFIA. 

Norma Ecuatoriana de la Construcción (NEC-11, NEC-15).

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

INEN, Nuevas Normas Ecuatorianas para la Construcción: Capítulo 1, Cargas y Materiales y Capitulo 2, “Peligro Sísmico y Requisitos de Diseño Sismo-Resistente”, Quito, 2011.



Instituto Geofísico, Escuela Politécnica Nacional, “Catalogo de Terremotos del Ecuador, -Intensidades-“, José Egred A, Quito, 2007.



ANSI/AISC 360-10: Especificaciones para Construcciones en acero, Versión en español ALACERO, Santiago de Chile, 2010.



IMCA: Manual de Construcción con acero, México, 1994



AISC: 341 e IBC 2006 para el DISEÑO EN ACERO, Normas empleadas en Programa SAP2000.

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Ing. Juan A. Marcatoma T CI: 1717713372 LM: 8522 SENESCYT: 1280394

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