DISEÑO ESTRUCTURAL

Se realizará de acuerdo con el Reglamento Nacional de Edificaciones Norma E-060 y el ACI 318-14.

E.1 CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO ESTRUCTURAL

Para el diseño de la estructura de concreto armado se utilizará el Diseño por Resistencia. Se proporcionará a todas las secciones de los elementos estructurales Resistencias de Diseño (∅Rn) adecuadas, de acuerdo con las disposiciones de la Norma, utilizando los factores de carga (amplificación) y los factores de reducción de resistencia ∅.

Según el ACI 318-08, los elementos de concreto armado, deben diseñarse para que tengan una resistencia adecuada, se supone que las estructuras deben diseñarse para resistir todas las cargas aplicadas. Se permiten reducciones de la carga viva. Para el diseño por fuerzas de sismo o viento, las partes integrales de la estructura deben diseñarse para resistir las fuerzas laterales totales.

Todos los elementos de pórticos o estructuras continuas deben diseñarse para resistir los efectos máximos producidos por las cargas mayoradas determinadas de acuerdo con la teoría del análisis elástico. Una alternativa al análisis estructural es utilizar el método de los coeficientes del ACI.

E.2 MÉTODOS DE DISEÑO

El diseño de los elementos de concreto armado se hace usando alternativamente uno de los siguientes métodos:

• Método elástico o de cargas en servicio

• Método de resistencia, denominado comúnmente de rotura o de cargas últimas. En la actualidad el uso del método de resistencia es general. La nueva norma de concreto armado usa este método para el diseño.

El método de diseño por resistencia se caracteriza por amplificar las cargas actuantes y estudia las condiciones del elemento en la etapa última. En este método, adicional a la amplificación de las cargas se usan factores de reducción de resistencia.

E.3 FACTORES DE REDUCCIÓN

El factor de reducción por resistencia proporciona un margen de seguridad adicional, para tomar en cuenta las inexactitudes en los cálculos y fluctuaciones en la resistencia del material, mano de obra y en las dimensiones. Cada uno de estos factores bien puede estar dentro de límites tolerables, pero combinados pueden producir menor capacidad de resistencia en los elementos diseñados.

E.4 DISEÑO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES:

Se realizará de acuerdo con la NORMA E 060 de concreto armado y la norma ACI 318- 14 de requisitos de reglamento del concreto estructural. Lo cual se realizará el diseño con los programas estructurales: ETABS V16, SAP 200 V20, SAFE V14.

✓ Diseño de vigas: Las vigas son los elementos que sirven para transmitir las cargas de gravedad hacia las placas y columnas. Entre las cargas que deben soportar se pueden mencionar su peso propio, el peso de las losas macizas y aligeradas que se apoyan en ella, el peso de tabiques, parapetos, etc. Adicionalmente, al producirse un sismo, también cumplen la función de absorber los esfuerzos generados por las deformaciones laterales de los pórticos en el que se encuentran. El diseño de viga es por flexión en el cual se determina el área de acero necesario para resistir los momentos flectores últimos, mientras que con el diseño por cortante en el que se determina el diámetro de estribo y la separación del refuerzo transversal. El diseño de una viga por adherencia se realiza con el fin de cortar el refuerzo longitudinal para que optimizar la viga.

Finalmente, la viga se diseña por torsión en donde se tiene en cuenta el refuerzo transversal.

✓ Diseño de columnas: Las columnas son los elementos estructurales verticales que trabajan en compresión y flexión generados por los demás elementos estructurales que reciben las cargas provenientes de las vigas y losas y las transmiten a la cimentación. El diseño de las columnas será por flexo - compresión y diseño por cortante, también se realizará el diseño por flexión biaxial y se analiza la esbeltez de la columna. El diseño se realizará con el programa PCA COL para una columna central, extrema y esquinera.

✓ Diseño de losas: El diseño de las losas aligeradas se realiza considerando las cargas de gravedad que actúan sobre ellas. se realizará el diseño de diferentes tipos de losa, como las losas en una dirección y losas en dos direcciones mediante los programas ETABS V2016 y el SAFE V 14. La losa se diseña por flexión en la cual se determina el área de acero necesario para resistir los momentos flectores últimos, mientras que con el diseño por cortante se verifica si la sección de concreto de la vigueta fue la adecuada para resistir la fuerza cortante en la sección crítica, ya que no se considera la contribución del refuerzo para resistir los esfuerzos cortantes.

✓ Diseño de cimentaciones: Para la estructura usaremos para el diseño de la cimentación el programa SAFE-2014, Para lo cual se realiza un diseño de diferentes tipos de cimentación, las que son: zapatas aisladas, zapatas combinadas, zapatas conectadas, sistema de emparrillados y losa de cimentación.

✓ Diseño de muros estructurales: Las placas se diseñarán por flexo – compresión y diseño por cortante. El muro estructural es diseñado para tomar toda la fuerza cortante debida a fuerzas sísmicas que actúa sobre él.

IV.RESULTADOS Y DISCUSIÓN

4.1 RESULTADOS

4.1.1 PREDIMENSIONAMIENTO

A. LOSA

Para pre dimensionar el espesor de la losa aligerada de una dirección (h) de acuerdo con la norma ACI 318-14, norma E060 de concreto armado del RNE, donde se requiere la verificación de las deformaciones máximas.

La losa aligerada unidireccional, el sentido del aligerado se ha determinado considerando, luces menores y la mejor disposición para la transmisión de esfuerzos a la estructura. La Norma peruana de concreto armado (E – 060) especifica dimensiones para evitar el cálculo de deflexiones. Este es como sigue: Donde la 𝑙𝑣 = 2 𝑚, 𝑙 = 4.50 𝑚. Por el criterio del ACI 318-14, de acuerdo a la Tabla 7.3.1.1. Espesor mínimo de losas es:

Tabla 11. Espesores mínimos de losa de acuerdo al ACI 318-14

Condición De Apoyo h Mínimo

Simplemente Apoyada l/20 Un Extremo Continuo l/24 Ambos Extremos Continuos l/28

En Voladizo l/10

Fuente: ACI 318-14

Remplazando en la tabla anterior se determinó el espesor de la losa de la siguiente manera:

Tabla 12. Espesores mínimos dependiendo de la condición de apoyo

condición de apoyo hmin (m)

Un Extremo Continuo 0.19 Ambos Extremos Continuos 0.16

En Voladizo 0.2

Máximo 0.2

hasumido 0.2

Fuente: ACI 318-14

Según la tabla 24.2.2 del ACI 318-14, las deflexiones máximas admisibles son:

Tabla 13. Deflexión máxima admisible calculada

Miembros Condición Límite De Deflexión (m)

Entrepisos Susceptibles a sufrir daños 0.009 No susceptibles a sufrir daños 0.019

Con los valores obtenidos se decide uniformizar el sistema de losa aligerada de una dirección con un espesor de 0.20 m.

B. VIGAS

Primer criterio: De acuerdo con criterio de la tabla 9.3.1.1 del ACI 318-14, Altura mínima de vigas no preesforzadas es de según la siguiente tabla.

Tabla 14. Altura mínima de la viga dependiendo de la condición de apoyo

Condición De Apoyo Altura minima h

Simplemente Apoyada l/16

Un Extremo Continuo l/18.5

Ambos Extremos Continuos l/21

En Voladizo l/8

Fuente: ACI 318-14

Para las vigas principales se tiene longitudes deL= 7m y Lv=2m

Tabla 15. Altura mínima en vigas principales

Condiciones de apoyo Altura mín (m)

Simplemente Apoyada 0.44

Con Un Extremo Continuo 0.38 Ambos Extremos Continuos 0.33

En Voladizo 0.25

hmin 0.44

Fuente: ACI 318-14

Para las vigas secundarias se tiene longitudes de L= 4m y Lv=0m

Tabla 16. Alturas mínimas en vigas secundarias

Condiciones de apoyo Altura min (m)

Simplemente Apoyada 0.28 Con Un Extremo Continuo 0.24

Ambos Extremos

Continuos 0.21

En Voladizo 0

hmin 0.28

Fuente: ACI 318-14

Entonces el peralte de la viga principal es h = 0.45 m. y el peralte de la viga secundaria es h = 0.30m. considerando para las dos vigas un ancho de h = 0.25m.

Segundo criterio: De acuerdo el libro del Ing. Roberto Morales Morales, el predimensionamiento de vigas se realizó con el metrado de cargas de acuerdo a el área tributaria que soporta cada una de las vigas. El área tributaria de las vigas principales y secundaria se muestra en la figura siguiente.

Figura 7. Área tributaria para las vigas principales y secundarias.

Con el área tributaria para las vigas principales en el centro de cada aula, se realizó el metrado de carga muerta y la carga viva, luego se obtuvo la combinación por gravedad ultima factorizada como se muestra en la siguiente tabla:

Tabla 17. Metrado de carga para la viga central de cada aula.

CARGA