Estudios y diseños complementarios de la infraestructura canchón municipal y estación depuradora de aguas residuales de la lavadora municipal del GADM Yacuambi

UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA

La Universidad Católica de Loja

ÁREA TÉCNICA

TITULO DE INGENIERO CIVIL

Estudios y diseños complementarios de la infraestructura

canchón municipal y estación depuradora de aguas residuales

de la lavadora municipal del GADM Yacuambi.

CARÁTULA

TRABAJO DE TITULACIÓN

AUTOR: Gómez Silva, Rommel Eduardo

DIRECTOR: Ruiz Pico, Ángel Antonio Ph.D

LOJA

–

ECUADOR

Esta versión digital, ha sido acreditada bajo la licencia Creative Commons 4.0, CC BY-NY-SA: Reconocimiento-No comercial-Compartir igual; la cual permite copiar, distribuir y comunicar públicamente la obra, mientras se reconozca la autoría original, no se utilice con fines comerciales y se permiten obras derivadas, siempre que mantenga la misma licencia al ser divulgada. http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.es

APROBACIÓN DEL DIRECTOR DEL TRABAJO DE TITULACIÓN

Ingeniero Ph.D

Ángel Antonio Ruiz Pico

DOCENTE DE LA TITULACIÓN

De mi consideración:

El presente trabajo de titulación: Estudios y diseños complementarios de la infraestructura canchón municipal y estación depuradora de aguas residuales de la lavadora municipal del GADM Yacuambi, realizado por Rommel Eduardo Gómez Silva, ha sido orientado y revisado durante su ejecución, por cuanto se aprueba la presentación del mismo.

Loja, Septiembre de 2016

DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS

“Yo Rommel Eduardo Gómez Silva declaro ser autor del presente trabajo de titulación: Estudios y diseños complementarios de la infraestructura canchón municipal y estación depuradora de aguas residuales de la lavadora municipal del GADM Yacuambi, de la Titulación de Ingeniería Civil, siendo el Ingeniero Ángel Antonio Ruiz Pico Ph.D director del presente trabajo; y eximo expresamente a la Universidad Técnica Particular de Loja y a sus representantes legales de posibles reclamos o acciones legales. Además certifico que las ideas, conceptos, procedimientos y resultados vertidos en el presente trabajo investigativo, son de mi exclusiva responsabilidad.

Adicionalmente declaro conocer y aceptar la disposición del Art. 88 del Estatuto Orgánico de la Universidad Técnica Particular de Loja que en su parte pertinente textualmente dice: “Forman parte del patrimonio de la Universidad la propiedad intelectual de investigaciones, trabajos científicos o técnicos y tesis de grado que se realicen a través, o con el apoyo financiero, académico o institucional (operativo) de la Universidad”

f. ………..

Rommel Eduardo Gómez Silva

DEDICATORIA

A mi hijo Raiquen Jared, por ser la razón que fortalece mi corazón e ilumina mi mente, y a aquellas personas que han sido mi soporte y apoyo incondicional en el transcurso de mi carrera, dedico mi empeño y labor entregada durante el desarrollo de esta tesis.

AGRADECIMIENTO

Agradezco a Dios por permitirme culminar esta etapa de mi vida, fortaleciendo mi corazón e iluminando mi mente con sabiduría para poder lograr esta meta.

Familiares y amigos por su incondicional apoyo perfectamente mantenido a través del tiempo.

Al GADM Yacuambi, por permitirme llevar a cabo el desarrollo del presente trabajo de fin de titulación.

A la universidad Técnica Particular de Loja y al personal docente que fueron pilar fundamental durante mi etapa de estudio, impartiendo su valiosa ilustración necesaria para mi formación sistémica y profesional.

Al Ingeniero Ángel Antonio Ruiz Pico Ph.D, quien con entereza y disponibilidad impartió sus conocimientos durante el progreso del presente trabajo de fin de titulación.

ÍNDICE DE CONTENIDOS

CARÁTULA... i

APROBACIÓN DEL DIRECTOR DEL TRABAJO DE TITULACIÓN... ii

DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS... iii

DEDICATORIA... iv

AGRADECIMIENTO... v

ÍNDICE DE CONTENIDOS... vi

RESUMEN... 1

ABSTRACT... 2

INTRODUCCIÓN... 3

1. ANTECEDENTES Y GENERALIDADES... 4

1.1. Generalidades... 5

1.2. Objetivos... 5

1.2.1. General... 5

1.2.2. Específicos... 5

1.3. Antecedentes... 6

1.3.1. Vías de acceso... 6

1.3.2. Topografía de la zona... 6

1.3.3. Ubicación geográfica... 7

2. ESTUDIOS PRELIMINARES... 8

2.1. Estudio topográfico... 9

2.2. Equipo topográfico y recurso humano... 11

3. ESTUDIO GEOTÉCNICO... 12

3.1. Antecedentes... 13

3.2. Propósito... 13

3.4. Trabajos de laboratorio... 15

3.5. Evaluación geotécnica del terreno... 16

3.6. Diseño de cimentación... 24

3.7. Capacidad de carga... 25

3.8. Espesor de estrato de material a reemplazar para la cimentación... 27

4. BASES DE DISEÑO, ELABORACIÓN DE PLANOS ARQUITECTÓNICOS Y ESTRUCTURALES... 31

4.1. Preliminares... 32

4.1.1. Localización... 32

4.1.2. Descripción general... 32

4.1.3. Descripción del diseño arquitectónico... 32

4.1.4. Descripción del sistema estructural... 39

4.2. Procedimiento de diseño... 40

4.2.1. Propiedades utilizadas para el análisis estructural... 40

4.2.2. Hipótesis de diseño... 41

4.2.3. Cargas utilizadas... 42

4.2.4. Evaluación de cargas gravitacionales... 43

4.3. Predimensionamiento... 43

4.3.1. Vigas de hormigón... 44

4.3.3. Evaluación de las cargas sísmicas... 45

4.3.4. Factor de zona (z)... 46

4.3.5. Factor de importancia (I)... 46

4.3.6. Coeficiente de reducción de respuesta estructural (R)... 46

4.3.7. Coeficientes de configuración en planta y elevación... 46

4.3.8. Distribución de la carga basal... 47

4.3.10. Evaluación de las cargas de viento... 47

4.3.11. Factor por topográfica (s1)... 48

4.3.12. Factor de rugosidad, tamaño del edificio y altura sobre el terreno (s2). 48 4.3.13. Factor de importancia de la construcción (s3)... 48

4.3.14. Velocidad diseño del viento... 48

4.3.15. Velocidad básica del viento... 48

4.3.16. Factor de densidad del aire (s4)... 48

4.3.17. Presión dinámica( )... 49

4.3.18. Coeficientes de presión... 49

4.4. Modelación de la estructura... 50

4.5. Bases Para El Diseño... 50

4.6. Códigos y normas de diseño... 50

4.7. Propiedades de los materiales utilizados en el diseño... 50

4.8. Método de diseño utilizado... 51

4.9. Diseño en acero... 52

4.13. Prediseño y diseño... 61

4.14. Deflexiones en vigas... 62

4.14.1. Deflexiones máximas permitidas (ACI Tabla 9.5.2B)... 62

4.15. Miembros en celosía, sujetos a flexión... 63

4.16. Fuerzas axiales de diseño... 63

4.17. Cimentaciones... 64

4.18. Descripciones técnicas para el diseño estructural en las infraestructuras.... 66

4.18.4. Especificaciones para el hormigón... 67

4.18.5. Especificaciones para el acero doblado en frío... 67

4.19.1. Características principales de las aguas residuales. Las aguas residuales se caracterizan por su composición física, química y biológica. (Metcalf & Eddy, 1995), a continuación se expone las principales

características de las aguas residuales:... 68

4.19.2. Características de la estación depuradora compacta... 69

5. PRESUPUESTO, APUS, CRONOGRAMA, FÓRMULA POLINÓMICA Y ESPECIFICACIONES TÉCNICAS... 72

5.1. Presupuesto... 73

5.2. Análisis De Precios Unitarios... 79

5.3. Cronograma valorado de trabajos... 81

5.4. Fórmula polinómica... 95

5.5. Especificaciones técnicas... 96

5.6. Antecedentes... 96

5.6.1. Alcance... 97

5.6.2. Generalidades... 97

CONCLUSIONES... 118

RECOMENDACIONES... 119

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 120

ANEXOS... 122

5.7. Planos... 123

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Mapa Geográfico ciudad 28 de Mayo.- Emplazamiento del proyecto... 7

Figura 2. Imagen Satelital. ... 9

Figura 3. Levantamiento Topográfico... 10

Figura 4. Ubicación de campo, prueba SPT... 13

Figura 5. Ubicación de las calicatas de estudio... 16

Figura 6. Coeficiente de corte por punzonamientoKs... 28

Figura 7. Modelo del proyecto... 33

Figura 8. Entrada Principal, garita de control. ... 34

Figura 9. Estacionamientos de vehículos livianos. ... 34

Figura 10. Estacionamientos de vehículos pesados. ... 35

Figura 11. Estación de combustible. ... 35

Figura 12. Estación depuradora compacta... 36

Figura 13. Rampas de mantenimiento. ... 36

Figura 14. Vista aérea del galpón. ... 37

Figura 15. Vista principal de galpón de mantenimiento. ... 37

Figura 16. Vista Interior de la bodega en el galpón. ... 38

Figura 17. Vista Lateral de la planta administrativa... 38

Figura 18. Área de batería sanitaria y vestidores. ... 39

Figura 19. Sala de estar y oficina de planta administrativa... 39

Figura 20. Falla por capacidad de carga en un suelo bajo una cimentación rígida... 65

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Coordenadas de ubicación SPT... 14

Tabla 2. Profundidad de la perforación. ... 14

Tabla 3. Espaciamiento aproximado de los barrenos... 15

Tabla 4. Profundidad de sondeo ... 16

Tabla 5. Registro de sondeo 1 ... 18

Tabla 6. Registro de sondeo 2 ... 19

Tabla 7. Registro de sondeo 3 ... 20

Tabla 8. Registro de sondeo 4 ... 21

Tabla 9. Determinación de compacidad o consistencia... 22

Tabla 10. Determinación de N corregido calicata 01... 23

Tabla 11. Determinación de N corregido calicata 02... 23

Tabla 12. Determinación de N corregido calicata 03... 24

Tabla 13. Determinación de N corregido calicata 04... 24

Tabla 14. Datos más críticos de las perforaciones... 25

Tabla 15. Reemplazo con material de mejoramiento en cimentación... 30

Tabla 16. Análisis de carga muerta... 43

Tabla 17. Alturas o espesores mínimos de vigas o losas armadas en una ... 44

Tabla 18. Factor por topografía... 48

Tabla 19. Cargas de viento... 49

Tabla 20. Valores físico químico que sobrepasa el límite máximo permisible ... 69

Tabla 21. Parámetros orgánicos que sobrepasan el límite máximo permisible ... 70

ÍNDICE DE ECUACIONES

Ecuación 1. Pendiente media del terreno... 11

Ecuación 2. Válida para profundidades mayores a 2 m ... 24

Ecuación 3. Válida cuando N>15 en limos y arenas ... 24

Ecuación 4. Cimentación Cuadrada……….25

Ecuación 5. Correlación para estimar el ángulo de fricción.… ... 26

Ecuación 6. Capacidad de carga de suelos estratificados………..27

Ecuación 7. Coeficiente de corte por punzonamiento ... 27

Ecuación 8. ACI 318 literal 8.5.1... 41

Ecuación 9. Diseño de vigas a flexión... 45

Ecuación 10: Cortante Basal... 45

Ecuación 11. Fuerza lateral aplicada en el piso x. ... 47

Ecuación 12. Análisis simple de cargas de viento... 47

Ecuación 13. Análisis completo de cargas de viento... 48

Ecuación 14. Tensión admisible neta... 52

Ecuación 15. Carga axial de miembros a compresión... 53

Ecuación 16. Esfuerzo de pandeo elástico. ... 53

Ecuación 17.Esfuerzo elástico de pandeo por flexión. ... 54

Ecuación 18. Factor de seguridad por compresión ... 54

Ecuación 19.Carga nominal por deformaciones……….54

Ecuación 20. Resistencia axial nominal. ... 54

Ecuación 22. Factor 1 de tensión de pandeo ... 55

Ecuación 23. Factor 2 de tensión de pandeo ... 55

Ecuación 24. Factor 3 de tensión de pandeo……….55

Ecuación 25. Relación de esbeltez ... 56

Ecuación 26. Pandeo primario del conjunto ... 56

Ecuación 27.Falla por pandeo local en miembros comprimidos... 57

Ecuación 28. Pandeo en el intervalo elástico... 57

Ecuación 29. Factor de esbeltez máxima... 57

Ecuación 30. Factor de esbeltez si = 0.30... 58

Ecuación 31. Resistencia posterior al pandeo... 58

Ecuación 32. Factor de reducción... 58

Ecuación 33. Ancho efectivo según Winter. ... 58

Ecuación 34. Ancho efectivo para elementos atiesados apoyados en almas en ambos bordes ... 60

Ecuación 35.Factor de reducción de esfuerzos... 61

Ecuación 36.Cimentación continua o corrida. ... 66

RESUMEN

La situación actual en el municipio del cantón Yacuambi, con respecto a la existencia de infraestructura necesaria para almacenaje, resguardo, mantenimiento de maquinaria y vehículos del GADM cantonal Yacuambi es deficiente. Actualmente se encuentra en situaciones infaustas, por lo que dentro del marco de la planificación, desarrollo social y ambiental sostenible del cantón, a fin de lograr el buen vivir, en la presente tesis se desarrolla el proyecto estudios y diseños complementarios de la infraestructura canchón municipal y estación depuradora de aguas residuales de la lavadora municipal del GADM Yacuambi, bajo la normativa y reglamentación vigente en nuestro país, para construir las instalaciones de un nuevo canchón y de esta manera brindar procesos de sostenibilidad y almacenaje de toda la maquinaria y vehículos. Para lograr mantenerlas en óptimas condiciones, y de esta manera seguir sirviendo a la comunidad, en la construcción de la vialidad urbana y rural, en función de mejorar el nivel de vida de los habitantes del Cantón Yacuambi.

2 ABSTRACT

The current situation in the municipality of Yacuambi canton in regard to the existence of necessary infrastructure for storage, backup, maintenance of machinery and vehicles cantonal GADM Yacuambi is poor, and at this time is in regrettable conditions, consequently that within the framework of planning, social and environmentally sustainable development of canton, in order to achieve the good live, in this thesis the researcher develops the project studies and complementary infrastructure designs of the municipal parking lot, and wastewater treatment wastewater municipal washer of the Yacuambi GADM, under the legislation and regulations in force in our country, to build facilities of a new parking lot and in this way provide sustainability processes and storage of all machinery and vehicles, managing to keep them in top condition, and thus continue to serve the community in the construction of urban and rural roads, in terms of improving the standard of living of the inhabitants of Yacuambi Canton.

INTRODUCCIÓN

La imperante necesidad del Gobierno Autónomo Descentralizado, de canalizar la construcción de infraestructura para el desarrollo socioeconómico de su pueblo, a través de convenios de cooperación interinstitucional, origina economía y factibilidad en los estudios y diseños necesarios para tales efectos. Los estudios del presente proyecto son realizados mediante el convenio específico, suscrito entre el GAD Municipal de Yacuambi, la Universidad Técnica Particular de Loja, y la Fundación para el Desarrollo Empresarial y Social. La situación actual en el municipio del cantón Yacuambi, con respecto a la existencia de infraestructura para el almacenaje, resguardo y mantenimiento de la maquinaria y vehículos del GADM Yacuambi es deficiente, la construcción existente se encuentra en situaciones lamentables, tiene aproximadamente una antigüedad de 30 años, por lo que el ayuntamiento del cantón se encuentra preocupado por la situación en la que se hallan todos los materiales de bodega, repuestos, maquinaria, y vehículos del GAD municipal.

En el capítulo uno, hace referencia a los antecedentes y generalidades, en el que se describe la información de los aspectos físicos y socioeconómicos del sector.

En el capítulo dos, se realiza el levantamiento topográfico del terreno de propiedad municipal destinado para la construcción de la nueva infraestructura municipal.

En el capítulo tres, se desarrolla la toma de muestras y ensayos necesarios para determinar la caracterización granulométrica, contenido de humedad, límites líquidos, límites plásticos y finalmente se calcula la capacidad portante del suelo, a través del ensayo Spt, para poder realizar el diseño de las infraestructuras a construirse.

En el capítulo cuatro, se procede a mencionar las bases de diseño para la elaboración de los planos arquitectónicos, el cálculo estructural, y planos estructurales a ejecutarse, así como también se realiza una descripción de los procesos que realizará la estación depuradora compacta de aguas residuales seleccionada, en base a los estudios de aguas residuales.

1.1. Generalidades

La parroquia de 28 de Mayo, está situada en la provincia de Zamora Chinchipe, en el sur oriente del territorio Ecuatoriano y es la cabecera cantonal del cantón Yacuambi, sus coordenadas geográficas en el sistema de coordenadas universal transversal de Mercator (en inglés Universal Transverse Mercator, UTM) y el sistema geodésico mundial de 1984 (en inglés World Geodetic System, WGS 84) son las siguientes: 9597932, 0730314.

En general, presenta el clima de la hoya de Santiago-Zamora, que es templado-húmedo y subtropical, su rango climático es de 16 C° - 22 C°, su población total al 2015 es de 6.638 habitantes. (GADM YACUAMBI, 2015)

La principal actividad económica es la agrícola – ganadera. El 30% de la población está en capacidad de laborar, de ellos el 70% se dedica a labores agrícolas-ganaderas, en lo que se refiere al cultivo de maíz, papa china, café, guineo, plátano, yuca, caña de azúcar, y a la ganadería bovina.

Una de las principales metas planteadas por el GAD cantonal de Yacuambi, es mejorar la protección y cuidado, tanto de materiales, repuestos, combustibles, mantenimientos de la maquinaria y vehículos, y proteger la vida de los trabajadores, mediante el diseño y construcción de una infraestructura adecuada, acorde a las necesidades del GAD municipal de Yacuambi.

1.2. Objetivos

1.2.1. General

• Realizar los estudios y diseños complementarios de la infraestructura del canchón municipal, y la estación depuradora de aguas residuales de la lavadora municipal de GADM Yacuambi.

1.2.2. Específicos

• Elaborar el levantamiento topográfico.

• Efectuar los estudios geotécnicos y aguas residuales para el diseño de las infraestructuras.

• Realizar los planos arquitectónicos de cada una de las infraestructuras.

• Escoger la estación depuradora compacta acorde a las necesidades del GADM de Yacuambi.

• Elaborar el presupuesto y especificaciones técnicas para el proyecto.

1.3. Antecedentes

Actualmente el GADM de Yacuambi cuenta con un área ineficiente que presenta problemas de movilidad de maquinaria y vehículos. No cuenta con una bodega de almacenamiento de materiales inflamables, no cuenta con una nave para realizar mantenimiento a los vehículos y maquinaria, la infraestructura existente para el mantenimiento y cambio de aceites, es inoperante, carece de Infraestructura adecuada para almacenamiento de aceites y repuestos, no existe el espacio físico para el área administrativa. Por otra parte cabe recalcar que actualmente las aguas residuales generadas por el lavado de la maquinaria y vehículos no son tratadas; sino, más bien son directamente vertidas al alcantarillado sanitario.

1.3.1. Vías de acceso.

Existe una vía de primer orden que va desde la cabecera provincial de Zamora, hasta la Saquea, de este sector se continua por una vía asfaltada hasta el barrio Muchime, de allí se continua en una vía de lastre, que se encuentra en malas condiciones, la misma que comunica a la parroquia la Paz y llega hasta la parroquia urbana de 28 de Mayo, este último tramo se interrumpe constantemente por el invierno, la ciudad se encuentra a una distancia de 64 Km de la capital provincial y posee una altura promedio de 1200 msnm.

1.3.2. Topografía de la zona.

La topografía de la ciudad se divide en tres sectores, la parte central con moderada pendiente, el sector norte vía a Tutupali de tipo ondulada, y el sector sur en dirección a Zamora muestra una configuración irregular.

1.3.3. Ubicación geográfica.

El terreno dispuesto para la elaboración del presente proyecto se encuentra ubicado en la provincia de Zamora Chinchipe, cantón Yacuambi, en el sector nor-oeste de la ciudad 28 de Mayo, pertenece al barrio 18 de Noviembre, en las coordenadas UTM WGS 84, N 9598628, E 0729953 con cota de 1076 msnm.

Figura1. Mapa Geográfico ciudad 28 de Mayo.- Emplazamiento del proyecto

Fuente: http://www.geoportaligm.gob.ec/portal/index.php/descargas/geoinformacion/mapas-oficiales/ Elaboración: El Autor

2.1. Estudio topográfico

Previo al inicio del trabajo de topografía se indicó por los funcionarios del GAD Municipal los mojones con coordenadas conocidas, para de esta manera georeferenciar todo el trabajo topográfico del proyecto.

En este apartado se caracterizó el relieve natural que presenta el terreno en donde se instalará las infraestructuras de mantenimiento, almacenaje, y guardianía del parque automotor y maquinaria pesada municipal, anticipadamente se realiza un reconocimiento visual de todo el terreno en donde se llevara a cabo el levantamiento topográfico y se efectúa la limpieza de maleza en los sectores donde podría obstaculizar el trabajo de campo topográfico.

Figura 2. Imagen Satelital.

Fuente: Departamento de Obras públicas, Gadm Yacuambi Elaboración: El Autor

Seguidamente se realiza el levantamiento planímetro y altimétrico, por medio de la utilización de una estación total, generando una nube de puntos tomando en cuenta las principales características del terreno, tales como, cambios de pendiente, colindantes, límites, linderos y quebradas del terreno.

“Los instrumentos de estación total… pueden medir automáticamente ángulos horizontales y verticales, así como distancias inclinadas desde una sola estación. Con base a estos datos se puede calcular instantáneamente las componentes horizontales y verticales de las distancias, las elevaciones y coordenadas, así como exhibir los resultados en un LCD” (Wolf y Brinker, 1997, p. 222)

En el levantamiento topográfico ejecutado se realizaron 190 lecturas mediante estación total, registrando en cada una de ellas: número de punto, sus coordenadas este, norte, su elevación y una descripción.

Para el procesamiento de la información topográfica una vez descargados a un computador personal, se utiliza el programa AutoCAD Civil 3D 2015, el mismo que sirve para la elaboración del plano topográfico con sus respectivas curvas de nivel, que se utilizará de base para la preparación de los planos arquitectónicos, y estructurales de las infraestructuras a diseñarse.

Figura3. Levantamiento Topográfico. Elaboración: El Autor

= ∗ 100 Ec. (1)

=1082 − 1074

134 ∗ 100

= 8

134∗ 100

= 0.0597 ∗ 100 = 6%

2.2. Equipo topográfico y recurso humano

El equipo disponible para realizar el levantamiento topográfico fue facilitado por el GADM, el mismo que se lista a continuación:

• Estación Total Topcon Gts-102n.

o Posee un rango de medida de distancias de 2000 m utilizando un prisma, con

una precisión en dicha medida de distancias de ± 2mm, tiene una memoria interna para 24.000 puntos, el lente tiene un zoom de 30x, y tiempo de medida de distancia, los datos se actualizan a gran velocidad: 1.2s en modo de medida fina, 0.7s en modo grosero y 0.4s en modo tracking.

• 2 Prismas Topcon.

o Soporte color amarillo igualmente TOPCON, la constante del prisma es de

prisma constante -30 mm.

• Cinta métrica.

• Estacas.

• 2 Machetes.

• Pintura en spray.

El recurso humano utilizado fue de 5 personas según la siguiente distribución:

• Operador de estación total.

• Personal para prisma: 2.

• Personal de apoyo: 2

3.1. Antecedentes

Mediante convenio específico suscrito entre el Gobierno Autónomo Descentralizado Municipal De Yacuambi, la Universidad Técnica Particular De Loja y la Fundación Para El Desarrollo Empresarial Y Social, para la ejecución del proyecto Estudios Y Diseños Complementarios De La Infraestructura Del Canchón Municipal, Y Estación Depuradora De Aguas Residuales De La Lavadora Municipal Del GADM Yacuambi, surge la necesidad de disponer de un estudio geotécnico, con la realización del estudio de suelos se determinará la geomorfología y la estratigrafía que presenta el suelo; así como también las características físicas y mecánicas que permitirán obtener los parámetros para realizar el diseño estructural de la cimentación en donde proyecta construir toda la infraestructura, además se pretende investigar la posibilidad de presencia de agua, o presencia de escorrentías subterráneas que afecten a dicho terreno.

3.2. Propósito

Luego de realizados los ensayos de Laboratorio, se determinarán las propiedades geotécnicas del suelo y los parámetros que permitan definir el tipo de cimentación y la profundidad en base a la capacidad portante, diseño que deberá ser tanto técnico y económicamente el más adecuado que esté acorde con el diseño estructural previsto para esta infraestructura. Mediante el ensayo de penetración estándar o SPT (del inglés Standard Penetration Test), y Clasificación de Suelos a diferentes profundidades se obtendrá dichos parámetros.

3.3. Ubicación

El terreno en donde se realizara el estudio pertenece al barrio 18 de noviembre, y se encuentra ubicado en el sector nor-oeste de la ciudad 28 de Mayo, la perforación para la prueba SPT se realiza en las coordenadas UTM WGS-84:

Tabla 1. Coordenadas de ubicación SPT

NORTE ESTE COTA (msnm)

9598628 0729953 1076

9598613 0729917 1071

9598643 0729911 1078

9598614 0729877 1071

Elaboración: El autor.

El lote donde se ubicarán las unidades de infraestructura en mención tiene un área de 4.700,0 m2, de los cuales se utilizarán para la construcción 1.530,0 m2.

El lote de terreno donde se implantará las infraestructuras presenta superficie con pendiente negativa del 6% hacia el fondo.

“Las profundidades de perforación para un edificio con un ancho de 30 m (100 pies) serán aproximadamente las siguientes, de acuerdo a Sower y Sower (1970)” Braja Das (2001, p.72).

Tabla 2. Profundidad de la perforación.

Número de pisos Profundidad de la perforación

1 3.5 m (11 pies)

2 6 m (20 pies) 3 10 m (33 pies) 4 16 m (53 pies) 5 24 m (79 pies)

Elaboración: El autor.

Braja Das (2001, p. 73), también establece que, “No existen reglas fijas para el espaciamiento de los barrenos…El espaciamiento puede incrementarse o disminuirse, dependiendo de las condiciones del subsuelo”; la tabla 3 provee criterios generales para los espaciamientos de las perforaciones.

Tabla 3. Espaciamiento aproximado de los barrenos.

Tipo de Proyecto Espaciamiento (m) Edificio de varios pisos 10 – 30

Plantas industriales de un piso 20 – 60

Carreteras 250 – 500 Subdivisiones residenciales 250 – 500 Presas y diques 40 – 80

Elaboración: El autor.

Fuente: Fundamentos de ingeniería de cimentaciones, Braja M. Das.

Tomando en cuenta estos criterios se instituye escoger una profundidad de perforación de 3.5 m y un espaciamiento aproximado de 20 – 60 m.

3.4. Trabajos de laboratorio

Con las muestras obtenidas de cada perforación, se realiza los siguientes ensayos:

- Contenido de humedad natural ASTM D-2216 - Análisis Granulométrico ASTM D-422 - Límite líquido ASTM D-4318 - Límite plástico ASTM D-4318 - Índice de plasticidad ASTM D-4318 - Clasificación SUCS y AASHTO

- Ensayo “SPT” (ensayo de campo) ASTM D-1586

3.5. Evaluación geotécnica del terreno

Para el desarrollo del presente trabajo se realizó 4 sondeos cuya ubicación se muestra en la figura 5, mismos que se presentan en la siguiente tabla junto con su profundidad:

Figura5. Ubicación de las calicatas de estudio. Elaboración: El Autor

Tabla 4. Profundidad de sondeo

Nº De Sondeo A partir del nivel natural delProfundidad (m) terreno

Infraestructura a construirse Perforación Nº 1 3.50 Planta_{administrativa} Perforación Nº 2 2.60 Galpón_municipal Perforación Nº 3 3.60 Estacionamiento_{de maquinaria}

Perforación Nº 4 3.00

Estación depuradora

compacta de aguas residuales

Elaboración: El autor

profundidad especificada en la tabla anterior, tomando como referencia cero el suelo natural donde se inicia la perforación; además se obtienen muestras de suelo para ser analizadas en el laboratorio y realizar el perfil estratigráfico.

En cada sondeo realizado se ha identificado los estratos de suelo tal como se muestran en el listado de anexos 8.2 Documentos, enumeración 5 denominado registro de sondeos; de cada una de las exploraciones, se presenta a continuación las principales características:

En la calicata N°01, hasta la profundidad de exploración de 3.50 m, se determina un estrato preponderadamente compuesto por un tipo de suelo, clasificado por la norma como una arena arcillosa de coloración amarillenta del tipo SC, con ausencia del nivel freático.

En la calicata N°02, de la perforación efectuada hasta 2 m se determina un perfil geotécnico constituido por dos estratos definidos por la norma de la siguiente manera: el primer estrato hasta 1.0 m corresponde, un limo de baja plasticidad arenoso de coloración café clasificado como ML, al segundo estrato que llega hasta la profundidad de perforación de 2.0 m, fue catalogado como una arena arcillosa, color amarillo claro del tipo SC, sin presencia de nivel freático.

En la calicata N°03, hasta la profundidad de exploración 3.50 m se determinan un perfil geotécnico formado predominando dos estratos, el primer estrato hasta la profundidad de exploración de 1.0 m, cuya clasificación basados en la norma le corresponde una arena limosa con grava, color gris, del tipo SM, el segundo estrato hasta la profundidad de exploración 3.50 m clasificado según la norma como una arcilla de media plasticidad, de coloración café claro, del tipo CL, no se encuentra presencia del nivel freático.

En la calicata N°04, hasta la profundidad de exploración de 3.60 m se destaca básicamente un perfil geotécnico integrado por un solo tipo de estrato que clasificado por la norma le corresponde una arcilla de media plasticidad con arena, color anaranjado, del tipo CL, sin la presencia del nivel freático.

Además en ninguna de las perforaciones de las calicatas realizadas existen filtraciones subterráneas.

partido tipo Splin Spoon con martinete de hincado, de acuerdo a las normas ASTM D-1586.

Para la determinación de la estratigrafía del suelo se realizó muestreo alterado en el tubo partido para cada prueba de penetración estándar realizada, y determinando el tipo de suelo de acuerdo al Sistema de Clasificación SUCS y AASHTO.

De las muestras extraídas se determinan los perfiles estratigráficos del suelo que se detalla a continuación:

Tabla 5. Registro de sondeo 1

Tabla 6. Registro de sondeo 2

Tabla 7. Registro de sondeo 3

Tabla 8. Registro de sondeo 4

La prueba de penetración estándar (SPT), permite determinar la resistencia al esfuerzo de corte del suelo, mediante el número de golpes necesarios para hincar el penetrómetro estándar, y obtener muestras alteradas para identificar los suelos en estudio.

Con estas muestras se puede conocer las condiciones estratigráficas del sitio con las que se determina los índices y granulometrías así como también a través de correlaciones empíricas del número de golpes obtener la resistencia a corte del suelo.

La prueba consiste en hincar el penetrómetro 45 cm. con la masa de 65 Kg. dejada caer desde una altura de 75 cm; durante el hincado se contabiliza el número de golpes que corresponde a cada uno de los tres avances de 15 cm. La resistencia a la penetración estándar se define como el número de golpes N para penetrar los últimos 30 cm (de 15 a 45 cm).

Las pruebas de penetración estándar fueron realizadas de acuerdo a los procedimientos establecidos en el ASTM D 1586. Los resultados son los siguientes:

Tabla 9. Determinación de compacidad o consistencia

Nº de Sondeo Profundidad bajo elnivel natural del terreno (m)

Numero de golpes en el

campo

Compacidad Ó Consistencia

PERFORACIÓN Nº1

C – 01 1.00 – 1.45 17 golpes _{medianamente densa}Compacidad

C – 01 2.00 – 2.45 29 golpes Compacidad

medianamente densa C – 01 3.00 – 3.45 44 golpes Compacidad densa

PERFORACIÓN Nº2

C – 02 1.00 – 1.45 13 golpes _{medianamente densa}Compacidad

C – 02 2.00 – 2.45 47 golpes _{medianamente densa}Compacidad

Elaboración: El autor

Con estos datos se determina el N corregido tal como se indica en las tablas siguientes, para cada una de las perforaciones realizadas:

Tabla 10. Determinación de N corregido calicata 01

Profundidad N° golpes N° golpes q N_correg N_correg m _15cmN1 _{30 cm}N2 _{45 cm}N3 _TOTALSPT - _{T/m Ec.1 Ec.2}

CALICATA Nº1

1.00 9 9 8 17 1.32 17 18

2.00 13 13 16 29 2.64 29 36

3.50 16 19 25 44 4.62 56 59

Elaboración: El autor

Tabla 11. Determinación de N corregido calicata 02

Profundidad N° golpes N° golpes q N_correg N_correg m. 15cmN1 30 cmN2 45 cmN3 TOTALSPT - T/m Ec.1 Ec.2

CALICATA Nº2

1.00 4 5 8 13 1.29 13 13

2.00 9 20 27 47 2.59 47 63

2.60 REBOTE 3.36

Elaboración: El autor

Nº de Sondeo Profundidad bajo elnivel natural del terreno (m)

Numero de golpes en el

campo

Compacidad Ó Consistencia

PERFORACIÓN Nº3

C – 03 1.00 – 1.45 40 golpes Compacidad densa

C – 03 2.00 – 2.45 34 golpes Consistencia dura

C – 03 3.60 – 4.05 41 golpes Consistencia dura

PERFORACIÓN Nº4

C – 04 1.00 – 1.45 RECHAZO Consistencia dura

C – 04 2.00 – 2.45 38 golpes Consistencia dura

Tabla 12. Determinación de N corregido calicata 03

Profundidad N° golpes N° golpes q N_correg N_correg m. 15cmN1 30 cmN2 45 cmN3 TOTALSPT - T/m Ec.1 Ec.2

CALICATA Nº3

1.00 11 15 25 40 1.40 40 53

2.00 17 15 19 34 2.79 34 44

3.60 20 20 21 41 5.03 51 54

Elaboración: El autor

Tabla 13. Determinación de N corregido calicata 04

Profundidad N° golpes N° golpes q N_correg N_correg m. 15cmN1 30 cmN2 45 cmN3 TOTALSPT - T/m Ec.1 Ec.2

CALICATA Nº4

1.00 21 24 40 RECHAZO 1.29 64 89

2.00 42 21 17 38 2.59 38 50

3.60 6 6 7 13 4.66 17 13

Elaboración: El autor

Para el cálculo del N corregido, se utilizan las siguientes relaciones empíricas comúnmente mencionadas: Ecuación 2. Válida para profundidades mayores a 2m. Ecuación 3. Válida cuando N>15 en limos y arenas:

= ∗ 0.77 − log . Ec. (2)

= + 0.5 ∗ ( − 15) Ec. (3)

Donde:

= ∑ 2 + 3

N = N corregido

= γ ∗ h = ℎ =

3.6. Diseño de cimentación

Tomando para este fin los resultados que en este informe se determinan, como son: las cargas admisibles del suelo, su clase, su resistencia, el ángulo de fricción interna y el factor de seguridad para el tipo de suelo en el que se va a cimentar, en el análisis estructural se diseña tomando en cuenta las cargas vivas, muertas, sísmicas del proyecto y utilizando capacidad admisible ( ) determinada en este apartado.

3.7. Capacidad de carga

De acuerdo a la estratigrafía del suelo, y en base al resultado obtenido de la capacidad admisible de los estratos de cada una de las perforaciones, se determina que el suelo existente en el sitio donde se va a implantar las edificaciones tiene diferentes capacidades portantes de las cuales la más crítica presenta una arena arcillosa con una capacidad admisible de 1.19 kg/cm , por lo que es necesario realizar un cambio de estrato con material de mejoramiento para optimizar sus propiedades portantes.

Para el análisis de la capacidad de carga se utilizaron los parámetros obtenidos de correlaciones empíricas con la prueba de penetración estándar. Para el cálculo de la capacidad de carga se observa y toma los datos más críticos de la calicata Nº 01. A la profundidad tentativa de desplante los mismos que se presentan en la tabla siguiente.

Tabla 14. Datos más críticos de las perforaciones

Perforación Nº1

Numero de golpes campo

N

Numero de golpes N corregido

Prof. 1.20 m 29 29

Elaboración: El autor

Utilizando la teoría de la capacidad de carga de Terzaghi y realizando la aplicación matemática de su modelo de falla local, se obtiene un valor límite de la carga que puede trasmitir el cimiento mediante la ecuación 4. Cimentación cuadrada (Terzaghi):

= (0.867 ∗ ∗ ´ ) + ( ∗ ´ ) + (0.4 ∗ ∗ ∗ ´ ) Ec. (4)

Donde:

= Es el valor de la cohesión del suelo sobre el que se apoya el cimiento

=Es el ancho del cimiento

= ∗ ; Es el valor de la sobrecarga

=Profundidad de desplante

´ , ´ , ´ = Son factores de carga y dependen solo del ángulo de fricción interna

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _(∅) del suelo y son coeficientes adimensionales que caracterizan la

________________capacidad de carga de un suelo dado.

Para el cálculo de los cimientos se aplica un factor de seguridad de = 3, y una profundidad de desplante mínima de la cimentación de 1.20 m y se propone un sistema de zapatas aisladas con vigas de arriostramiento.

Para la determinación del ángulo de fricción interna se utiliza la ecuación 5. Correlación para estimar el ángulo de fricción. (Wolff, 1989):

∅( )= 27.1 + (0.3 ∗ ) − (0.00054 ∗ ) Ec. (5)

Donde:

∅( )=Ángulo de fricción.

=N corregido

=N corregido elevado al cuadrado

Por lo expuesto el valor de la capacidad de carga calculada mediante la teoría de Terzaghi

Qde diseño es:

PERFORACION - CALICATA Nº 1

• Q último = 35.76 / = 0.36 / • Q admisible = 11.92 / = 1,19 / • Ángulo de fricción interna = 35.35º

• Factor de Seguridad = 3,00

• Densidad = 1.319 / • Profundidad de Cimentación = 1.20 m

3.8. Espesor de estrato de material a reemplazar para la cimentación

Del material extraído en la perforación Nº 01 realizada para la exploración del subsuelo, se determina que está formado principalmente por materiales arenas arcillosas, de baja a medianas resistencias, por ello, se determina que es necesario realizar cambio de suelo para efectuar la cimentación, se procede a calcular el espesor del estrato de material a ser reemplazado, tomándose en cuenta la densidad del suelo y su capacidad de soporte, aplicando la siguiente expresión propuesta por Meyerhof y Hanna (1978), ecuación 6. Capacidad de carga de suelos estratificados (Braja, 2012, p. 76)

= 1 + (0.2) 5.14 + 1 + 1 + ∅´ + Ec. (6)

Donde:

=Capacidad de carga

=Ancho de la cimentación

=Largo efectivo

=Cohesión no drenada

=Peso específico del suelo

=Espesor del mejoramiento

=Profundidad de cimentación

=Coeficiente de corte por punzonamiento

∅´ _{=Ángulo de fricción del suelo}

Para la determinación del coeficiente de corte por punzonamiento se establece la ecuación 7, a continuación descrita:

= = ( )

. ( ) Ec. (7)

Se calcula entonces la capacidad aumentada considerando el cambio de estrato bajo la zapata aislada, con los datos conocidos de las características mecánicas de los materiales:

Material de mejoramiento de cantera municipal.

= 1.932 = 19.32 /

∅ = 38.12°

Material del estrato analizado.

= 1.319 = 1319 /

∅ = 35.35°

= 0.55 = 5.5 /

De la misma manera las dimensiones para la colocación de material de mejoramiento en zapatas aisladas son:

= 1.0 = 0.60 = 1.20

Siguiendo con el proceso de cálculo se encuentra los factores de capacidad de carga para la teoría de Meyerhof, los cuales están en función del ángulo de fricción, entonces para

un∅ = 38° → _{( )}= 78.03 y para un ∅ = 35° → _{( )}= 46.12, continuando se

determina el coeficiente de corte por punzonamiento

= ( )

0.5 _{( )}=

5.5 ∗ 46.12

0.5 ∗ 19.32 ∗ 1.00 ∗ 78.03= 0.34

Ahora con el valor / = 0.34 y el valor del ángulo de fricción ∅ = 38°,en la figura 6, se encuentra el valor de .

Figura 6. Coeficiente de corte por punzonamientoKs

= 3.95

Con dicho valor se procede a calcular la capacidad de carga, según la ecuación 6:

= [1 + (0.2)(0)]5.14 ∗ 5.5 + (1 + 0)19.32 ∗ 0.6 1 +2 ∗ 1.20

0.6 ∗ 3.95

38°

1.00 + 19.32 ∗ 1.00

= 28.27 + 107.46 + 19.32

= 155.05 = 15.505

En consecuencia al cambiar 0.60 m de estrato con material de mejoramiento bajo las zapatas aisladas, la capacidad portante aumenta de 11.92 / a 15.50 / , valor que con el que se desarrollara el diseño estructural.

El mismo procedimiento aplicamos para el cálculo de capacidad de carga en las cadenas y contrapisos:

= 0.30 = 0.30 = 0.40

= 4.85 → .

= ( )

0.5 _{( )}=

5.5 ∗ 46.12

0.5 ∗ 19.32 ∗ 0.30 ∗ 78.03= 1.1

= 11

= 1 + (0.2) 0.30

4.85 5.14 ∗ 5.5

+ 1 + 0.30

4.85 19.32 ∗ 0.3 1 +

2 ∗ 0.40

0.30 ∗ 11

38° 0.30

+19.32 ∗ 0.4

= 28.62 + 193.94 + 7.73

= 230.29 = 23.029

Obteniéndose como resultado los siguientes valores.

Tabla 15. Reemplazo con material de mejoramiento en cimentación.

Elemento de la Edificación

Espesor de la Capa de Material

Bajo la Zapata aislada 0,60 m de Material

de Mejoramiento

Bajo el Contrapiso y Cadenas 0,30 m de Material de

Mejoramiento Elaboración: El autor

El material de mejoramiento tiene que ser granular no plástico o plasticidad menor al 9%, de acuerdo a las Especificaciones Generales para la Construcción de Caminos y Puentes, mencionadas en la Norma Ecuatoriana Vial NEVI-12-MTOP; este material será colocado bajo la estructura a cimentar y del espesor indicado anteriormente.

Se deberá realizar la compactación del material granular en capas de 15 cm y deberán cumplir con el 95% de la densidad máxima en base del análisis proctor estándar modificado Norma AASHTO T-180 o ASTM C-1557.

Resistencia obtenida con el reemplazo del material CALICATA № 1

• Q último = 46.48 / = 0.47 / • Q admisible = 15.50 / = 1.60 /

• Ángulo de fricción interna = 38.12º (Material de mejoramiento de cantera municipal)

• Factor de Seguridad = 3,00

• Densidad = 1.932 / (Material de mejoramiento de cantera municipal, cuya densidad varía entre 1.932 – 2.158 / )

• Profundidad de Cimentación = 1.20 m

• Método de cimentación = Zapatas aisladas con vigas de arriostramiento.

4.1. Preliminares

4.1.1. Localización.

Las obras a ejecutarse serán implementadas en el área de terreno de propiedad municipal, el cual se implanta en el barrio 18 de Noviembre y se encuentra ubicado en el sector nor-oeste de la ciudad 28 de Mayo, cuyas coordenadas UTM WGS 84 son:

N 9598628, E 0729953, y cota 1076 msnm.

4.1.2. Descripción general.

En este apartado se hace referencia a las bases de diseño que servirán para elaborar la memoria y cálculo estructural, los planos arquitectónicos y planos estructurales a ser usados para construir un área de galpones, estacionamientos, área administrativa, área de combustibles, acceso principal, cerramiento, garita destinada a la protección de los vehículos y maquinaria, así como también se puntualiza las principales características y funciones de la estación depuradora compacta que se instalara en el proyecto.

4.1.3. Descripción del diseño arquitectónico.

El cantón Yacuambi cuenta con servicios básicos de infraestructura tales como: luz eléctrica, agua potable, alcantarillado pluvial, alcantarillado sanitario, telefonía fija y móvil, calles y vías adoquinadas y/o lastradas, internet satelital y de fibra óptica.

Dentro de las técnicas constructivas utilizadas en el sector se puede identificar tres tipos principalmente:

• Edificaciones antiguas de tapial, construidas con suelo arcilloso del lugar por los primeros colonizadores, con cimentaciones de piedra y cubiertas de teja.

• Edificaciones de hormigón, son las que se muestran mayormente en toda el perímetro del centro poblado, constan de cimentaciones de zapatas aisladas, la estructura de hormigón armado, con mamposterías de ladrillo y/o bloque, cubiertas de galvalume, teja, y/o zinc.

dentro de las fincas construidas con pilotes de madera, estructura y paredes de madera, y cubiertas de zinc.

Se plantea utilizar una estructura mixta de hormigón y acero, que permitirá que cada una de las instalaciones sea construida de una manera rápida y económica, permitiendo accesibilidad, productividad y eficiencia.

La distribución de las infraestructuras se las realiza de la siguiente manera:

• Se plantea edificar un cerramiento al contorno del perímetro del terreno municipal, el mismo que se realizara con columnas de hormigón armado con paredes de mampostería de ladrillo, las cubiertas de todas las infraestructuras serán de galvalume prepintado, la principal función del cerramiento será la de brindar seguridad y resguardo a cada una de las maquinarias, propiedades automotrices, combustibles del GADM Yacuambi, la superficie que cubrirá es de 4360 .

Figura 7. Modelo del proyecto. Elaboración: El Autor

• La garita, cuenta con una área de 7.60 , provisto de un inodoro, lavamanos y mobiliario adecuado para el control y acceso vehicular, maquinaria, y personal a las nuevas infraestructuras municipales.

Figura 8. Entrada Principal, garita de control. Elaboración: El Autor

• Estacionamiento de vehículos livianos, destinando para 8 unidades en un área de 120 , con un espacio de 2.50 m de ancho y una longitud de 6.00 m, con una elevación de 3.76 m en la entrada y en la parte posterior 3.16 m, su estructura está conformada con tubos estructurales de acero y canales de tool para la recolección de aguas, su cimentación de anclaje será de 1.10 x 1.25 x 0.60 m.

Figura 9. Estacionamientos de vehículos livianos. Elaboración: El Autor

estacionamientos de vehículos livianos es de tubería estructural, con una altura de 6.00 m en el frente y en la parte posterior de 5.00 m desde el nivel del suelo, la cimentación de anclaje será de 1.60 x 1.25 x 0.60 m.

Figura 10. Estacionamientos de vehículos pesados. Elaboración: El Autor

• Estación de combustible, dentro de esta superficie se ha dispuesto un área para 2 tanques de combustible, de diesel y gasolina extra con capacidad de 10.000 litros respectivamente, los tanques de combustibles estarán provistos de un sistema de detección inteligente de incendios, estarán acoplados en un área de 50.70 de modo sumergidos, y para los dispensadores de combustible se realizara una edificación armada de perfiles estructurales en un área de 52 .

• Estación depuradora compacta de aguas residuales, para esta unidad se ha dejado prevenido un área de 60 , espacio en el que se instalara la planta modular portable.

Figura 12. Estación depuradora compacta. Elaboración: El Autor

• Rampas de mantenimiento, se construirán 2 rampas de mantenimiento, con una longitud de 12.20 m de longitud distribuidas cada una en un área de 87.84 .

Figura 13. Rampas de mantenimiento. Elaboración: El Autor

encargado de ingresar y entregar los materiales según sea la necesidad municipal, también se cuenta con un cuarto destinado para almacenar las herramientas de los mecánicos municipales, y será construida en una área de 590 .

Figura 14. Vista aérea del galpón. Elaboración: El Autor

Figura 16. Vista Interior de la bodega en el galpón. Elaboración: El Autor

• Área administrativa, consta de una oficina para la administración con una sala de estar, así como también baterías sanitarias, vestidores, dormitorios y una cocina para cubrir las necesidades del personal cuando deban pernoctar en las instalaciones construidas, y será dispuesta en una superficie de 130 .

Figura 18. Área de batería sanitaria y vestidores. Elaboración: El Autor

Figura19. Sala de estar y oficina de planta administrativa. Elaboración: El Autor

4.1.4. Descripción del sistema estructural.

El sistema estructural ha sido diseñado para los efectos máximos causado por la carga mayorada que se manifiestan en las diferentes secciones de los elementos que forman parte del sistema estructural.

El objetivo del análisis estructural es la determinación de la distribución de los esfuerzos internos, así como la determinación de los desplazamientos de la estructura.

arriostradas por tensores reciben las cargas del techo y las trasmiten a las vigas principales, a su vez las vigas principales trasmiten las cargas a un sistema de pórticos planos de hormigón armado.

Las vigas que se diseñaran en el presente proyecto son rectangulares con refuerzo por corte cerrado; las columnas son rectangulares.

4.1.4.1. Cimentación.

Está formada por zapatas rectangulares aisladas, estos elementos se ha diseñado principalmente para las acciones de viento. El diseño de los diferentes elementos se lo realizo utilizando elementos finitos, sobre un medio elástico.

El espesor de las zapatas es constante de 65 cm en el centro, esto con el fin de absorber el punzonamiento ocasionado en los bordes de la misma, se ha desplantado a una profundidad de 1.45 m, sobre empedrado base en 40 cm con material de granular.

Las vigas de amarre o cadenas de 25 cm x 30 cm, tienen la función de contrarrestar los movimientos diferenciales entre los pies de las columnas así como también disminuir los asentamientos diferenciales de las mismas, en sentido perpendicular.

4.1.4.2. Columnas.

Las columnas principales de la estructura son proyectadas de sección cuadrada de 35 cm x 35 cm. Estas columnas han sido diseñadas para absorber todo el cortante y flexión producida por las cargas últimas.

4.2. Procedimiento de diseño

4.2.1. Propiedades utilizadas para el análisis estructural.

Las particularidades del proyecto que son determinantes en el diseño estructural son las siguientes:

• La cubierta está apoyada sobre pórticos de hormigón armado.

• El módulo de elasticidad de los perfiles doblados en frió se toma en base a las características del acero A 36.

• El módulo de elasticidad del concreto se toma en función de la ecuación 6, tomada de ACI 318 literal 8.5.1 definida como :

= 4700 ´ Ec. (8)

• El coeficiente de poisson de los perfiles doblados en frió se toma como 0.3.

• El módulo de balasto para el diseño de la cimentación se lo fijo en 2.92 / , esto de acuerdo a la tabla extraída de la Tesis de maestría “Interacción Suelo-Estructuras: Semi-espacio de Winkler”, Universidad Politécnica de Cataluña, Barcelona- España. 1993 (Autor Nelson Morrison).

• El valor de = 1.6 / , establecido en el estudio de suelos.

Una vez definido el proyecto arquitectónico, tal como se puede constatar en los planos arquitectónicos del anexo 8.1 Planos, se procede en el siguiente orden para el diseño estructural:

4.2.2. Hipótesis de diseño

En el análisis estructural de este proyecto se han considerado las siguientes hipótesis:

• Esfuerzos admisibles, es el máximo esfuerzo al que puede ser sometido un material con cierto grado de seguridad.

• Estructura: Resiste las fuerzas de cálculo.

• Velocidad del viento considerada 100 Km/h.

• Zonificación sísmica: Zamora está ubicado en una zona 2, que le corresponde una aceleración máxima efectiva en roca de 0.25, según la normativa ecuatoriana de la construcción NEC.

• Programa de cálculo de estructuras basado en el método de los elementos finitos (MEF) SAP 2000 v15, permite la modelación, análisis y dimensionamiento de una extensa gama de problemas de ingeniería de estructuras.

4.2.3. Cargas utilizadas.

Para el análisis estructural y para el diseño de la estructura se consideraron las siguientes condiciones de carga.

Carga Muerta. “Son aquellas que se mantienen constantes en magnitud y fijas en posición durante la vida de la estructura” (Nilson, 2001, p.9). Es decir es la carga debida al peso propio de elementos estructurales y no estructurales. Se determina en función del peso volumétrico de los distintos materiales. En este caso se consideró el peso propio de la estructura considerada y la placa metálica de cubierta.

Carga Viva. “Su magnitud y dirección son inciertas en un momento dado.” (Nilson, 2001, p.9). Está carga es consecuencia del montaje de la estructura, de la limpieza posterior que se haga a la misma, y de los pesos variables que ocuparan la infraestructura, en otras palabras, es la carga de servicio que está especificada en los códigos de construcción.

Carga de sismo.“Son las acciones que un sismo provoca sobre la estructura de un edificio y que deben ser soportadas por esta” (Wikipedia, 2016). Para el cálculo de las fuerzas sísmicas se adoptó el método estático descrito en la norma NEC que aborda el peligro sísmico, habiéndose determinado los parámetros necesarios para el cálculo del coeficiente sísmico para calcular la fuerza cortante basal.

cubierta.

4.2.4. Evaluación de cargas gravitacionales.

4.2.4.1. Carga muerta.

La carga muerta que se tiene en cuenta en este caso está constituida por el peso propio de elementos estructurales y no estructurales, habiendo considerado el peso específico del acero en 7800 / , del hormigón armado en 2400 / , el peso específico del hormigón sin armadura en 2200 / , el peso específico del mortero en 2000 / , el peso de la plancha sobre la cubierta en 4.05 / .

Tabla 16. Análisis de carga muerta

Correas y arriostramientos 5.00 /

Peso Estilpanel prepintado, espesor

e=0.40mm 4.05 /

Lámparas e instalaciones 5.00 /

Implementación de cámaras (otros) 20.00 /

Total 34.05 /

Elaboración: El autor

El peso de propio de las vigas, es considerado por el programa Sap 2000 V15, en donde se realizó el análisis.

4.2.4.2. Cargas vivas.

Carga de montaje y limpieza por cubiertas planas, inclinadas y curvas 0.7 / según las normas ecuatorianas de la construcción utilizadas NEC-11, cargas no sísmicas, tabla 9.

4.2.4.3. Cargas de sismo.

La evaluación de este tipo de carga se trata en el apartado 4.3.3

4.2.4.4. Cargas de viento.

La evaluación de este tipo de carga se trata en el aparado 4.3.4

4.3. Predimensionamiento

1996, ACI318-2005, NEC-11, sino también, de la manera que se facilite la construcción.

4.3.1. Vigas de hormigón.

Las vigas son elementos sometidos principalmente a esfuerzos de flexión, corte y torsión.

Existes factores importantes que afectan el comportamiento de la estructura y por tanto las condiciones de servicio, uno de estos factores son las deflexiones.

La utilización de materiales de alta resistencia ha permitido disminuir la sección de los elementos lo cual con lleva al incremento de las deflexiones.

Tabla 17. Alturas o espesores mínimos de vigas o losas armadas en una :_____________dirección.

Alturas o espesores mínimos de vigas no pretensadas o losas armadas en una dirección a menos que se

calculen las deformaciones.

Espesor mínimo h Simplemente

apoyados

Con un extremo continuo

Ambos extremos

continuos En voladizo

Elementos

Elementos que no soporten o esten ligados a divisiones u otro tipo de elementos susceptibles de dañarse por

grandes deformaciones Losas

macizas en una dirección

20 24 28 10

Vigas o losas nervadas en una dirección

16 18.5 21 8

Elaboración: El autor Fuente: Código ACI 318.

Se debe tener presente que las deformaciones excesivas pueden causar los siguientes daños:

• Deterioros de acabados.

• Mala apariencia.

• Inestabilidad estructural.

Finalmente la altura de las vigas fijada es de 25cm. en una dirección esto es necesario para arriostrar las columnas de la estructura.

4.3.2. Columnas.

Son elementos estructurales sometidos principalmente a esfuerzos de flexo -compresión.

En toda la estructura, la fuerza axial mayorada debe ser menor que0.10 ´ .

Dónde:

´ . =Resistencia nominal del concreto a la compresión.

=Área bruta de la sección.

Para el cálculo de la sección de prediseño se utilizó la Ecuación9. Diseño de vigas a flexión, que a continuación se muestra:

∅ ≅ = 0.85 ´ . . + . Ec. (9)

Donde:

∅ = Factor de reducción de resistencia

= Cuantía balanceada de acero

= Cuantía del refuerzo evaluada sobre el área . ´ = Resistencia del concreto

= Ancho de la sección

= Peralte efectivo

= Área de acero

= Resistencia del acero

4.3.3. Evaluación de las cargas sísmicas.

Para determinar las fuerzas sísmicas sobre la estructura se ha utilizado el método estático según se establece en las NEC_SE_DS peligro sísmico y riesgo sísmico NEC_SE_RE.

Cortante Basal (6.3.2 de las NEC_SE_DS).

= _{∅ ∅}( ) Ec. (10)

Donde:

=Cortante Basal

=Coeficiente tipo de uso e importancia de la edificación

= Aceleración de gravedad correspondiente al espectro de respuesta elástico

__________para diseño.

=Periodo de vibración en el espectro sísmico elástico

=factor de reducción de resistencia sísmica

∅ = ∅ =Coeficientes de configuración en planta y elevación

=Carga sísmica reactiva

El procedimiento para el cálculo de la cortante basal se encuentra descrito en las normas Ecuatorianas de la construcción en el apartado de peligro sísmico 6.3.2

4.3.4. Factor de zona (z).

Siguiendo las especificaciones descritas en las normas ecuatorianas de la construcción NEC-11, Zamora se encuentra ocupando la Zona 2, a la cual le corresponde un valor de la aceleración máxima efectiva en roca de 0.25.

4.3.5. Factor de importancia (I).

Como no se trata de una estructura especial se ha adoptado por un factor de importancia I=1.

4.3.6. Coeficiente de reducción de respuesta estructural (R).

Pórticos especiales sismo resistentes, de hormigón armado con vigas descolgadas y con muros estructurales de hormigón armado o con diagonales rigidizados (sistemas duales). El factor de R=8.

4.3.7. Coeficientes de configuración en planta y elevación.

coeficientes:

∅ = ∅ = 1.0

4.3.8. Distribución de la carga basal.

Para la distribución de la carga basal utilizamos la información descrita en las NEC 11-peligro Sísmico, para lo cual se utiliza la ecuación 11. Fuerza lateral aplicada en el piso x:

=

∑ ∗ . Ec. (11)

En donde:

=Cortante basal.

=Fuerza lateral aplicada en el piso x de la estructura.

=Número de pisos de la estructura.

=Peso asignado al piso o nivel x de la estructura.

=Peso asignado al piso o nivel i de la estructura.

=Altura de piso x de la estructura.

=Altura de piso i de la estructura.

=Coeficiente relacionado con el período de vibración de la estructura T.

4.3.9. Aplicación de las cargas laterales.

En general, “el cortante de piso Vx debe distribuirse entre los diferentes elementos del sistema resistente a cargas laterales en proporción a sus rigideces, considerando la rigidez del piso.” (NEC-11, 2014, p.67), para el diseño del presente proyecto, se ha utilizado las cargas determinadas por el programa de análisis.

4.3.10.Evaluación de las cargas de viento.

Para determinar las fuerzas eólicas sobre la estructura se ha utilizado el método estático según en NSR 10.

Análisis simple - Capítulo B.6.4.2

En donde

=? Tabla B.6.4-1

= 0.55 2 Tabla B.6.6

= 0.79 Tabla B.6.4.3

Análisis Completo -Capítulo B.6.4.3, por lo que utilizaremos la ecuación 13. Análisis completo de cargas de viento:

= 0.000048 Ec. (13)

En donde

/ℎ = . . .

4.3.11.Factor por topográfica (s1).

Tabla 18. Factor por topografía.

Topografía Valor de S1

Laderas y cimas montañosas muy expuestas en donde se sabe que el viento se acelera, y valles donde debido a su forma se concentra el viento

1.1

Valles encerrados 0.9

Fuente: NSR – 10 Figura B.6.5-1

4.3.12.Factor de rugosidad, tamaño del edificio y altura sobre el terreno (s2).

Para H med= 10 m y campos abiertos con vallas S2=0.95.

4.3.13.Factor de importancia de la construcción (s3). (Capítulo b.6.5.6)

S3=1

4.3.14.Velocidad diseño del viento.

V = 100 km/h

4.3.15.Velocidad básica del viento.

Vs =104.50 km/h

4.3.16.Factor de densidad del aire (s4).

4.3.17.Presión dinámica( ).

Con los datos anteriormente detallados determinamos la siguiente presión.

= 0.4141

= 41.41

Por lo tanto se diseña con un valor de presión dinámica de viento; q = 0.55 / o q=55 / .

4.3.18.Coeficientes de presión.

Para la determinación de los coeficientes de presión se ha tomado las recomendaciones del capítulo B.6.4.2.1 de acuerdo a la pendiente de cada tramo de cubierta.

Tabla 19. Cargas de viento.

Cargas de Viento V_x

(Ton)_0.079 (Ton)V_y_0.032

0.076 0.037 0.053 0.003 0.051 0.032 0.049 0.036 0.046 0.039 0.018 0.016 0.017 0.017 -0.008 -0.009 -0.007 -0.01 -0.006 -0.01 -0.022 -0.043 -0.021 -0.044 -0.017 -0.045 -0.025 -0.081 -0.019 -0.083 -0.014 -0.096 -0.01 -0.097

4.4. Modelación de la estructura

Para modelar y analizar la estructura se utilizó el programa Sap 2000 v15 para las infraestructuras solicitadas.

4.5. Bases Para El Diseño

En este capítulo se presenta las bases de diseño que se han utilizado para el diseño de los diferentes elementos en hormigón armado.

4.6. Códigos y normas de diseño

Para el diseño de los elementos estructurales se observaron las disposiciones contenidas en los siguientes códigos y reglamentos:

• Norma ecuatoriana de la construcción NEC-11

• Reglamento para las construcciones de Concreto estructural ACI 318r-2008.

• Details and detailing of concrete reinforcement, ACI 315-99.

• Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente Nsr 98- NSR-10

• American iron and steel institute (AISI,1996)

4.7. Propiedades de los materiales utilizados en el diseño

• Hormigones para replantillo de 180 / .

• En la cimentación, columnas, cadenas y riostras se empleará hormigón simple de 210 /

• Límite de fluencia mínimo, para los perfiles doblados en frío fy= 2400 /

4.8. Método de diseño utilizado

En el diseño del concreto reforzado, los elementos se proporcionaron utilizando factores de carga y factores de reducción de resistencia.

4.8.1. Factores de carga.

En el diseño de los elementos estructurales se utilizaron las siguientes combinaciones de carga: (ACI 9.2.1)

• 1.4 DL

• 1.2 DL + 1.6 LL

• 0.9 DL +1.0 WL

• 1.2 DL + 1.0 LL +1.0 WL

En donde:

DL: Carga muerta LL: Carga Viva WL: Carga por sismo.

4.8.2. Factores de reducción de resistencia

En el diseño de los elementos estructurales se utilizaron los siguientes factores de reducción de resistencia:

• ϕ= 0.90 Para flexión , (ACI 9.3.2.1)

• ϕ= 0.90 Para tensión axial, (ACI 9.3.2.1)

• ϕ= 0.90 para tensión axial y flexión, (ACI 9.3.2.2)

• ϕ= 0.70 para compresión axial , y para la

combinación de compresión axial y flexión (columnas con refuerzo en espiral y ), (ACI 9.3.2.2)

• ϕ= 0.65 para compresión axial , y combinación de compresión axial y flexión (ACI 9.3.2.2)

• ϕ= 0.65 Para cortante y torsión. (ACI 9.3.2.3)

ser menor o igual que él es esfuerzo admisible”

Para las combinaciones de carga de perfiles de lámina delgada se utilizaron las siguientes combinaciones de carga:

• DL

• DL+LL (AISC A4.1)

• 0.75 (DL +LL +WL)

• 0.75 (DL +LL WL)

En donde:

DL: Carga muerta LL: Carga Viva WL: Carga por sismo.

4.9. Diseño en acero

En el diseño de las vigas reticulares y cajón de la estructura analizada, se utilizó las siguientes consideraciones:

4.10. Diseño de miembros en tensión

Los miembros tensión son aquellos que se diseñan para fuerzas axiales de tensión, los esfuerzos son uniformemente distribuidos en la sección transversal.

El diseño debe considerar los tres estados límites siguientes:

1.- La falla por falta de resistencia en la sección bruta. 2.- La falla por fractura en la sección neta efectiva. 3.- El alargamiento excesivo bajo cargas de servicio.

Según AISC, la tensión admisible en la sección neta viene dado por la ecuación14:

= /Ω Ec. (14)

Donde:

=Tensión admisible neta.

=Tensión nominal