Diseño de edificaciones de baja estatura con losas planas

(1)

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(2)

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UNIVERSIDAD TÉCNICA PART!CULAR DE LOJA

DISEÑO DE EDIFICACIONES DE BAJA ALTURA

CON LOSAS PLANAS

POR: Carlos Andrés Celi Sánchez

Janeth Maribel Márquez Guamán

Tesis de Grado previa la obtención del Título de Ingeniero Civil

INGENIERIA CIVIL

Loja, Ecuador

Fecha: 20 de marzo de 2008

Aprobado POR:

¡ng. Hi.

DIRECTOR

4eu ..

Ing. Marlon Valarezo PRESIDENTE DEL TRIBUNAL

(3)

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ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

Diseño de Edificaciones de Baja

Altura con Losas Planas

Tesis previa a la obtención del Título de Ingeniero Civil

AUTORES:

Carlos Andrés Celi Sánchez Janeth Maribel Márquez Guamán

DIRECTOR: Ing. Humberto Ramírez Romero

(4)

Ing. Marlon Valarezo Aguilar

PRESIDENTE DE TRIBUNAL lurtado1

CERTIFICACIÓN: ACEPTACIÓN PROYECTO DE TESIS

Loja, 21 de febrero de 2008

Ing. Marlon Valarezo Aguilar, Presidente del Tribunal Ing. José Hurtado Hurtado, Vocal del Tribunal

Ing. Humberto Ramírez Romero, Director de Tesis

UNIDAD DE INGENIERIA CIVIL, GEOLOGIA Y MINAS

Dejamos constancia que con fecha 21 de febrero de 2008, los suscritos nos reunimos con el Sr. Carlos Andrés Celi Sánchez y la Srta. Janeth Maribel Márquez Guamán, autores de la tesis titulada "DISEÑO DE EDIFICACIONES DE BAJA ALTURA CON LOSAS PLANAS", para revisar el contenido del proyecto, sugerir correcciones y comentarios, conocer la participación del estudiante en el proyecto y evaluar la aptitud de los egresados para disertar su tesis. Con las consideraciones expuestas, por medio del presente

expresamos la ACEPTACIÓN del trabajo de tesis en mención.

Particular que le comunicamos para los fines legales pertinentes.

Ing. Hum erIo Ramirez R.

(5)

AUTORÍA

La información, criterios, interpretaciones técnicas, resultados, conclusiones y recomendaciones que se exponen en la presente investigación, son de exclusiva responsabilidad de los autores.

Carlos Andrés Celi Sánchez Janeth M el Márquez Guamán

(6)

CESIÓN DE DERECHOS

Nosotros, Carlos Andrés Celi Sánchez y Janeth Maribel Márquez Guamán, declaramos conocer y aceptar la disposición del Art. 67 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"

c o.

Carlos Andrés Celi Sánchez Janeth Maribz Guamán

(7)

Ingeniero

Humberto Ramírez Romero

DOCENTE INVESTIGADOR DE LA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

CERTIFICA

Que la presente investigación previa a la obtención del título de Ingeniero

Civil titulada "Diseño de Edificaciones de Baja altura con Losas Planas",

presentada por los señores egresados Carlos Andrés Celi Sánchez y Janeth Maribel Márquez Guamán, ha sido revisada detalladamente; la misma que posee la suficiente profundidad técnica e investigativa y cumple con la reglamentación requerida por la Escuela de Ingeniería Civil; por lo que, autorizo su presentación a la Dirección de la Escuela para fines legales pertinentes.

Loja a, 11 de Febrero de¡ 2008

... .

í.

_...

Ing. Humberto Ramírez Romero

(8)

ÍNDICE GENERAL

CARÁTULA... INDICEGENERAL ... ... . ... . ... . ... .... . ... ... II INDICE DE FIGURAS. ... . ... ... VII INDICEDE TABLAS... ... ... ... . ... .. ... .... IX INTRODUCCIÓN... ... . ... ... . ... ... ... ... X

CAPITULO 1

1. GENERALIDADES

1.1. IMPORTANCIA DEL PROYECTO ... . ... ...01

1.2. OBJETIVO GENERAL ... ... ... ... ... 02

1.3. DESCRIPCIÓN DEL ENTORNO ... . ... . ... ... 02

1.3.1. Localización Geográfica ... . ... .. ... 02

1.3.2. Nivel de crecimiento ... . ... . ... . ... .03

1.4. FORMAS MÁS COMUNES DE CONSTRUIR ... ... . ... 03

CAPITULO 2 2. BASES DE DISEÑO ... ... . ... ... ... 10

2.1. HORMIGÓN ... ... ... ... 10

2.1.1. Módulo de elasticidad ... ... ...10

2.2. ACERO DE REFUERZO... ... . ... ...10

2.2.1. Detalles del acero de refuerzo ... . ... .... . ... ...11

.2.1.1.1. Ganchos ... ... ... ... . ... . ... 11

2.2.1.2. Traslapes. ... . ... . ... .. ... .. ... ... 12

2.2.1.3. Longitudes de desarrollo...12

2.2.1.4. Anclajes ... ... .... ... ... 13

2.3. CARGAS ... ... . ... ... . ... ... . ... 14

2.3.1. Carga viva ... ... . ... . ... .... . ... 14

2.3.2. Carga muerta ... . ... ... ... 14

2.3.3. Cargas debido a sismos ... .. ... . ... . ... .... ... ... 14

2.3.4. Cargas de viento... ... . ... . ... ... ... ...15

2.4. DISPOSICIONES GENERALES DE ACUERDO AL CEC-2000 15 2.4.1. Zonas sísmicas y factor de zona Z...15

2.4.2. Coeficientes de suelo S y Cm ... . ... ...16

2.4.3. Coeficiente de importancia 1...16

(9)

2.4.4. Factor de reducción de resistencia sísmica R...17

2.4.5. Derivas de piso AM... .. 18

2.5. DEFORMACIONES MÁXIMAS ADMISIBLES... ... ... . ... . ... ...19

2.6. RESISTENCIA REQUERIDA... ... . ... . ... ...19

2.7. RESISTENCIA DE DISEÑO... ... ... ... 21

CAPITULO 3 3. DISPOSICIONES ESPECIALES PARA EL DISEÑO DE LAS EDIFICACIONES... ...22

3.1 LIMITACIONES DE LAS EDIFICACIONES... ... 22

3.1.1. Usoyocupación ... . ... . ... . ... . ... ...22

3.1.2. Área de construcción... ... . ... . ... 22

3.1.3. Número de pisos... ... .. .... . ... . ... 22

3.1.4. Máxima altura de piso ... ... ... . ... ... ... .... ... 22

3.1.5. Número de vanos ... .... ... ...22

3.1.6. Longitudes de vanos ... ... .. ... 23

3.1.7. Volados ... ... . ... ...23

3.2. ZAPATAS ... .... . ... ...23

3.2.1. Área mínima de zapata... ... ... ... . ... ... ... ...23

3.2.2. Mínimo espesor de la zapata ... . ... 23

3.2.3. Recubrimiento mínimo ... ... .24

3.2.4. Mínima profundidad de la cimentación ... ... .... . ... 24

3.2.5. Espaciamiento de la armadura principal a flexión...24

3.2.6. Mínima área de refuerzo ... . ... . ... ...24

3.2.7. Máxima área de refuerzo ... ... ...24

3.3. COLUMNAS ... . ... . ... . ... . ... ... ... 25

3.3.1. Dimensiones Límites. ... ... . ... .... ...25

3.3.2. Recubrimiento mínimo... 25

3.3.3. Acero de refuerzo longitudinal... 26

3.3.3.1. Mínima y máxima área de refuerzo longitudinal... 26

3.3.3.2. Mínimo diámetro de varillas longitudinales... 26

3.3.3.3. Mínimo número de barras longitudinales... 26

3.3.3.4. Mínimo espaciamiento entre barras longitudinales.. 26

3.3.4. Acero de refuerzo transversal... 27

3.3.4.1. Mínimo diámetro de refuerzo transversal... 27

3.3.4.2. Espaciamiento entre estribos... 27

3.4. VIGAS.. ... ... ... . ... ... ...28

(10)

3.4. l. Dimensiones Límites . 28

3.4.3. Acero de refuerzo a flexión (longitudinal)... 28

3.4.3.1. Mínima y máxima área de refuerzo longitudinal.... 28

3.4.3.2. Mínimo diámetro de varillas longitudinales... 29

3.4.3.3. Mínimo número de barras longitudinales... 29

3.4.3.4. Mínimo espaciamiento entre varillas longitudinales. 29 3.4.4. Acero de refuerzo por cortante (acero transversal)... 29

3.4.4.1. Mínimo diámetro de refuerzo transversal... 29

3.4.4.2. Espaciamiento entre estribos... 29

3.4.5. Desarrollo de la armadura a flexión... 30

3.5. LOSAS.. ... . ... . ... . ... . ... . ... 32

3.5.1. Espesor mínimo de la losa alivianada... 32

3.5.2. Armadura mínima... 33

3.5.3. Armadura máxima... 33

3.5.5. Aberturas en losas... 34

3.6. ESCALERAS... 34

CAPITULO 4 4. ANÁLISIS Y DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES 4.1 RESUMEN DE BASES DE DISEÑO... 36

4.2 MÉTODO DE DISEÑO... 36

4.3 CARGAS... 37

4.4 MÉTODO DE ANÁLISIS... 37

4.4.1. Análisis dinámico... 37

4.4.2. Estados de carga... 39

4.4.3. Número de modos de vibración... 39

4.4.4. Cimentación... ... ... . ... . ... .. ... . ... . ... .... ... 40

CAPITULO 5 5. PRESENTACIÓN DE RESULTADO.. ... ...41

5.1 ZAPATAS ... . ... ... ... ... 43

5.1.1. Secciones de zapatas ... .... . ... ... .46

5.1.1.1. Secciones de zapatas con qadm. = 1.2 kg/cm2 46 5.1.1.2. Secciones de zapatas con qadm. = 1.5 kg/cm2 ... ... ... .47

5.1.1.3. Secciones de zapatas con qadm. = 1.8 kg/cm2... --- 47

(11)

5.1.2. Acero de refuerzo longitudinal en zapatas...48

5.1.2.1. Acero de refuerzo en zapatas con qadm. = 1.2 kg/cm2 ...48

5.1.3. Acero de refuerzo longitudinal y transversal en vigas de enlace ...51

5.1.3.1. Acero en vigas de enlace con qadm. = 1.2 kg/cm 251 5.1.3.2. Acero en vigas de enlace con qadm. = 1.5 kg/cm 252 5.1.3.3. Acero en vigas de enlace con qadm. = 1.8 kg/cm 253 5.2. COLUMNAS... . ... . ... 56

5.2.1. Cuellos de columna ... . ... . ... . ... 56

5.2.2. Secciones de columnas ... ... 56

5.2.3. Acero longitudinal y transversal en columnas... .... 56

5.3. VIGAS... . ... . ... ....61

5.3.1. Cadenas deamarre... ... ... ....61

5.3.2. Vigas internas y perimetrales. ... . ... . ... ... ... 62

5.3.2.1. Secciones de vigas internas y perimetrales ... ...63

5.3.2.2. Acero en vigas internas y perimetrales ... . ... 64

5.3.3. Vigas de grada... ... . ... . ... .... ... . ... .. ... 71

5.3.2.1. Secciones de las vigas de grada .... .... . ... ... 72

5.3.2.2. Acero Longitudinal y transversal en vigas de grada ...73

5.3.4. Vigas en los volados... ... ... . ... ... . ... 74

5.3.4.1. Vigas en la dirección corta del volado. ... . ... .... 74

5.3.4.2. Vigas en la dirección larga del volado. .... .. .. . ... 74

5.4. LOSAS. . ... .... ... ... ... . ... . ... ...74

CAPITULO 6 6. RECOMENDACIONES CONSTRUCTIVAS... ... . ... 77

6.1. RECOMENDACIONES GENERALES ... .. ... ... ... .. ... 77

6.1.1 Normas de regulación urbana. ... ... ... .. ... ...77

6.1.2 Seguridad en la construcción... ... ..77

6.1.3 Restricciones de los edificios para un buen comportamiento sísmico ...77

(12)

6.1.3.1. Peso. 77

6.1.3.2. Formas del edificio en planta ... ... ... ... 79

6.1.3.3. Formas del edificio en elevación. .... ... ... ... 80

6.1.3.4. Separación entre edificios adyacentes ... . ... . . 81

6.2. RECOMENDACIONES ESPECIFICAS . ... ... . ... . ... ... ... . ... 82

6.2.1. Colocación del acero de refuerzo...82

6.2.2. Doblado del acero de refuerzo ... ... .. ... ..82

6.2.3. Columnas ...82

6.2.4. Vigas ... . ... ... ... . ... ... 85

CAPITULO 7 7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... ...87

BIBLIOGRAFíA Y ANEXO 8. BIBILIOGRAFIA... ... ..92

9. ANEXO ... . ... ... .... ... ... . ... 93

(13)

ÍNDICE DE FIGURAS

CAPITULO 1

FIGURA 1.1: Vanos de 4 - 5 m, dos plantas. ... ... . ... 05

FIGURA 1.2: Vanos de 3 - 4.5 m, dos plantas ... . ... 07

FIGURA 1.3: Vanos de 4-5 m, tres plantas ...08

FIGURA 1.4: Vanos de 3 - 4.5 m, tres plantas. ... .. ... 09

CAPITULO 2 FIGURA 2.1.a: Gancho a90° ... 11

FIGURA 2.11: Gancho a 180011 FIGURA 2.1.c: Gancho a 900, para estribos... ... . ... . ... ...11

FIGURA 2.1.d: Gancho a 1350, para estribos... .... . ... ... ... ... .12

FIGURA 2.1: Dimensiones de ganchos estándar...12

FIGURA 2.2: Longitud de traslape mínima ...12

FIGURA 2.3: Longitud de desarrollo mínima... ... ... ... . ... ... ... ...13

FIGURA 2.41: Anclaje de barras longitudinales en uniones extremas ... .13

CAPITULO 3 FIGURA 3.1.a: Columnas rectangulares.. ... ... 25

FIGURA 3.1.b: Columnas circulares... ... . ... 25

FIGURA 3.12: Secciones mínimas de columnas ... ... ... 25

FIGURA 3.2.: Espaciamiento vertical de estribos en columnas... ... . ... 27

FIGURA 3.3: Refuerzo a flexión en vigas ... .. ... . ... . ... 31

CAPITULO 4 FIGURA 4.1: Espectro elástico para la ciudad de Loja ... . ... ... ...38

CAPITULO 5 FIGURA 5.1: Planta caso 1...41

FIGURA 5.2: Planta caso II ... . ... 42

FIGURA 5.3: Planta caso III ... 42

FIGURA 5.4: Planta de cimentación, zapatas... ... . ... . ... 44

1 _{MELI R., BAZÁN E.- Diseño sísmico de edificios. Primera edición. Pág. 286}

2 _{ESSENTIAL REQUIREMENTS FOR REINFORCED CONCRETE BUILDING (For building of limited Size and Height,}

tased on ACI 318-02) SECCIÓN 10.3.2

(14)

FIGURA 5.5: Planta de cimentación, vigas de enlace. ... ... . ... .... ... ... 45

FIGURA 5.6: Zapatas tipo ... ... .. ... ... . ... ....51

FIGURA 5.7: Corte A - A, viga de enlace tipo ... . ... . ... ...54

FIGURA 5.8: Viga de enlace tipo. ... . ... . ... ...55

FIGURA 5.9: Cimentación - Columna ... ... 60

FIGURA 5.10: Corte C - C, columna tipo... ... ... . ... ..61

FIGURA 5.11: Cadenas de amarre. .... ... ... . ... . ... ...62

FIGURA 5.12: Vigas tipo ... ... . ... . ... . ... ... ...63

FIGURA 5.13: Viga interna y perimetral tipo.. ... .. .. .. . ... 70

FIGURA 5.14: Corte E - E, viga tipo. ... ... ... ... . ... ... 71

FIGURA 5.15: Ubicación de las gradas... ... .... ... .. ... ... ... ... 72

FIGURA 5.16: Corte de losa tipo ... . ... ... . ... ...75

FIGURA 5.17: Armado de la losa ... ... ...76

FIGURA 5.18: Sección de bloques alivianados de concreto... ... ... . ... . . 76

CAPITULO 6 FIGURA 6.1.: Concentración del peso en pisos superiores ... ...78

FIGURA 6.2. : Distribuciones de peso asimétricas... ... . ... ... 78

FIGURA 6.3.6: Formas asimétricas en planta indeseables. ... . ... 79

FIGURA 6.4.: Límites recomendados para los lados de la planta de un edificio.... . ... ... ... .79

FIGURA 6.5.8: Limitaciones a la esbeltez del edificio.... ... ... 80

FIGURA 6.6: Desalineamientos verticales ... ... .... . ... ...81

FIGURA 6.7.10: _{Separación entre edificios adyacentes para evitar choques... 82}

FIGURA 6.811: _{Disminución de la sección de columna de un nivel a otro...83}

FIGURA 6.9.12: _{Requisitos de refuerzo para columnas... ... 84}

FIGURA 6.1 0.13 Requisitos de refuerzo para vigas ... ... ... .85

FIGURA 6.11.1: Estribo para confinamiento... ... .. ... . . .... 86

4 2 _{MELI R., BAZÁN E.-Diseño sísmico de edificios. Pág. 177} 6 _{y MELI R., BAZÁN E.-Diseño sísmico de edificios. Pág. 177,179} 8 _{MELI R., BAZAN E.-Diseño sísmico de edificios. Pág. 180}.

6 CÓDIGO ECUATORIANO DE LA CONSTRUCCIÓN 2000. Tabla 6. Pág. 15 lo _{MELI R., BAZAN E.-Diseño sismico de edificios. Pág. 181}.

11 _{ESSENTIALREQUIREMENTS FOR REINFORCED CONCRETE BUILDING (Forbuilding of limited Size and Height,}

based on ACI 318-02) SECCIÓN 10.4.2.10

(15)

INDICE DE TABLAS

CAPITULO 2

Tabla 2.115: Valores del factor Z en función de la zona sísmica adoptada 16 Tabla 2.216: Coeficiente de suelo 5 y coeficiente Cm ... . ... 16

Tabla 2.317: Tipo de uso, destino e importancia de la estructura... ... 17 Tabla 2.418: Valores del coeficiente de reducción de respuesta estructural R... 18

Tabla 2.5: Derivas máximas permitidas ... . ... .19

Tabla 2.6: Valores del factor de reducción de resistencia, 4)...21

CAPITULO 3

Tabla 3.1.19: Refuerzo por cortante en vigas, máximo espaciamiento, s...30

CAPITULO 4

Tabla 4.1: Resumen de bases de diseño ... . ... . ... 36

CAPITULO 5

Tabla 5.1: Secciones de columnas ... ... .56

Tabla 5.2: Secciones de vigas internas y perimetrales ... . ... 63

Tabla 5.3: Secciones de vigas de grada ... . ... . .... . ... .72

15 _{CÓDIGO ECUATORIANO DE LA CONSTRUCCIÓN. CEC-2000. Tabla 1. Pág. 9}

CÓDIGO ECUATORIANO DE LA CONSTRUCCIÓN. CEC-2000. Tabla 3. Pág. 11

17 _{CÓDIGO ECUATORIANO DE LA CONSTRUCCIÓN. CEC-2000. Tabla 4. Pág. 11} 18 _{CÓDIGO ECUATORIANO DE LA CONSTRUCCIÓN. CEC-2000. Tabla 7. Pág. 16}

(16)

INTRODUCCIÓN

Como es bien conocido, en nuestra ciudad y provincia de Loja, el análisis estructural es pobremente aplicado a edificaciones de baja altura; sin embargo, el cálculo estructural es ineludible en la construcción de obras civiles de toda índole, aun mas si estas construcciones están destinadas a ser viviendas, y están en riesgo de soportar eventos sísmicos, geológicos e hidrológicos; debemos dejar de encargar tan importarte tarea (cálculo estructural) a personas que se basan solo en métodos empíricos, que lo único que logran es poner en riesgo la estructura y sus ocupantes; esta tarea deberá ser realizada por profesionales de esta rama con un criterio ético-profesional bien desarrollado.

No debe menospreciarse el cálculo estructural bien desarrollado por las cuantías de acero y secciones que resultan de él, ya que son estrictamente necesarias para resguardar la seguridad de la estructura y de la vida en su interior, bajo una eventualidad sísmica o geológica, se debe recordar que en el método empírico empleado en su mayoría en la construcción de baja altura apenas sus cuantías y secciones logran soportar las cargas permanentes en la estructura que no representan ni el 30% de la cuantía y secciones necesarias.

(17)

se basa en su conocimiento empírico para seudo-diseñar sin tomar en cuenta disposiciones y normas indispensables para el cálculo como es la eventualidad sísmica y geológica, tipo de suelo, tipos de cargas y altura de la estructura, en el mejor de los casos se le encarga esta tarea a un profesional que por falta de conocimiento o criterio dimensiona por debajo de lo necesario a un sistema de losa plana que de por si no es recomendable.

Es por estos motivos, y pese a que no es un sistema estructural recomendado, que con la presente investigación previa a la obtención del titulo de Ingeniero Civil se pretende elaborar un "Manual de Edificaciones de baja altura con losas planas" en el que se detalla de forma clara y precisa las secciones (elementos estructurales en especial las dimensiones de la losa) y refuerzos, con lo que queda garantizada la estabilidad de la estructura frente a un suceso extraordinario (sismo).

Este manual ha sido diseñado para poder ser usado en cualquier sector de la Provincia de Loja y el país, que se encuentre dentro de la zona sísmica II, este manual garantiza la estabilidad de la estructura siempre y cuando se respete las disposiciones expuestas en él, además el manual fue elaborado en base a datos obtenidos en la ciudad de Loja.

Las especificaciones constructivas del presente manual, deben ser consideradas como requisitos mínimos a aplicarse para el cálculo y diseño de una estructura, con el fin de resistir eventos de origen sísmico. Estos requisitos se fundamentan principalmente en el comportamiento dinámico de estructuras de edificación.

(18)

AGRADECIMIENTOS

Después de haber cursado cinco años de vida universitaria y más de 18 años de haber iniciado la aventura de la vida estudiantil, es difícil encontrar palabras suficientes para agradecer a tantas personas que nos supieron ayudar hasta este preciso instante en el cual nos presentamos a la sociedad como INGENIEROS DE LA REPUBLICA DEL ECUADOR.

No obstante las palabras no son suficientes para agradecer la confianza puesta en nosotros por nuestros Padres, quienes en su sabiduría supieron premiar las buenas acciones y sentenciar a las malas siempre orientándonos para no volver a cometerlas, es por esto que nuestra forma de agradecimiento hacia ellos será convertirnos en excelentes profesionales de visión pura y corazones fuertes.

Tenemos una gran deuda con el ingeniero Humberto Ramírez, quien supo apoyarnos y orientarnos tanto en la vida estudiantil como profesional, por esto y más sin duda es el mejor profesional en el área de estructura que conocemos.

Como olvidarnos de agradecer el apoyo, confianza y amistad que siempre brinda la maravillosa Escuela de Ingeniería Civil , con su cuerpo de Ingenieros siempre prestos a ayudar, y sus estudiantes que sin ellos la vida universitaria no podría existir.

(19)

*p

(20)

In

CAPÍTULO!

GENERALIDADES

1. GENERALIDADES

1.1. IMPORTANCIA DEL PROYECTO

Como es bien conocido, en la ciudad y provincia de Loja, la construcción de estructuras de baja altura es artesanal, irrespetándose en gran medida la dimensión necesaria de las secciones estructurales así como las cuantías mínimas requeridas para la resistencia y la estabilidad de la estructura ante un evento sísmico.

Entre los principales detonantes de la mala construcción y configuración de estas estructuras tenemos: No existen planos estructurales o detalles de la estructura, las viviendas son construidas empíricamente y no están bajo la supervisión de un profesional de la rama que haga cumplir las normas y procedimientos constructivos indispensables. Entre otras razones, la principal es que ni el gobierno nacional ni el provincial exigen cálculo estructural para edificaciones de baja altura (hasta 3 pisos). Todas estas razones y mas contribuyen a que las estructuras sean vulnerables ante un evento sísmico, moderado o fuerte, predisponiéndolas a un inminente colapso si llegase a ocurrir un evento de esas características durante la vida útil de lo estructura.

Es por esto que se elaborará un manual práctico y sencillo basado en el

proyecto de tesis "DISEÑO DE EDIFICACIONES DE BAJA ALTURA CON

LOSAS PLANAS" el cual provee un diseño satisfactorio de la estructura con

(21)

CAPITULO 1

GENERALIDADES

1.2. OBJETIVO GENERAL

Realizar el diseño estandarizado de los diferentes elementos estructurales para edificaciones de baja altura (hasta 3 pisos), con losas planas, en base al Código Ecuatoriano de la Construcción (CEC 2000), ACI 318-99, y elaborar un manual simplificado para consulta

1.3. DESCRIPCIÓN DEL ENTORNO

La ciudad de Loja fue fundada el 8 de diciembre de 1548 por el capitán Alonso de Mercadillo, se caracteriza por tener un clima templado andino, con una temperatura promedio de 17°C, ya que se encuentra enclavada en un valle

del altiplano al sur del Ecuador, a 2 064 msnm; 1 rodeada de montañas, y

circundada por los ríos Zamora y Malacatos.

Cuenta con un subsuelo lacustre, por lo que se presume que la ciudad se encuentra sobre los yacimientos de un antiguo lago.

Catalogada como la ciudad ecológica por las Naciones Unidas, Loja cuenta con todos los servicios básicos para la comodidad de sus habitantes y con innumerables espacios verdes destinados a promover la actividad física y recreacional.

1.3.1. Localización Geográfica

Loja se encuentra ubicada al Sur del Ecuador a 700 Km de la ciudad de Quito; ubicada a: 03 039'55" y 04030'38" de Latitud Sur y 79 00558" y 79005'58" de Longitud Oeste2, limita al Norte, con el cantón Saraguro, al Sur y al Este con la provincia de Zamora Chinchipe y al Oeste con los cantones Catamayo, Paltas y Calvas.

11. MUNICIPIO DE LOJA. DPTO. PLANIFICACIÓN

2 _{http://www.Ioja.gov.ec}

(22)

CAPÍTULO!

GENERALIDADES

La zona presenta una topografía irregular y un desarrollo urbanístico bien definido gracias a la participación ciudadana.

1.3.2. Nivel de crecimiento

"La superficie de la ciudad es de 1238 km 2 , con una población aproximada de 175 077 habitantes de los cuales el 39.7% se constituyen en una población económicamente activa.

La taza de crecimiento oscila en el 1.7% a pesar de los fenómenos de migración; paradójicamente, la migración ha sido uno de los factores que han mejorado la calidad de vida, tanto en la ciudad de Loja como en el resto de los cantones de la provincia, ya que se ha constituido en una de las principales fuentes de ingreso económico, todos estos factores han coadyuvado para que exista un crecimiento en el número de construcciones de viviendas, contando en la actualidad con 2857 viviendas en etapa de construcción en la provincia de Loja."3

1.4. FORMAS MÁS COMUNES DE CONSTRUIR

Basándonos en la anterior tesis de este tipo, de los Ingenieros Alberca y Lozano determinamos que los lojanos construyen en su mayoría edificaciones de baja altura (hasta 3 pisos), con el destino de ser viviendas de una forma geométrica bastante regular en su estructura es decir con una disposición de pórticos ortogonales en ambos sentidos (X, Y), además estas estructuras se disponen de a tres vanos por sentido (X, Y) y con luces comprendidas entre los 3my5m.

(23)

CAPÍTULO 1

GENERALIDADES

^n

kI,

VANOS DE 4-5 M

PISOS 2

EDIFICIO i EDIFICIO 2

48 48

45 5.0

48 _CO

4.0 45 4.0 ₄₈ _5.0 _4.0

EDIFICIO 4 EDIFICIO 5__

4.0

5.0

4,5

4.5

5,0

4,5

5,0 45 4.0

4,5 4.5 5.0

EDIFICIO 7 EDIFICIO 8

4

5.0 .5

4,0 5.0

0.0 4.0

4.0 4.5 70" 4,5 45 4,5

EDIFICIO 11 EDIFICIO 10

5.0

5.0

5.0 4,0

5.0

(24)

CAPÍTULO 1

GENERALIDADES

EDIFICIO 3 IFICIO 9

5

4.0 .0

40 5.0

45 _4.5

4.5 4.5 4.0 4.5 4.0 53

EDIFICIO _{EDIFICIO 12}

4.5 43

4.0

43

5.0 _5»

5» 4.0 4.5 4.0 4.0 5»

FIGURA 1.1: Vanos de 4-5 m, dos plantas.

VANOS DE 3-4.5 M

EDIFICIO EDIFICIO

3.0 3.5

3.5 3.5

3,0 _3.0

3.0 3.0 3.0

3.0 3.5 3,0

4.5 4.5

3.5

4.5

3.5

35 3,5 4.5 3.5

(25)

4

CAPÍTULO ¡

GENERALIDADES

4.0 _4.0 3.5 4.0 3.5 3.0

40 4.0 4.0 3.0

EDIFICIO EDIFICIO

30 4.0 3.5 4,0 4.0 3.5

4.0 3.5 3.5 ₁₅ _4.0 _4.0

3.5 3.5

3.0 _4,0 3,5

3.5 3.5 3.0 3.0

3.5 4.0 3.5

EDIFICIO EDIFICIO

3.0 3.5 40 3.5 4.0 4,5

(26)

CAPÍTULOI

6

GENERALIDADES

EDIFICIO

4.5 3.5 3.5

3.5 3.5 4.5

(27)

CAPÍTULO 1

GENERALIDADES

VANOS DE 4-5 M

PISOS 3

EDIFICIO EDIFICIO

4.5

5.0

50 4

4.0

45

7

4.0 5.0 45 45 45 0.0

EDIFICIO EDIFICIO4

55 4.0

55

4.5

4.5 45

4.0 5,0

--EDIFICIO 5 EDIFICIO 6

4.0

4.5

•0

00 _SS

45 45 5.0 _5.0 _5.0 ₄₀

EDIFICIO 7 _ricIo

0.0

45

4,5 5.0

5,0 '° 5.0

(28)

CAPÍTULO 1

GENERALIDADES

VANOS DE 3-4.5 M

EDIFICIO _EDIFICIO

as 4.0

3.0

3.5 3.5

4,0 3,5 3,5 3,5

4.0 3.0 3.0

EDIFICO _EDIFICIO

3.5 4.0

3

3,5 ,5

4,0 35

4.0 3.5 3.5 3.5 3.0

EDIFICO

-45 413

4.5 4.0

3.0 3.5

3.0 4.0 4.0

32 3.5 3.5

EDIFICO EDIFICIO

3.5 3.0

35 4.0

4.0 ₄₀

4.0 4,0 10 35 3.5 4.0

(29)

CAPITULO II

(30)

CAPÍTULO 11

BASES DE DISEÑO

2. BASES DE DISEÑO

2.1. HORMIGÓN

Hormigón, es un material artificial que se obtiene con mezcla apropiada de cemento portland (o cualquier otro cemento hidráulico), agregado fino y grueso, agua, aire y aditivos dependiendo del uso a dársele.

La calidad y resistencia de este noble material está basada en la resistencia especificada a la compresión del concreto f'c, la misma que se determina probando muestras cilíndricas de concreto (ASTM C31-C39).

2.1.1. Módulo de elasticidad

"El módulo de elasticidad es la razón entre la tensión normal y la deformación unitaria correspondiente para esfuerzo de tracción o comprensión bajo el límite de proporcionalidad del material." 1

El módulo de elasticidad se lo determina tal como se indica en la sección 8.5 de¡ ACI 318-02.

2.2. ACERO DE REFUERZO

El acero de refuerzo se define por su fluencia fy. En combinaciones adecuadas con el hormigón permite a este último soportar elevadas cargas de tensión.

Existen cuatro clases de acero de refuerzo: barras corrugadas, mallas de alambre, alambre y barras lisas de acero, las cuales deberán satisfacer los requisitos establecidos en las normas INEN 101, INEN 102, INEN 103, INEN 104.

(31)

FIGURA 2.1.a: Gancho a 900

FIGURA 2.11: Gancho a 1801

FIGURA 2.1.c: Gancho a 900, para estribos CAPITULO II

BASES DE DISEÑO

2.2.1. Detalles del acero de refuerzo

2.2.1.1. Ganchos

(32)

CAPÍTULO II

BASES DE DISEÑO

FIGURA 2.1.d: Gancho a 1350, para estribos

FIGURA 2.1: Dimensiones de ganchos estándar

2.2.1.2. Traslapes

La mínima longitud de traslapes en el acero de refuerzo es de 50db, tal como lo especifica el código alternativo del ACI 318-02 en su sección 5.8.2.1.

F,wmFm,,mFF,,mFFmFFÁrFm&w,FrnFFLiI

FIGURA 2.2: Longitud de traslape mínima

2.2.1.3. Longitudes de desarrollo

(33)

r í1076fy

la

1 15 cm L 8 db 1.

CAPÍTULO II

BASES DE DISEÑO

sección

crítica

ld50db ld=50db 1 Tdb

sección

crítica

1

Jdb _{distancia de anda}

secaón2.2.1.4

FIGURA 2.3: Longitud de desarrollo mínima

2.2.1.4. Anclajes

El anclaje de las barras longitudinales en uniones extremas es necesario para el desarrollo del momento resistente en el extremo del elemento, este anclaje se proporciona con un gancho estándar en el extremo de la barra más una longitud horizontal dentro del núcleo de la columna.

seco ón

La

critico

FIGURA 2.42: Anclaje de barras longitudinales en uniones extremas.

(34)

CAPÍTULO II

BASES DE DISEÑO

Para el caso de uniones internas, en el presente manual, se dan dimensiones de vigas y columnas suficientes como para desarrollar el refuerzo dentro de la unión, tales dimensiones satisfacen los chequeos de adherencia, cortante y confinamiento.3

2.3. CARGAS

Hay varios tipos de cargas que se pueden aplicar a una estructura o edificación, pero entre las más importantes tenemos:

2.3.1. Carga viva

Son aquellas cargas que no forman parte de la estructura o que no están aplicadas a ésta de forma permanente, y cuyos valores están especificados en los códigos de construcción y dependen del uso que se le vaya a dar a la estructura. Este tipo de cargas son cargas móviles o movibles.

2.3.2. Carga muerta

Son las cargas producidas por los elementos que integran la estructura, a esto se suma los materiales o elementos no estructurales que permanecerán todo el tiempo en la estructura como: paredes, mesones, cielorraso, enlucidos, acabados de pisos, etc.

2.3.3. Cargas debido a sismos

Son fuerzas laterales que resultan de distribuir adecuadamente el cortante basa¡ de diseño en toda la estructura, este cortante es el resultado de la acción del sismo expresado en un espectro de respuesta para diseño, el mismo que está basado en las condiciones geológicas, tectónicas, sismológicas y del tipo de suelo asociado con el sitio de emplazamiento de la estructura.

(35)

CAPITULO II

BASES DE DISEÑO

2.3.4. Cargas de viento

Son aquellas cargas laterales producidas por corrientes fuertes de aire. En el presente manual no se tomarán en cuenta este tipo de cargas, ya que en la ciudad y provincia de Loja no se han registrado vientos que puedan afectar a una estructura pesada, además las edificaciones a diseñar son de hasta tres pisos lo que implica una altura máxima de 8.1 m; siendo ésta una baja altura como para que las cargas debido a vientos puedan influir en gran medida en la estabilidad de la estructura.

2.4. DISPOSICIONES GENERALES DE ACUERDO AL

CODIGO ECUATORIANO DE LA CONSTRUCCION

(CEC-2000)

2.4.1. Zonas sísmicas y factor de zona Z

No existe un estudio sobre peligrosidad sísmica para la ciudad de Loja. Los pocos eventos sísmicos severos conocidos son de intensidad VIII MM (escala de intensidades MERCALLI MODIFICADA) que equivale a una magnitud 6 en la escala de Richter, ocurridos en 1749, 1913 y 1953, de intensidad IX MM, equivalente a una magnitud 6 y 7 en la escala de Richter en 1970.

El mapa de zonas sísmicas en el Ecuador se deriva de un estudio completo que considera fundamentalmente los resultados de los estudios del peligro sísmico en nuestro país, así como también criterios de uniformidad del peligro de ciertas zonas del país, criterios de practicidad en el diseño, protección de ciudades importantes, irregularidad en curvas de definición de zonas sísmicas, suavizado de zonas de límites inter-zonas y compatibilidad con mapas de peligro de los países vecinos.

(36)

CAPÍTULO II

BASES DE DISEÑO

En el Ecuador se han definido cuatro zonas sísmicas; para cada zona existe un valor para el factor de zona Z, que representa la aceleración máxima efectiva en roca esperada para el sismo de diseño, expresada como fracción de la aceleración de la gravedad.

Tabla 2.1: Valores del factor Z en función de la zona sísmica adoptada

Zona sísmica 1 II III IV

Valor factor Z 0.15 0.25 0.30 0.40

2.4.2. Coeficientes de suelo S y Cm

El tipo de suelo existente en el lugar de construcción del edificio, y por ende su coeficiente S, se establecerán de acuerdo con la Tabla 2.2, analizando el perfil que mejor se ajuste a las características locales. En sitios donde las propiedades del suelo sean poco conocidas se utilizará los valores del perfil de suelo tipo S3. En esta tabla se encuentra tabulado el coeficiente Cm, relacionado con la definición del espectro del sismo de diseño y que depende del perfil de suelo a utilizar.

Tabla 2.26: Coeficiente de suelo S y coeficiente Cm

Perfil tipo Descripción S Cm

SI 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 1 2.0 1 2.5

Los requisitos citados en la tabla anterior, son mínimos y no substituyen los estudios de suelo al detalle.

2.4.3. Coeficiente de importancia 1

Según el CEC 2000, el coeficiente de importancia 1 está determinado por el tipo de uso, destino e importancia de la estructura, las mismas que deben permanecer operativas o sufrir daños menores luego de la

CÓDIGO ECUATORIANO DE LA CONSTRUCCIÓN. CEC-2000. Tabla 1. Pág. 9

(37)

0

BASES CAPÍTULO q_

DE DISEÑO

ocurrencia de un sismo severo. El valor de 1 se determinará de acuerdo a la siguiente tabla.

Tabla 2.3v: Tipo de uso, destino e importancia de la estructura

Categoría Tipo de uso, destino e importancia Factor

1. Edificaciones Hospitales, clínicas, centros de salud o de emergencia esenciales yio sanitaria. Instalaciones militares, de policía, de bomberos, peligrosas _{defensa civil. Garajes o estacionamientos para vehículos y} aviones que atienden emergencias. Torres de control aéreo.

Estructuras de centros de telecomunicaciones u otros centros _1.₅ de atención de emergencias. Estructuras que albergan

equipos de generación y distribución eléctrica. Tanques u otras estructuras utilizadas para deposito de agua u otras substancias antiincendio. Estructuras que albergan depósitos tóxicos, explosivos, químicos u otras sustancias peligrosas. Estructuras de

ocupación Museos, iglesias, escuelas y centros de educación o

especial deportivos que albergan mas de trescientas personas. Todas 1.3 las estructuras que albergan mas de cinco mil personas.

Edificios públicos que requieren operar continuamente.

Otras Todas las estructuras de edificación y otras que no clasifican _1.0 estructuras dentro de las categorías anteriores.

2.4.4. Factor de reducción de resistencia sísmica R

El factor de reducción de resistencia sísmica R se refiere a penalizaciones dirigidas hacia cierto tipo de estructuras que no permiten disponer de adaptabilidad apropiada para soportar las deformaciones inelásticas requeridas por el sismo de diseño.

El factor R a utilizarse en el cálculo del cortante basa¡ se escogerá de la siguiente tabla:

(38)

CAPÍTULO!!

BASES DE DISEÑO

In5

111/

Tabla 2.48: Valores del coeficiente de reducción de respuesta estructural R

Sistemas de pórticos espaciales sismo-resistentes, de hormigón armado

con vigas descolgadas o de acero laminado en caliente, con muros 12 estructurales de hormigón armado (sistemas duales)

Sistemas de pórticos espaciales sismo-resistentes, de hormigón armado con vigas descolgadas o de acero laminado en caliente.

Sistemas de pórticos espaciales sismo-resistentes, de hormigón armado

con vigas banda y muros estructurales de hormigón armado (sistemas 10 duales)

Sistemas de pórticos espaciales sismo-resistentes, de hormigón armado con vigas descolgadas y diagonales rigidizadoras*

Sistemas de pórticos espaciales sismo-resistentes, de hormigón armado con _vigas _banda _y_ diagonales _ngidizadoras*

Sistemas de pórticos espaciales sismo-resistentes, de hormigón armado ₈ con vigas banda

Estructuras de acero con elementos armados de placas o con elementos

7 de acero conformados en frío. Estructuras de aluminio.

Estructuras de madera. 7

Estructuras de mampostería reforzada o confinada. 5 Estructuras con muros portantes de tierra reforzada o confinada. 3

(*) = Cuando se utilizan diagonales, se debe verificar que los elementos en tensión cedan antes que los elementos en compresión.

2.4.5. Derivas de piso AM

"Es el desplazamiento lateral relativo de un piso con respecto al piso consecutivo, medido en dos puntos ubicados en la misma línea vertical de la estructura."

"El valor de AM se calculará mediante la siguiente fórmula:

'M =R•A E

Ec.O1

Donde: AM = máxima deriva

R = factor de reducción de resistencia sísmica

AE = deriva de cada piso

No pudiendo superar los valores establecidos en la tabla 2.510

8 _{CÓDIGO ECUATORIANO DE LA CONSTRUCCIÓN. CEC-2000.}

Tabla 7. Pág. 16

MEMORIAS: XII JORNADAS NACIONALES DE INGENIERÍA ESTRUCTURAL VOL. II PÁG. 326

10 _{CÓDIGO ECUATORIANO DE LA COSNTRUCCIÓN. CEC-2000.}

(39)

CAPÍTULO II

BASES DE DISEÑO

Tabla 2.5: Derivas máximas permitidas

Esructuras de AM máxima

Hormigón armado, estructuras metálicas y de madera 0.020

De mamposteria 0.010

2.5. DEFORMACIONES MÁXIMAS ADMISIBLES

La deflexión máxima en un elemento estructural está regida por carga viva + carga muerta y en ningún caso deben superar los valores establecidos en la tabla 9.5 (b) del ACI 318 - 99.

2.6. RESISTENCIA REQUERIDA

La resistencia requerida en ningún caso podrá ser mayor que la resistencia de diseño en cualquier fracción de la estructura, es por esto que la resistencia requerida se obtiene mayorando las fuerzas y cargas tal como lo indica el código ACI 318-99 en su sección 9.2.

Todos los elementos estructurales que integran la edificación están diseñados para tener una resistencia por lo menos igual a la resistencia requerida en cualquier sección del elemento.

La resistencia requerida U, se obtiene de multiplicar las cargas de servicio por determinados factores de mayoración, con lo que se forma combinaciones de carga para ser usadas en el diseño de la edificación.

Carga viva ,muerta y peso propio

U = 1 .4*D + 1 4*pp + 1 .7*L Ec. 02

U = 1 . 0*D + 1 . 05*PP + 1.O*L _{Ec. 03}

. Fuerzas sísmicas

U = 1 . 05*D + 1 .275*L + 1 .4025*Sxl Ec. 04

U = 1 . 05*D + 1 . 275*1_ - 1.4025*Sx1 _{Ec. 05}

(40)

CAPÍTULO II

BASES DE DISEÑO

U = 1 . 05*D _{+ 1}.275*L - 1 .4025*Sx2 U = 1 . 05*D _{+ 1}. 275*L _{+ 1}.4025*Syl U = 1 05*D + 1 275*L - 1 4025*Syl U = 1 05*D + 1 275*L + 1 4025*Sy2

U = 1 . 05*D + 1 . 275*L - 1 .4025*Sy2 U = 1 . 05*D + 1 .275*L + 1 .4025*Espec

U = 1 . 05*D + 1 275*L - 1 .4025*Espec U = O 9*D +1 43*Sx1

U = O 9*D - 1 43*Sx1 U = O 9*D +1 43*Sx2 U = O 9*D - 1 43*Sx2 U = O 9*D +1 43*Sy1 U = O 9*D - 1 43*Sy1 U = O 9*D +1 43*Sy2 U = 0 . 9*D - 1.43*Sy2 U = 0 . 9*D +1 43*Espec U = 0 . 9*D - 1.43*Espec

U = 1 O*D + 1 05*PP + 1 O*L+1 O*Sxl

U = 1 O*D + 1 05*PP ₊_{1 O*L 1 O*Sxl} U = 1 O*D + 1 05*PP ₊1 O*L+1 O*Sx2 U = 1 O*D + 1 05*PP ₊_{1 O*L 1 O*Sx2} U = 1 O*D + 1 05*PP ₊1 O*L+1 O*Syl U = 1 O*D + 1 05*PP ₊_{1 O*L 1 O*Syl} U = 1 O*D + 1 05*PP ₊1 O*L+1 O*Sy2 U = 1.0D + 1 . 05*PP + 1 . 0*L 1.0*Sy2 U = 1 . O*D + 1 . 05*PP + 1 . O*L+1 .O*Espec U = 1.OD + 1 . 05*PP + 1 . 0*L 1.0*Espec U = 1 O*D + 1 O*PP ₊1 O*L

U = 1.0D + 1.0*L

(41)

CAPÍTULO II

BASES DE DISEÑO

PITI,

Donde:

U = Resistencia requerida PP = Peso propio

D = Carga muerta L = Carga viva

Sxl= Sismo en el sentido X (derecha-izquierda) Sx2= Sismo en el sentido X (izquierda-derecha)

Syl = Sismo en el sentido Y (derecha-izquierda) Sy2= Sismo en el sentido X (izquierda-derecha) Espec= Espectro de Aceleración (análisis dinámico)

2.7. RESISTENCIA DE DISEÑO

La resistencia de diseño proporcionada por un elemento, sus conexiones con otros elementos, así como sus secciones transversales, en términos de flexión, carga axial, corte y torsión, deben tomarse como la resistencia nominal calculada de acuerdo con los requisitos y suposiciones del código ACI 318-99, multiplicada por los factores ₄de reducción de resistencia

de las secciones _{9.3.2 y 9.3.4,}del mismo código.

El factor de reducción de resistencia _4,debe ser el siguiente:

Tabla 2.6: Valores del factor de reducción de resistencia, j

Flexión sin carga axial 0.90 Tracción axial y tracción axial con flexión 0.90 Corte y torsión 0.85 Aplastamiento en el hormigón (excepto para

(42)

DISPOSICIONES

ESPECIALES PARA EL

DISEÑO DE

EDIFICACIONES

(43)

4

CAPITULO III

DISPOSICIONES ESPECIALES PARA EL DISENO DE LAS EDIFICACIONES

3. DISPOSICIONES ESPECIALES PARA EL DISEÑO DE

LAS EDIFICACIONES

3.1. LIMITACIONES DE LAS EDIFICACIONES

Las edificaciones están limitadas en los siguientes aspectos:

3.1.1. Uso y ocupación

El uso de las edificaciones será para vivienda, ya que las cargas son tomadas bajo este requerimiento.

3.1.2. Área de construcción

El área de construcción no será mayor a 225 m2

3.1.3. Número de pisos

El máximo número de pisos para construir con el manual de edificaciones de baja altura con losas planas, será de tres (3) pisos, en el que se incluye la planta baja y una losa de cubierta en el tercer piso.

3.1.4. Máxima altura de piso

La máxima altura de piso, medida desde el piso terminado hasta el piso inmediatamente contiguo será de 2.90 m.

3.1.5. Número de vanos

(44)

4

CAPÍTULO III

DISPOSICIONES ESPECIALES PARA EL DISEÑO DE LAS EDIFICACIONES

3.1.6. Longitudes de vanos

Las longitudes de vanos están limitadas hasta una longitud de 5m, tal como se especifica en el capítulo V.

3.1.7. Volados

El manual de edificaciones de baja altura con losas planas, contempla volados de entre 50cm hasta 100cm para cada piso en el frente de la edificación o al costado derecho o izquierdo del mismo, pero no todos a la vez, por lo que un exceso o incremento de este podrá alterar las dimensiones de los elementos estructurales.

3.2. ZAPATAS

Son los elementos encargados de transmitir de forma adecuada y segura las cargas generadas por la estructura al suelo, con el fin de evitar cualquier tipo de asentamiento que pueda dañar la edificación.

3.2.1. Área mínima de zapata

Las zapatas tendrán una área superior a 0.81 m2 y en ningún caso uno de sus lados podrá ser menor que 75 cm para estructuras con vanos superiores a 4m, y de 50 cm para vanos de entre 3 a 4m. Tomando como referencia el código alternativo del ACI 318-02 en su sección 14.5.3.4.

3.22. Mínimo espesor de la zapata

(45)

Z ;

CAPÍTULO III

"

3.2.3. Recubrimiento mínimo

De acuerdo a la disposición de la sección 7.7.1 del código ACI

318-99, el recubrimiento mínimo para hormigón colocado contra el suelo y permanentemente expuesto a él, es de 75 mm.

3.2.4. Mínima profundidad de la cimentación

La mínima distancia vertical entre la superficie del suelo y la cota de cimentación no deberá ser menor que 90 cm. Tal como se indica en el código alternativo ACI 318-02 sección 14.5.3.3. Para el presente manual se aconseja realizar un estudio de suelos para determinar la profundidad óptima, o en último caso se recomienda una profundidad de 150cm desde la superficie del suelo.

3.2.5. Espaciamiento de la armadura principal a flexión

El mínimo espaciamiento libre entre barras paralelas no debe ser menor al del diámetro de la varilla de mayor sección, pero en ningún caso será menor que 25 mm. La separación de la armadura principal por flexión no debe ser mayor a 3 veces el espesor de la zapata, ni de 500 mm, tal como lo indica la sección 7.6.5 del ACI 318-99.

3.2.6. Mínima área de refuerzo

La cuantía mínima de refuerzo, p mm, en cualquier dirección

deberá ser 0.0018. Sección 14.5.4.5 del código alternativo ACI 318-02.

3.2.7. Máxima área de refuerzo

La cuantía máxima de refuerzo, P máx, será 0.017. Sección

(46)

CAPÍTULO II!

3.3. COLUMNAS

Las columnas son elementos estructurales diseñados especialmente para resistir cargas axiales de compresión, mantienen una relación entre la altura y su menor dimensión lateral mayor a 3.

3.3.1. Dimensiones Límites

La mínima sección de las columnas será 625 cm2, lo que

implica las siguientes dimensiones mínimas:

;;:m

FIGURA 3.1.a: Columnas rectangulares

d 3Ocm

FIGURA 3.11: Columnas circulares

FIGURA 3.11: Secciones mínimas de columnas

El recubrimiento en columnas no debe ser menor que 25 mm por encima del estribo, tal como lo indica el ACI 318-99 en su sección 7.7.

(47)

CAPÍTULO III

u,,

3.3.3. Acero de refuerzo longitudinal

3.3.3.1. Mínima y máxima área de refuerzo longitudinal

El área total de refuerzo longitudinal para columnas no debe ser menor que 0.01, ni mayor que 0.06 veces el área total de la sección de la columna tal como se indica en la sección 21.4.3 del ACI 318-99. Pero se recomienda que no se supere el valor de 0.023 con el fin de evitar congestionamiento de varillas en uniones con otros elementos.

3.3.3.2. Mínimo diámetro de varillas longitudinales

El mínimo diámetro de varillas longitudinales a utilizarse en columnas, para la construcción de edificaciones de baja altura, debe ser

3.3.3.3. Mínimo número de barras longitudinales

El número de barras longitudinales en columnas rectangulares no bebe ser menor que 4; y en columnas circulares no debe ser menor que 6 barras distribuidas simétricamente por el perímetro de la sección de tal manera que el espaciamiento entre las varillas sea igual. Según lo establecido en la sección 10.4.2.4 del código alternativo ACI 318-02.

3.3.3.4. Mínimo espaciamiento entre barras longitudinales

El espaciamiento mínimo entre las varillas

longitudinales debe ser 1.5db pero no debe ser menor de 40 mm. Sección

(48)

_b

16 db varilla longitudinal 48 db estribo

bc CAPÍTULO II!

9DISPOSICIONES ESPECIALES PARA EL DISEÑO DE LAS EDIFICACIONES

3.3.4. Acero de refuerzo transversal

3.3.4.1. Mínimo diámetro de refuerzo transversal

El mínimo diámetro de varillas para estribos debe ser 10 mm.

3.3.4.2. Espaciamiento entre estribos

El máximo espaciamiento será el menor de los siguientes valores:

•

1

•:;/

FIGURA 3.2.2: Espaciamiento vertical de estribos en columnas

Además, de ser el caso, se seguirán los procedimientos de la sección 7.10.5.3 del código ACI 318-99.

Los estribos serán colocados con dos diferentes espaciamientos: una parte de los estribos irán en los extremos del elemento hasta una distancia igual a % de la luz, con un espaciamiento igual a S i y en el centro se colocarán a una distancia S2. Los espaciamientos S, y S2 varían para cada caso y de detallan en los cuadros de resultados.

(49)

CAPITULO II!

3.4. VIGAS

Debido al sistema de construcción que se da en esta región del País, para la elaboración de este manual se optó por usar un sistema de losa plana, aunque éste no represente la mejor opción al momento de resistir cargas generadas por sismos (Christopher Arnold,

Configuración y diseño sísmico de

edificios),

sin embargo el presente manual garantiza la estabilidad de la

estructura si se realiza el sistema de vigas tal cual se detalla en el mismo.

3.4.1. Dimensiones Límites

La dimensión de la viga está en función de las cargas que soporta, y de la longitud del claro. El peralte mínimo está en función de la longitud del elemento y no deben ser menores que los valores obtenidos de la tabla 9.5(a) del código ACI 318-99. En todo caso, la razón ancho / altura no debe ser menor que 0,3 como se especifica en la sección 21.3 del ACI 318-99.

El mínimo recubriendo en vigas deberá ser 25 mm, tal como lo indica el ACI 318-99.

3.4.3. Acero de refuerzo a flexión (longitudinal)

3.4.3.1. Mínima y máxima área de refuerzo longitudinal

En cualquier sección de un elemento a flexión, tanto para la armadura superior como para la inferior, la cuantía de armadura no será

menor que P mín. 0.0033, y no será mayor que p máx. 0.025 tal como se

(50)

CAPÍTULO III

ni,

3.4.3.2. Mínimo diámetro de varillas longitudinales

El mínimo diámetro de varillas longitudinales deberá ser 12 mm.

3.4.3.3. Mínimo número de barras longitudinales

Al menos 2 barras deben disponerse en forma continua tanto en la parte superior como en la inferior.

3.4.3.4. Mínimo espaciamiento entre varillas longitudinales

El espaciamiento mínimo entre las varillas

longitudinales debe ser db pero no debe ser menor de 25 mm.

3.4.4. Acero de refuerzo por cortante (acero transversal)

3.4.4.1. Mínimo diámetro de refuerzo transversal

El diámetro de varillas transversales no debe ser menor que 10 mm.

3.4.4.2. Espaciamiento entre estribos

(51)

. CAPÍTULO III

- DISPOSICIONES ESPECIALES PARA EL DISEÑO DE LAS EDIFICACIONES

Tabla 3.1.: Refuerzo por cortante en vigas, máximo espaciamiento, s

Valores de esfuerzo de Limitaciones del valor Mínima área de Espaciamiento máximo, cortante requeridos, (0 Vs) refuerzo por cortante, s

Vu Av

vu no require

2

d/2

2

(v)>vU >(øv) A 35bS smín.de

60 cm

IA

d /2

2. Ø •V A = smín.de6Ocm

f (3.5.b)

IAd

/4

v^(q$.V)

A (V-q•Vj.ss<mjnde3ocm

4•Ø•V >Ø.V ^2•Ø•V ₌ _Ø.f _d _v_.f(3.5•b)

Ø . V ^: 4 . q$ V, no es permitido

Unidades: Kgt-cm

Al igual que en las columnas los estribos serán colocados con dos diferentes espaciamientos los mismos que se detallan en los cuadros de resultados

3.4.5. Desarrollo de la armadura a flexión

"La tracción o compresión calculada en la armadura de cada sección de elementos de hormigón estructural debe ser desarrollada hacia cada lado de dicha sección mediante una longitud embebida en el hormigón, gancho o dispositivo mecánico, o una combinación de ellos. Los ganchos no se deben emplear para desarrollar barras en compresión. 4 El desarrollo de las barras a flexión para la presente investigación se realizará de acuerdo al siguiente esquema:

ESSENTIAL REQUIREMENTS FOR REINFORCED CONCRETE BUILDING (For building of limited Size and Height, based on ACI 318-02) SECCIÓN 10.5.4.5

(52)

IM

1,1

' o

refuerzo por momento negativo en uniones extremos

refuerzo por momento negativo en uniones internas refuerzo por momento negativo

en uniones ínterricis/;77\\

c)c

1 REFUERZO A FLEXIÓN EN VIGAS

o co

(53)

CAPITULO II!

3.5. LOSAS

Las losas son elementos estructurales bidimensionales, en los que la tercera dimensión es pequeña comparada con las otras dos dimensiones básicas. Las cargas que actúan sobre las losas son esencialmente perpendiculares al plano principal de las mismas, por lo que su comportamiento está dominado por la flexión.

Losa plana: Es un elemento de hormigón armado que funciona como

una viga ancha, y sobre la cual se asientan las cargas muerta y viva, distribuyendo este peso hacia las vigas sobre las que se apoya o directamente hacia las columnas.

Existen diversos sistemas de pisos, entre los cuales citamos:

. Losas con vigas descolgadas . Losas con vigas banda

. Losas sólidas

. Losas alivianadas

Para el diseño de la presente tesis, se utilizarán losas alivianadas (con mampuestos aligerados de concreto) con vigas banda. Las dimensiones de las losas alivianadas se regirán según las disposiciones de la sección 8.11 del código ACI 318-99.

3.5.1. Espesor mínimo de la losa alivianada

De acuerdo con el código alternativo en su sección 6.5.4 del ACI 318-02, el espesor de las losas alivianadas está regido por la siguiente ecuación:

Ec. 36

(54)

In

CAPÍTULOIII

Donde:

In = Longitud del claro libre en la dirección larga, medida cara a cara de las vigas que soportan la losa (m).

3= Razón entre: longitud larga ¡longitud corta de un panel de losa

3.5.2. Armadura mínima

En losas nervadas, la cuantía mínima de flexión p m'n, se calculará según la secciones 1054, 13.31, 7.12 del ACI 318-99

El armado en losas nervadas se calculará tomando como ancho de la franja de concreto el ancho de los nervios.

En la loseta de compresión de las losas nervadas y armadas en una sola dirección deberá proveerse de acero de refuerzo para resistir la retracción de fraguado y los cambios de temperatura.

La diferencia entre las especificaciones para losas nervadas y para losas macizas se produce por que los nervios de las losas nervadas se comportan fundamentalmente como una malla espacial de vigas, y la loseta de compresión se comporta como una combinación de placa y membrana.

3.5.3. Armadura máxima

Con el objeto de asegurar un comportamiento dúctil de la losa, no se podrá proporcionar más armadura a dicho elemento que el 75% de la cuantía balanceada. Según las disposiciones establecidas en las secciones 10.3.3 y C10.3.3 del código ACI 318-99.

(55)

CAPÍTULO III

La cuantía balanceada está definida por:

0.85 . ,L11 .f'c 6000

Pb - ₆₀₀₀ Ec. 38

Donde:

Pb: cuantía balanceada. Especificada en la sección 8.4 deI ACI 318-99.

f'c: resistencia especificada a la compresión del hormigón, Kg/cm2

fy: resistencia especificada a la fluencia del acero de refuerzo no pretensado, Kg/cm2

01: factor utilizado para calcular la altura del bloque rectangular equivalente de esfuerzos de compresión, que es igual a 0.85 para hormigones de f menor a 280 kg/cm2.

El acero de refuerzo en losas fundidas in situ debe tener un recubrimiento mínimo de 25 mm.

3.5.5. Aberturas en losas

Se admiten aberturas en losas si se demuestra mediante análisis que la resistencia proporcionada es apropiada. No se requerirá de análisis especial por la presencia de una abertura en la zona central siempre que se mantenga la cantidad total de refuerzo requerido en el tablero sin la abertura. El refuerzo eliminado por la presencia de la abertura deberá colocárselo alrededor de la abertura, armando nervios o vigas embebidas de borde. Sección 13.4 ACI 318-99.

3.6. ESCALERAS

(56)

In

CAPÍTULO II!

(57)

CAPÍTULO IV

ANÁLISIS Y DISEÑO DE

ELEMENTOS

(58)

CA PÍTULO IV

ANÁLISIS Y DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES

4. ANÁLISIS Y DISEÑO DE LOS ELEMENTOS

ESTRUCTURALES

4.1. RESUMEN DE BASES DE DISEÑO

En el cuadro que se muestra a continuación aparece un resumen de las bases de diseño detalladas en el capitulo II de la presente investigación. En base a estos datos se realizó el análisis y diseño de los edificios.

Tabla 4.1: Resumen de bases de diseño

ITEM DESCRIPCIÓN VALOR UNIDADES

Carga viva para edificaciones de vivienda 200 kgt'm2 CV Carga viva para balcones 300 kgf/m2 Carga viva para volados 200 kgtím2 Carga viva para terrazas 100 kgf/m2 Z Factor de zona sísmica 0.25 -Sismo Periodo de retorno de un sismo (Raro) 475 años

S Coeficiente de suelo para el perfil tipo S3 1.5 -Cm Coeficiente para el perfil tipo S3 2.8 -1 Coeficiente de importancia 1.0 -R Factor de reducción de resistencia sísmica 8

-Mnx Deriva máxima de piso 0.020 -Ec Módulo de elasticidad del hormigón 219000 kgflcm2 Es Módulo de elasticidad del acero de refuerzo no pretensado 2000000 kgflcm2 Wc Peso específico del hormigón armado 2400 kgflm3 Wm Peso específico del mortero 2200 kgf/m3 fc Resistencia especificada a la compresión del concreto 21000 KN/m2 fy Resistencia especificada a la fluencia del acero de refuerzo 420000 KN/m2 1.2 kgt'cm2 q adm. Capacidades admisibles del suelo referenciales 1.5 kgflcm2

1 1.8 kgf/cm2

Balasto Coef que simula el medio elástico 1 2.56 kgVcm3

4.2. MÉTODO DE DISEÑO

(59)

CAPÍTULO IV

ANÁLISIS Y DISENO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES

4.3. CARGAS

Es necesario señalar que para cada vivienda puede haber diferentes tipos de distribuciones arquitectónicas, por lo que, para cada panel de losa variarán las cargas debidas a paredes.

Para poder establecer la carga muerta o permanente dentro de cada planta de las edificaciones, se diseñó varias plantas tipo, y para cada edificio simulado dichas cargas variarán en su posición de forma aleatoria con el fin de acercarnos mucho más a la realidad de una distribución arquitectónica para viviendas familiares; esto nos permitirá obtener un diseño mucho más confiable.

4.4. MÉTODO DE ANÁLISIS

Luego de la investigación preliminar se analizaron todas las edificaciones más comunes en la ciudad de Loja, con la ayuda del software apropiado para el diseño de los elementos estructurales.

4.4.1. Análisis dinámico

(60)

CAPÍTULO IV

ESPECTRO ELÁSTICO PARA LA CIUDAD DE LOJA tipio de suelo: S3

3

2.5

2 w

Z

o o

4

w

-J

'u o

4

0.5

LII

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52

PERIODO

FIGURA 4.1: Espectro elástico para la ciudad de Loja

"El espectro CEC-2000 toma en cuenta los efectos de amplificación de la aceleración en la superficie del terreno con el factor sísmico Ca, y con el factor Cv, toma en cuenta los cambios de los períodos dominantes de la excitación mediante la definición de los períodos de corte de la meseta

1

Luego se comparó cada uno de los edificios analizados, elemento por elemento con el fin de determinar una estandarización adecuada a nuestro medio; que nos permita hacer de nuestro manual algo realizable.

Finalmente, se analizaron los elementos manualmente (refuerzo transversal por cortante y torsión) con el fin de asegurar los resultados obtenidos, lo que garantizará la estabilidad de las edificaciones construidas con el presente manual.

Luego de realizar todo este análisis se determinaron tres casos, los mismos que se detallan en el capitulo V de esta investigación.

(61)

T, CAPÍTULO IV

Para estandarizar el acero en los diferentes elementos estructurales, se verificaron 4 pórticos en cada planta y en cada sentido (X, Y) , realizando una base estadística con todos los edificios previamente clasificados(véase capitulo 5), de dicha base resulta un único edificio para cada clasificación, a los cuales se tabuló para obtener sus cuantías y de esa forma sacar la cantidad de acero necesaria para cada elemento estructural, teniendo en cuenta si es perimetral, interno, en el nivel en que se encuentra (piso) y el sentido (X, Y) en el cual está ubicado; garantizándose de esta manera que la cuantía de cada elemento sea la requerida de acuerdo al esfuerzo al que se encontrará sometido.

Es necesario señalar que en el análisis de cada uno de los elementos estructurales, existieron algunos resultados con cantidades de acero y dimensiones de elementos mucho menores a las mínimas establecidas en los códigos de construcción, pero éstas debieron ser obviadas ya que se debe cumplir con lo estipulado con las normas actuales de construcción.

4.4.2. Estados de carga

Con el fin de separar las cargas y obtener un análisis más confiable se estableció 7 diferentes estados de carga: CARGA VIVA, CARGA MUERTA, PESO PROPIO, SISMO EN EL SENTIDO Xl, SISMO EN EL SENTIDO X2,

SISMO EN EL SENTIDO

Yl,

SISMO EN EL SENTIDO Y2.

4.4.3. Número de modos de vibración

(62)

CAPÍTULO IV

de la masa total de la estructura, en cada una de las direcciones horizontales principales consideradas." 2

4.4.4. Cimentación

Al momento de diseñar las zapatas la armadura obtenida en cualquiera de las direcciones X o Y será distribuida en el ancho total, tanto para zapatas cuadradas como para rectangulares obviando lo referido en la sección 15.4.4 del ACI 318-99.

Para determinar las dimensiones definitivas de las zapatas, se realizó un análisis de costos, entre zapatas aisladas y zapatas con vigas de enlace, colocándose éstas últimas cuando las dimensiones de las zapatas eran demasiado grandes para edificaciones de baja altura.

(63)

-CAPÍTULO V

(64)

.eCAPíTULOV

PRESENTACIÓN DE RESULTADOS

5. PRESENTACIÓN DE RESULTADOS

Una vez analizadas diferentes edificaciones con las formas más comunes de construir en la ciudad de Loja, se determinó que la forma más fácil de estandarizar era en base a la longitud de los vanos ya que el 90% de las viviendas son de tres pórticos tanto en el sentido X como en el Y, teniendo un área aproximada de 81.00 a 225.00 m2 de construcción.

De acuerdo a lo anteriormente expuesto se establecieron tres casos:

CASO 1:

Para longitudes de vanos de entre 3 a 4 metros de longitud, con tres pórticos tanto en el sentido X como en el sentido Y

FIGURA 5.1: Planta caso 1

CASO 2:

(65)

iCAPÍTULOV

-

FIGURA 5.2: Planta caso II

CASO 3:

Para

longitudes de vanos entre 4.0 y 5.0 m de longitud, es decir que cualquiera de los pórticos puede variar entre estas longitudes tanto en el sentido X como en el sentido Y.

-FIGURA 5.3: Planta caso III

(66)

1 se 1

CAPÍTULOV

Una vez conocidos los tres casos emitiremos los resultados obtenidos refiriéndonos a cada caso.

5.1. ZAPATAS

Las cimentaciones de los edificios de baja altura del presente manual, fueron diseñadas en base a un perfil de suelo S3. Debido a que dentro del perfil de suelo escogido pueden haber suelos con diferentes capacidades admisibles, se decidió diseñar las fundaciones con tres valores de qadm: 1.2, 1.5 y 18

kgf/cm2, con el fin de que el manual tenga mayor aplicabilidad ajustándose a las resistencias de suelos más comunes para el perfil y zona escogidos.

El constructor utilizará los resultados de dimensiones y refuerzo de zapatas de esta investigación de acuerdo a las dimensiones de los vanos que más se ajusten a los casos presentados al inicio de este capítulo. Las zapatas medianeras llevarán vigas de enlace con el fin de no exceder la capacidad portante del suelo.

Las vigas de enlace son elementos diseñados para actuar como amarras horizontales entre zapatas, deben ser diseñadas tal como lo especifica el código ACI 318-99 en su sección 21.8.3.

Luego de un análisis minucioso se estandarizó la cimentación en base a cuatro tipos de zapatas:

TIPO 1: Zapatas internas TIPO II: Zapatas medianeras TIPO III: Zapatas externas TIPO IV: Zapatas esquineras