Evaluación del diseño estructural del centro educativo nivel primaria en el caserío de Chagavara, Santiago de Chuco en el 2018

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(1)BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL. EVALUACIÓN DEL DISEÑO ESTRUCTURAL DEL CENTRO EDUCATIVO-NIVEL PRIMARIA EN EL CASERÍO DE CHAGAVARA, SANTIAGO DE CHUCO EN EL 2018.. TESIS PARA OPTAR EL TITULO DE. INGENIERO CIVIL Autor. : Br. SAAVEDRA YSLADO, Irmer. Asesor. : Dr. ING. DIAZ DIAZ, Alex. Co-Asesor. : ING. PAREDES ESTACIO, Jorge TRUJILLO-PERÚ 2019. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(2) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. .….…..…………………………………………… Ing. Félix Gilberto Perrigo Sarmiento PRESIDENTE. .….…..…………………………………………… Ing. Margarita Vásquez Otoya SECRETARIO. .….…..…………………………………………… Dr. Ing. Alex Díaz Díaz ASESOR. i Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(3) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. DEDICATORIA. A Dios por haber forjado mi camino hasta este momento, por ayudarme siempre y fortalecerme en cada momento a lo largo de mi vida.. A mis padres Alfonso y Doris por el apoyo incondicional, por la paciencia, por la confianza, por enseñarme día a día valorar lo que tengo en vida y así afrontar este reto y cada uno de los que se me presentarán en el futuro. A mis hermanos Cesar, Milagros y Cecilia por las consideraciones que siempre me han brindado. A mis abuelos Francisco, Asunciona, Olegario y Eulalia por la fortaleza, el amor y la confianza que siempre me han brindado.. A mis amigos Daniel, Piter, Florindez, Douglas y Javier por ayudarme. A la Señorita Zuseti por ayudarme y por brindada información siempre. A las personas que me ayudaron a cumplir con este objetivo.. ii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(4) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. AGRADECIMIENTO. A Dios por ser forjador y guía de nuestras vidas y de este camino recorrido en toda mi etapa universitaria, a la prestigiosa Universidad Nacional de Trujillo y la Escuela de Ingeniería Civil, por haber sido parte de mi formación académica. Al asesor Dr. Ing. Alex F. Díaz Díaz por su comprensión, paciencia, Compromiso, por la orientación, la calidad profesional durante el tiempo que nos compartieron en las aulas y en las horas de asesoramiento para poder llevar a cabo la realización de este proyecto. . Al Co-Asesor el Ing. Paredes Estacio, Jorge por su compromiso, orientación, por la calidad de profesional durante el tiempo que compartimos en las aulas y en las horas de asesoramiento para poder llevar a cabo la realización de este proyecto. iii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(5) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. ÍNDICE DE CONTENIDOS DEDICATORIA. i. AGRADECIMIENTO. iii. ÍNDICE DE CONTENIDOS. iv. ÍNDICE DE FIGURAS. vi. ÍNDICE DE TABLAS. viii. RESUMEN. xi. ABSTRAC. xii. I.. INTRODUCCIÓN. 1. 1.1. REALIDAD DE PROBLEMÁTICA. 1. 1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA. 4. 1.3. HIPÓTESIS. 4. 1.4. OBJETIVOS DE INVESTIGACIÓN. 5. 1.5. JUSTIFICACIÓN. 5. II.. MARCO TEÓRICO. 8. 2.1. ANTECEDENTES. 8. 2.2. BASES TEÓRICAS. 15. 2.2.1. PROPIEDADES DE SUELOS. 15. 2.2.2. ESTRUCTURACIÓN. 17. 2.2.3. PREDIMENSIONAMIENTO. 17. 2.2.4. METRADO DE CARGAS. 21. 2.2.5. REGLAMENTOS. 22. 2.2.6. MÉTODOS DE ANÁLISIS SÍSMICO. 23. 2.2.7. DISEÑO DE ELEMENTOS EN CONCRETO ARMADO. 30. III.. MATERIALES Y MÉTODOS. 3.1. OBJETO DE ESTUDIO. 37 37. 3.1.1. UNIDAD DE ESTUDIO:. 37. 3.1.2. POBLACIÓN:. 37. 3.1.3. MUESTRA:. 37. 3.2. MÉTODOS Y TÉCNICAS. 37. 3.2.1. DISEÑO DE INVESTIGACIÓN.. 37. 3.2.2. VARIABLES.. 37. 3.2.3. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES.. 38. 3.2.4. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS. 39. 3.2.5. MÉTODOS DE ANÁLISIS DE DATOS.. 39. 3.2.6. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.. 40. iv Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(6) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. IV.. RESULTADOS Y DISCUSIÓN. 4.1. 47. 4.1.1. PREDIMENSIONAMIENTO. 47. 4.1.2. ANÁLISIS SÍSMICO. 53. 4.1.3. DISEÑO DE LOSAS ALIGERADAS. 74. 4.1.4. DISEÑO DE VIGAS. 90. 4.1.5. DISEÑO DE COLUMNAS. 106. 4.1.6. DISEÑO DE PLACAS. 118. 4.1.7. DISEÑO DE CIMENTACIONES. 126. 4.1.8. RESPUESTA A LOS ACELEROGRAMA PERUANOS. 148. 4.2. V.. RESULTADOS. 47. DISCUSIÓN. 155. 4.2.1. ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS. 155. 4.2.2. DERIVAS DE ENTREPISO. 156. 4.2.3. SISTEMA ESTRUCTURAL. 158. 4.2.4. DISEÑO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES.. 159. 4.2.5. TIPO DE CIMENTACIÓN. 160. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 161. 5.1. CONCLUSIONES. 161. 5.2. RECOMENDACIONES. 163. VI.. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 166. VII.. ANEXOS. 168. v Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(7) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Zonas de falla bajo la cimentación Figura 2. Factores de zona Figura 3. Diagrama de flujo de diseño de vigas simplemente reforzadas Figura 4. Curvas interacción momento-fuerza axial para columnas estribadas. Figura 5. Distribución de estribos Figura 6. Procedimiento experimental Figura 7. Área tributaria para las vigas principales y secundarias. Figura 8. Área tributaria para la columna Figura 9. Modelo 3D en etabs 2016 Figura 10. Desplazamientos laterales en dirección X y Y Figura 11. Distribución modificada en 3D Figura 12. Distribución modificada en planta Figura 13. Derivas en sentido sísmico x-y Figura 14. Modos de vibración de la estructura. Figura 15. Espectro de respuesta sísmica Figura 16. Sismo estático en X Figura 17. Sismo estático en Y Figura 18. Fuerza cortante basal en X Figura 19. Fuerza cortante basal en Y. Figura 20. Diagrama de momentos debido por la alternancia de la carga viva Figura 21. Diagrama de momentos para losa aligerada Figura 22. Diagrama de cortantes para losa aligerada Figura 23. Deformación en mm para losa aligerada Figura 24. Deformación en mm para losa aligerada 1° piso Figura 25. Deformación en mm para losa aligerada 1° y 2° piso Figura 26. Área de acero en número de barra para losa aligerada Figura 27. Sección de una vigueta. Figura 28. Diagrama de envolvente de momentos de la vigueta (ton-m) Figura 29. Corte de la losa aligerada. Figura 30. Losa aligerada de 20 cm de espesor. Figura 31. Envolvente de fuerza cortante de la viga del eje b (ton-m) Figura 32. Longitud de corte del refuerzo, los DMF y DFC de la vigueta. Figura 33. Plano en planta de la losa aligerado Figura 34. Envolvente de momentos y fuerza cortante del pórtico b (tn-m) Figura 35. Diagrama de envolvente de momentos de la viga del eje B (tn-m) Figura 36. Envolvente de fuerza cortante de la viga del eje B (ton) Figura 37. Longitud de corte del refuerzo, los DMF y DFC de la viga. Figura 39. Plano de distribución de acero de la viga Figura 40. Plano en 3D de la viga 25X55 cm2 Figura 41. Columna T 100X50 16#5 Figura 42. Puntos (Mu,Pu) ubicados en los diagramas de interacción dirección X. Figura 43. Puntos (Mu,Pu) ubicados en los diagramas de interacción dirección Y. Figura 44. Superficie de iteración de la columna T Figura 45. Puntos (Mu,Pu) ubicados en los diagramas de interacción. Figura 46. Diseño final de la columna analizada. Figura 47. Diseño de la columna T en 3D. Figura 48. Distribución de acero longitudinal en la placa Figura 49. Puntos (Mu,Pu) ubicados en los diagramas de interacción. Figura 50. Diagrama de iteración de la placa.. 16 24 32 35 36 40 49 51 53 55 57 57 58 61 64 64 65 67 67 75 76 76 76 77 77 77 79 80 82 82 83 84 90 91 91 93 96 105 106 108 109 110 111 112 115 118 120 120 125 vi. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(8) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. Figura 51. Superficie de iteración de la placa del eje C Figura 52. Sección del muro estructural con 12#4 y 8#3 Figura 53. Muro estructural 3D con 12#4 y 8#3 Figura 54. Distribución de zapatas aisladas unidas con vigas de conexión. Figura 55. Esfuerzos admisibles que soporta el terreno de las zapatas Figura 56. Verificación por punzonamiento de las zapatas Figura 57. Momentos máximos para zapata de cimentación por elementos finitos. Figura 58. Cortante máximo para zapata de cimentación por elementos finitos. Figura 59. Diagrama de momentos para zapatas de cimentación (dirección x) Figura 60. Diagrama de cortantes para zapata de cimentación- (dirección x) Figura 61. Acero longitudinal para zapatas de cimentación (dirección X) Figura 62. Acero longitudinal para zapatas de cimentación (dirección Y) Figura 63. Acero longitudinal para zapatas (en dirección X) Figura 64. Acero longitudinal para zapatas (en dirección Y) Figura 65. Diagrama de envolvente de momentos de la zapata (tn-m) Figura 66. Esquema del diseño final para la zapata aislada del ejemplo. Figura 67. Envolvente de fuerza cortante de la viga del eje b (tn-m) Figura 68. Acero de refuerzo longitudinal de la zapata. Figura 69. La envolvente de momentos de la viga de cimentación. Figura 70. Envalenté de la fuerza cortante de las vigas de conexión Figura 71. Viga de cimentación Figura 72. Sistema de cimentación en 3D Figura 73. Acelerograma Pisco 2007. Figura 74. Solicitaciones en la base de la estructura Figura 75. Solicitaciones en la columna T en dirección X Figura 76. Solicitaciones en la columna T en dirección Y Figura 77. Diagrama de iteración en dirección X Figura 78. Diagrama de iteración en dirección Y Figura 79. Esfuerzo vs deformación de la probeta N° 01 Figura 80. Esfuerzo vs deformación de la probeta N° 02 Figura 81. Esfuerzo vs deformación de la probeta N° 03 Figura 82. Esfuerzo vs deformación de la probeta N° 04 Figura 83. Esfuerzo vs deformación de la probeta N° 05 Figura 84. Esfuerzo vs deformación de la probeta N° 06 Figura 85. Esfuerzo vs deformación de la probeta N° 07 Figura 86. Esfuerzo vs deformación de la probeta N° 08 Figura 87. Esfuerzo vs deformación de la probeta N° 09 Figura 88. Circulo de Mohr para el suelo a una profundidad de 0.8 m Figura 89. Circulo de Mohr para el suelo a una profundidad de 1.5 m Figura 90. Circulo de Mohr para el suelo a una profundidad de 2 m. 125 126 126 128 128 129 130 130 130 131 131 131 132 132 135 136 136 139 140 142 147 147 148 149 152 152 154 155 169 170 171 173 174 176 177 179 180 182 182 182. vii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(9) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Coeficiente para predimensionamiento de vigas principales. Tabla 2. Coeficientes para pre dimensionamiento de columnas Tabla 3. Pesos unitarios para el calculo de carga muerta Tabla 4. Cargas vivas mínimas repartidas Tabla 5. Tabla de constante de diseño Tabla 6. Contribución del refuerzo dependiendo del modo de colocación del estribo. Tabla 7. Operacionalización de variables. Tabla 8. El peso unitario de los materiales de construcción Tabla 9. El peso de una losa aligerada por unidad de área. Tabla 10. Las cargas vivas según su uso. Tabla 11. Espesores mínimos de losa de acuerdo al ACI 318-14 Tabla 12. Espesores mínimos dependiendo de la condición de apoyo Tabla 13. Deflexión máxima admisible calculada Tabla 14. Altura mínima de la viga dependiendo de la condición de apoyo Tabla 15. Altura mínima en vigas principales Tabla 16. Alturas mínimas en vigas secundarias Tabla 17. Metrado de carga para la viga central de cada aula. Tabla 18. Metrado de carga para la viga principal que soporta tabiquería. Tabla 19. Metrado de carga para la viga secundaria. Tabla 20. Metrado de carga Tabla 21. Predimensionamiento de columnas tipo. Tabla 22. Áreas de sección cuadrada o rectangular de columnas Tabla 23. Relación de esbeltez de columnas Tabla 24. Predimensionamiento de columnas tipo: C - 4 Tabla 25. Desplazamientos laterales permisibles en dirección “x” y en dirección “y” Tabla 26. Participación modal de la estructura Tabla 27. Los modos en las tres direcciones. Tabla 28. Participación sísmica estática Tabla 29. Modos de vibración de la estructura. Tabla 30. Participación modal Tabla 31. Fuerzas cortantes absorbidas por los muros Tabla 32. Verificación del valor "R" Tabla 33. Espectro de respuesta sísmica Tabla 34. Fuerza cortante en la base Tabla 35. Centro de masa y centro de rigidez del 1 y 2 piso. Tabla 36. Rigidez por piso según el análisis estático. Tabla 37. Fuerza cortante dinámica en X e Y Tabla 38. Valores para escalar la fuerza cortante. Tabla 39. Fuerzas cortantes aplicadas a cada nivel Tabla 40. Rigidez de la estructura en X e Y Tabla 41. Irregularidad torsional en X Tabla 42. Irregularidad torsional en Y Tabla 43. Irregularidad de rigidez – piso blando en X Tabla 44. Irregularidad de rigidez – piso blando en Y Tabla 45. Irregularidades de resistencia piso débil. Tabla 46. Irregularidades de masa o peso Tabla 47. Momento de volteo en dirección X Tabla 48. Momento de volteo en dirección Y Tabla 49. Momento de resistente por el peso de la escuela.. 19 20 22 22 30 33 38 41 42 42 47 47 47 48 48 48 49 50 50 51 52 52 52 53 54 56 56 58 59 59 62 62 63 65 66 66 67 68 68 69 69 69 70 70 70 71 72 72 72 viii. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(10) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. Tabla 50. Relación del momento resistente respecto al momento de volteo. Tabla 51. Las cargas factorizadas en el primer piso Tabla 52. Derivas debido a las cargas factorizada en el primer piso Tabla 53. Índice de estabilidad Tabla 54. Área aproximada del acero Tabla 55. Verificación del área del acero. Tabla 56. Momentos en las secciones Tabla 57. Área aproximada del acero Tabla 58. Verificación del área del acero. Tabla 59. Momentos en las secciones Tabla 60. Diseño de refuerzo por capacidad. Tabla 61. Momentos a flexión probables Tabla 62. La fuerza cortante de diseño por capacidad Tabla 63. Distribución de acero transversal Tabla 64. Cargas obtenidas del análisis estructural para la columna en estudio. Tabla 65. Combinaciones de carga Tabla 66. Combinaciones de carga Pu y Mu para el sismo en X Tabla 67. Combinaciones de carga Pu y Mu para el sismo en Y Tabla 68. Puntos de la curva de interacción en 90° y 270° Tabla 69. Puntos de la curva de interacción en 0° y 180° Tabla 70. Capacidades MnX-X y MnY-Y. en los nudos relacionadas con Pu. Tabla 71. Combinaciones de Vu sin amplificar y amplificado por 2.5. Tabla 72. Los momentos máximos probables de las vigas Tabla 73. El momento nominal por capacidad de columna del nudo. Tabla 74. La relación de columna fuerte-viga débil Tabla 75. Capacidad y tensión en el nodo Tabla 76. La fuerza cortante debido a las vigas que conectan con el nodo Tabla 77. Cortante por capacidad de vigas en la parte superior de la columna Tabla 78. Cortante por capacidad de columna en la parte superior de la columna Tabla 79. Fuerza cortante de la columna Tabla 80. Condición de confinamiento en el nudo. Tabla 81. Capacidad por corte en la junta Tabla 82. Cargas obtenidas del análisis estructural para la placa en estudio. Tabla 83. Combinaciones de carga Pu y Mu para la columna en estudio. Tabla 84. Deformaciones del muro estructural Tabla 85. Verificación si necesita elementos de borde. Tabla 86. Verificación si necesita elementos de borde por esfuerzo. Tabla 87. Verificación si necesita elementos de borde en el muro Tabla 88. Fuerza cortante que actúa en el muro estructural Tabla 89. Cargas actuantes que soporta la zapata aislada. Tabla 90. Esfuerzo máximo y admisible del suelo Tabla 91. Área aproximada del acero Tabla 92. Verificación del área del acero. Tabla 93. Esfuerzos máximos y mínimos debido a las combinaciones de carga Tabla 94. Área aproximada del acero Tabla 95. Verificación del área del acero. Tabla 96. Refuerzo longitudinal de acero por capacidad. Tabla 97. Momento probable por capacidad. Tabla 98. La fuerza cortante de diseño por capacidad Tabla 99. Distribución de refuerzo transversal por capacidad.. 73 73 73 74 81 81 89 92 92 102 103 104 104 104 106 106 107 108 109 110 112 112 116 116 116 117 117 117 117 117 118 118 119 119 120 121 121 121 123 133 134 135 135 138 140 140 145 146 146 147 ix. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(11) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. Tabla 100. Solicitaciones globales de Pisco 2007 y Dinámico de la norma E 030 Tabla 101. Cargas de Pisco 2007 y Dinámico de la norma E-030 Tabla 102. Comparativo de la respuesta máxima en la columna T del primer piso Tabla 103. Pares (Mu, Pu), considerando el sismo Pisco 2007 en dirección X Tabla 104. Pares (Mu, Pu), considerando el sismo Pisco 2007 en dirección Y Tabla 105. Datos generales de laboratorio Tabla 106. Datos generales la probeta 01 Tabla 107. Deformación del suelo por la fuerza a la compresión de la probeta 01. Tabla 108. Datos generales de la probeta N° 02 Tabla 109. Deformación del suelo por la fuerza a la compresión de la probeta 02. Tabla 110. Datos generales la probeta N° 03 Tabla 111. Deformación del suelo por la fuerza a la compresión de la probeta 03. Tabla 112. Datos generales de la probeta 04 Tabla 113. Deformación del suelo por la fuerza a la compresión de la probeta 04. Tabla 114. Datos generales la probeta N° 05 Tabla 115. Deformación del suelo por la fuerza a la compresión de la probeta 05. Tabla 116. Datos generales la probeta N° 06 Tabla 117. Deformación del suelo por la fuerza a la compresión de la probeta 06. Tabla 118. Datos generales la probeta N° 07 Tabla 119. Deformación del suelo por la fuerza a la compresión de la probeta 07. Tabla 120. Datos generales la probeta N° 08 Tabla 121. Deformación del suelo por la fuerza a la compresión de la probeta 08. Tabla 122. Datos generales la probeta N° 09 Tabla 123. Deformación del suelo por la fuerza a la compresión de la probeta 09. Tabla 124. Se determino la capacidad del suelo. Tabla 125. Esfuerzo promedio de las probetas por capa Tabla 126. Capacidad de carga última del suelo Tabla 127. Capacidad de carga admisible del suelo. 150 150 153 153 154 168 168 169 170 170 171 171 172 172 173 174 175 175 176 177 178 178 179 180 181 181 183 183. x Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(12) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. RESUMEN. La presente tesis tiene como objeto el diseño y análisis estructural de la institución educativa de nivel primaria del caserío de Chagavara de la provincia de Santiago de Chuco; el cual se desarrollará a partir del proyecto de arquitectura ya realizado, compuesto por ambientes destinados para aulas. La institución educativa tiene aula de dimensión de 7m de largo por 9 m de ancho. La institución educativa cuenta con 3 aulas por piso, habiendo solo 3 pisos en la institución. El análisis y el diseño se ha realizado de acuerdo a los requerimientos de las normas NTE 0.20 (Cargas), NTE 0.30 (Diseño sismorresistente), NTE 0.50 (Suelos y Cimentaciones), NTE 0.60 (Concreto armado) y el ACI 318-14 (Concreto estructural). Para el análisis estructural se realizó el estudio de mecánica de suelos, también se realizó un modelo estructural mediante el software Etabs 2016 (el programa permite una representación computarizada del edificio) y el software Safe 2016 (el programa realiza el análisis y diseño de losas aligeradas y cimentaciones de la estructura). Donde el modelo del edificio está conformado por placas (muros de corte), columnas y vigas. Para los techos se usaron losas aligeradas armadas en una dirección. La cimentación está conformada por zapatas aisladas con vigas de conexión. Se obtuvo como resultados un sistema estructural aporticado en dirección X y dual en Y, las derivas fueron de 0.00688 en X y de 0.00590 en Y. El diseño de los elementos fue de la losa aligerada de 20 cm de espesor con una cuantía de 0.64%, la viga central de las aulas fue de 25x55 cm2 con una cuantía de 0.81%. las columnas fueron de forma T y L con una cuantía del 1%, los muros estructurales fueron de 20x120 cm2 con una cuantía de 0.87%. las zapatas son de 2x2 cm2 y vigas de conexión de 30x 80cm2; La profundidad de cimentación es variable, teniendo una profundidad máxima de -1.50 m. El suelo tiene una capacidad admisible de 2.81 kg/cm2.. Palabras claves: Sistema estructural, cimentación, periodo de vibración, fuerza cortante.. xi Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(13) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. ABSTRAC In this research, the design and structural analysis of the Educational Institution of the primary level of the Chagavara farmhouse in the province of Santiago de Chuco; which will be developed from the architectural project already made, composed of environments intended for classrooms. The educational institution has a classroom of 7m long and 9m wide. The educational institution has 3 classrooms per floor, having only 3 floors in the institution. The analysis and design have been carried out according to the requirements of standards NTE 0.20 (Loads), NTE 0.30 (Earthquake Resistant Design), NTE 0.50 (Soils and Foundations), NTE 0.60 (Reinforced concrete) and ACI 318-14 (Structural Concrete). For the structural analysis, the study of soil mechanics was carried out, a structural model was also made using the Etabs 2016 software (the program allows a computerized representation of the building) and the Safe 2016 software (the program performs the analysis and design of lightweight slabs and foundations of the structure). Where the model of the building is made up of plates (cutting walls), columns and beams. Lightweight reinforced slabs were used for the roofs in one direction. The foundation is made up of insulated footings with connection beams. The results obtained were a structural system in the X direction and dual in Y, the drifts were 0.00688 in X and 0.00590 in Y. The design of the elements was of the lightened slab 20 cm thick with an amount of 0.64%, the central beam of the classrooms was 25x55 cm2 with an amount of 0.81%. the columns were of form T and L with an amount of 1%, the structural walls were of 20x120 cm2 with an amount of 0.87%. the shoes are 2x2 cm2 and connection beams of 30x80cm2; The foundation depth is variable, having a maximum depth of -1.50 m. The floor has an admissible capacity of 2.81 kg / cm2.. Keywords: Structural system, foundation, period of vibration, shear stress.. xii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(14) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. I. INTRODUCCIÓN 1.1 REALIDAD DE PROBLEMÁTICA La institución educativa de nivel primaria del caserío de Chagavara de la provincia de Santiago de Chuco, desde su creación hasta la fecha, viene brindando el servicio educativo en forma permanente en ambientes antipedagógicos prestados en un inicio por la comunidad utilizando ambientes precariamente construidos; Luego en el año 2003 con el presupuesto participativo, la comunidad construyo el escuela de un solo piso con muros de material rústico ( adobe y tapial) que no cumplen las medidas de seguridad correspondientes, no cumplen las normas técnicas de infraestructuras determinadas por el Ministerio de Educación, el Reglamento Nacional de Edificaciones y la norma ACI 318-14. En la actualidad esta construcción sin consideraciones del diseño estructural ha quedado en desuso porque la estructura tiene defectos en su diseño, materiales y construcción; en el diseño de esta construcción no se ha tomado en cuenta las fuerzas externas que esta impuesta la estructura a lo largo de su vida útil, por lo que género que colapse la estructura , tampoco tiene una configuración estructural apropiada y una buena disposición de cada elemento estructural tanto sus dimensiones como forma. No se realizó un análisis estructural que conlleve a resultados realistas, no se realizó un dimensionamiento detallado de la estructura para que esta tenga suficiente capacidad de respuesta a fuerzas externas para poder disipar la energía, no existe una distribución eficaz de cargas desde el techo hacia la cimentación por el cual no garantiza la estabilidad general de la estructura, falta de alineación vertical de las paredes, esto genera excentricidades que pueden causar graves problemas en el comportamiento de la estructura. Falto de acero en las cimentaciones de esta construcción, y por los asentamiento del suelo se generaron grietas en las bases, no existen vigas que puedan soportar cargas externas y hacer el arriostramiento con las columnas para incrementar su resistencia de diseño de la estructura, estas columnas están construidas de material de adobe por lo que su resistencia disminuye y conlleva a pisos débiles y en caso de actuar fuerzas externas en la estructura estas originan severos daños, además no existe resistencia de vigas.. 1 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(15) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. El techo de la escuela está construido de madera y cobertura de teja de arcilla está con una inadecuada pendiente, esto genera filtraciones de agua que conlleva a daños importantes. Los anclajes son inapropiados de esta construcción para paredes, puertas, ventanas que esto genera el desprendimiento de los elementos mal anclados. La estructura esa realiza con un material muy pesado que genera elevadas fuerzas inerciales que originan solicitaciones elevadas. Esta construcción es frágil debido a los materiales de construcción, donde para una pequeña deformación en estos materiales se fisuran, la estructura es larga por lo que no es simétrica y el efecto es severo al movimiento de los sismos por lo que los esfuerzos internos se incrementan. Toda esta configuración de esta estructura hace que sea vulnerable a los desastres naturales. En la escuela existe heterogeneidad de rigideces entre los elementos estructurales, por combinar muros de diferentes materiales, esto genera la excentricidad entre el centro de rigidez y centro de masa, por lo que la estructura es susceptible a la torsión y originando que la estructura se deforme. En la escuela coexisten elementos rígidos y flexibles como es el caso del techo de madera y pared de adobe, que generan comportamientos inadecuados frente a fuerzas del sismo. No se utilizó materiales de primera calidad, en esta construcción se realizó de adobe y tapial sin considerar el control de calidad de los materiales, tampoco se cumplió con las normas de calidad de estos materiales. En su construcción tiene defectos, esto es debido a la falta de supervisión y control de la obra, la escasez de mano de obra especializada porque esta obra lo realizaron los padres de familia del caserío de Chagavara sin tener conocimiento técnico de diseño de una estructura, no cumplieron con las normas del reglamento nacional de edificaciones vigente y sin asesoría de profesionales calificados. La construcción tiene daños en su estructura por sobrecarga, por columna corta, variaciones de rigidez a lo largo del edificio, deslizamiento del terreno y ataque de sustancias químicas a las paredes y cimentaciones. Además, la escuela tiene deterioros por cambios de temperatura, secado y mojado de paredes debido a las fuertes lluvias que soporta la estructura que genera humedad que ha debilitado los elementos estructurales, filtración en las paredes y los techos con goteras que caen a las paredes; debido a las reacciones de los sulfatos sus cimientos están incompletos, además por el transcurrir el tiempo la estructura se ha ido. 2 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(16) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. deteriorando por la acción del medio ambiente. Esta antigua construcción esta con agrietamiento de paredes, descascaramientos de la madera, el material de las columnas y el suelo de las paredes. Los baños son letrinas con muros que tienen grietas; la estructura en la actualidad ha quedado en desuso, lo cual los profesores y alumnos están haciendo clases en aulas prefabricadas. En el año 2017 la escuela de Chagavara cuenta con una población de estudiantes que se encuentran inadecuadamente atendida, con ambientes sin las condiciones de seguridad y comodidad, debido a la falta de una adecuada infraestructura, insuficiente mobiliario y equipos de acuerdo con la modernidad tecnológica. Esta situación actual merma la calidad del servicio educativo, afectando a los alumnos en su aprendizaje, en su desarrollo físico, emocional e intelectual. Genera la incomodidad en los profesores al no contar con aulas cómodas, seguras sin temor a tener en cualquier momento accidentes, además por no tener ambientes administrativos en óptimas condiciones de confort y seguridad. Por otro lado, nuestro país es una zona altamente sísmica, según el IGP en lo que va del 2018 han ocurrido 39 sismos en enero y febrero. (Instituto Geofísico del Perú, 2018) Estos sismos generan desastres como la destrucción de escuelas, colegios, universidades, hospitales, obras civiles generando pérdidas económicas, equipo, mobiliario; además provoca accidentes, pérdida de vidas de alumnos, profesores, etc. Ante ello no podemos descartar las experiencias ocurridas en nuestro país y en el mundo, donde estructuras de cualquier tipo se han visto afectadas por los movimientos sísmicos de la tierra y las consecuencias han sido trágicas con la pérdida de miles de vidas humanas, destrucción de infraestructuras como escuelas, bienes y propiedades de un valor sumamente alto. Por otro lado, en nuestra sierra peruana por las fuertes lluvias, estas generan inundaciones, deslizamiento de taludes, derrumbes de piedras, el incremento del caudal de los ríos que trae como consecuencia el asentamiento del terreno cerca del rio donde se origina destrucciones de viviendas y escuelas que se ubican en lugares cercanos al rio. En el caso de la escuela antigua en Chagavara sufrió una inundación, además el terreno sufrió asentamientos.. 3 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(17) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. El 24 de enero del 2016 se aprobó la modificatoria a la normativa E-030 del RNE, aumentando la zona 4 de mayor intensidad (Zona costera) y la provincia de Santiago de Chuco está en la Zona 3 (altamente sísmica). Por lo cual, en el caserío de Chagavara, en los últimos años se viene registrando constantes movimientos sísmicos, las cuales son severos y de baja intensidad. El análisis y diseño estructural de edificaciones es uno de los temas más importantes en la determinación de los elementos en la estructura y en la construcción de las estructuras de concreto armado, sin embargo, los diseños estructurales de escuelas de concreto armado son realizados mediante métodos tradicionales, que no se rigen en el reglamento nacional de edificaciones , además no toma en cuenta una gran cantidad de variables que influyen en el comportamiento de la estructura, dando respuestas que se alejan a la realidad y trae como consecuencia la vulnerabilidad, la falta de seguridad de la estructura.. 1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ¿Cuál es la evaluación del diseño estructural del Centro Educativo-Nivel Primaria en el caserío de Chagavara, Santiago de Chuco en el 2018 de acorde a la normatividad vigente?. 1.3 HIPÓTESIS El diseño de todos los elementos estructurales tendría que adecuarse al Reglamento Nacional de Edificaciones: la E020 de cargas, la E030 de diseño sismorresistente, la E050 de suelos y cimentaciones, la 060 de concreto armado, E090 de acero y la norma ACI 318-14, para la optimización de los materiales y tener una seguridad estructural para evitar que el Centro Educativo-Nivel Primaria en el caserío de Chagavara colapse.. 4 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(18) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. 1.4 OBJETIVOS DE INVESTIGACIÓN Objetivo General: Realizar la evaluación del diseño estructural del Centro Educativo-Nivel primaria en el caserío de Chagavara-Santiago de Chuco en el 2018.. Objetivos Específicos: •. Realizar el estudio de mecánica de suelos para determinar la capacidad portante del terreno y los asentamientos de la infraestructura de la escuela, para establecer las características y tipos de cimentación para cumplir con las exigencias de la Norma E – 050 del Reglamento Nacional de Edificaciones.. •. Desarrollar una configuración estructural apropiada con un predimensionamiento y metrado de cargas según la norma E020.. •. Desarrollar y explicar el análisis y diseño estructural, mediante el modelamiento de la estructura de concreto armado, haciendo uso de los programas SAP 2000 V20, ETABS V16, RISA 3D V8.1 Y SAFE V16. Con el fin de obtener el diseño de los elementos estructurales que están optimizados y contrastar con los límites permisibles requeridos por las normas E-030, E- 060 y la E-090 del Reglamento Nacional de Edificaciones, así como la norma ACI 318-14.. •. Elaborar el presupuesto de estructuras del proyecto mediante el uso del software S10 con la normativa vigente. 1.5 JUSTIFICACIÓN En las escuelas se tiene que realizar estructuras de concreto armado con un apropiado diseño estructural que presente seguridad estructural, para mejorar la calidad de vida de la población estudiantil, y también evitar accidente o pérdida de vidas humanas. Como se conoce, nuestro país se ubica en una zona altamente sísmica lo cual conlleva a realizar un adecuado análisis y diseño estructural, para ello se debe realizar la evaluación del diseño estructural de las obras más importantes según la norma E030, para diseñar una estructura se debe respetar los parámetros comprendido en el Reglamento Nacional de Edificaciones y la Norma ACI 318-14, para cada elemento estructural, para que estas estructuras puedan ser capaces de soportar desastres naturales y evitar que la estructura colapse. 5 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(19) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. Una de la justificación es de realizar la optimización de materiales en los elementos estructurales mediante un análisis de diseño estructural: realizando una configuración estructural apropiada con una buena distribución de los elementos estructurales considerando una simetría en planta para evitar los efectos de torsión en el que el edificio gira con respecto a su centro de rigidez, la estructura debe de ser sencilla no muy elongada y simétrica tanto en planta como en altura, la estructura debe ser lo más liviana posible para disminuir las fuerzas inerciales, el edificio debe de ser suficientemente rígido y dúctil limitando las derivas de entre piso, se debe realizar una apropiada distribución de las cargas de manera que la resistencia de la estructura dependa de todos los elementos de la estructura y así evitar el colapso de la estructura, también el edificio tiene que tener un desempeño dúctil a la acción de fuerzas externas. También para una configuración estructural apropiada se de evitar la incompatibilidad estructural, se debe evitar las columnas cortas por lo que se debe garantizar que la resistencia de las columnas sea más fuerte que las vigas. Además, se debe evitar el arrostramiento parcial de las columnas, también evitar grandes concentraciones de esfuerzos de cortantes y tenciones en los nodos de la estructura, evitar entrepisos que no poseen resistencia al corte, evitar la variación brusca de rigidez, resistencia y ductilidad a lo largo de la altura de la estructura. Se debe realizar una selección adecuada del tipo de estructura de concreto armado que pueda soportar fuerzas externas de acuerdo con el uso y el medio ambiente, de manera que el comportamiento de la estructura sea el más eficiente. Se tiene que realizar un dimensionamiento detallado por cada elemento que suministre resistencia a la estructura y tenga la capacidad de absorción y disipación de energía. Utilizando materiales de primera calidad como considerando la resistencia del concreto sea la más eficiente para cada elemento, el refuerzo de acero se debe diseñar con la área de acero proporcionada con el más próximo al área de acero requerido para cada elemento, además con una adecuada distribución de acero por ejemplo la separación de estribos en vigas y columnas, también considerando una longitud de desarrollo de acuerdo a la normativa ACI 318-14 en el capítulo 25 que norma el detalle del refuerzo considerando la longitud de desarrollo, además. con un adecuado. recubrimiento del acero según sea el tipo del elemento;. 6 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(20) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. Para la optimización de los materiales se considera las dimensiones y la geometría más eficiente para que cada elemento, para que esta pueda soportar las cargas de diseño estáticas y dinámicas, también para cada elemento estructural según su tipo tenga el mejor desempeño posible, todo lo anterior se realizara con el propósito que la estructura sea segura para los desastres naturales, con la optimización de materiales se genera un menor costo de construcción de la estructura. El estudio del diseño de una estructura importante también se justifica académicamente porque se realizará un análisis, modelamiento y diseño de la estructura de una escuela del caserío de Chagavara aplicando la tecnología moderna para el modelamiento de la edificación; para ello se realizara con los programas ETABS Versión 2016(superestructura), SAP2000 V20 y el RISA 3D, de acuerdo de las normas de Diseño Sismorresistente y del Diseño Estructural y de cargas, Para el diseño de la loza y la cimentación se utiliza el programa SAFE 2016(subestructura). Todo el modelamiento de la estructura se realizará de la forma más real posible, para ello se tomará todos los datos para su análisis y diseño, para desarrollar una infraestructura segura y funcional en nuestro País. El modelo se revisará que cumpla con el Reglamento Nacional de Edificaciones y la Norma ACI 318-14.. 7 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(21) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. II. MARCO TEÓRICO 2.1 ANTECEDENTES En la tesis de investigación de RUIZ & VEGA, 2014. Titulada: “Diseño estructural de la I.E. Manuel González Prada - Nivel primaria, Distrito de Quiruvilca, Santiago De Chuco - La Libertad”. Tiene como objeto el diseño estructural de una edificación destinada para fines educativos, ubicado en el Distrito de Quiruvilca – Provincia de Santiago de Chuco – Región La Libertad; el cual se desarrollará a partir del proyecto de arquitectura ya realizado, compuesto por ambientes destinados para aulas, bibliotecas, salas de cómputo, baños para hombres y mujeres, coliseo entre otros ambientes; dicha infraestructura se construirá sobre un terreno de 3,858.02m2. El análisis y el diseño se realizó de acuerdo a los requerimientos de las Normas NTE E.020: (Cargas), NTE E.030 (Diseño sismorresistente), NTE E.050 (Suelos y cimentaciones), NTE E.060 (Concreto armado), NTE E.070 (Albañilería), NTE E.090 (Estructuras metálicas), y en lo que corresponda: ACI 318 – 11, AISC 36011 (Specification for Structural Steel Building) y structural welding code - steel (AWS a.5.1-2004). Para el análisis estructural se ha considerado el Estudio de Mecánica de suelos, elaborado por Huertas Ingenieros S.A.C., se han usado los programas Etabs y Risa3D (programas que toman en cuenta las propiedades únicas inherentes a los modelos matemáticos del edificio, permitiendo una representación computarizada del edificio real: piso a piso y nivel a nivel). Para la respuesta del modelo ante la acción sísmica se usó el método estático y el dinámico seudo espectral. En cuanto al diseño, se consideraron vigas de 25x65 cm, para cubrir longitudes de 6m, las vigas están acopladas al sistema de columnas de 35x80 cm, el aligerado es en una sola dirección, en la cimentación se ha diseñado un sistema de zapatas corridas en forma de “T” invertida, para el caso de la Cobertura metálica, se han definido los perfiles basándose en las cargas axiales y siguiendo las normas del AISC 360-11. Adicionalmente, se diseñaron escaleras autoportantes para algunos de los bloques. Y, por último, se elaboró el presupuesto de la estructura, mediante el programa S10 Costos y Presupuestos, con precios que fueron cotizados al mes de junio. Llegaron a las siguientes conclusiones: Se analizó el bloque A usando el software ETABS 9.7.4, el cual es una estructura de concreto armado con muros 8 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(22) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. estructurales en el eje X y pórticos para el eje Y; lo que resulto para nuestra estructura una deriva máxima del 0.0053 para el eje X y una deriva máxima de 0.0064 para el eje Y. El diseño de las losas y vigas arrojaron los siguientes resultados: Para las losas aligeradas en una dirección se obtuvo un espesor de 20 cm y una cuantía de 0.32%, Se diseñó la viga V205-V206se ha obtenido un peralte de 65 cm y una cuantía de 0.56%, En vigas secundarias tenemos dimensiones de 25x45, pero con la finalidad de optimizar la estructura, se cambió a 25x65 evitando así rotulas plásticas y uniformizar la estructura para un mejor desempeño.. En la tesis de investigación de MEZA, 2014. Titulada: “Diseño estructural de un edificio de concreto armado de cinco pisos y un semisótano ubicado en la ciudad de Arequipa”. El presente trabajo consiste en el diseño estructural de un edificio multifamiliar con un semisótano y cinco pisos, que se ubica en el distrito de Cayma, en la ciudad de Arequipa. El sistema estructural del edificio está conformado por muros de corte, columnas y vigas de concreto armado. Los techos constan de losas aligeradas en una y dos direcciones y losas macizas armadas en dos direcciones, las que conforman el diafragma rígido de cada nivel. La cimentación está conformada por zapatas aisladas, zapatas combinadas, zapatas conectadas mediante vigas de cimentación y cimientos corridos. El análisis sísmico se realizó de acuerdo con los parámetros de la Norma E 0.30 verificando que la estructura cumpla con los mismos. El modelo sísmico se realizó con el programa ETABS, obteniéndose mediante este análisis, la respuesta de la estructura ante el espectro de pseudo-aceleraciones proporcionado por la Norma, de donde se obtuvieron las solicitaciones sísmicas bajo las que se encuentra cada elemento. En cuanto a las cargas de gravedad se realizó el metrado de cada elemento para luego realizar el modelo correspondiente con la asistencia del programa SAP2000. La estructuración a adoptar debe cumplir tanto con los requisitos estructurales como con los requisitos arquitectónicos, buscando siempre cumplir con los criterios básicos, como simetría, simplicidad y regularidad. Todo esto con el objetivo de que la estructura resultante ofrezca un nivel de seguridad razonable, respete el diseño arquitectónico y sea económicamente viable.. 9 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(23) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. Llegaron a las siguientes conclusiones: De acuerdo con la Norma E.030 el edificio en estudio no cumple con todos los requisitos para ser regular por presentar esquinas entrantes; por lo tanto, se debe cumplir con que la fuerza cortante obtenida en la base del análisis dinámico sea por lo menos el 90% de la calculada mediante un análisis estático. Por ello, las cargas sísmicas se amplificaron por 1,3 en la dirección X-X y por 1,4 en la dirección Y-Y. Con respecto al diseño por capacidad que indica la Norma E.030 en el capítulo 21, se pudo concluir que, en vigas donde la influencia del sismo no es muy significativa, pero que presentan cargas de gravedad elevadas, el diseño por corte lo gobernará la combinación 1.4 CM + 1.7 CV. Finalmente, los estribos colocados por confinamiento requeridos por la Norma cumplen, en la mayoría de los casos, los requisitos por fuerza cortante y capacidad. Se recomiendo no utilizar un sistema estructural netamente aporticado, dado que la norma específica requerimientos muy difíciles de satisfacer y además pueden resultar antieconómicos o constructivamente complicados. En el caso del diseño por capacidad para un sistema aporticado, la norma castiga con un factor de 1,25 para este tipo de sistemas, con la finalidad de que se formen las rótulas plásticas en la unión viga-columna. También busca siempre que la columna sea más fuerte que la viga, ya que la rótula debe formarse en la unión viga-columna, pero en la zona de la viga. Además, los desplazamientos son los que generan daños en una estructura y conseguir una estructura rígida sólo con pórticos es prácticamente imposible. Por esto, se recomienda incluir muros de corte en el sistema estructural de un edificio.. En la tesis de investigación de CUTIPA, 2015. Titulada: “Análisis y diseño estructural del centro cívico en la ciudad de Jose Domingo Choquehuanca, del distrito de Jose Domingo Choquehuanca – Azangaro - Puno”. El presente proyecto de tesis desarrolla el análisis y diseño estructural de un centro cívico en la ciudad de José Domingo Choquehuanca, dicho centro cívico está constituido por dos edificaciones que tienen las siguientes características: Bloque A: edificio que consta de tres pisos destinado para servicios múltiples. Bloque auditorio: edificio que consta de dos pisos destinado para eventos culturales. Todos los análisis y cálculos de diseño se hicieron de acuerdo con el Reglamento Nacional de Edificaciones y a las distintas normas que lo componen.. 10 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(24) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. El análisis sísmico se hizo mediante el uso del programa SAP 2000, con el cual se modeló los edificios y se aplicaron las fuerzas de sismo, obteniéndose así los valores de momentos y fuerzas cortantes correspondientes. Es importante optar una metodología más rígido y estricto en el proceso de desarrollo del análisis y diseño de una edificación; y más aún si está destinado a servicios de almacenaje, pues depende del diseño, la seguridad estructural y la de los usuarios, razón por el cual es significativo optar un carácter cuidadoso en el hallazgo de valores más reales, sin dejar de lado el cumplimiento de las normas y reglamentos peruanos de edificación. Llegaron a las siguientes conclusiones: Se realizó el modelado de dos edificaciones denominados Bloque auditorio adoptando un sistema estructural de concreto armado aporticado y bloque a adoptando un sistema estructural de concreto armado dual, donde los desplazamientos laterales producidos durante la acción de un sismo de las dos edificaciones son menores a los máximos establecidos por la norma peruana.. En la tesis de investigación de ARAPA, 2017. Titulada: “Análisis y diseño estructural en concreto armado del edificio multifamiliar de siete niveles en el centro poblado de Jayllihuaya”. El Análisis y Diseño Estructural en Concreto Armado, propuesto para la infraestructura del edificio multifamiliar de siete niveles en el centro poblado Jayllihuaya, permitirá ofrecer seguridad y funcionalidad estructural y cumplir con las exigencias. El proyecto está destinado para departamentos, 2 tiendas estacionamiento para 6 vehículos, siendo una edificación de 07 niveles y con área de terreno de 197.5 m2. Se realiza estudio de suelos una exploración de SPT donde nos da una resistencia del suelo de 1.84 kg/cm2, tomándose para el diseño los resultados proporcionados. Se realiza 2 propuestas cuyos resultados obtenidos en derivas máximas son de 0.0065, 0.00383 en sentidos al eje x, y donde se encuentra dentro del parámetro permitidos de la norma con un periodo 0.574 y la participación de masas mayor al 90% en el sexto periodo que son de 64.5 en eje x, 90.4 en eje y donde el periodo es de 0.091. Se muestra escalonamiento de cortantes, ya que es menor del 80% la cortante dinámica a la estática, escalonados al 80% mínimo se obtuvo una cortante de 268.465 ton en sentido al eje x y de 268.464 ton en el sentido al eje y. se realiza el. 11 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(25) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. diseño estructural de los elementos estructurales mediante hojas de cálculo y a través del software bajo las normas ACI 318-08. El presente proyecto tiene una vital importancia para la consulta y desarrollo del análisis y diseño de edificaciones en concreto armado. Con la viabilidad del presente proyecto se mejora la calidad de vida. La necesidad de desarrollar infraestructuras seguras y funcionales se hace una necesidad en la ciudad de Puno y el resto del País, por ser una zona de alto riesgo sísmico. Llegaron a las siguientes conclusiones: Para el modelamiento se usó software como el Etabs y Safe, adoptando un sistema estructural en de muros estructurales ya que el muro absorbe el 88% de la cortante en sentido del eje x, 96% en sentido al eje y, que es más del 70% de cortante los muros estructurales.. En la tesis de investigación de MERINO,2013. Titulada: “Desempeño sismorresistente del edificio 4j de la Universidad Nacional de Cajamarca”. El presente trabajo de investigación tiene la finalidad de predecir el comportamiento del edificio 4J de la Universidad Nacional de Cajamarca ante la ocurrencia de eventos de naturaleza sísmica, usando el procedimiento propuesto por la Applied Technology Council (ATC), en su documento ATC-40 emitido el año 1996. El procedimiento usado es el Análisis Estático No Lineal (AENL), que es el procedimiento más usado de los tres propuestos por el mismo documento. Para determinar el desempeño sismorresistente del edificio 4J se realizó el modelamiento de la estructura del edificio usando el programa SAP 2000, usando la información de los planos estructurales del mismo; al modelamiento se le aplico las cargas tanto gravitacionales como sísmicas para poder realizar la simulación de la forma en que la estructura incursiona en el rango elástico, lo cual se logra con la determinación de la curva de capacidad. Finalmente, el nivel de desempeño de la estructura se obtiene hallando el punto de desempeño que se obtiene superponiendo las gráficas del espectro de demanda y el espectro de capacidad (este espectro es la representación de la curva de capacidad en coordenadas Aceleración versus Desplazamiento). La presente investigación se realizó con el fin de analizar el edificio 4J de la Universidad Nacional de Cajamarca y verificar el desempeño de la misma, esto se logró evaluando la manera en que la estructura va incursionando en el rango plástico, al aplicar separadamente cuatro niveles diferentes de amenaza sísmica. 12 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(26) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. Llegaron a las siguientes conclusiones: Las derivas para los sismos según el espectro de respuesta, sismo ocasional y sismo raro (aplicados en la dirección X) fueron menores a la deriva máxima para estructuras de concreto armado que propone la Norma E-030. Las derivas alcanzadas para todos los sismos aplicados en la dirección Y fueron menores que la deriva máxima propuesta por la norma E-030.. En la tesis de investigación de BERNALES, 2018. Titulada: “Análisis y diseño de un edificio de concreto armado de dos sótanos y siete pisos ubicado en Cerro Colorado – Arequipa”. La presente tesis tiene como objetivo el análisis y diseño estructural en concreto armado de una edificación destinada a oficinas, en la cual se van a evaluar distintas alternativas estructurales para las losas de entrepiso, estas alternativas son: Losas aligeradas unidireccionales y bidireccionales, losas macizas y losas mixtas con lámina colaborante o losa DECK, posteriormente se tomará la decisión de que alternativa usar basándonos en un análisis de costos y de cargas muertas. La edificación consta de 7 pisos para oficinas y 2 sótanos para estacionamientos, dicha edificación se localizará en el distrito de Cerro Colorado en la ciudad de Arequipa sobre un terreno que posee una capacidad portante de 2.49 kg/cm2, valor obtenido del estudio de suelos. En los capítulos iniciales se realizarán la introducción, estructuración y predimensionamiento, análisis y diseño de las distintas alternativas para losas de entrepiso, luego se realizará un análisis de costos y de cargas muertas para poder tomar la decisión de cual alternativa estructural usar, posteriormente se completarán los predimensionamientos de los diferentes elementos estructurales que faltan. A continuación, procederemos a realizar el modelo en el programa ETABS obteniendo el análisis de la edificación, puntualmente el programa SAFE nos dará el análisis de losas y cimentaciones, y el programa SAP 2000 nos dará el análisis de los muros anclados y muros de cisterna. Luego procederemos a realizar el diseño de los distintos elementos estructurales y finalmente reflejaremos estos diseños en planos. Llegaron a las siguientes conclusiones: En cuanto a la elección óptima considerando el análisis de costos realizado para las diferentes losas de entrepiso que se utilizarían con las dimensiones libres de 7.200 m x 7.125 m tenemos que: Losa aligerada bidireccional (peralte de 30 cm) a 117.14 soles/m2; Losa maciza (peralte de. 13 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(27) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. 25 cm) a 124.98 soles/m2; Losa DECK AD-600 calibre 20 (peralte de 11 cm) a 107.27 soles/m2. Obtuvieron las siguientes cargas muertas de servicio: losa aligerada bidireccional (peralte de 30 cm) a 465 kg/m2; losa maciza (peralte de 25 cm) a 600 kg/m2; losa DECK AD-600 calibre 20 (peralte de 11 cm) a 190 kg/m2.Finalmente se tomó la decisión de usar losas mixtas con lámina colaborante debido al costo en material, la muy considerable diferencia entre las cargas muertas y el menor tiempo que demora su proceso constructivo; esta alternativa solo se utilizó en los pisos superiores; en los sótanos se utilizaron losas macizas. En el diseño de las losas mixtas con lámina colaborante no se ha visto necesario el uso de conectores de corte, esto debido a que estos elementos garantizan el monolitismo entre las vigas y las losas, y en nuestro caso las vigas y las losas son de concreto armado y se vacían simultáneamente garantizando ya de este modo el monolitismo requerido, haciendo irrelevante el uso de dichos conectores.. 14 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(28) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. 2.2 BASES TEÓRICAS 2.2.1 PROPIEDADES DE SUELOS Al evaluar el suelo de fundación es necesario efectuar un estudio de suelos que involucra determinar. las propiedades físico- mecánicas que las. distingue entre sí, tales como su estado de cohesión, ángulo de fricción interna, estratigrafía, peso específico, humedad, granulometría, capacidad portante, asentamientos, coeficiente de balasto, etc. Para evaluar estas características se procede a realizar ensayos de laboratorio en lo que respecta a estudio de mecánica de suelos. La capacidad admisible de un suelo depende del menor de dos condiciones: 𝑞𝑎𝑑𝑚 =. 𝑞𝑢 𝐹𝑆. ò. 𝑞𝑎𝑑𝑚 = 𝑞 𝑎𝑠𝑒𝑛𝑡 𝑎𝑑𝑚. (2.1). teorías de la capacidad portante del suelo son las siguientes: a) Teoría clásica Terzaghi (1943) fue el primero en presentar una teoría para evaluar la capacidad última de carga de cimentaciones superficiales, la cual dice que una cimentación es superficial si la profundidad Df de la cimentación es menor que o igual al ancho de la misma. Sin embargo, investigadores posteriores han sugerido que cimentaciones con Df igual a 3 ó 4 veces el ancho de la cimentación se definen como cimentaciones superficiales. Y sugirió que para una cimentación continua o de franja (es decir, la razón de ancho a largo de la cimentación tiende a 0), la superficie de falla en un suelo bajo carga última se supone similar a la mostrada en la figura, (notar que este es el caso de la falla cortante general). El efecto del suelo arriba del fondo de la cimentación se supone reemplazado por el efecto de una sobrecarga equivalente q=γ*Df (donde γ=peso específico del suelo). La zona de falla bajo la cimentación se separa en tres partes (véase la figura 1).. 15 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(29) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. Figura 1. Zonas de falla bajo la cimentación Fuente: Braja M. Das, Principios de ingeniería de cimentaciones. 𝑞𝑢 = 𝑐𝑁 + 𝑞𝑛𝑞 + 𝛾. 𝐵 𝑁 2 𝛾. (2.2). Dónde: qu= Capacidad de carga ultima. c= Cohesión. q= γ*Df γ= Peso específico. Nc, Nq, Nγ= Factores que dependen de ϕ. Para un cimiento cuadrado de lado B, la capacidad portante ultima seria: 𝑞𝑢 = 1.3𝑐𝑁 + 𝑞𝑛𝑞 + 0.4𝛾𝐵𝑁𝛾. (2.3). b) Teoría actual Para tomar en cuenta la forma de la cimentación, la resistencia cortante a lo largo de la superficie de falla encima del fondo de cimentación y además la carga puede estar inclinada, Meyerhof (1963) sugirió la siguiente forma para la ecuación de capacidad general de carga: 1 𝑞𝑢 = 𝑐𝑁𝑐 𝐹𝐶𝑐𝑠 𝐹𝐶𝑑 𝐹𝑐𝑖 + 𝑞𝑁𝑞 𝐹𝑞𝑠 𝐹𝑞𝑑 𝐹𝑞𝑖 + 𝛾𝐵𝑁𝛾 𝑁𝛾 𝐹𝛾𝑠 𝐹𝛾𝑑 𝐹𝛾𝑖 2. (2.4). Dónde: •. qu = Capacidad de carga ultima. c = Cohesión. q = γ*Df γ = Peso específico.. •. B = Ancho de la cimentación (diámetro para una cimentación circular). •. Nc, Nq, Nγ = Factores que dependen de ϕ.. •. Fcs, Fcd, Fci = Factores de forma.. •. Fqs, Fqd, Fqi = Factores de profundidad.. 16 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(30) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. •. Fγs, Fγd, Fγi = Factores de inclinación de carga.. 2.2.2 ESTRUCTURACIÓN La estructuración de un edifico consiste en disponer y distribuir los elementos estructurales de forma adecuada, es decir, ubicarlos de tal manera que el edifico presente un buen comportamiento frente a cargas de gravedad y/o sismo. (Meli, 1999). En términos generales, podemos establecer los cuatro requisitos siguientes como lo señala Bazán & Meli;(1999, pag.175), para el sistema estructural de edificios en zonas sísmicas: •. El edificio debe poseer una configuración de elementos estructurales que. confieran resistencia y rigidez a cargas laterales en cualquier dirección. •. La configuración de los elementos estructurales debe permitir un flujo. continuo, regular y eficiente de las fuerzas sísmicas desde el punto de vista en que estos se generan hasta el terreno. •. Hay que evitar amplificaciones de las vibraciones, las concentraciones de. solicitaciones y las vibraciones torsionales que pueden producir la distribución irregular de masas o rigidices en planta o elevación, para tal fin conviene que la estructura sean lo más posible: Sencilla, regular, simétrica y continua. •. Los sistemas estructurales deben disponer de redundancia y de capacidad. de deformación inelástica que les permitan disipar la energía introducida por sismos de excepcional intensidad, mediante elevado amortiguamiento inelástico y sin la presencia de fallas frágiles local y global. 2.2.3 PREDIMENSIONAMIENTO En esta sección se indican criterios y recomendaciones prácticas para el dimensionamiento de los diferentes elementos estructurales, éstos han sido establecidos basándose en la práctica de muchos ingenieros y a lo estipulado en el RNE E – 0.60 o entre los Requisitos Arquitectónicos y de ocupación. Se trata de asignar preliminarmente las secciones de los elementos componentes del sistema estructural con fines de estimar adecuadamente el peso propio de la estructura y para modular inicialmente la geometría que está relacionada a la capacidad estructural de los elementos, es en la etapa final del proyecto estructural de que se define las. 17 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(31) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. características detalladas y geometría definitiva de los elementos que conforma el soporte o esqueletos del proyecto. En esta etapa se considera el tipo de material estructural que se considera en el proyecto.. PRE DIMENSIONAMIENTO LOSA ALIGERADA Según el Reglamento Nacional de Edificaciones, recomienda para sobrecargas menores a 300 Kg/m2 y luces menores de 7m, en losas aligeradas armadas en una dirección mantener un espesor de losa de: ℎ≥. 𝐿 25. (2.5). Dónde: h = Espesor de la losa L = Luz entre apoyos En el Perú se fabrican ladrillos de sección cuadrada de 30x30 cm con una altura variable de 12, 15, 20 y 25 cm, con lo cual el espesor de losa a escoger queda restringido a ciertos valores. Los aligerados armados en dos direcciones se usan generalmente cuando se tienen paños más o menos cuadrados y de luces mayores a los 6 metros, en estos casos se podrá considerar: h = 25 Para luces comprendidos entre 6.50 y 7.50 m. h = 30 Para luces comprendidos entre 7.00 y 8.50 m. Pero no menor que 9 cm. (d) En los bordes discontinuos debe disponerse una viga de borde que tenga una relación de rigidez αf no menor de 0.8, o bien aumentar el espesor mínimo requerido por las dos premisas anteriores, por lo menos un 10% en el panel que tenga un borde discontinuo.. PRE DIMENSIONAMIENTO DE VIGA Existen criterios prácticos para determinar el peralte de vigas, que dan buenos resultados, con cargas vivas no excesivas. Las vigas son elementos sometidos a flexión, el peralte deberá estar entonces en función de la longitud y la carga. Según Morales Morales (2008, p.86), tenemos: ℎ≥. 𝐽𝑛 𝛼. (2.6 ) 18. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(32) BIBLIOTECA DIGITAL - DIRECCIÓN DE SISTEMAS DE INFORMÁTICA Y COMUNICACIÓN. 𝛼=. 4. (2.7). √𝑊𝑢. Dónde: Ln = Luz libre entre apoyos. Wu = Carga ultima. Tabla 1. Coeficiente para predimensionamiento de vigas principales. S/C (Kg/m2). α. 200 13 250 12 500 11 750 10 1000 9 Fuente: Morales Morales, Roberto: Diseño en Concreto Armado El ancho puede estimarse mediante: 𝑏= Donde:. 𝐵 20. (2.8). B = Ancho tributario. PRE DIMENSIONAMIENTO DE COLUMNA Las columnas se encuentran sometidas a cargas de compresión y flexión, por tal motivo en su pre dimensionamiento se consideró ambos efectos actuando simultáneamente, evaluando cuál de los dos es el que gobierna en forma más influyente el dimensionamiento. Para fines de dimensionamiento las columnas se clasifican según Morales Morales (2008, p.88): •. C1=Columna central. •. C2=Columna extrema de un pórtico principal interior. •. C3= Columna extrema de un pórtico secundario interior. •. C4=Columna en esquina. •. AT=Área tributaria. Las columnas se pre dimensionan con:. 19 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.