Estudio comparativo de costos, programación, diseño sismorresistente, entre el sistema dual y muros de ductilidad limitada de un edificio multifamiliar de 7 pisos ubicado en Cerro Colorado Arequipa

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(1)UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL. “ESTUDIO COMPARATIVO DE COSTOS, PROGRAMACIÓN, DISEÑO SISMORRESISTENTE, ENTRE EL SISTEMA DUAL Y MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA DE UN EDIFICIO MULTIFAMILIAR DE 7 PISOS UBICADO EN CERRO COLORADO - AREQUIPA.” TOMO I TESIS PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL. PRESENTADO POR LOS BACHILLERES: Sullca Vilca, Luis Alfredo Condori Mayta, Cristian Cristobal ASESOR DE TESIS: ING. JOHN ARAGON BROUSSET. AREQUIPA – 2018.

(2) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL. Título de tesis:. “ESTUDIO COMPARATIVO DE COSTOS, PROGRAMACIÓN, DISEÑO SISMORRESISTENTE, ENTRE EL SISTEMA DUAL Y MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA DE UN EDIFICIO MULTIFAMILIAR DE 7 PISOS UBICADO EN CERRO COLORADO - AREQUIPA.” Nombre de los tesistas:. Bach. Condori Mayta, Cristian Cristobal. Bach. Sullca Vilca, Luis Alfredo. Aprobado por ………………………………………………………………………………. Jurado de tesis: Nombre. Firma. ING. OSCAR CHÁVEZ VEGA. ….…………………………. ING. HERBER CALLA ARANDA. …………………………….. ING. JORGE ROSAS ESPINOZA. ……………………………. ING. VÍCTOR RENDÓN DÁVILA. ……………………………. AREQUIPA-PERÚ 2018.

(3) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL. Título de tesis:. “ESTUDIO COMPARATIVO DE COSTOS, PROGRAMACIÓN, DISEÑO SISMORRESISTENTE, ENTRE EL SISTEMA DUAL Y MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA DE UN EDIFICIO MULTIFAMILIAR DE 7 PISOS UBICADO EN CERRO COLORADO - AREQUIPA.” Nombre de los tesistas:. Bach. Condori Mayta, Cristian Cristobal. Bach. Sullca Vilca, Luis Alfredo. Aprobado por ………………………………………………………………………………. Jurado de tesis: Nombre. Firma. ING. HERBER CALLA ARANDA. …………………………….. ING. JORGE ROSAS ESPINOZA. ……………………………. ING. VÍCTOR RENDÓN DÁVILA. ……………………………. AREQUIPA-PERÚ 201.

(4) “ESTUDIO COMPARATIVO DE COSTOS, PROGRAMACIÓN, DISEÑO SISMORRESISTENTE, ENTRE EL SISTEMA DUAL Y MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA DE UN EDIFICIO MULTIFAMILIAR DE 7 PISOS UBICADO EN CERRO COLORADO - AREQUIPA.”. Por: Condori Mayta, Cristian Cristobal. Sullca Vilca, Luis Alfredo.. Tesis para optar el título profesional de Ingeniero Civil. Asesor de tesis: Ing. John Aragón Brousset. Facultad de Ingeniería Civil-Escuela Profesional de Ingeniería Civil Universidad Nacional de San Agustín Arequipa-Perú-2018. I.

(5) DEDICATORIA. Cristian Cristobal A Dios y la Virgencita de Alta Gracia, por haberme permitido llegar hasta este punto y haberme dado salud para lograr mis objetivos, además de su infinita bondad y amor. A mis padres Cristobal y Josefina, por haberme brindado su apoyo, sus consejos, sus valores, por la motivación constante y sobre todo el amor que siempre me brindaron. Gracias papitos, a ustedes les debo todo. Los amo. A mis hermanos Mery, Flor, Olger, Zayda, Ervert y Erlhin, por ser un excelente ejemplo a seguir y por el apoyo que me brindaron en todo momento. Son lo mejor.. Luis Alfredo Quiero dedicar esta tesis a mi madre Emilia, por siempre haberme brindado su apoyo, sus consejos, su amor incondicional y su infinita paciencia, todo lo que soy es gracias a ella. A mi hermana Ruth y su esposo Deyvi que han sido y serán siempre un valioso apoyo, y que gracias a ellos comprendo cada día mas , el valor de la familia. A el Sr Wilbert Ramirez, pareja de mi madre, por todos sus consejos, por su trabajo constante en mi persona y sobre todo por ser para mi madre un motivo más de felicidad. II.

(6) AGRADECIMIENTO A nuestro asesor de tesis Ing. John Aragón Brousset, por la orientación y ayuda que nos ha brindado para la realización de la siguiente tesis. A nuestros amigos, los Chuperamigos que durante los cinco años en la universidad y dos años fuera de ella, mantenemos esta amistad inquebrantable. III.

(7) Universidad Nacional de San Agustín: ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL. RESUMEN En la actualidad, Arequipa se constituye como una de las ciudades más importantes del país, así lo confirma los indicadores socioeconómicos, su expansión demográfica, aumento del ingreso promedio familiar, entre otros factores. A consecuencia de ello, las familias buscan mejorar su calidad de vida, Así mismo se puede apreciar que grandes inmobiliarias apuntan a construir inmuebles que sean económicos, tengan menores tiempos de ejecución y sobre todo que cuenten con un sistema estructural eficiente, satisfaciendo así la necesidad de vivienda segura para la población de Arequipa. En este escenario tenemos como alternativa los edificios multifamiliares, ya sean estos proyectados por sistemas convencionales como el de pórticos, muros estructurales, albañilería, duales o los más modernos como son los de muros de ductilidad limitada. En el primer capítulo de estas tesis se realiza una introducción, de los objetivos, limitaciones y arquitectura del proyecto. En el segundo capítulo se realiza el marco teórico donde se da a conocer los criterios de estructuración y la normativa de diseño de ambos sistemas estructurales. En el tercer capítulo se realiza el análisis estructural del sistema dual que comprende: el predimensionamiento de elementos, metrado de cargas y el análisis sísmico. En el cuarto capítulo se realiza el diseño en concreto armado para los elementos del sistema dual, tales como: losas, vigas, columnas, placas, cimentaciones y escaleras. En el quinto capítulo se realiza el análisis estructural del sistema de muros de ductilidad limitada, que comprende: el predimensionamiento de elementos, metrado de cargas y el análisis sísmico.. IV.

(8) En el sexto capítulo se realiza el diseño en concreto armado para los elementos del sistema de muros de ductilidad limitada, tales como: losas, muros de ductilidad limitada, cimentaciones, escaleras. En el séptimo capítulo se realiza el análisis estructural por el método simplificado con aplicación manual utilizando el método de la rigidez. En el octavo capítulo se procede a realizar el análisis de costos y ejecución de obra, realizando los metrados y el análisis de precios unitarios, para obtener el presupuesto referencial y poder realizar la programación de obra, de ambos sistemas estructurales. En el noveno capítulo se procede a realizar las conclusiones, comparaciones a partir de los resultados obtenidos en cada sistema estructural. Y finalmente se da las recomendaciones que surgieron a lo largo del desarrollo de esta tesis.. Palabras clave: Edificio multifamiliar, proyecto, sistema dual, sistema de muros de ductilidad limitada, predimensionamiento, análisis sísmico, análisis dinámico, muros estructurales, diseño estructural, concreto armado.. V.

(9) ABSTRACT At present, Arequipa is constituted as one of the most important cities in the country, as confirmed by socioeconomic indicators, its demographic expansion, increase in average family income, among other factors. As a result, families seek to improve their quality of life, It can also be seen that large real estate aim to build buildings that are economical, have shorter execution times and above all that have an efficient structural system, thus satisfying the need of safe housing for the population of Arequipa. In this scenario we have as an alternative multi-family buildings, whether these are designed by conventional systems such as frames, structural walls, masonry, dual or the most modern such as those with limited ductility walls. In the first chapter of these theses, an introduction is made of the objectives, limitations and architecture of the project. In the second chapter the theoretical framework is made where the structuring criteria and the design regulations of both structural systems are made known. In the third chapter, the structural analysis of the dual system is carried out, which includes: the pre-dimensioning of elements, load metering and seismic analysis. In the fourth chapter, the design is made in reinforced concrete for the elements of the dual system, such as: slabs, beams, columns, plates, foundations and stairs. In the fifth chapter the structural analysis of the system of walls of limited ductility is carried out, which includes: the pre-dimensioning of elements, load metering and seismic analysis.. VI.

(10) In the sixth chapter the reinforced concrete design is carried out for the elements of the system of limited ductility walls, such as: slabs, walls of limited ductility, foundations, stairs. In the seventh chapter the structural analysis is carried out by the simplified method with manual application using the stiffness method. In the eighth chapter proceeds to perform the cost analysis and execution of work, making the metrics and the unit price analysis, to obtain the referential budget and be able to perform work programming, of both structural systems. In the ninth chapter we proceed to make the conclusions, comparisons from the results obtained in each structural system. And finally, the recommendations that emerged during the development of this thesis are given.. Key words: Multifamily building, project, dual system, walls system of limited ductility, predimensioning, seismic analysis, dynamic analysis, structural walls, structural design, reinforced concrete.. VII.

(11) INDICE. DEDICATORIA ............................................................................................................. II AGRADECIMIENTO .................................................................................................. III RESUMEN .................................................................................................................... IV ABSTRACT .................................................................................................................. VI INDICE .......................................................................................................................VIII LISTA DE TABLAS ..................................................................................................... XI LISTA DE FIGURAS .................................................................................................XIII 1. GENERALIDADES. ............................................................................................. 1 1.1. INTRODUCCION: .......................................................................................... 1 1.2. OBJETIVO ...................................................................................................... 1 1.2.1. Objetivo General .......................................................................................... 1 1.2.2. Objetivos Específicos ................................................................................... 1 1.3. DESCRIPCION DE PROBLEMA ................................................................... 2 1.3.1. PROBLEMA GENERAL ............................................................................. 2 1.3.2. PROBLEMA ESPECÍFICO ......................................................................... 2 1.4. LIMITACIONES. ............................................................................................ 3 1.5. ARQUITECTURA DEL PROYECTO ............................................................. 4 2. MARCO TEORICO. ............................................................................................ 8 2.1. DESCRIPCION DE CADA SISTEMA ESTRUCTURAL DEL EDIFICIO ..... 8 2.1.1. SISTEMA DUAL. ........................................................................................ 8 2.1.2. SISTEMA DE MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA. ............................ 9 2.2. CRITERIOS DE ESTRUCTURACION Y DISEÑO. ....................................... 9 2.2.1. SIMPLICIDAD Y SIMETRIA ................................................................... 10 2.2.2. RESISTENCIA Y DUCTILIDAD. ............................................................. 10 2.2.3. HIPERESTATICIDAD Y MONOLITISMO. ............................................. 11 2.2.4. UNIFORMIDAD Y CONTINUIDAD DE LA ESTRUCTURA. ................ 11 2.2.5. RIGIDEZ LATERAL. ................................................................................ 11 2.2.6. DIAFRAGMA RIGIDO. ............................................................................ 12 2.3. CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEÑO. .......................... 12 2.3.1. CARACTERISTICAS RELEVANTES DEL EDIFICIO PARA EL COMPORTAMIENTO SISMICO. .............................................................................. 12 2.3.2. CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO ESTRUCTURAL .................. 14 3. ANALISIS ESTRUCTURAL DEL SISTEMA DUAL. ..................................... 18 3.1. PREDIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES ......... 18 3.1.1. LOSAS....................................................................................................... 18 3.1.2. LOSAS ALIGERADAS ............................................................................. 18 3.1.3. VIGAS ....................................................................................................... 20 3.1.4. COLUMNAS ............................................................................................. 21 3.1.5. MUROS DE CONCRETO ARMADO (PLACAS) ..................................... 24 3.1.6. PREDIMENSIONAMIENTO DE ESCALERAS ....................................... 24 3.2. METRADO DE CARGAS DE GRAVEDAD ................................................ 25 3.2.1. CARGAS Y PESOS UNITARIOS ............................................................. 25 3.2.2. METRADO DE LOSAS ALIGERADAS ................................................... 27 3.2.3. METRADO DE VIGAS ............................................................................. 28 3.2.4. METRADO DE COLUMNAS ................................................................... 29 3.2.5. METRADO DE PLACAS .......................................................................... 29 3.2.6. RESUMEN DE METRADOS DE CARGA DE LA EDIFICACION .......... 30 VIII.

(12) 3.3. ANALISIS SISMICO .................................................................................... 30 3.3.1. MODELO DEL EDIFICIO ........................................................................ 30 3.3.2. PARÁMETROS Y CARACTERISTICAS DE LA ESTRUCTURA ........... 34 3.3.3. ANALISIS ESTÁTICO .............................................................................. 42 3.3.4. ANALISIS DINAMICO ............................................................................. 44 4. DISEÑO EN CONCRETO ARMADO USANDO EL SISTEMA DUAL. ........ 62 4.1. DISEÑO DE LOSAS ..................................................................................... 62 4.1.1. DEFINICION ............................................................................................. 62 4.1.2. DISEÑO DE LOSA ALIGERADA ............................................................ 62 4.2. DISEÑO DE VIGAS ..................................................................................... 66 4.2.1. DEFINICION ............................................................................................. 66 4.2.2. DISEÑO DE VIGA .................................................................................... 67 4.3. DISEÑO DE COLUMNAS ............................................................................ 81 4.3.2. DISEÑO DE COLUMNA .......................................................................... 82 4.4. DISEÑO DE PLACAS .................................................................................. 98 4.4.1. DEFINICION ............................................................................................. 98 4.4.2. DISEÑO DE PLACAS ............................................................................... 98 4.5. DISEÑO DE CIMENTACIONES ................................................................ 108 4.5.1. PREDIMENSIONAMIENTO DE CIMENTACION ................................ 109 4.5.2. ESFUERZOS SOBRE EL TERRENO ..................................................... 109 4.5.3. VERIFICACION POR CORTANTE POR PUNZONAMIENTO ............. 111 4.5.4. VERIFICACION POR CORTE POR FLEXIÓN ...................................... 114 4.5.5. DISEÑO POR FLEXIÓN ......................................................................... 115 4.5.6. DISEÑO DE VIGAS DE CIMENTACION .............................................. 116 4.5.7. DISEÑO POR CORTE. ............................................................................ 117 4.6. DISEÑO DE ESCALERAS ......................................................................... 118 4.6.1. DEFINICION ........................................................................................... 118 4.6.2. DISEÑO DE UNA ESCALERA .............................................................. 118 4.7. DISEÑO DE COLUMNAS DE ARRIOSTRE EN LA TABIQUERÍA.. 122 4.7.1. ANÁLISIS. .............................................................................................. 122 4.7.2. Diseño por flexión. .................................................................................. 124 4.7.3. VERIFICACIÓN DE LOS ESFUERZOS EN LA ALBAÑILERÍA. ......... 126 5. ANALISIS ESTRUCTURAL DEL SISTEMA DE MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA. .................................................................................................................... 130 5.1. PREDIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ........................................ 130 5.1.1. LOSAS MACISAS................................................................................... 130 5.1.2. MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA ................................................ 131 5.1.3. ESCALERAS ........................................................................................... 131 5.2. METRADO DE CARGAS DE GRAVEDAD .............................................. 132 5.2.1. 5.2.1 CARGAS Y PESOS UNITARIOS ................................................... 132 5.2.2. METRADO DE LOSAS MACIZAS ........................................................ 133 5.2.3. METRADO DE MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA ...................... 134 5.3. ANALISIS SISMICO .................................................................................. 135 5.3.1. MODELO DEL EDIFICIO ...................................................................... 136 5.3.2. PARÁMETROS Y CARACTERISTICAS DE LA ESTRUCTURA ......... 143 5.3.3. ANALISIS ESTATICO ............................................................................ 147 5.3.4. ANÁLISIS DINÁMICO MODAL ESPECTRAL ..................................... 148 5.3.5. CORTANTE DE DISEÑO ....................................................................... 160 6. DISEÑO EN CONCRETO ARMADO USANDO EL SISTEMA DE MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA. .................................................................................... 162 IX.

(13) 6.1. DISEÑO DE LOSAS ................................................................................... 163 6.1.1. DEFINICION ........................................................................................... 163 6.1.2. DISEÑO DE UNA LOSA MACISA ........................................................ 164 6.2. DISEÑO DE MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA ............................... 168 6.2.1. DEFINICION ........................................................................................... 168 6.2.2. DISEÑO DE MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA ........................... 168 6.3. DISEÑO DE CIMENTACIONES ................................................................ 179 6.3.1. CARACTERÍSTICAS DE LA PLATEA .................................................. 179 6.3.2. ESFUERZOS EN EL SUELO .................................................................. 180 6.3.3. DISEÑO POR FLEXIÓN. ........................................................................ 183 6.3.4. VERIFICACIÓN POR CORTE ................................................................ 185 6.4. DISEÑO DE VIGAS DE CIMENTACION ................................................. 186 6.4.1. DISEÑO POR CORTE. ............................................................................ 186 7. ANALISIS ESTRUCTURAL POR UN METODO SIMPLIFICADO ........... 189 7.1. ANALISIS DE PORTICO PLANO DEL SISTEMA ESTRUCTURAL, UTILIZANDO EL METODO DE RIGIDEZ CON APLICACIÓN MANUAL............. 189 7.1.1. METODO DE LA RIGIDEZ .................................................................... 189 8. ANALISIS DE COSTOS Y EJECUCION DE OBRA ..................................... 211 8.1. METRADOS ............................................................................................... 211 8.1.1. METRADO DE PARTIDAS -MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA . 212 8.1.2. METRADO DE PARTIDAS-SISTEMA DUAL....................................... 214 8.2. ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS ...................................................... 216 8.2.1. ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS DE MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA ............................................................................................................... 216 8.2.2. ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS DEL SISTEMA DUAL ............. 220 8.3. PRESUPUESTOS ........................................................................................ 224 8.3.1. PRESUPUESTO-MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA ..................... 224 8.3.2. PRESUPUESTO-SISTEMA DUAL ......................................................... 225 8.4. PROGRAMACION DE OBRA ................................................................... 226 8.4.1. PROGRAMACION DE OBRAS MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA 226 8.4.2. PROGRAMACION DE OBRAS -SISTEMA DUAL ............................... 227 9. ANALISIS COMPARATIVO, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 229 9.1. ANALISIS COMPARATIVO.- ................................................................... 229 9.1.1. ANALISIS COMPARATIVO DE LA RESPUESTA ESTRUCTURAL. .. 229 9.1.2. ANALISIS COMPARATIVO DE COSTOS. ........................................... 230 9.1.3. ANALISIS COMPARATIVO DE TIEMPOS DE EJECUCION ............... 232 9.2. CONCLUSIONES ....................................................................................... 233 9.3. RECOMENDACIONES. ............................................................................. 235 9.4. Futuras líneas de investigación. .................................................................... 236 10. BIBLIOGRAFIA: ............................................................................................. 237 ANEXOS………………………………………………………………………………...235. X.

(14) LISTA DE TABLAS Tabla 1: Ambientes por departamento. .............................................................................. 4 Tabla 2: Carga de aligerados tradicionales y peraltes recomendados. .............................. 19 Tabla 3: Predimensionamiento de vigas. ......................................................................... 21 Tabla 4: Cargas de aligerados tradicionales. .................................................................... 27 Tabla 5: Estimación del peso de la losa. .......................................................................... 28 Tabla 6: Estimación del peso de las vigas. ...................................................................... 28 Tabla 7: Estimación del peso de las columnas en un piso. ............................................... 29 Tabla 8: Estimación del peso de las columnas que van de la base al primer piso. ............ 29 Tabla 9: Estimación del peso de las placas en un piso. .................................................... 29 Tabla 10: Estimación del peso de las placas que van de la base al primer piso................. 30 Tabla 11: Metrados de carga de la edificación. ................................................................ 30 Tabla 12: Peso Total de la edificación ............................................................................. 34 Tabla 13: Factores de Masa Participativa. ....................................................................... 35 Tabla 14: Periodos fundamentales en las direcciones X, Y, Z.......................................... 36 Tabla 15: Parámetros del suelo. ...................................................................................... 39 Tabla 16: Factor de uso para el presente proyecto ........................................................... 40 Tabla 17: Peso sismico de la edificacion. ........................................................................ 42 Tabla 18: Derivas máximas por entrepiso en el eje X-X. ................................................. 49 Tabla 19: Derivas máximas por entrepiso en el eje Y-Y. ................................................. 50 Tabla 20: Verificación de irregularidad por piso blando en el eje X-X. ........................... 51 Tabla 21: Verificación de irregularidad por piso blando en el eje Y-Y. ........................... 51 Tabla 22: Verificación de irregularidad por piso débil en el eje X-X. .............................. 52 Tabla 23: Verificación de irregularidad por piso débil en el eje Y-Y ............................... 53 Tabla 24: Verificación de irregularidad por masa o peso. ................................................ 53 Tabla 25: Verificación de irregularidad por geometría vertical en la dirección X-X. ....... 54 Tabla 26: Verificación de irregularidad por geometría vertical en la dirección Y-Y. ..... 54 Tabla 27: Verificación de irregularidad torsional en el eje X-X. ...................................... 56 Tabla 28: Verificación de irregularidad torsional en el eje Y-Y. ...................................... 56 Tabla 29: Verificación del sistema estructural DUAL TIPO I en el eje X-X. ................... 59 Tabla 30: Verificación del sistema estructural DUAL TIPO I en el eje Y-Y. ................... 60 Tabla 31: Cálculo de la fuerza cortante de diseño. ........................................................... 60 Tabla 32: Diseño de Vigas en el eje X-X, 5 tramos. ........................................................ 70 Tabla 33:Diseño de Vigas en el eje Y-Y, 5 tramos. ......................................................... 72 Tabla 34: Verificación que el cortante nom.de los estribos sea mayor al cortante último. 77 Tabla 35: Datos de la viga del tramo 5 del pórtico del eje K. .......................................... 79 Tabla 36: Esfuerzos en la base de la columna C1 a diseñar. ............................................ 82 Tabla 37: Combinaciones de cargas de la columna C1 a diseñar. .................................... 82 Tabla 38: Diseño de la Columna C1. ............................................................................... 83 Tabla 39: Índice de estabilidad de entrepiso para revisión de esbeltez en columnas DUAL TIPO I. ................................................................................................................................ 95 Tabla 40: Esfuerzos en la placa a diseñar. ..................................................................... 102 Tabla 41: Combinaciones de cargas de la placa a diseñar .............................................. 102 Tabla 42: Cargas ultimas de diseño para el muro en dirección X. .................................. 104 Tabla 43: Cargas ultimas de diseño para el muro en dirección Y. .................................. 105 Tabla 44: Metrado de cargas de la escalera. .................................................................. 119 Tabla 45: Cálculo del factor Fi/Pi. ................................................................................ 123 Tabla 46: Metrado de cargas muerta y viva por metro cuadrado de losa maciza. .......... 133 Tabla 47. Peso por carga muerta de losa maciza. ........................................................... 133 XI.

(15) Tabla 48: Peso por carga viva de losa maciza................................................................ 133 Tabla 49: Metrado de cargas de muros. ......................................................................... 134 Tabla 50: Metrado de cargas de los ambientes de la azotea. .......................................... 135 Tabla 51: Resumen de cargas de la edificación en Sis. de Muros de Ductilidad Limita . 135 Tabla 52: Factores de masa participativa. ...................................................................... 140 Tabla 53: Periodos fundamentales de la estructura en dirección X, Y, Z........................ 141 Tabla 54: Parametros del suelo. .................................................................................... 144 Tabla 55. Categoría de la edificación, y factor U. .......................................................... 145 Tabla 56: Peso sismico de la edificación. ...................................................................... 146 Tabla 57: Derivas máximas por entrepiso en el eje X-X. .............................................. 153 Tabla 58: Derivas máximas por entrepiso en el eje Y-Y. ............................................... 154 Tabla 59: Verificación de irregularidad por piso blando en el eje X-X. ......................... 155 Tabla 60: Verificación de irregularidad por piso blando en el eje Y-Y. ......................... 155 Tabla 61: Verificación de irregularidad por piso débil en el eje X-X. ............................ 156 Tabla 62: Verificación de irregularidad por piso débil en el eje Y-Y ............................. 156 Tabla 63: Verificación de irregularidad por masa o peso. .............................................. 157 Tabla 64: Verificación de irregularidad torsional en el eje X-X ..................................... 158 Tabla 65: Verificación de irregularidad torsional en el eje Y-Y. .................................... 158 Tabla 66: Cálculo de la fuerza cortante de diseño.......................................................... 160 Tabla 67: Acero mínimo para losas. .............................................................................. 165 Tabla 68: Momentos últimos en la losa del paño a diseñar. ........................................... 166 Tabla 69: Diseño de la losa maciza. .............................................................................. 166 Tabla 70: Esfuerzos en el muro M9. ............................................................................. 172 Tabla 71: Combinaciones de cargas del muro M9. ........................................................ 172 Tabla 72: Carga ultima de diseño para el muro. ............................................................ 173 Tabla 73: Momentos últimos en la losa de cimentación................................................. 184 Tabla 74: Diseño de la losa de cimentación ................................................................... 185 Tabla 75: Análisis comparativo de la respuesta estructural. ........................................... 229 Tabla 76: Análisis comparativo de costos en estructuras. .............................................. 230 Tabla 77: Análisis comparativo de costos en Arquitectura. ........................................... 230 Tabla 78: Costos de las obras de concreto armado......................................................... 231 Tabla 79: Costo directo de ambos sistemas. .................................................................. 232 Tabla 80: Tiempos de ejecución para cada sistema........................................................ 232. XII.

(16) LISTA DE FIGURAS Figura 1: Ubicación del proyecto. ..................................................................................... 4 Figura 2: Planta de primer piso. ....................................................................................... 5 Figura 3: Planta del segundo al séptimo piso. ................................................................... 5 Figura 4: Planta de la azotea. ............................................................................................ 6 Figura 5: Elevación principal. ........................................................................................... 6 Figura 6: Edificio en Sistema Dual. .................................................................................. 8 Figura 7 Edificio en Sistema de Muros de Ductilidad Limitada. ........................................ 9 Figura 8: Irregularidad en planta posible solución con muros de C°A°. ........................... 13 Figura 9: Irregularidades en altura .................................................................................. 13 Figura 10: Medidas tradicionales en aligerados ............................................................... 19 Figura 11: Áreas tributarias que recibe cada columna. .................................................... 23 Figura 12: Carga distribuida ocasionada por los muros sobre las vigas chatas o viguetas. 26 Figura 13: Carga distribuida ocasionada por los muros sobre las vigas de 30x50cm ........ 26 Figura 14: Cargas distribuidas sobre vigas peraltadas. Elevación del eje 1 ..................... 27 Figura 15: Definición de materiales concreto 210 kg/cm2. .............................................. 31 Figura 16: Acero de refuerzo. ......................................................................................... 32 Figura 17: Vista en Planta del Modelo ............................................................................ 33 Figura 18: Vista Renderizada del modelo. ....................................................................... 33 Figura 19: Primer modo de vibración de la estructura. .................................................... 36 Figura 20: Segundo modo de vibración de la estructura. ................................................. 37 Figura 21: Tercer modo de vibración de la estructura. ..................................................... 37 Figura 22: Zonas sísmicas. .............................................................................................. 38 Figura 23: Sistemas Estructurales ................................................................................... 41 Figura 24: Espectro de Pseudoaceleraciones. .................................................................. 45 Figura 25: Definición del sismo dinámico en X-X. ........................................................ 45 Figura 26: Definición del sismo dinámico en Y-Y. ......................................................... 46 Figura 27: Definición de la excentricidad accidental. ...................................................... 46 Figura 28: Diagramas de cortantes dinámicas en el eje X-X por nivel. ............................ 47 Figura 29: Diagramas de cortantes dinámicas en el eje Y-Y por nivel. ........................... 47 Figura 30: Limites para la distorsión del entrepiso. ......................................................... 48 Figura 31: Distorsiones de entre piso para el sismo X-X. ................................................ 49 Figura 32: Distorsiones de entre piso para el sismo Y-Y. ................................................ 50 Figura 33: Fuerza cortante que reciben las columnas....................................................... 59 Figura 34: Fuerza cortante que reciben los muros. .......................................................... 59 Figura 35: Detalle de vigueta típica. ................................................................................ 63 Figura 36: Distribución de cargas sobra la vigueta que esta entre los ejes 2 y 3. .............. 63 Figura 37: Diagrama de momentos en la vigueta entre los ejes 2 y 3. .............................. 64 Figura 38:Diagrama de fuerzas cortantes en la vigueta entre los ejes 2 y 3. ..................... 65 Figura 39: Pórtico donde se encuentran las vigas a diseñar eje X-X. ............................... 67 Figura 40; Pórtico donde se encuentran las vigas a diseñar eje Y-Y. ............................... 67 Figura 41: Peraltes mínimos de viga para no verificar deflexión. .................................... 68 Figura 42: Requerimiento de estribos en vigas. ............................................................... 75 Figura 43: Fuerza cortante de diseño en vigas. ................................................................ 78 Figura 44: Momentos en la viga del tramo 5 ................................................................... 79 Figura 45: Selección de columna a diseñar...................................................................... 81 Figura 46: Modelo de columna C1. ................................................................................. 83 Figura 47: Diagrama de interacción del M33, alrededor de todos los ejes. ....................... 84 Figura 48: Diagrama de interacción del M22, alrededor de todos los ejes. ...................... 84 XIII.

(17) Figura 49: Diagrama de interacción del M33, alrededor de todos los ejes. ....................... 85 Figura 50: Diagrama de interacción del M22, alrededor de todos los ejes. ....................... 85 Figura 51: Requerimiento de estribos en columnas. ........................................................ 88 Figura 52: Fuerza cortante de diseño en columnas. ......................................................... 92 Figura 53: Diagrama de interacción, sin el valor de phi. .................................................. 93 Figura 54: Elementos confinados de borde en muros..................................................... 100 Figura 55: Distribución de aceros en la Placa P1. .......................................................... 105 Figura 56: Diagrama de interacción de la Placa P1 para el sismo X-X........................... 105 Figura 57: Diagrama de interacción de la Placa P1 para el sismo Y-Y. ......................... 105 Figura 58: Presiones en el suelo (ton/m2), combinaciones de carga muerta y carga viva 110 Figura 59: Presiones en el suelo (ton/m2), combinaciones de carga muerta y viva considerando sismo en dirección X. .................................................................................. 111 Figura 60: Presiones en el suelo (ton/m2), combinaciones de carga muerta y viva considerando sismo en dirección Y. .................................................................................. 111 Figura 61: Esfuerzos en la zapata a diseñar ejes 3-K. .................................................... 112 Figura 62: Distancia “d”, para verificar corte por flexión. ............................................. 114 Figura 63: Geometría de Escalera ................................................................................. 119 Figura 64: Diagrama de momentos del tramo 1 de la escalera. ...................................... 120 Figura 65: Diagrama de cortantes del tramo 1 de la escalera. ........................................ 120 Figura 66: Valores de 𝐶1 para el diseño de tabiques de albañilería ................................ 123 Figura 67: Esquema de distribución de la carga repartida “w”. ..................................... 124 Figura 68: Valores del coeficiente de momentos “𝑚” y dimensión crítica “𝑎”............... 127 Figura 69: Casos de distribución de carga de acuerdo al número de arriostres. .............. 127 Figura 70: Definición de materiales concreto 210 kg/cm2. ............................................ 137 Figura 71: Acero de refuerzo. ....................................................................................... 137 Figura 72: Modelo del edificio de MDL, en planta. ....................................................... 138 Figura 73. Modelo renderizado del edificio de MDL. .................................................... 138 Figura 74: Peso total de la edificación de MDL............................................................. 138 Figura 75: Primer modo de vibración de la estructura. ................................................. 141 Figura 76: Segundo modo de vibración de la estructura ................................................ 142 Figura 77: Tercer modo de vibración de la estructura. ................................................... 142 Figura 78: Tipo de sistemas estructurales. ..................................................................... 145 Figura 79: Espectro de pseudoaceleraciones. ................................................................ 149 Figura 80: Definición del sismo dinámico en X-X. ....................................................... 149 Figura 81: Definición del sismo dinámico en Y-Y. ....................................................... 150 Figura 82: Definición de la excentricidad accidental. .................................................... 150 Figura 83: : Diagramas de cortantes dinámicas en el eje X-X por nivel. ........................ 151 Figura 84: : Diagramas de cortantes dinámicas en el eje Y-Y por nivel. ........................ 151 Figura 85: Limites para la distorsión del entrepiso. ....................................................... 152 Figura 86: Distorsiones de entre piso para el sismo X-X. .............................................. 153 Figura 87: Distorsiones de entre piso para el sismo Y-Y. .............................................. 154 Figura 88: Franjas de diseño en la losa maciza. ............................................................. 164 Figura 89: Diagrama de momentos del paño a diseñar. ................................................. 166 Figura 90: Cuantía de acero en bordes no confinados .................................................... 171 Figura 91: Distribución de aceros en el muro M9. ......................................................... 173 Figura 92: Diagrama de interacción del muro M9 para el sismo X-X. .......................... 174 Figura 93: Diagrama de interacción del muro M9 para el sismo Y-Y. ........................... 174 Figura 94: Presiones en el suelo (ton/m2), combinaciones de carga muerta y carga viva 181 Figura 95: Presiones en el suelo (ton/m2), combinaciones de carga muerta y viva considerando sismo en dirección X. .................................................................................. 182 XIV.

(18) Figura 96: Presiones en el suelo (ton/m2), combinaciones de carga muerta y viva considerando sismo en dirección Y ................................................................................... 182 Figura 97: División por franjas en la losa de cimentación. ............................................ 183 Figura 98: Momentos en la losa de cimentación. ........................................................... 184 Figura 99: Matriz de rigidez de un elemnto tipo portico de 6x6 en sistema local. .......... 191 Figura 100: Método simplificado. ................................................................................. 193 Figura 101: Pórtico del edificio a analizar en planta. ..................................................... 193 Figura 102: Pórtico del edificio a analizar en elevación................................................. 194 Figura 103: Esquema de los grados de libertad.............................................................. 194 Figura 104: Características geométricas de los elementos del pórtico ............................ 195 Figura 105: Matriz de rigidez de cada elemento en el sistema local. .............................. 196 Figura 106: Matriz de transformación de sistema local a sistema global α =90° ............ 196 Figura 107: Matriz de transformación de sistema local a sistema global α =0° .............. 197 Figura 108: Matriz de rigidez de los elemntos en el sistema global. .............................. 198 Figura 109: Cuadro de Conectividad. ............................................................................ 198 Figura 110: Matriz de rigidez de la estructura. .............................................................. 202 Figura 111: Cargas externas sobre los elementos. ......................................................... 203 Figura 112: Vectores de carga de fijación de cada elemento .......................................... 204 Figura 113: Vectores de carga de la estructura. ............................................................. 205 Figura 114: Desplazamientos en los grados de libertad de la estructura. ........................ 205 Figura 115): Esfuerzos en los extremos del elemento 1. ............................................... 207 Figura 116: Esfuerzos en los extremos del elemento 11. ............................................... 208 Figura 117: Esfuerzos en los extremos del elemento 12. ............................................... 209 Figura 118: Diagrama de fuerzas cortantes.................................................................... 210 Figura 119: Diagrama de momentos flectores. .............................................................. 210 Figura 120: Hoja de metrados de partidas en el sis. de muros de ductilidad limitada .... 213 Figura 121: Hoja de metrados de partidas en el sistema dual. ....................................... 215 Figura 122: Análisis de precios unitarios de las partidas más representativas para muros de ductilidad limitada............................................................................................................. 217 Figura 123: Porcentaje de incidencia del concreto. ........................................................ 218 Figura 124: Porcentaje de incidencia del encofrado....................................................... 219 Figura 125: Porcentaje de incidencia del acero. ............................................................. 219 Figura 126: Análisis de precios unitarios de las partidas más representativas para el sistema dual. ..................................................................................................................... 221 Figura 127: Porcentaje de incidencia del concreto. ........................................................ 222 Figura 128: Porcentaje de incidencia del encofrado. ...................................................... 223 Figura 129: Porcentaje de incidencia del acero. ............................................................. 223 Figura 130: Presupuesto sistema de muros de ductilidad limitada. (Fuente: Propia) ...... 224 Figura 131: Presupuesto sistema dual. .......................................................................... 225 Figura 132: Sectorización del edificio para la programación en muros de ductilidad limitada. ............................................................................................................................ 226 Figura 133: Sectorización del edificio para la programación en el sistema dual. ............ 227 Figura 134: Análisis comparativo de costos por partidas. .............................................. 230 Figura 135: Comparativo de uso de materiales en las obras e concreto armado. ............ 231 Figura 136: Costos directos de ambos sistemas. ............................................................ 232. XV.

(19) Universidad Nacional de San Agustín: ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL. XVI.

(20) Universidad Nacional de San Agustín: ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL. 1. GENERALIDADES. 1.1.. INTRODUCCION:. Debido a que Arequipa se encuentra bajo solicitaciones sísmicas de bastante importancia y ya que la población aumenta agigantadamente con el pasar del tiempo, es necesario que los ingenieros civiles puedan realizar diseños de edificaciones, económicas, seguras y eficientes ante solicitaciones sísmicas propias de la región. Por lo cual se pretende hacer una comparación de dos tipos de sistemas estructurales: el sistema dual y de muros de ductilidad limitada. Para obtener indicadores que nos ayuden a escoger la mejor alternativa. 1.2.. OBJETIVO. 1.2.1.. Objetivo General. Realizar el análisis comparativo en cuanto a costos, programación y diseño estructural de una edificación multifamiliar de 7 pisos en el distrito de Cerro Colorado de la ciudad de Arequipa, usando dos tipos de sistemas estructurales. Y así establecer parámetros de diseño y construcción desde el punto de vista económico, plazos de ejecución y sismorresistencia, respecto a estos dos sistemas. . Sistema de Muros de ductilidad limitada. . Sistema dual.. 1.2.2. . Objetivos Específicos Realizar el análisis sísmico para cada sistema, y encontrar los esfuerzos internos en cada elemento estructural.. . Diseñar cada uno de los elementos estructurales en base a la norma actual de diseño en concreto armado, para cada sistema. 1.

(21) Universidad Nacional de San Agustín ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL. . A partir de un análisis de costos unitarios encontrar cuál de estos dos sistemas constructivos es el más económico.. . Identificar cuál de estos dos sistemas constructivos presenta un menor tiempo de ejecución.. . Realizar cuadros comparativos con las características más resaltantes e importantes para cada tipo de sistema estructural que presentamos.. . Hacer uso de los conocimientos adquiridos para el análisis y diseño de edificaciones en general. 1.3.. DESCRIPCION DE PROBLEMA. Hoy en día Arequipa está siendo testigo del crecimiento inmobiliario en el país, prueba de ello son los numerosos proyectos de viviendas que se vienen ejecutando en la región. Por ende las constructoras e inmobiliarias apuntan a construir edificaciones multifamiliares con sistemas económicos de fácil ejecución y por sobre todo seguros debido a la zona sísmica. 1.3.1.. PROBLEMA GENERAL. Como consecuencia se tiene el problema de identificar ¿cuál de los sistemas estructurales, será el que se resulte con mayores ventajas respecto de las puntos estudiados en la presente tesis? 1.3.2.. PROBLEMA ESPECÍFICO. En cuanto a lo económico la pregunta radica ¿Cuál de estos sistemas demandará mayores costos en mano de obra, concretos, encofrados, equipos, etc.? Aquí se debe considerar si la mano de obra que se utilizará debe ser especializada o convencional; también considerar el acceso al alquiler de andamios y encofrados metálicos ya que estos no se comercializan. 2.

(22) Universidad Nacional de San Agustín ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL. directamente en la ciudad o utilizar los encofrados de madera que son las que se pueden adquirir con mayor facilidad. Surge también el problema de que sistema estructural demandara un menor tiempo de ejecución, reduciendo así los recursos que se utilizara en la obra. Finalmente se llega a evaluar el problema de cuál de estos sistemas tendrá un comportamiento eficiente ante la acción sísmica que es propia de la región. 1.4.. LIMITACIONES.. La presente tesis, se trata de un edificio multifamiliar de 7 pisos ubicado en la urbanización Santa Rosa del distrito de Cerro Colorado del cual ya se cuenta con el estudio de suelos. El edificio cuenta con un tanque elevado, un cuarto de grupo electrógeno, escaleras y dos ascensores los cuales tendrán un solo diseño para ambos casos. El análisis y diseño de la estructura se realizará en base al Reglamento Nacional de Edificaciones vigente, para cada uno de los sistemas estudiados. A partir de los cuales se desarrollaran planos estructurales. No se realizara el diseño de instalaciones eléctricas ni sanitarias en la presente tesis. El análisis de costos unitarios comprenderá las partidas estructurales incluyendo también los muros de tabiquería mas no se tomará en cuenta otras partidas de arquitectura, gasfitería, eléctricas ni sanitarias. Para el análisis de plazos de ejecución se realizará con las partidas estructurales incluyendo también los muros de tabiquería mas no se tomará en cuenta otras partidas de arquitectura, gasfitería, eléctricas ni sanitarias.. 3.

(23) Universidad Nacional de San Agustín ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL. 1.5.. ARQUITECTURA DEL PROYECTO. El proyecto se encuentra ubicado en la urbanización Santa Rosa del distrito de Cerro Colorado de la ciudad de Arequipa Perú.. Figura 1: Ubicación del proyecto. (Fuente: Extraído de Google Maps). El edificio consta de 7 pisos los cuales tienen 8 departamentos por piso, cabe resaltar que cada nivel es típico, con un área aproximada de 1015.03 m2. Tabla 1: Ambientes por departamento. (Fuente: Propia) DEPARTAMENTO DORMITORIO. 1° NIVEL. 2°-7° NIVEL. 101 102 103 104 105 106 107 108 X01 X02 X03 X04 X05 X06 X07 X08. 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3. BAÑO. SALA. 3 4 3 3 3 4 3 3 4 4 3 3 3 4 3 3. 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1. 4. COMEDOR COCINA. 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1. 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1. LAVANDERIA. 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1.

(24) Universidad Nacional de San Agustín ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL. Se tiene un acceso principal el cual dirige hacia dos ascensores y la respectiva escalera el edificio en su conjunto se construirá como un solo bloque sin juntas sísmicas, se tiene también en la azotea el cuarto de grupo electrógeno y el tanque elevado. En la edificación se encuentran también obras complementarias como cercos perimétricos de albañilería, estacionamientos, áreas comunes, cuyos diseños no forman parte de esta tesis.. Figura 2: Planta de primer piso. (Fuente: Extraído de Autocad). Figura 3: Planta del segundo al séptimo piso. (Fuente: Extraído de Autocad). 5.

(25) Universidad Nacional de San Agustín ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL. Figura 4: Planta de la azotea. (Fuente: Extraído de Autocad). Figura 5: Elevación principal. (Fuente: Extraído de Autocad). 6.

(26) Universidad Nacional de San Agustín ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL. 7.

(27) Universidad Nacional de San Agustín ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL. 2. 2.1.. MARCO TEORICO.. DESCRIPCION DE CADA SISTEMA ESTRUCTURAL DEL EDIFICIO. 2.1.1.. SISTEMA DUAL.. 2.1.1.1.. DEFINICION DEL SISTEMA DUAL:. Es un sistema mixto de pórticos reforzados por muros de carga o diagonales de arriostramiento. En este sistema los muros tienden a tomar una mayor proporción de los esfuerzos en los niveles inferiores, mientras que los pórticos pueden disipar energía en los niveles superiores. Este sistema se caracteriza por que los muros tomas entre el 20% y 70% de la fuerza cortante basal. Y tiene un factor de reducción R=7.. Figura 6: Edificio en Sistema Dual. (Fuente: Propia). 8.

(28) Universidad Nacional de San Agustín ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL. 2.1.2.. SISTEMA DE MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA.. 2.1.2.1.. DEFINICION DEL SISTEMA DE MUROS DE DUCTILIDAD LIMITADA. Es un sistema estructural donde la resistencia ante cargas sísmicas y cargas de gravedad, en las dos direcciones, está dada por muros de concreto armado que no pueden desarrollar desplazamientos inelásticos importantes. Los muros son de espesores reducidos, se prescinde de extremos confinados y el refuerzo vertical se dispone en una solo hilera. Los sistemas de piso son losas macizas o aligeradas que cumplen la función de diafragma rígido. Este sistema se caracteriza por tener como máximo 8 pisos y tiene un factor de reducción R=4.. Figura 7 Edificio en Sistema de Muros de Ductilidad Limitada. (Fuente: Propia). 2.2.. CRITERIOS DE ESTRUCTURACION Y DISEÑO.. Es evidente que la configuración estructural queda en buena parte definida por el proyecto arquitectónico. Es por ello es esencial la interacción entre el responsable del proyecto arquitectónico y el del proyecto estructural. El segundo debe hacer consiente al primero de. 9.

(29) Universidad Nacional de San Agustín ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL. las necesidades mínimas de rigidez, resistencia y regularidad que requiere la estructura y de las consecuencias que tienen algunas decisiones arquitectónicas en el comportamiento estructural. Tomando en cuenta el libro “Estructuración y Diseño de Edificaciones de Concreto Armado” Los principales criterios que es necesario tomar en cuenta para lograr una estructura sismo resistente, son: 2.2.1.. SIMPLICIDAD Y SIMETRIA. La experiencia ha demostrado repetidamente que las estructuras simples se comportan mejor durante los sismos. Hay dos razones principales para que esto sea así primero, nuestra habilidad para predecir el comportamiento sísmico de una estructura es marcadamente mayor para las estructuras simples que para las complejas y segundo, nuestra habilidad para idealizar elementos estructurales es mayor para las estructuras simples que para las complicadas. La simetría de la estructura en dos direcciones es deseable y una de las razones es que la falta de simetría produce efectos torsionales que son difíciles de evaluar y pueden ser muy destructivos. 2.2.2.. RESISTENCIA Y DUCTILIDAD.. Las estructuras deben de tener resistencia sísmica en todas sus direcciones; debe existir en dos direcciones ortogonales o aproximadamente ortogonales para garantizar la estabilidad de la estructura en conjunto así como cada uno de sus elementos. Las cargas deben transferirse desde su punto de aplicación hasta su punto final de resistencia, por lo tanto deben proveerse una trayectoria o trayectorias continuas, con suficiente resistencia y rigidez para garantizar el adecuado trasporte de las cargas.. 10.

(30) Universidad Nacional de San Agustín ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL. Un antecedente que es conveniente tener presente en la estructuración, es que la ductilidad depende de la carga aplicada al elemento, este efecto actúa en forma diferente, según el tipo de material constituyente. Si este es concreto armado, un aumento de la carga se traduce en un aumento de la resistencia con la disminución de la ductilidad. Al suministra ductilidad a una estructura debe tenerse presente que esta no depende únicamente de la ductilidad de sus elementos individuales, sino también de la correspondiente a las conexiones entre ellas, por lo cual estas deben diseñarse para permitir el desarrollo de dicha ductilidad. Al diseñar una estructura de concreto armado debe garantizarse que la falla se produzca por fluencia del acero y no por compresión del concreto. 2.2.3.. HIPERESTATICIDAD Y MONOLITISMO.. Como concepto general de diseño sismorresistente debe indicarse la conveniencia de que las estructuras tengan una disposición hiperestática ello logra una mayor capacidad resistente al permitir que, la producción de rotulas plásticas, se disipe en mejor forma la energía sísmica y, por otra parte, al aumentar la capacidad resistente se otorga a la estructura un mayor grado de seguridad. 2.2.4.. UNIFORMIDAD Y CONTINUIDAD DE LA ESTRUCTURA.. La estructura debe ser continua tanto en planta como en elevación con elementos que no cambien bruscamente de rigidez a manera de evitar concentración de esfuerzos. 2.2.5.. RIGIDEZ LATERAL.. Para que una estructura pueda resistir fuerzas horizontales sin tener deformaciones importantes será necesario proveerla de elementos estructurales que aportes rigidez lateral en sus direcciones principales.. 11.

(31) Universidad Nacional de San Agustín ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL. Actualmente es práctica generalizada la inclusión de muros de corte en edificios aporticados a fin de tener una combinación de elementos rígidos y flexibles. 2.2.6.. DIAFRAGMA RIGIDO.. En los análisis es usual considerar como hipótesis básica la existencia de una losa rígida en su plano, que permita la idealización de la estructura como unidad, donde las fuerzas horizontales aplicadas puedan distribuirse en las columnas y muros (placas) de acuerdo a su rigidez lateral, manteniendo todas la misma deformación lateral para un determinado nivel. 2.3.. CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEÑO.. 2.3.1.. CARACTERISTICAS RELEVANTES DEL EDIFICIO PARA EL COMPORTAMIENTO SISMICO.. 2.3.1.1.. PESO:. Reconociendo que las fuerzas de inercia son proporcionales a la masa y, en consecuencia, al peso del edificio, debe procurarse que éste sea lo más ligero posible. Considerando que las aceleraciones introducidas en el edificio crecen con la altura, es importante evitar masas excesivas en las partes altas del edificio. Deben evitarse fuertes diferencias sísmicas en los pesos de pisos sucesivos, porque generan variaciones bruscas en las fuerzas de inercia y en la forma de vibrar del edificio. Se debe de tratar que el peso del edificio esté distribuido simétricamente en la planta de cada piso. Una posición fuertemente asimétrica generaría vibraciones torsionales. 2.3.1.2.. IRREGULARIDADES EN PLANTA.. Algunos aspectos de la forma en planta del edificio propician una respuesta sísmica poco conveniente y deben evitarse. Entre estos aspectos lo principal es la asimetría de la planta, la que tiende a provocar vibraciones torsionales del edificio; por ello, deben evitarse formas totalmente asimétricas, para minimizar estos problemas es necesario hacer coincidir el centro. 12.

(32) Universidad Nacional de San Agustín ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL. de masas con el centro de rigidez, mediante la distribución de elementos resistentes (muros de concreto armado).. Figura 8: Irregularidad en planta posible solución con muros de C°A°. (Fuente: Propia). 2.3.1.3.. IRREGULARIDADES EN ALTURA.. La sencillez, regularidad y simetría son deseables también en la elevación del edifico para evitar que se produzcan concentraciones de esfuerzos en ciertos o amplificaciones de la vibración en las partes superiores del edificio. Particularmente críticas son las reducciones bruscas en la parte superior del edificio, donde el cambio drástico de rigidez tiende a producir el fenómeno de “chicoteo” con una gran amplificación de vibración en la punta.. Figura 9: Irregularidades en altura. (Fuente: Propia). 13.

(33) Universidad Nacional de San Agustín ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL. 2.3.2.. CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO ESTRUCTURAL. 2.3.2.1.. MATERIALES EMPLEADOS. CONCRETO ARMADO . Resistencia a la compresión: f’c = 210 kg/cm². . Deformación unitaria máxima: εcu=0.003. . Módulo de Elasticidad: Ec =15000√210kgcm2 = 217370.65 kg/cm². . Módulo de Rigidez al esfuerzo cortante: G = Ec / 2.3. . Módulo de Poisson: v = 0.20. ACERO GRADO 60 . Límite de fluencia: fy = 4200 kg/cm². . Deformación máxima antes de la fluencia: εs = 0.0021. . Módulo de Elasticidad: Es = 2 000000 kg/cm². 2.3.2.2. 2.3.2.2.1.. NORMAS DE DISEÑO Y CARGAS. NORMAS DE DISEÑO.. Para realizar el modelo y el diseño se tomarán en cuenta las siguientes normas del Reglamento Nacional de Edificaciones. . Norma E.020 Cargas.. . Norma E.030 Diseño Sismo resistente.. 14.

(34) Universidad Nacional de San Agustín ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL. . Norma E.050 Suelos y Cimentaciones.. . Norma E.060 Concreto Armado.. . Norma E.060 Albañilería.. 2.3.2.2.2.. CARGAS DE DISEÑO.. En la norma E-060 del Reglamento Nacional de Edificaciones, menciona los tipos de cargas principales para el diseño de elementos estructurales, las cuales son: a) Carga Muerta (CM): Es el peso de los materiales, dispositivos de servicio, equipos, tabiques y otros elementos soportados por la estructura, incluyendo el peso propio, que sean permanentes o con una variación en su magnitud pequeña en el tiempo b) Carga Viva (CV): Es el peso de todos los ocupantes, materiales, equipos, muebles y otros elementos movibles soportados por la edificación. c) Carga de Sismo (CS): Son aquellas que se generan por la acción sísmica sobre la estructura siguiendo los parámetros establecidos en la Norma E-030 de Diseño Sismo resistente. Las estructuras y los elementos estructurales deberán diseñarse para obtener en todas sus secciones resistencias de diseño (ɸ Rn) por lo menos iguales a las resistencias requeridas (Ru), calculadas para las cargas y fuerzas amplificadas en las combinaciones que se estipulan en esta Norma. En todas las secciones de los elementos estructurales deberá cumplirse: ɸ Rn ≥ Ru 2.3.2.3.. FACTORES DE REDUCCION DE CAPACIDAD. 15.

(35) Universidad Nacional de San Agustín ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL. Los factores de reducción de capacidad ɸ, toman en cuenta las inexactitudes en los cálculos y fluctuaciones en la resistencia del material, en la mano de obra y en las dimensiones. En las vigas se considera el más alto valor de ɸ debido a que están diseñadas para fallar por flexión de manera dúctil con influencia del acero en tracción. En las columnas o placas tiene el valor más bajo de ɸ, puesto que pueden fallar en modo frágil cuando la resistencia del concreto es el factor crítico, adicionalmente la falla de una placa puede significar el desplome de toda la estructura y es difícil realizar la reparación. Flexión sin carga axial 0.90 Carga axial y carga axial con flexión: Carga axial de tracción con o sin flexión: 0.90 Carga axial de compresión con o sin flexión: Elemento con refuerzo en espiral: 0.75 Cortante y torsión: 0.85 2.3.2.4.. RESISTENCIA REQUERIDA. La resistencia requerida para cargas muertas (CM) y cargas vivas (CV) será como mínimo: U = 1,4 CM + 1,7 CV Si en el diseño se tuvieran que considerar cargas de sismo (CS), además de lo indicado anteriormente, la resistencia requerida será como mínimo: U = 1,25 (CM + CV) ±CS U = 0,9 CM ±CS. 16.

(36) Universidad Nacional de San Agustín ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL. 17.

(37) Universidad Nacional de San Agustín ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL. 3. ANALISIS ESTRUCTURAL DEL SISTEMA DUAL. 3.1.. PREDIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES. Los elementos estructurales principales de toda edificación son las losas, vigas, columnas, muros (placas), escaleras y la cimentación. En el predimensionamiento de los elementos estructurales se tomaron los criterios y recomendaciones estructurales que nos brindan los diferentes libros de estructuras y sobre todo el Reglamento Nacional de Edificaciones. 3.1.1.. LOSAS. Las losas son elementos que hacen factible la existencia de los pisos y techos de una edificación. Desde el punto de vista estructural tienen dos funciones, la primera es la transmisión de las cargas de gravedad propias de la losa hacia las vigas, así como toda carga que se apoye en la losa (sobrecargas, tabiques), y la segunda se refiere a las cargas de sismo, actúa como diafragma rígido logrando que las columnas y muros se deformen una misma cantidad en cada nivel. 3.1.2.. LOSAS ALIGERADAS. Las losas aligeradas se hacen con viguetas de 10 cm de ancho separadas una distancia libre de 30cm, debido a que los ladrillos se fabrican con este ancho. El espesor de las losas aligeradas está prácticamente regido por el espesor de los ladrillos, ya que es común considerar una losa superior mínima de 5 cm. Así se tiene aligerados usuales los cuales son:. 18.

(38) Universidad Nacional de San Agustín ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL. Tabla 2: Carga de aligerados tradicionales y peraltes recomendados. (Fuente: Análisis de edificios, Ing. Ángel San Bartolomé). ESPESOR DE LA LOSA ALIGERADA cm 17 20 25 30. ESPESOR DEL LADRILLO cm 12 15 20 25. w. PARA LUCES (ln) DE:. kg/m² 280 300 350 420. m menores a 4 entre 4 y 5.5 entre 5 y 6.5 entre 6 y 7.5. Cuando los techos aligerados tienen las medidas tradicionales indicadas en la Fig.10, y cuando se emplea ladrillos de techo (30x30 cm), puede utilizarse las siguientes cargas de peso propio, expresadas en kilogramos por metro cuadrado de área en planta: (análisis de edificios, Ing. Ángel San Bartolomé). Figura 10: Medidas tradicionales en aligerados. (Fuente: análisis de edificios, Ing. Ángel San Bartolomé). Por parte de la norma para seleccionar el peralte adecuado se toma el criterio de la verificación de deflexiones. Los elementos de concreto reforzado sometidos a flexión (incluyen losas) deben diseñarse para que tengan una rigidez adecuada con el fin de limitar cualquier deformación que pudiese afectar adversamente la resistencia o el funcionamiento de la estructura bajo condiciones de servicio.. 19.

(39) Universidad Nacional de San Agustín ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL. Para evitar el chequeo de deflexiones se utiliza la siguiente relación:. ℎ≥. 𝐿 25. En el presente proyecto se tiene una luz máxima de losa de 4.25 m. Entonces:. ℎ≥. 540 25. ℎ ≥ 21.6 Por lo tanto se opta colocar una losa aligerada con un peralte igual a 0.20 m. Este es el paño más crítico, ya que los demás tienen medidas que no pasan los 5 metros de luz libre. 3.1.3.. VIGAS. Son elementos que reciben la carga de las losas, y las transmiten hacia otras vigas o directamente hacia las columnas o muros. Junto a las columnas forman lo que se denominan los pórticos. Otra función, junto a las columnas y muros, es resistir los diferentes esfuerzos producidos por las fuerzas horizontales de sismo (cortantes, momentos y axiales), y ser elementos que ayudan a proporcionar rigidez lateral. Las vigas pueden ser chatas o peraltadas; la diferencia entre ambas es notoria, puesto que comprenden no solo su capacidad resistente por flexión y cortante, sino su capacidad de deformación (rigidez y flexibilidad). Las vigas se dimensionan generalmente considerando un peralte del orden de 1/10 de la luz libre, debe de tenerse en cuenta que esta altura incluye el espesor de la losa del techo o piso.. 20.

(40) Universidad Nacional de San Agustín ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL. Tabla 3: Predimensionamiento de vigas. (Fuente: Propia). L(cm) A B C D E F H J K L M 1;21 2;20 3;19 4;18 7;15 10;12 11. 440 438 440 438 392 438 392 567 490 490 490 310 440 440 440 350 310 430. H(cm) L/10 elegido 44.00 50 43.80 50 44.00 50 43.80 50 39.20 50 43.80 50 39.20 50 56.70 50 49.00 50 49.00 50 49.00 50 31.00 45 44.00 45 44.00 45 44.00 45 35.00 45 31.00 45 43.00 45. B(cm) 0.5*H elegido 25 30 25 30 25 30 25 30 25 30 25 30 25 30 25 30 25 30 25 30 25 30 22.5 30 22.5 30 22.5 30 22.5 30 22.5 30 22.5 30 22.5 30. Se iniciará con vigas de 30cm x 50 cm para las vigas que soportan a las losas, estas están en la dirección X-X, y se iniciará con vigas de 30cm x 45cm en la dirección Y-Y, de ser necesario durante el análisis se irá variando las dimensiones. Las vigas chatas, son las vigas que se encuentran en la losa sin sobresalir de ésta y su función principal es soportar y transmitir los esfuerzos de los tabiques o muros dispuestos en la misma dirección de la losa aligerada a las vigas, muros y columnas. 3.1.4.. COLUMNAS. Las columnas son elementos de la edificación que se encuentran en forma vertical, estos se encargan de recibir las cargas que le transfieren las losas y vigas, sísmicamente las columnas forman junto con las vigas los denominados pórticos, así estos últimos forman junto a los muros estructurales (si es que estos existen), la estructura sismorresistente.. 21.

(41) Universidad Nacional de San Agustín ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL. Las columnas al ser sometidos a carga axial y momento flector (flexo compresión) debe de ser dimensionadas considerando estos dos efectos simultáneamente. Actualmente la mayoría de las edificaciones se diseñan con sistemas duales (pórticos y muros de corte), lo cual permite reducir significativamente los momentos en las columnas debido a sismo. Se tomará en cuenta los siguientes criterios de dimensionamiento. (Ing. Antonio Blanco Blasco, Estructuración y diseño de edificaciones de concreto armado. Pg. 41.42) a) Para columnas centrales:. 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 =. 𝑃(𝑠𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑖𝑜 ) 0.45 ∗ 𝑓 ′ 𝑐. b) Para columnas exteriores o esquineras. 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 =. 𝑃(𝑠𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑖𝑜 ) 0.35 ∗ 𝑓 ′ 𝑐. Definiremos P (servicio) con la siguiente expresión: 𝑃(𝑠𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑖𝑜) = 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑟𝑖𝑏𝑢𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎 ∗ 𝑁° 𝑑𝑒 𝑝𝑖𝑠𝑜𝑠 ∗ 1 𝑇𝑜𝑛/𝑚2 Dónde:. P (servicio): Carga en servicio. . Área tributaria: se muestra en el siguiente grafico (Figura 11). . N° de pisos: número de pisos de la edificación.. . 1 Ton/m²: Se supone un peso de 1 Ton/m2 por piso. Blanco A. Libro: Estructuración y diseño de edificaciones de concreto armado, 2da Edición.. 22.