Diseño estandarizado de edificaciones de baja altura

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(2)

UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR

DE LOJA

L, U4Ae4a4 Caótt he L.&a.

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

DISEÑO ESTANDARIZADO DE EDIFICACIONES

DE BAJA ALTURA

Tesis de grado previa a la obtención del título de INGENIERO CIVIL

AUTORES: Edgar Fabricio Alverca Maza Luis Alberto Solano Jiménez

DIRECTOR: Ing. Humberto Ramírez Romero

(3)

Ingeniero

Humberto Ramírez Romero

DOCENTE INVESTIGADOR DE LA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

CERTIFICA:

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

titulada

"Diseño estandarizado de edificaciones de baja altura", presentada por los señores egresados Edgar Fabricio Alverca Maza y Luis Alberto Solano Jiménez, ha sido revisada detalladamente; la misma que posee la suficiente profundidad técnica e investigativa y cumple con la reglamentación requerida por la Escuela de Ingeniería Civil; por lo que, autorizo su presentación a la Dirección de la Escuela para los fines legales pertinentes.

Loja, Octubre del 2005

(11)1

/7

Ing. Humberto Ramírez Romero

DIRECTOR DE TESIS

(4)

CESIÓN DE DERECHOS

Nosotros, Edgar Fabricio Alverca Maza y Luis Alberto Solano Jiménez, declaramos conocer y aceptar la disposición del Art. 67 del Estatuto Orgánico de la Universidad Técnica Particular de Loja, que en su parte pertinente

textualmente dice

"Forman parte del patrimonio de la Universidad la propiedad intelectual de investigaciones; trabajos científicos o técnicos y tesis de grado que se realicen a través, o con el apoyo financiero, académico o ínstitucional operativo de la Universidad"

Edgar Fabricio Alverca Maza Luis Alberto Solano Jiménez

(5)

AUTORÍA

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

Edgar Fabricio Alverca Maza Luis Alberto Solano Jiménez

AUTOR AUTOR

(6)

AGRADECIMIENTO

Expresamos nuestro profundo agradecimiento a la Universidad Técnica Particular de Loja, especialmente a la Escuela de Ingeniería Civil y a la Unidad Civil Geominera (U.C.G.), por acogernos en sus aulas universitarias. Así mismo a todos los profesores y en especial al Ing. Humberto Ramírez Romero, por todos los conocimientos impartidos, y la paciencia demostrada durante nuestra formación profesional . ... .Los autores

Agradezco infinitamente a la Virgen del Cisne, a mí familia y amigos, y en especial a Mayra, ya que gracias a ellos he logrado terminar con éxito una meta más en mi vida . ... ... Edgar Fabricio

(7)

DEDICATORIA

A mis padres, quienes me apoyaron incansablemente con su abnegado esfuerzo, a mis hermanos quienes me incentivaron a seguir adelante, a mis amigos quienes me dieron su aliento de superación.

Edgar Fabricio

A Dios y a la Virgen, quienes durante toda mi vida me han dado la fuerza espiritual para lograr todos mis objetivos.

A mi familia, especialmente a mis padres, por entregarme su apoyo, consejos y amor incondicional en

todo momento, inculcándome

siempre los sentidos de

responsabilidad y superación.

Luis Alberto

(8)

ÍNDICE

CARÁTULA... CERTIFICACIÓN... CESIÓNDE DERECHOS... AUTORÍA. ... . ... . ... . ... ... ... ... ... . ... .. Iv AGRADECIMIENTO... y

DEDICATORIA... vi

INTRODUCCIÓN... XII CAPÍTULO 1 1. GENERALIDADES... 2

1.1. Importancia del proyecto... 2

1.2. Objetivo general... 2

1.3. Descripción del entorno... 3

1.3.1. Localización geográfica... 3

1.3.2. Nivel de crecimiento... 4

1.4. Formas más comunes de construir... 4

CAPÍTULO II 2. BASES DE DISEÑO... 8

2A. Hormigón... 8

2.1.1. Módulo de elasticidad... 8

2.2. Acero de refuerzo... 8

2.2.1. Detalles del acero de refuerzo... 9

2.2.1.1. Ganchos... 9

2.2.1.2. Traslapes... 10

2.2.1.3. Longitudes de desarrollo... 10

2.2.1.4. Anclajes... 11

2.3. Cargas... 12

2.3.1. Carga viva... 12

2.3.2. Carga muerta... 12

(9)

2.3.4. Cargas de viento 13

2.4. Disposiciones generales de acuerdo al CEC 2000...13

2.4.1. Zonas sísmicas y factor de zona Z...13

2.4.2. Coeficientes de suelo 5 y Cm ... . ... . ... .. ... 14

2.4.3. Coeficiente de importancia 1...14

2.4.4. Factor de reducción de resistencia sísmica R...15

2.4.5. Derivas de piso LM ... . ... . ... 16

2.5. Deformaciones máximas admisibles... ... . ... 17

2.6. Resistencia requerida. ... . ... . ... .... . ... ... . ... 17

2.7. Resistenia de diseño ... . ... . ... 18

CAPÍTULO III 3. DISPOSICIONES ESPECIALES PARA EL DISEÑO DE LA EDIFICACIÓN... . ... . ... ... 20

3.1. Limitaciones de las edificaciones ... . ... ... . ... 20

3.1.1.

Uso y ocupación .... . ... . ... ... 20

3.1.2. Área de construcción... ... .. ... . ... . ... 20

3.1.3. Número de pisos ... . ... ...20

3.1.4. Máxima altura de piso ... ... ... 20

3.1.5. Número de vanos .... . ... . ... . ... ...20

3.1.6. Longitudes de vanos ... ... . ... . ... ...21

3.1.7. Volados ... . ... ... ... . ... 21

3.2. Zapatas ... . ... . .... . ... . ... 21

3.2.1. Área mínima de zapata...21

3.2.2. Mínimo espesor de la zapata ... . ... 21

3.2.3. Recubrimiento mínimo ... . ... . ... . ... .22

3.2.4. Mínima profundidad de la cimentación...22

3.2.5. Espaciamiento de la armadura principal a flexión. . . . ... 22

3.2.6. Mínima área de refuerzo ... ... 22

3.2.7. Máxima área de refuerzo ... . ... . ... 22

3.3. Columnas ... . ... ..23

3.3.1. Dimensiones límites ... . ... 23

3.3.2. Recubrimiento mínimo ... . ... ... ... . ... . ... . .... 23

(10)

3.3.3. 1. Mínima y máxima área de refuerzo longitudinal. . .... 24

3.3.3.2. Mínimo diámetro de varillas longitudinales ... ... 24

3.3.3.3. Mínimo número de barras longitudinales. ... ... . ... 24

3.3.3.4. Mínimo espaciamiento entre barras longitudinales...24

3.3.4. Acero de refuerzo transversal... ... ---- ... ... ... . ... ...25

3.3.4.1. Mínima diámetro de refuerzo transversal .... .. . ... . 25

3.3.4.2. Espaciamiento entre estribos ... . ... .. ... . ... . .... 25

3.4. Vigas. . ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ..26

3.4.1. Dimensiones límites... ... ... .... ... 26

3.4.2. Recubrimiento mínimo ... ... ... . ... . ... ... . ... .26

3.4.3. Acero de refuerzo a flexión (longitudinal) ... . ... 27

3.4.3.1. Mínima y máxima área de refuerzo longitudinal ... . ... 27

3.4.3.2. Mínimo diámetro de varillas longitudinales ... . .... ... ... 27

3.4.3.3. Mínimo número de barras longitudinales ... ...27

3.4.3.4. Mínimo espaciamiento entre varillas longitudinales...27

3.4.4. Acero de refuerzo por cortante (acero transversal)...27

3.4.4.1. Mínimo diámetro de refuerzo transversal ... . ... ... 27

3.4.4.2. Espaciamiento entre estribos ... . .... ... . ... 28

3.4.5. Desarrollo de la armadura a flexión ... .. ... . ... 28

3.5. Losas .... . ... . ... ... ... . ... ... ... ... 30

3.5.1. Espesor mínimo de la losa alivianada ... ... ... . ... 30

3.5.2. Armadura mínima ... .. ... ... ... .... ... ... ...31

3.5.3. Armadura máxima ... ... ...31

3.5.4. Recubrimiento mínimo ... ... ... . ... ... ... ..32

3.5.5. Aberturas en losas ... ... ... 32

3.6. Escaleras ... ... ... . .... . ... . ... 32

CAPÍTULO IV 4. ANÁLISIS Y DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES...34

4.1. Resumen de bases de diseño .... . ... .... . ... .... ... ...34

4.2. Método de diseño ... ... .. ... . ... . ... . ... ... ... ... 34

4.3. Cargas. ... . ... . ... ... . ... 35

4.4. Método de análisis... ... ... ... 35

(11)

4.4.2. Estados de carga 38

4.4.3. Número de modos de vibración. ... ... ... ... ... .38

4.4.4. Cimentación... ... .. ... . .... . ... . ... ... ... ..38

CAPÍTULO V 5. PRESENTACIÓN DE RESULTADOS... ... ... ... ... ... . ... ... 40

CASO1 ...40

CASO2...40

CASO3...41

5.1. Zapatas. ... ... . ... ... . ... ... ... ... ... 42

5.1 .1. Secciones de zapatas ... . ... .. .... ... . ... ... .... ... 45

5.1.1.1. Secciones de zapatas con qadm. = 1.2 kg/cm2... ... 45

5.1.1.2. Secciones de zapatas con qadm. = 1.5 kg/cm 2 ... ... ... 45

5.1.1.3. Secciones de zapatas con qadm. = 1.8 kg/cm2 ... . ... 46

5.1.2. Acero de refuerzo longitudinal en zapatas... ... ... ... ... 47

5.1.2.1. Acero de refuerzo en zapatas con qadm. = 1.2 kg/cm2.. 47

5.1.2.2. Acero de refuerzo en zapatas con qadm. = 1.5 kg/cm2.. 47

5.1.2.3. Acero de refuerzo en zapatas con qadm. = 1.8 kg/cm2 .. 48

5.1.3. Acero de refuerzo longitudinal y transversal en vigas de enlace... ... ... . ... ---- ... 50

5.1.3.1. Acero en vigas de enlace con qadm. = 1.2 kg/cm 2 ... .... 50

5.1.3.2. Acero en vigas de enlace con qadm. = 1.5 kg/cm 2 ... .51

5.1.3.3. Acero en vigas de enlace con qadm. = 1.8 kg/cm 2 .... ... 52

5.1.4. Cadenas de amarre ... ... ... . ... .. .... . ... 54

5.2. Columnas ... ... ... ... ... .. ... .56

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

5.2.2. Secciones de columnas ... ... . ... . .... .58

5.2.3. Acero longitudinal y transversal en columnas.. ... ... 59

5.3. Vigas ... . ... . ... ... ... .. ... 61

5.3.1. Vigas internas y perimetrales.... ... . ... .... .... .. ... .. ... 61

5.3.1.1. Secciones de vigas internas y perimetrales. . ... . 61

5.3.1.2. Acero en vigas internas y perimetrales...62

5.3.2. Vigas de grada. ... ... .... .... . ... .. .... . ... 67

(12)

5.3.2.2. Acero longitudinal y transversal en vigas de grada... 69

5.3.3. Vigas en los volados... 70

5.3.3.1. Vigas en la dirección corta del volado... 71

5.3.3.2. Vigas en la dirección larga del volado... 73

5.4. Losas... 75

CAPÍTULO VI 6. RECOMENDACIONES CONSTRUCTIVAS... 79

6.1. Recomendaciones generales... 79

6.1.1. Normas de regulación urbana... 79

6.1.2. Seguridad en la construcción... 79

6.1.3. Restricciones de los edificios para un buen comportamiento sísmico... 79

6.1.3.1. Peso... 79

6.1.3.2. Formas del edificio en planta... 81

6.1.3.3. Formas del edificio en elevación... 82

6.1.3.4. Separación entre edificios adyacentes... 83

6.2. Recomendaciones específicas... 84

6.2.1. Colocación del acero de refuerzo... 84

6.2.2. Doblado del acero de refuerzo... 84

6.2.3. Columnas... 84

6.2.4. Vigas... 87

CAPÍTULO VII 7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... . ... . .... .. ... ....90

7.1. Conclusiones ... ... ... ... ... . ... .... ... 90

7.2. Recomendaciones. ... ... .. ... . ... 91

(13)

INTRODUCCIÓN

En la actualidad el análisis estructural se torna ineludible en la construcción de obras civiles, mas aún, si nos referimos a edificaciones que en su mayor parte del tiempo estarán habitadas por seres humanos; y si a esto se le agrega los impredecibles y devastadores efectos que ocasionan en dichas estructuras los fenómenos naturales, tales como: eventos sísmicos, geológicos e hidrológicos; se puede afirmar que el cálculo estructural no se lo puede dejar en manos de personas que se rigen por métodos empíricos y tradicionales, que no hacen más que poner en peligro la vida de los ocupantes, sino, que deberá ser ejecutado por entes profesionales, que apliquen todas las normas y códigos establecidos para beneficio de la estructura.

Sin considerar los peligros que encierran las construcciones sin un análisis estructural a fondo, los propietarios de las edificaciones de baja altura (hasta 3 pisos) encargan al albañil la responsabilidad de diseñar y construir casi todos los elementos que constituyen la edificación (zapatas, columnas, vigas, losas). Como su diseño se basa en la "experiencia", éste realiza su tarea con dimensiones de elementos y cantidades de acero inferiores a las mínimas que resultarían de hacer un diseño estructural que cumpla con todas las especificaciones y normas que exige el Código Ecuatoriano de la Construcción (CEC 2000), en el cual se toman en cuenta factores que son ignorados tales como: actividad sísmica, tipo de suelo, altura del edificio, tipos de cargas, etc.

Es por ello que con la presente investigación previa a la obtención del título de Ingeniero Civil se pretende elaborar un manual de edificaciones de baja altura en el que se detalle en forma clara y precisa las secciones y

(14)

refuerzos de cada uno de los elementos estructurales, con lo que quedará garantizada la estabilidad de la estructura frente a un eventual suceso catastrófico.

El manual de edificaciones de baja altura podrá ser utilizado en cualquier sector de la provincia y del país que se encuentre dentro de la zona sísmica II, es necesario señalar que el presente manual fue elaborado en base a datos obtenidos en la ciudad de Loja.

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

(15)

CAPÍTULO 1

(16)

CAPÍTULO 1

85

GENERALIDADES

1. GENERALIDADES

1.1. IMPORTANCIA DEL PROYECTO

Hasta el momento en la ciudad y provincia de Loja, existe una gran cantidad de viviendas que no poseen la configuración estructural ni dimensiones de elementos estructurales necesarios para mantener dicha edificación estable ante un evento sísmico, entre las principales causas de este problema podríamos citar que: no existe un detallamiento claro y completo de planos estructurales de las viviendas, las mismas que son construidas sin el personal técnico calificado para que permanezca al frente de la obra dirigiendo y vigilando que los trabajos se hagan de acuerdo a las normas constructivas, así mismo, no hay ninguna institución gubernamental o local que se preocupe por hacer cumplir los requisitos mínimos de construcción para edificios de baja altura, y entre otras causas, no se ha tomado conciencia por parte de los propietarios de las viviendas, de los gravísimos daños que se producirían en el edificio al presentarse un sismo moderado o severo durante la vida útil de la obra; es por esto que, se elaborará un manual práctico, en base al proyecto de tesis "DISEÑO ESTANDARIZADO DE EDIFICACIONES DE BAJA ALTURA" en el cual

los constructores, puedan tener una guía al momento de edificar viviendas, obteniendo edificios más seguros y a la vez económicos, reduciendo los peligros de inestabilidad o colapso, con lo que se preserva la salud y la vida de sus habitantes.

Con el presente manual, se pretende también incentivar a los profesionales de la construcción a realizar un análisis estructural minucioso, previo a la fabricación de cualquier edificación, lo que garantizará la estabilidad de la vivienda frente a un evento destructivo.

1.2. OBJETIVO GENERAL

(17)

CAPÍTULO ¡

GENERALIDADES

Construcción CEC 2000, ACI 318-99 y el Código Alternativo: Essential requeriments for reinforced concrete buildings (for buildings of limited size and height, based on ACI318-02)

1.3. DESCRIPCIÓN DEL ENTORNO

La ciudad de Loja fue fundada el 8 de diciembre de 1548 por el capitán Alonso de Mercadillo, se caracteriza por tener un clima templado andino, con una temperatura promedio de 17°C, ya que se encuentra enclavada en un valle del altiplano al sur del Ecuador, a 2 064 msnm; rodeada de montañas, y circundada por los ríos Zamora y Malacatos.

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

Catalogada como la ciudad ecológica por las Naciones Unidas, Loja cuenta con todos los servicios básicos para la comodidad de sus habitantes y con innumerables espacios verdes destinados a promover la actividad física y rec re a cio n a 1.

1.3.1. Localización Geográfica

Loja se encuentra ubicada al Sur del Ecuador a 700 Km de la ciudad de Quito; ubicada a: 03°39'55" y 04 030'38" de Latitud Sur y 79 005'58" y 79005'58" de Longitud Oeste2, limita al Norte, con el cantón Saraguro, al Sur y al Este con la provincia de Zamora Chinchipe y al Oeste con los cantones Catamayo, Paltas y Calvas.

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

11. MUNICIPIO DE LOJA. DPTO. PLANIFICACIÓN

(18)

3.5 3.0

3.5 13.0

3,5

3.5

3,5

ED1P 3

4,0 3.0 30

ELIIr r

3.5 35 35

EDH- 1

^ 17

CAPITULO!

GENERALIDADES

1.3.2. Nivel decrecimiento

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

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

1.4. FORMAS MÁS COMUNES DE CONSTRUIR

Para determinar las formas y dimensiones más comunes de construir viviendas en la ciudad de Loja, se realizó un muestreo al azar, donde se hizo la inspección visual de 60 edificios en diferentes sectores de la ciudad, de los cuales el 70% estaban en etapa de construcción, lo que nos asegura que la información recolectada nos da una idea clara de las formas constructivas más actuales. En base a este estudio, se ha llegado a determinar que actualmente existe un bajo porcentaje de edificios mayores a 3 niveles destinados para vivienda, definiendo dimensiones estandarizadas de separación de vanos y pórticos, los cuales se representan en una vista en planta a continuación:

(19)

CAPÍTULO!

GENERALIDADES

El DIEl 4 EDIF 5 El D 18 8

3.0 3.5

4.0

3.0 35

4.0

4.0 35

3.5 3.0 15 4,0 3.0 4.0 57 3,5 4 0

EDIP 7 EDIP 8

EDIE 9

35 3.0 3.0

35 3.0 3.0

-3.0

L

3.5

15 30 30 4 4 5 3.5

4.5 40 4.0

EIDIE 11 EDIE 12 EDIF 10

40 30

30 :.:

5 .0 40

:°___

EDIF 13 EDJ.814 EDIF 15

4.0 3.5 35

3.5 40

45

3,5

4.0 50 3.5 40

4.0 3,5 3.5 15

(20)

CAPÍTULO!

GENERALIDADES

EDIL 16 EDIP 17 EDIE 18

Li U)

Li

'o

'o

Li

4 4 4

E 3,5 3,5

EDIP 19 EDIE 20

Li

'o Li

'o Li

'o

5 5 4,5 4,5

5 5 4 4

PifiE 21 EDIP 22 ELlE 23

LO 'o

LO 'o

LO

'o

U)

u-)

L) 4 4 4

4,5 4,5 4,5

(21)

CAPITIJ

II

1 1

1

(22)

CAPÍTULO II

BASES DE DISEÑO

/

2. BASES DE DISEÑO

;)

f

2.1. HORMIGÓN

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

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

2.1.1. Módulo de elasticidad

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

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

2.2. ACERO DE REFUERZO

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

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

1 CÓDIGO DE DISEÑO DE HORMIGÓN ESTRUCTURAL ACI 318-99. CAPÍTULO 2

(23)

9

5.

CAPÍTULO II

BASES DE DISEÑO

2.2.1. Detalles del acero de refuerzo

2.2.1.1. Ganchos

Los ganchos permiten anclar el acero de refuerzo al hormigón, evitando el desplazamiento de las varillas. A continuación detallaremos algunos tipos de ganchos normales tal como lo señala el ACI 318-99 en su sección 7.1.

a) Gancho a 900

12db

db

b) Gancho al80°

-- 7 - 'db

c) Para estribos

Gancho a 901

6db 4db

db

(24)

9

CAPÍTULO II

BASES DE DISEÑO

Gancho a 1351

6db1

4db

1db

Fig. 2.1.- Dimensiones de ganchos standard

2.2.1.2. Traslapes

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

50db . db

Fig. 2.2.- Longitud de traslape mínima

2.2.1.3. Longitudes de desarrollo

(25)

C.076fy db

15 cm

L 8 db 12kD

9

CAPÍTULO II

BASES DE DISEÑO

sección crítica

ld=50db 1d=50db

sección crítica

db ld=50db distancia de anclaje

sección 2.2.1.4

Fig. 2.3.- Longitud de desarrollo mínima

2.2.1.4. Anclajes

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

sección crítica

Fig. 2.42. Anclaje de barras longitudinales en uniones extremas.

2 MELI R., BAZÁN E.- Diseño sísmico de edificios. Primera edición. Pág. 286

(26)

l

^

CAPÍTULO!!

BASES DE DISEÑO

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

2.3. CARGAS

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

2.3.1. Carga viva

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

2.3.2. Carga muerta

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

2.3.3. Cargas debido a sismos

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

(27)

^n

CAPÍTULO 11

BASES DE DISEÑO

2.3.4. Cargas de viento

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

2.4. DISPOSICIONES GENERALES DE ACUERDO AL

CEC-2000

2.4.1. Zonas sísmicas y factor de zona Z

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

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

En el Ecuador se han definido cuatro zonas sísmicas, para cada zona existe un valor para el factor de zona Z, que representa la

http://www.igepn.com . Instituto Geofísico, E.P.N. José Egred A., Los terremotos y su incidencia en el Ecuador.

(28)

CAPÍTULO II

: I

BASES DE DISEÑO

aceleración máxima efectiva en roca esperada para el sismo de diseño, expresada como fracción de la aceleración de la gravedad.

Tabla 2.1 .- Valores del factor en función de la zona sísmica adoptada

Zona sísmica 1 11 III IV ValorfactorZ 0.15 0.25 0.30 0.40

2.4.2. Coeficientes de suelo S y Cm

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

Tabla 2.26 . Coeficiente de suelo S y coeficiente Cm

Perfil tipo Descripción S Cm

SI Roca o suelo firme 1.0 2.5 S2 Suelos intermedios 1.2 3.0 S3 Suelos blandos y estrato profundo 1.5 2.8 S4 Condiciones especiales de suelo 1 2.0 1 2.5

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

2.4.3. Coeficiente de importancia 1

Según el CEC 2000, el coeficiente de importancia ¡ está determinado por el tipo de uso, destino e importancia de la estructura, las mismas que deben permanecer operativas o sufrir daños menores luego de la ocurrencia de un sismo severo. El valor de 1 se determinará de acuerdo a la siguiente tabla.

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

(29)

CAPÍTULO II

BASES DE DISEÑO

81

Tabla 2.37.- Tipo de uso, destino e importancia de la estructura

Categoría Tipo de uso, destino e importancia Factor

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

Estructuras de centros de telecomunicaciones u otros centros 1.5 de atención de emergencias. Estructuras que albergan

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

ocupación Museos, iglesias, escuelas y centros de educación o

esecial deportivos que albergan mas de trescientas personas. Todaslas estructuras que albergan mas de cinco mil personas. 1.3 Edificios públicos que requieren operar continuamente.

Otras Todas las estructuras de edificación y otras que no clasifican 1.0 estructuras dentro de las categorías anteriores.

2.4.4. Factor de reducción de resistencia sísmica R

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

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

CÓDIGO ECUATORIANO DE LA CONSTRUCCIÓN. CEC-2000. Tabla 4. Pág. 11

(30)

CAPÍTULO 11

BASES DE DISEÑO

Tabla 2 . 48 . Valores del coeficiente de reducción de respuesta estructural R Sistemas de pórticos espaciales sismo-resistentes, de hormigón armado

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

Sistemas de pórticos espaciales sismo-resistentes, de hormigón armado 10 con vigas descolgadas o de acero laminado en caliente.

Sistemas de pórticos espaciales sismo-resistentes, de hormigón armado

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

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

Sistemas de pórticos espaciales sismo-resistentes, de hormigón armado con vigas banda y diagonales ngidizadoras*

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

Estructuras de acero con elementos armados de placas o con elementos 7 de acero conformados en frío. Estructuras de aluminio.

Estructuras de madera. 7 Estructuras de mampostería reforzada o confinada. 5 Estructuras con muros portantes de tierra reforzada o confinada. 3

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

2.4.5. Derivas de piso AM

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

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

AM =R•AE

Donde: AM = máxima deriva

R = factor de reducción de resistencia sísmica

AE = deriva de cada piso

No pudiendo superar los valores establecidos en la tabla 2.5" lO

8 CÓDIGO ECUATORIANO DE LA CONSTRUCCIÓN. cEc-2000.

Tabla 7. Pág. 16

MEMORIAS: XII JORNADAS NACIONALES DE INGENIERÍA ESTRUCTURAL VOL. II PÁG. 328

10 CÓDIGO ECUATORIANO DE LA COSNTRUCCIÓN. CEC-2000.

(31)

CAPÍTULO II

BASES DE DISEÑO

Tabla 2.5.- Derivas máximas permitidas

2.5. DEFORMACIONES MÁXIMAS ADMISIBLES

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

2.6. RESISTENCIA REQUERIDA

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

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

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

Carga viva y muerta U = 1.4'D + 1.4*PP

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

Fuerzas sísmicas

U = 1 . 05*D + 1 . 05*PP + 1 . 275*L + 1 .4025*Sx

U = 1 . 05*D + 1 . 05*PP + 1 . 275*1_ - 1.4025*Sx U = 1 . 05*D + 1 . 05*PP + 1 . 275*L + 1 .4025*Sy

(32)

4

CAPÍTULO II

BASES DE DISEÑO

U = 1 05*D + 1 O5'PP + 1 275*L - 1 4025*Sy

U = O 9*D + o 9PP + 1 43*Sx

U = O 9*D + 9p - 1 43*Sx

.%

U = O 9*D +0.9*PP + 1 43*Sy '7 (• •1

U = 0.9'D + 0.9*PP - 1 .43*Sy s

o

Cimentación

U =

1 .05*D + 1 .05*PP + 1 .O*L

Donde:

U = Resistencia requerida PP = Peso propio

D = Carga muerta L = Carga viva

Sx = Sismo en el sentido X Sy = Sismo en el sentido Y

2.7. RESISTENCIA DE DISEÑO

La resistencia de diseño proporcionada por un elemento, sus conexiones con otros elementos, así corno sus secciones transversales, en términos de flexión, carga axial, corte y torsión, deben tomarse como la resistencia nominal calculada de acuerdo con los requisitos y suposiciones del código ACI 318-99, multiplicada por los factores 4) de reducción de resistencia de las secciones 9.3.2 y 9.3.4, del mismo código.

El factor de reducción de resistencia 4), debe ser el siguiente:

(33)

CAPÍTULO 111

1

W¿

DISPOSICIONES ESPECIALES

PARA EL DISEÑO DE LAS

(34)

: CAPÍTULO III

1fi

DISPOSICIONES ESPECIALES PARA EL DISEÑO DE LAS EDIFICACIONES

3. DISPOSICIONES ESPECIALES PARA EL DISEÑO DE

LAS EDIFICACIONES

3.1. LIMITACIONES DE LAS EDIFICACIONES

Las edificaciones están limitadas en los siguientes aspectos:

3.1.1. Uso y ocupación

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

3.1.2. Área de construcción

El área de construcción no será mayor a 236 m2

3.1.3. Número de pisos

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

3.1.4. Máxima altura de piso

La máxima altura de piso, medida desde el piso terminado hasta el piso inmediatamente contiguo será de 2.70 m.

3.1.5. Número de vanos

(35)

CAPÍTULO III

DISPOSICIONES ESPECIALES PARA EL DISENO DE LAS EDIFICACIONES

3.1.6. Longitudes de vanos

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

3.1.7. Volados

El manual de edificaciones de baja altura contempla un volado de 90cm para cada piso en el frente de la edificación, por lo que un exceso o incremento de este podrá alterar las dimensiones de los elementos estructurales.

3.2. ZAPATAS

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

3.2.1. Área mínima de zapata

Las zapatas tendrán una área superior a 0.81 m2 y en ningún caso uno de sus lados podrá ser menor que 90 cm. Tal como se indica en el código alternativo del ACI 318-02 en su sección 14.5.3.4.

3.2.2. Mínimo espesor de la zapata

La zapata no podrá tener un espesor menor que el especificado en la sección 15.7 del código ACI 318-99, en el que se indica que deberá ser superior a 15 cm sobre la armadura inferior.

(36)

CAPITULO III r 11

'IL DISPOSICIONES ESPECIALES PARA EL DISEÑO DE LAS EDIFICACIONES

3.2.3. Recubrimiento mínimo

De acuerdo a la disposición de la sección 7.7.1 del código AOl 318-99, el recubrimiento mínimo para hormigón colocado contra el suelo y permanentemente expuesto a él, es de 75 mm.

3.2.4. Mínima profundidad de la cimentación

La mínima distancia vertical entre la superficie del suelo y la cota de cimentación no deberá ser menor que 90 cm. Tal como se indica en el código alternativo ACI 318-02 sección 14.5.3.3.

3.2.5. Espaciamiento de la armadura principal a flexión

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

3.2.6. Mínima área de refuerzo

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

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

3.2.7. Máxima área de refuerzo

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

(37)

CAPÍTULO III

91%

DISPOSICIONES ESPECIALES PARA EL DISEÑO DE LAS EDIFICACIONES

3.3. COLUMNAS

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

3.3.1. Dimensiones Límites

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

implica las siguientes dimensiones mínimas:

Columnas rectangulares:

bc 25cm

- bc

hc >O.3

Columnas circulares:

d 3Ocm

Fig. 3.1.1. Secciones mínimas de columnas

3.3.2. Recubrimiento mínimo

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

1 ESSENTIAL REQUIREMENTS FOR REINFORCED CONCRETE BUILDING (For building of limited Size and Height, based on ACI 318-02) SECCIÓN 10.3.2

(38)

CAPÍTULO III

- DISPOSICIONES ESPECIALES PARA EL DISEÑO DE LAS EDIFICACIONES

33.3. Acero de refuerzo longitudinal

3.3.3.1. Mínima y máxima área de refuerzo longitudinal

El área total de refuerzo longitudinal para columnas no debe ser menor que 0.01, ni mayor que 0.06 veces el área total de la sección de la columna tal como se indica en la sección 21.4.3 del ACI 318-99. Pero se recomienda que no se supere el valor de 0.02 con el fin de evitar congestionamiento de varillas en uniones con otros elementos.

3.3.3.2. Mínimo diámetro de varillas longitudinales

El mínimo diámetro de varillas longitudinales a utilizarse en columnas, para la construcción de edificaciones de baja altura, debe ser 14 mm.

3.3.3.3. Mínimo número de barras longitudinales

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

3.3.3.4. Mínimo espaciamiento entre barras longitudinales

El espaciamiento mínimo entre las varillas

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

(39)

^n

CAPITULO III DISPOSICIONES ESPECIALES PARA EL DISEÑO DE LAS EDIFICACIONES

3.3.4. Acero de refuerzo transversal

3.3.4.1. Mínimo diámetro de refuerzo transversal

El mínimo diámetro de varillas para estribos debe ser

8mm.

3.3.4.2. Espaciamiento entre estribos

El máximo espaciamiento será el menor de los siguientes valores:

...

h.

L

..

bc

e -- e

(16

db varilla longitudinal s < el menor de <48 db estribo

(bc

Fig. 3.2.2 . Espaciamiento vertical de estribos en columnas

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

Los estribos serán colocados con dos diferentes espaciamientos: una parte de los estribos irán en los extremos del elemento hasta una distancia igual a 1/4 de la luz, con un espaciamiento igual a S i y en el centro se colocarán a una distancia S2. Los espaciamientos S 1 y S2 varían para cada caso y de detallan en los cuadros de resultados.

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

based on ACI 318-02) SECCIÓN 10.4.3

(40)

CAPÍTULO III

DISPOSICIONES ESPECIALES PARA EL DISEÑO DE LAS EDIFICACIONES

/.

34 VIGAS

Según Christopher Arnold,

(Configuración y diseño sísmico de

edificios) los sistemas de pisos con vigas descolgadas muestran un mejor desempeño al momento de resistir cargas generadas por sismos, es por eso que las edificaciones serán diseñadas con sistemas de piso con vigas descolgadas.

3.4.1. Dimensiones Límites

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

El ancho bw de una viga no podrá ser menor que 20 cm, tal

como se indica en la sección 8.4.3.2. del código alternativo ACI 318-02.

bw

bw ^i 20cm

bw

>0.3

h

Fig. 3.3.- Dimensiones límites de vigas

3.4.2. Recubrimiento mínimo

(41)

9

CAPÍTULO!!!

DISPOSICIONES ESPECIALES PARA EL DISEÑO DE LAS EDIFICACIONES

3.4.3. Acero de refuerzo a flexión (longitudinal)

3.4.3.1. Mínima y máxima área de refuerzo longitudinal

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

menor que Pmín. 0.0033, y no será mayor que Pmáx. 0,025 tal como se especifica en la sección 8.4.5 y 8.4.6 de¡ código alternativo ACI 318-02. La cuantía mínima no necesita ser aplicada si en cada sección el área de armadura de tracción proporcionada es al menos un tercio superior a la requerida por análisis.

3.4.3.2. Mínimo diámetro de varillas longitudinales

El mínimo diámetro de varillas longitudinales deberá ser 12 mm.

3.4.3.3. Mínimo número de barras longitudinales

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

3.4.3.4. Mínimo espaciamiento entre varillas longitudinales

El espaciamiento mínimo entre las varillas

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

3.4.4. Acero de refuerzo por cortante (acero transversal)

3.4.4.1. Mínimo diámetro de refuerzo transversal

El diámetro de varillas transversales no debe ser menor que 8 mm.

(42)

CAPITULO III

1rir v - DISPOSICIONES ESPECIALES PARA EL DISENO DE LAS EDIFICACIONES

11 1,1111

3.4.4.2. Espaciamiento entre estribos

El espaciamiento entre estribos será de acuerdo a las disposiciones de la siguiente tabla:

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

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

Vu Av

(q v) no require

2

d/2

( vj> yU > (øy ) A =

b S

S mín. de

2 { 60 cm

d/2

2 . q$ . V >Ø . V5A (v -Ø .V ) .s smín.de í6Ocm

lA.f(3.5.b)

d/4

v ^ (Ø.v) 4.ØV

>ØV t^2.q$.V A v =

(v -Ø.V ).s s<mín.de IA3Ocm

.f(3.5.b)

•V ^4Ø•V no es permitido

Unidades: Kqf-cm

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

3.4.5. Desarrollo de la armadura a flexión

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

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

(43)

REFUERZO A FLEXIÓN EN VIGAS

co ri

Tl

o

refuerzo por momento negativo refuerzo por momento negativo refuerzo por momento negativo

nl co

C)

ni co

(44)

CAPITULO III

DISPOSICIONES ESPECIALES PARA EL DISEÑO DE LAS EDIFICACIONES

3.5. LOSAS

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

Existen diversos sistemas de pisos, entre los cuales citamos:

• Losas con vigas descolgadas • Losas con vigas banda • Losas sólidas

• Losas alivianadas

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

3.5.1. Espesor mínimo de la losa alivianada

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

h= 30+3*/3

Donde:

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

(45)

CAPITULO III

1

Í

DISPOSICIONES ESPECIALES PARA EL DISEÑO DE LAS EDIFICACIONES

3.5.2. Armadura mínima

En losas nervadas, la cuantía mínima de flexión P mí., se

calculará mediante la siguiente expresión. Sección 10.5 del ACI 318-99

14 Prnin

=fy

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

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

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

3.5.3. Armadura máxima

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

pmáxO.7Spb

La cuantía balanceada está definida por:

- O.85 . /1 .f'c 6000

Ph—

, 6000+35'

Donde:

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

(46)

í1,1

CAPITULO III

DISPOSICIONES ESPECIALES PARA EL DISENO DE LAS EDIFICACIONES

fc: resistencia especificada a la compresión del hormigón, Kg/cm2

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

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

3.5.4. Recubrimiento mínimo

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

3.5.5. Aberturas en losas

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

3.6. ESCALERAS

(47)

CAPÍTULO IV

(48)

CAPÍTULO IV

ANALISIS YDISENO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES

4. ANÁLISIS Y DISEÑO DE LOS ELEMENTOS

ESTRUCTURALES

4.1. RESUMEN DE BASES DE DISEÑO

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

ITEM DESCRIPCIÓN VALOR UNIDADES

Carga %Áva para edificaciones de viÁenda 200 kg/m2 CV Carga 'a para balcones 300 kg/m2 Carga viva para volados 90 kg/m2 Carga viva para terrazas 100 kg/m2 Z Factor de zona sísmica 0.25 -Sismo Periodo de retomo de un sismo (Raro) 475 años

5 Coeficiente de suelo para el perfil tipo S3 1.5 -Cm Coeficiente para el perfil tipo S3 2.8 -1 Coeficiente de importancia 1.0 -R Factor de reducción de resistencia sísmica 10

-Mnx Deriva máxima de piso 0.020 -Ec Módulo de elasticidad del hormigón 219000 kg/cm2 Es Módulo de elasticidad del acero de refuerzo no pretensado 2000000 kg/cm2 Wc Peso específico del hormigón armado 2400 kg/m3 Wm Peso específico del mortero 2200 kg/m3 fc Resistencia especificada a la compresión del concreto 210 kg/cm2

fy Resistencia especificada a la fluencia del acero de refuerzo 4200 kg/cm2 1.2 kg/cm2 q adm. Capacidades admisibles del suelo referenciales 1.5 kg/cm2 1.8 kg/cm2 2.56 kg/cm' Balasto Coef. que simula el medio elástico 3.10 kg/cm3 3.64 1 kg/cm3

4.2. MÉTODO DE DISEÑO

(49)

i^

CAPÍTULO IV

ANÁLISIS Y DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES

4.3. CARGAS

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

Para poder establecer la carga muerta o permanente dentro de cada planta de las edificaciones, se diseñó varias plantas tipo, con el fin de acercarnos mucho más a la realidad de una distribución arquitectónica para viviendas familiares; esto nos permitirá obtener un diseño mucho más confiable.

4.4. MÉTODO DE ANÁLISIS

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

4.4.1. Análisis dinámico

Para realizar el análisis dinámico se utilizó un sismo de diseño con un periodo de retorno de 475 años, y una probabilidad del 10% de ser excedido, datos que corresponde a un sismo raro, con estos y otros datos recopilados anteriormente se dibujó el espectro inelástico para la ciudad de Loja de acuerdo a las disposiciones del CEC-2000.

(50)

0.5 2 2.5 PERIODO T

-.-- UBC97

-Sismo Raro CEC 2000 . CAPITULO IV

is ANÁLISIS Y DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES

ESPECTRO INELÁSTICO PARA LA CIUDAD DE LOJA

0.70 • • • --- - ---

-..---060 Sismo Raro CEC 2000

0.50

u)w Z

'Q 0.40o 0.30

0.20 ---0.10 -___________________

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 PERIODO T

Con el fin de adaptarnos a la configuración del programa para análisis utilizado, se comparó el espectro inelástico para Loja del CEC-2000 con los del UBC-94 y UBC-97, obteniéndose los siguientes resultados:

ANÁLISIS DE ESPECTROS

0.70 0.60 a. 0.50

co

w

Z

2 0.40

o

0.30 w o

0.20 0.10

O

(51)

CAPÍTULO IV

ANÁLISIS Y DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES

Como vemos, claramente se puede apreciar la similitud del espectro para la ciudad de Loja con el del UBC-97; es por ello que para el análisis a través del software se utilizó los datos proporcionados por el UBC-97.

"La norma UBC-97 toma en cuenta los efectos de amplificación de la aceleración en la superficie del terreno con el factor sísmico Ca, y con el factor Cv, toma en cuenta los cambios de los períodos dominantes de la excitación mediante la definición de los períodos de corte de la meseta espectral."'

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

Finalmente, se analizaron los elementos manualmente con el fin de asegurar los resultados obtenidos, lo que garantizará la estabilidad de las edificaciones construidas con el presente manual.

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

Para estandarizar el acero en los diferentes elementos estructurales, se verificaron todos los pórticos en cada planta, de donde se tomó el elemento más crítico en cada nivel con lo cual queda garantizado que los demás elementos requieren una cantidad de acero inferior a la especificada en el presente manual.

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

1 MEMORIAS: XIII JORNADAS NACIONALES DE INGENIERÍA ESTRUCTURAL-Vol. H. Pág. 294

(52)

CAPITULO IV

ANÁLISIS Y DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES

4.4.2. Estados de carga

Con el fin de separar las cargas y obtener un análisis más confiable se estableció 5 diferentes estados de carga: CARGA VIVA, CARGA MUERTA, PESO PROPIO, SISMO EN EL SENTIDO X, SISMO EN EL SENTIDO Y.

4.4.3. Número de modos de vibración

El número de modos por cada piso es igual a 3, ya que los edificios a diseñar serán de baja altura. "El requerimiento de que se utilicen en el análisis todos los modos de vibración que contribuyan significativamente a la respuesta total de la estructura, puede satisfacerse al utilizar todos los modos que

involucren la participación de una masa modal acumulada de al menos el 90% de la masa total de la estructura, en cada una de las direcciones horizontales principales consideradas." 2

4.4.4. Cimentación

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

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

(53)

CAPÍTULO y

(54)

11n

CAPÍTULO V

PRESENTACIÓN DE RESULTADOS

5. PRESENTACIÓN DE RESULTADOS

Una vez analizadas diferentes edificaciones con las formas más comunes de construir en la ciudad de Loja, se determinó que la forma más fácil de estandarizar era en base a la longitud de los vanos ya que de la investigación preliminar se estableció con absoluta seguridad que el 90% de las viviendas son de tres pórticos tanto en el sentido X como en el Y, teniendo un área aproximada de 81 a 236 m2 de construcción.

De acuerdo a lo anteriormente expuesto se establecieron tres casos:

CASO 1:

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

crI1

u

PLANTA CASO 1

CASO 2:

(55)

41

9

CAPÍTULO V

PRESENTACIÓN DE RESULTADOS

4

PLANTA CASO II

CASO 3:

Para longitudes de vanos entre 4.5 y 5 m de longitud, es decir que cualquiera de los pórticos pueda variar entre estas longitudes tanto en el sentido X como en el sentido Y.

4

PLANTA CASO III

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

¿

LpI

LÍ)

(56)

CAPÍTULO V

PRESENTACIÓN DE RESULTADOS

1

8^

5.1. ZAPATAS

Las cimentaciones de los edificios de baja altura del presente manual, fueron diseñadas en base a un perfil de suelo S3. Debido a que dentro del perfil de suelo escogido pueden haber suelos con diferentes capacidades admisibles, se decidió diseñar las fundaciones con tres valores de qadm: 1.2, 1.5 y 1.8

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

El constructor utilizará los resultados de dimensiones y refuerzo de zapatas de esta investigación de acuerdo a las dimensiones de los vanos que más se ajusten a los casos presentados al inicio de éste capítulo. Dependiendo del qadm en el lugar de la edificación y al número de pisos, existirán cimentaciones en las que obligadamente las zapatas medianeras llevarán vigas de enlace con el fin de no exceder la capacidad portante del suelo.

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

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

(57)

CAPÍTULO V

PRESENTACIÓN DE RESULTADOS

Para entender mejor esta clasificación se presenta el siguiente esquema:

()

• j_•

óB

()

(u)

J-PLANTA DE CIMENTACIÓN N -150

(58)

CAPÍTULO V

PRESENTACIÓN DE RESULTADOS

Así mismo a las vigas de enlace las hemos clasificado en internas y

externas, tal como se muestra en el siguiente esquema:

(. (i:

T

N

EL

EXTERNA

()

_

INTERNAI

VIGA ENLACU

_

H:::

VIGA ENLACLt . VIGA NLCEI EXTERNA -r EXTERNA

(A) () ()

(I)

(59)

*CAPÍTULO V

PRESENTACIÓN DE RESULTADOS

5.1.1. Secciones de zapatas

5.1.1.1.Secciones de zapatas con qadm. = 1.2 kg/cm2

CASO 1

TIPO UNA PLANTA DOS PLANTAS TRES PLANTAS

INTERNAS 90x90 125x125 160x160 MEDIANERAS 90x90 100x140 130x170 EXTERNAS 90x90 110x110 145x145 ESQUINERAS 90x90 90x130 125x165 ESPESOR ZAPATA 25 25 30 VIGA DE ENLACE NO 25X30 30X40 Unidades: cm

CASO 2

TIPO UNA PLANTA DOS PLANTAS TRES PLANTAS

INTERNAS 90x90 150x150 190x190 MEDIANERAS 90x120 115x155 155x210 EXTERNAS 90x90 130x130 170x170 ESQUINERAS 90x1 20 1 00x140 1 35x1 90 ESPESOR ZAPATA 25 25 30 VIGA DE ENLACE NO 30X40 30X50 Unidades: cm

CASO 3

TIPO UNA PLANTA DOS PLANTAS TRES PLANTAS

INTERNAS 120x120 195x195 250x250 MEDIANERAS 90x130 150x190 195x270 EXTERNAS 120x120 160x160 205x205 ESQUINERAS 90x1 30 1 20x1 60 155x235 ESPESOR ZAPATA 25 30 30 VIGA DE ENLACE NO 30X50 30X55

Unidades: cm

5.1.1.2. Secciones de zapatas con qadm. = 1.5 kg/cm2

CASO 1

TIPO UNA PLANTA DOS PLANTAS TRES PLANTAS

INTERNAS 90x90 llOxilO 145x145 MEDIANERAS 90x90 100x145 115x160 EXTERNAS 90x90 lOOxlOO 130x130 ESQUINERAS 90x90 90x130 110x160 ESPESOR ZAPATA 25 30 30 VIGA DE ENLACE NO NO 25x35

Unidades: cm

(60)

CAPÍTULO V

PRESENTA C6TVDERESULTADOS

CASO 2

TIPO UNA PLANTA DOS PLANTAS TRES PLANTAS

INTERNAS 90x90 140x140 170X170 MEDIANERAS 90x90 115x160 140X180 EXTERNAS 90x90 115x115 150X150 ESQUINERAS 90x90 115x150 120X160 ESPESOR ZAPATA 1 25 35 30 VIGA DE ENLACE 1 NO NO 30X50

Unidades: cm

CASO 3

TIPO UNA PLANTA DOS PLANTAS TRES PLANTAS

INTERNAS 11OX11O 190X190 250x250 MEDIANERAS 90x120 135X260 195x270 EXTERNAS 11OX11O 160x160 200X200 ESQUINERAS 90x110 120X200 140X220 ESPESOR ZAPATA 25 35 30 VIGA DE ENLACE NO NO 30X55 Unidades: cm

5.1.1.3. Secciones de zapatas con qadm. = 18 kg/cm2

CASO 1

TIPO UNA PLANTA DOS PLANTAS TRES PLANTAS

INTERNAS 90x90 105x105 140x140 MEDIANERAS 90x90 90x140 100x200 EXTERNAS 90x90 lOOxlOO 125x125 ESQUINERAS 90x90 90x120 100x180 ESPESOR ZAPATA 25 30 40 ,VIGA DE ENLACE NO NO NO

Unidades: cm

CASO 2

TIPO UNA PLANTA DOS PLANTAS TRES PLANTAS

INTERNAS 90x90 130x130 160x160 MEDIANERAS 90x90 90x180 110x280 EXTERNAS 90x90 llOxilO 145x145 ESQUINERAS 90x90 90x130 100x205 ESPESOR ZAPATA 25 35 40 VIGA DE ENLACE NO NO NO Unidades: cm

CASO 3

TIPO UNA PLANTA DOS PLANTAS TRES PLANTAS

(61)

CAPÍTULO V

PRESENTA ClON DE RESULTADOS

5.1.2. Acero de refuerzo longitudinal en zapatas

El acero de refuerzo a colocarse en cada una de las zapatas irá en forma de parrilla en la parte inferior de la zapata manteniendo el recubrimiento señalado en la sección 3.2.3 del presente documento. Las barras serán colocadas simétricamente en toda la longitud de la zapata tanto en X como en el sentido Y; manteniendo una separación constante para cada barra.

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

CASO 1

TIPO As UNA PLANTAAs As DOS PLANTASAs TRES PLANTASAs As

INTERNAS 412mm 4012mm 7012mm 6012mm 814mm 7014mm

MEDIANERAS 412mm 4012mm 5012mm 5012mm 614mm 6014mm

EXTERNAS 412mm 4012mm 5cM2mm 5012mm 6014mm 6014mm

ESQUINERAS 4012mm 412mm 5012mm 1 412mm 614mm 6014mm

CASO 2

TIPO As UNA PLANTAAs As DOS PLANTASAs TRES PLANTASAs As

INTERNAS 4012mm 4012mm 9014mm 8014mm 1314mm 11014mm

MEDIANERAS 4012mm 4012mm 5014mm 6014mm 7014mm 11014mm

EXTERNAS 412mm 4012mm 6014mm 514mm 10014mm 814mm ESQUINERAS 412mm 4012mm 4014mm 1 4014mm 614mm 1 8014mm

CASO 3

TIPO As UNA PLANTAAs As DOS PLANTASAs TRES PLANTASAs As

INTERNAS 612mm 5012mm 12016mm 916mm 22016mm 18016mm

MEDIANERAS 6'012mm 4012mm 6016mm 7016mm 816mm 1516mm EXTERNAS 512mm 5012mm 6016mm 6016mm 11016mm 10016mm ESQUINERAS 612mm 412mm 516mm 4016mm 6c16mm 1 916mm

5.1.2.2. Acero de refuerzo en zapatas con qadm. = 1.5 kg/cm2

CASO 1

TIPO As UNA PLANTAAs As DOS PLANTASAs TRES PLANTASAs As

INTERNAS 4D12mm 4012mm 6012mm 612mm 814mm 6114mm

MEDIANERAS 4012mm 4012mm 7012mm 5012mm 6014mm 6014mm

EXTERNAS 4012mm 412mm 5012mm 5012mm 6ct14mm 5014mm

ESQUINERAS 412mm 4012mm 7412mm 512mm 6114mm 614mm

(62)

CAPÍTULO V

PRESENTACIÓN DE RESULTADOS

CASO 2

TIPO UNA PLANTA DOS PLANTAS TRES PLANTAS

Asx As As As As As

INTERNAS 4012mm 4c012mm 6014mm 6014mm 12014mm 10714mm MEDIANERAS 4012mm 4012mm 7l14mm 5014mm 7014mm 9014mm

EXTERNAS 412mm 4ctl2mm 50114mm 514mm 8014mm 7ct14mm ESQUINERAS 412mm 1 4012mm 1 70114mm 50 4mm 1 6014mm 7c014mm

CASO 3

TIPO UNA PLANTA DOS PLANTAS TRES PLANTAS

As As As As As As

INTERNAS 512mm 5012mm 9016mm 8016mm 22016mm 18016mm

MEDIANERAS 5012mm 412mm 9016mm 6016mm 8016mm 1516mm EXTERNAS 5012mm 5cM2mm 6016mm 6016mm 11016mm 10016mm ESQUINERAS 512mm 4012mm 716mm 4016mm 60116mm 1 9016mm

5.1.2.3. Acero de refuerzo en zapatas con qadm. = 1.8 kg/cm2

CASO 1

TIPO UNA PLANTA DOS PLANTAS TRES PLANTAS

As As As As As As

INTERNAS 4cD12mm 4012mm 6012mm 612mm 7014mm 714mm MEDIANERAS 4012mm 4012mm 7012mm 512mm 10014mm 5014mm

EXTERNAS 412mm 4cP12mm 6012mm 5012mm 614mm 614mm ESQUINERAS 4012mm 4012mm 612mm 1 50112mm 9014mm 5c14mm

CASO 2

TIPO UNA PLANTA DOS PLANTAS TRES PLANTAS

As As As As As As

INTERNAS 4012mm 412mm 8012mm 812mm 8014mm 8014mm

MEDIANERAS 4012mm 4012mm 1112mm 612mm 14014mm 8014mm

EXTERNAS 4012mm 40112mm 7012mm 7012mm J 714mm 714mm ESQUINERAS 412mm 412mm 812mm 6012mm 1100114mmi 5014mm

CASO 3

TIPO UNA PLANTA DOS PLANTAS TRES PLANTAS

As As As As As As

INTERNAS 50112mm 412mm 9014mm 9014mm 2116mm 1516mm MEDIANERAS 5012mm 4012mm 1114mm 9014mm 8016mm 14016mm

EXTERNAS 412mm 4012mm 6014mm 7014mm 1 11016mm, 1016mm ESQUINERAS 412mm 412mm 9014mm 6014mm 1 6c16mm 1 8016mm

(63)

ZA PA TA TIPO ¡

ZA PA TA TIPO II

CAPÍTULO V

PRESENTACIÓN DE RESULTADOS

A continuación mostramos algunos esquemas que le ayudarán

a colocar el acero en las zapatas.

ZA PA TA TIPO III

Figure

Fig. 2.1.- Dimensiones de ganchos standard
Fig. 2.1.- Dimensiones de ganchos standard p.24
Fig. 2.3.- Longitud de desarrollo mínima
Fig. 2.3.- Longitud de desarrollo mínima p.25
Fig. 2.42. Anclaje de barras longitudinales en uniones extremas.
Fig. 2.42. Anclaje de barras longitudinales en uniones extremas. p.25
Tabla 2 .48 . Valores del coeficiente de reducción de respuesta estructural R

Tabla 2 .

48 . Valores del coeficiente de reducción de respuesta estructural R p.30
Tabla 2.6.- Valores del factor de reducción de resistencia, 4

Tabla 2.6.-

Valores del factor de reducción de resistencia, 4 p.32
Fig. 3.1.1. Secciones mínimas de columnas
Fig. 3.1.1. Secciones mínimas de columnas p.37
Fig. 3.2.2 . Espaciamiento vertical de estribos en columnas
Fig. 3.2.2 . Espaciamiento vertical de estribos en columnas p.39
tabla 9.5(a) del código ACI 318-99. En todo caso, la razón ancho / altura no

tabla 9.5(a)

del código ACI 318-99. En todo caso, la razón ancho / altura no p.40
Tabla 3.1�Refuerzo por cortante en vigas, máximo espaciamiento, s

Tabla 3.1�Refuerzo

por cortante en vigas, máximo espaciamiento, s p.42
Fig. 6.1. .- Concentración del peso en pisos superiores.
Fig. 6.1. .- Concentración del peso en pisos superiores. p.94
Fig. 6.4. .- Límites recomendados para los lados de la planta de un edificio.
Fig. 6.4. .- Límites recomendados para los lados de la planta de un edificio. p.95
Fig. 6.5.�Limitaciones a la esbeltez del edificio.
Fig. 6.5.�Limitaciones a la esbeltez del edificio. p.96
Fig. 6.6.6 . Desalineamientos verticales.
Fig. 6.6.6 . Desalineamientos verticales. p.97
Fig. 6.7. .- Separación entre edificios adyacentes para evitar choques.
Fig. 6.7. .- Separación entre edificios adyacentes para evitar choques. p.98
Fig. 6.8.8._ Disminución de la sección de columna de un nivel a otro.
Fig. 6.8.8._ Disminución de la sección de columna de un nivel a otro. p.99
Fig.�Requisitos de refuerzo para columnas.
Fig.�Requisitos de refuerzo para columnas. p.100
Fig. 6.10.10 .- Requisitos de refuerzo para vigas.
Fig. 6.10.10 .- Requisitos de refuerzo para vigas. p.101
Fig. 6.11.11 .- Estribo para confinamiento.
Fig. 6.11.11 .- Estribo para confinamiento. p.102

Referencias

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