UNIVERSIDAD INTERNACIONAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
Trabajo de Titulación previa a la obtención del Título de Ingeniero
Civil
Análisis comparativo del diseño estructural de un proyecto de vivienda en
hormigón armado aplicando las Normas del Código Ecuatoriano de
Construcción (CEC 2002) y la Norma Ecuatoriana de Construcción (NEC
2015)
Autor: Marco Vinicio Canchig Cola
Director: Msc. Ing. Juan Carlos Moya
iv
DEDICATORIA
A mi amada esposa Lidia Cáceres por alentarme en este largo camino, su comprensión y apoyo incondicional ha sido el impulso necesario para cumplir este sueño.
A mi hijo Matías, ya que con su llegada trajo alegría a mi vida, su crecimiento diario se ha convertido en el motor para seguir siempre adelante.
v
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios porque sus promesas han estado presentes en cada paso de mi vida, sin su bendición esto no hubiera sido posible.
A mis hermanos y a mi familia política su preocupación y cariño hacia mi familia se ve reflejada en la expectativa de este triunfo que es también de ustedes.
A mis amigos y compañeros de aulas que conmigo empezaron este largo proceso en especial a Juan Carlos Soria, gracias por tu apoyo y guía en los aspectos técnicos de este trabajo.
vi
ÍNDICE
CAPÍTULO I ... 1
1.1 INTRODUCCIÓN ... 1
1.2 ANTECEDENTES ... 1
1.3 EL PROBLEMA ... 6
1.4 OBJETIVOS ... 7
1.4.1 Objetivo General ... 7
1.4.2 Objetivos Específicos ... 7
1.5 JUSTIFICACIÓN ... 8
1.5.1 Justificación Práctica ... 8
1.5.2 Justificación Relevancia Social ... 9
1.6 HIPÓTESIS O IDEA A DEFENDER ... 11
1.6.1 Hipótesis o idea a defender ... 11
1.6.2 Variable Independiente ... 12
1.6.3 Variable Dependiente ... 13
CAPÍTULO II ... 14
2. MARCO REFERENCIAL ... 14
2.1 MARCO CONCEPTUAL ... 14
2.1.1 Abreviaturas ... 14
2.1.2 Definiciones ... 14
2.2 MARCO TEÓRICO ... 15
2.2.1 Sismicidad Histórica ... 15
2.2.2 Diseño Sismo Resistente ... 21
2.2.2.1 Ingeniería Sísmica ... 22
2.2.2.2 Fuerzas Sísmicas ... 23
vii
2.2.2.4 Tipos de perfiles de suelo para diseño sísmico. ... 25
2.2.2.5 Coeficiente de ampliación del suelo en un periodo corto (Fa) .... 26
2.2.2.6 Desplazamiento para diseño de roca (Fd) ... 26
2.2.2.7 Comportamiento no lineal de los suelos (Fs) ... 27
2.2.2.8 Espectros Elásticos de Diseño (Sa) ... 27
2.2.2.9 Espectros elásticos de diseño en desplazamiento (Sd) ... 29
2.2.2.10 Categoría del edificio y componente de importancia (I) ... 30
2.2.2.11 Límites permisibles de las derivas de pisos (ΔM) ... 30
2.2.2.12 Configuración estructural ... 30
2.2.2.13 Irregularidades y coeficiente de configuración estructural ... 32
2.2.2.14 Cortante basal de diseño V ... 32
2.2.2.15 Determinación del periodo de vibración Ta ... 33
2.2.2.16 Ductilidad y factor de reducción de resistencia sísmica R ... 34
2.2.2.17 Distribución vertical de las fuerzas sísmicas laterales ... 35
2.2.3 Comportamiento Estructural ... 35
2.2.4 Tipos de Losas ... 36
2.2.4.1 Losas en una dirección o unidireccionales ... 37
2.2.4.2 Losas en dos direcciones o bidireccionales ... 38
2.2.4.3 Altura de losa (h) ... 39
2.2.5 Estudios de Factibilidad ... 40
2.2.6 Costos en la Construcción ... 41
2.2.6.1 Precio ... 41
2.2.6.2 Costos ... 42
2.2.7 Presupuesto de Obra ... 42
2.2.7.1 Especificaciones Técnicas.- ... 43
2.2.7.2 Volúmenes de Obra.- ... 43
viii
2.2.8 Programación de obra ... 44
2.2.9 Cronograma Valorado: ... 45
2.2.10 Cuantías y costos de materiales ... 45
2.3 FUNDAMENTO LEGAL ... 45
2.3.1 Antecedentes... 45
2.3.2 La Oficialización ... 46
CAPÍTULO III ... 48
3. DISEÑO ESTRUCTURAL DE UN PROYECTO DE VIVIENDA EN HORMIGÓN ARMADO ... 48
3.1. METODOLOGÍA ... 48
3.2. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO ... 49
3.2.1. Ubicación ... 49
3.2.2. Descripción de la Zona ... 49
3.2.3. Planteamiento Arquitectónico ... 50
3.3. DISEÑO ESTRUCTURAL ... 51
3.3.1. Diseño de la Cimentación ... 51
3.3.2. Propuesta Estructural ... 51
3.3.3. Normas Base ... 52
3.3.4. Datos Generales para el Diseño ... 53
3.3.5. Prediseño de Losas ... 53
3.3.5.1. Importancia ... 53
3.3.5.2. Predimensionamiento... 54
3.3.5.3. Resumen de alturas de losa para el proyecto ... 56
3.3.6. Determinación de Cargas ... 56
3.3.6.1. Carga Muerta (D) ... 56
3.3.6.2. Carga Viva (L) ... 58
ix
3.3.6.4. Combinaciones de Carga ... 60
3.3.7. Determinación del Cortante Basal de Diseño Según CEC 2002 ... 61
3.3.7.1. Período de Vibración (T) ... 61
3.3.7.2. Zonas sísmicas y valores de factor (Z) ... 61
3.3.7.3. Coeficiente de Suelo (S y Cm) ... 62
3.3.7.4. Factor de Importancia (I) ... 62
3.3.7.5. Coeficiente de Configuración en Planta (Фpi) ... 63
3.3.7.6. Coeficiente de Configuración en Elevación (ФEi) ... 63
3.3.7.7. Coeficiente de Reducción de Respuesta Estructural (R) ... 64
3.3.7.8. Calculo del Coeficiente (C) ... 64
3.3.7.9. Cortante Basal de Diseño (V) ... 65
3.3.7.10. Calculo del Peso (W) ... 65
3.3.7.11. Resumen del corte basal aplicado al proyecto integrado... 65
3.3.7.12. Espectro Sísmico Elástico ... 66
3.3.8. Determinación del Cortante Basal de Diseño Según NEC 2015 ... 69
3.3.8.1. Resumen del Cortante Basal (proyecto integral) ... 69
3.3.8.2. Cortante Basal de Diseño (V) ... 69
3.3.8.3. Cálculo del Peso (W) ... 70
3.3.8.4. Espectro Sísmico Elástico según el NEC 2015 ... 70
3.3.9. Prediseño de Columnas ... 72
3.3.10.Prediseño de Vigas... 73
3.3.11.Prediseño de Zapatas ... 75
3.3.12.Resumen del prediseño de columnas y vigas aplicado al proyecto integral. ... 76
3.3.13.Análisis Estructural ... 77
3.3.13.1. Modelación computarizada ... 77
x
3.3.13.3. Fórmulas y normas utilizadas ... 80
3.3.13.4. Sistemas estructurales de hormigón armado ... 81
3.3.13.5. Cortante basal ... 83
3.3.13.6. Inercia de las secciones agrietadas... 83
3.3.13.7. Deriva de piso ... 84
3.3.13.8. Modos de vibración ... 86
3.3.13.9. Diseño a flexión... 88
3.3.13.10.Secciones finales ... 90
3.3.14.Cuantías ... 90
3.3.14.1. Empalmes por Traslapo ... 90
3.3.14.2. Refuerzo transversal ... 91
3.3.14.3. Cuantías casa de dos pisos ... 93
3.3.14.4. Cuantías casa de tres pisos ... 97
3.3.14.5. Cuantías edificio de departamentos ... 101
3.3.15.Costos en la Construcción ... 105
3.3.15.1. Precios unitarios... 105
3.3.15.2. Volúmenes de obra ... 110
3.3.15.3. Presupuesto referencial ... 1101
3.3.15.4. Costo de la estructura por m2 de construcción ... 1102
CAPÍTULO IV ... 113
4. PROCESAMIENTO DE DATOS ... 113
4.1. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS ... 113
4.1.1. Coeficiente de reducción de respuesta estructural (R)... 113
4.1.2. Cortante Basal (V) ... 114
4.1.3. Derivas ... 115
4.1.4. Presupuesto ... 116
xi
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 119
5.1. CONCLUSIONES ... 119
5.2. RECOMENDACIONES ... 124
xii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1: Ubicación de la Industria de la Construcción en el PIB 2014 ... 2
Tabla 2: Cuadro porcentual de la actividad económica dentro de la construcción ... 4
Tabla 3: Escala Mercalli ... 16
Tabla 4: Valores del factor Z en función de la zona sísmica adoptada ... 24
Tabla 5: Clasificación de los perfiles del suelo ... 25
Tabla 6: Tipo de suelo y factores de sitio Fa ... 26
Tabla 7: Tipo de suelo y factores de sitio Fd ... 26
Tabla 8: Tipo de suelo y factores del comportamiento inelástico del suelo Fs ... 27
Tabla 9: Cuadro resumen de valores de ƞ y r ... 29
Tabla 10: Tipo de uso, destino e importancia de la estructura ... 30
Tabla 11: Valores de ΔM máximos, expresados como fracción de la altura de piso ... 30
Tabla 12: Coeficientes de irregularidad en planta ... 32
Tabla 13: Coeficientes de irregularidad en elevación ... 32
Tabla 14: Componentes del periodo de vibración Ta ... 33
Tabla 15: Coeficiente de reducción de respuesta estructural R ... 34
Tabla 16: Datos generales para el diseño estructural ... 53
Tabla 17: Espesores de losa para el proyecto integral ... 56
Tabla 18: Calculo de pesos propios para carga muerta ... 58
Tabla 19: Cargas Vivas ... 59
Tabla 20: Cargas Vivas, edificio de departamentos ... 59
Tabla 21: Cargas Vivas, casas de dos y tres pisos ... 60
Tabla 22: Combinaciones de Carga ACI-318-08 ... 60
Tabla 23: Combinaciones de Carga NEC y CEC ... 61
Tabla 24: Determinación de T ... 61
Tabla 25: Determinación de Z ... 61
Tabla 26: Determinación de S y Cm ... 62
Tabla 27: Determinación I ... 62
Tabla 28: Determinación de Фpi ... 63
Tabla 29 Determinación de ФEi ... 63
Tabla 30: Determinación de R ... 64
Tabla 31: Determinación de W según CEC - 2002 ... 65
Tabla 32: Resumen corte basal proyecto integrado según CEC- 2002 ... 66
Tabla 33: Factores para la obtención del cortante basal según NEC 2015 ... 69
Tabla 34: Determinación de W según NEC - 2015 ... 70
Tabla 35: Predimensionamiento para cálculo estructural del Proyecto Integrado ... 76
Tabla 36: Rango de solicitaciones para comportamiento estructural ... 81
Tabla 37: Resumen del Cortante Basal ... 83
xiii
Tabla 39: Resumen de Derivas para Casas de 3 pisos ... 84
Tabla 40: Resumen de Derivas para Edificio de Departamentos ... 85
Tabla 41: Masa Participante ... 86
Tabla 42: Periodos y modos de vibración para casas de 2 pisos ... 87
Tabla 43: Periodos y modos de vibración para casas de 3 pisos ... 87
Tabla 44: Periodos y modos de vibración para edificio de departamentos ... 87
Tabla 45: Secciones finales del proyecto ... 90
Tabla 46: Porcentaje de incremento de empalme por traslapo ... 91
Tabla 47: Resumen del cálculo de cuantías para una casa de dos pisos ... 96
Tabla 48: Resumen del cálculo de cuantías para una casa de tres pisos ... 100
Tabla 49: Resumen del cálculo de cuantías para el edificio de departamentos ... 104
Tabla 50: Cubicación de estructura casa de dos pisos ... 110
Tabla 51: Cubicación de estructura casa de tres pisos ... 110
Tabla 52: Cubicación de estructura edificio de departamentos ... 111
Tabla 53: Presupuestos para rubros de estructura obtenidos del CEC-2002 y NEC-2015 ... 111
Tabla 54: Costo de la estructura por m2 de construcción ... 112
xiv
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Gráfico 1: Ubicación de la Industria de la Construcción en el PIB 2014 ... 3
Gráfico 2: Participación de la Industria de la Construcción en el PIB Nacional ... 3
Gráfico 3: Actividad Económica... 4
Gráfico 4: Supra Ordinación de Variable Independiente ... 12
Gráfico 5: Supra Ordinación de Variable Dependiente ... 13
Gráfico 6: Losa en una dirección o unidireccionales ... 37
Gráfico 7: Losa en dos direcciones o bidireccionales ... 38
Gráfico 8: Losa en dos direcciones ... 39
Gráfico 9: Pasos para ejecución de un proyecto ... 44
Gráfico 10: Ubicación del proyecto ... 49
Gráfico 11: Implantación de cubiertas ... 50
Gráfico 12: Corte fachada sur ... 51
Gráfico 13: Losa tipo bloque de departamentos ... 54
Gráfico 14: Planta y corte de losa alivianada en dos direcciones... 57
Gráfico 15: Detalle de mampostería para cálculo de peso propio ... 57
Gráfico 16: Espectro Sísmico Elástico CEC - 2002 ... 66
Gráfico 17: Espectro Sísmico CEC-2002 ... 67
Gráfico 18: Espectro Sísmico Elástico CEC-2002 ... 68
Gráfico 19: Espectro Sísmico Elástico según NEC-2015 ... 70
Gráfico 20: Comparación del Factor R ... 114
Gráfico 21: Presupuestos obtenidos de CEC-2002 y NEC-2015 ... 114
Gráfico 22: Derivas obtenidos para CEC-2002 y NEC-2015 ... 115
Gráfico 23: Comparación de costos de estructura para la casa de dos pisos ... 116
Gráfico 24: Comparación de los costos de estructura para la casas de tres pisos ... 117
Gráfico 25: Comparación de los costos de estructura para el edificio de departamentos ... 117
Gráfico 26: Comparación del presupuesto total entre CEC 2002 y NEC 2015 ... 118
xv
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1: Número de permisos de construcción por tipo de uso ... 5
Figura 2: Número de permisos de construcción por tipo de material predominante... 10
Figura 3: Sísmico - Cinturón de Fuego del Pacifico ... 15
Figura 4: Esquema de límites de placas para el Ecuador ... 17
Figura 5: Mapa de sismicidad histórica (1541-1986) e instrumental (1987-2008). ... 18
Figura 6: Mapa de los sismos mayores registrados instrumentalmente en el Ecuador desde 1900 ... 19
Figura 7: Ecuador zonas sísmicas para propósito de diseño y valor de factor de zona Z1 ... 24
Figura 8: Espectro sísmico elástico de aceleraciones que representa el sismo de diseño ... 27
Figura 9: Espectro elástico de diseño de aceleraciones ... 28
Figura 10: Espectro elástico de diseño en desplazamientos ... 29
Figura 11: Configuraciones estructurales recomendadas ... 31
Figura 12: Configuraciones estructurales no recomendadas ... 31
Figura 13: Determinación del cortante basal de diseño V ... 33
Figura 14: Determinación del periodo de vibración Ta ... 33
Figura 15: Distribución vertical de las fuerzas sísmicas laterales... 35
Figura 16: Alturas o espesores para losas en una dirección ... 38
Figura 17: Espesores mínimos e losas sin vigas interiores ... 39
Figura 18: Programa Etabs 2015 ... 78
Figura 19: Comandos generales del programa Etabs ... 79
Figura 20: Clasificación de edificios de hormigón armado ... 81
Figura 21: Esquema conceptual de análisis de la NEC-SE-HM ... 82
Figura 22: Deformación en vigas rectangulares ... 88
Figura 23: Resistencia de diseño a flexión casas de 2 y 3 pisos... 89
Figura 24: Resistencia de diseño a flexión edifico de departamentos ... 89
Figura 25: Empalme por traslapo según normativa ecuatoriana ... 91
Figura 26: Refuerzo transversal según normativa ecuatoriana ... 92
Figura 27: Armado de una viga para una casa de dos pisos según (CEC 2002 Y NEC 2015) ... 93
Figura 28: Áreas de acero según CEC 2002 para Casa 2 Pisos ... 94
Figura 29: Áreas de acero según NEC 2015 para Casa 2 Pisos ... 95
Figura 30: Armado de una viga para una casa de tres pisos según (CEC 2002 Y NEC 2015) ... 97
Figura 31: Áreas de acero según CEC 2002 para Casa 3 Pisos ... 98
Figura: 32 Áreas de acero según NEC 2015 para Casa 3 Pisos ... 99
Figura 33: Armado de una viga para el edificio de departamentos según (CEC 2002 Y NEC 2015) ... 101
Figura 34: Áreas de acero según CEC 2002 para Edificio de Departamentos ... 102
Figura 35: Áreas de acero según NEC 2015 para Edificio de Departamentos ... 103
xvi
Figura 37: Precio unitario del acero de refuerzo... 107
xvii
ÍNDICE DE EJEMPLOS
Ejemplo 1: Estructura del precio... 41
Ejemplo 2: Estructura del costo ... 42
Ejemplo 3: Estructura del precio unitario ... 44
Ejemplo 4: Cálculo para la obtención de la altura de una losa en dos direcciones ... 55
Ejemplo 5: Prediseño de Columna para el Edificio de Departamentos ... 72
Ejemplo 6: Prediseño de Viga para el Edificio de Departamentos ... 73
xviii
ÍNDICE DE ECUACIONES
Ecuación 1: Determinación de C ... 64
Ecuación 2: Determinación de V según CEC - 2002 ... 65
xix
RESUMEN
Análisis comparativo del diseño estructural de un proyecto de vivienda en
hormigón armado aplicando las Normas del Código Ecuatoriano de
Construcción (CEC 2002) y la Norma Ecuatoriana de Construcción (NEC
2015)
Los últimos sismos suscitados en nuestro país han generado gran preocupación y expectativa en la sociedad ecuatoriana con respecto a la vulnerabilidad de las edificaciones vinculadas a futuros eventos sísmicos. Desde el año 2011, el Estado Ecuatoriano ha procurado normalizar la calidad de las edificaciones diseñadas y construidas en las diferentes regiones del país, para esto se crea el Comité Ejecutivo de la Norma Ecuatoriana de Construcción NEC, que es la entidad encargada de reunir los requisitos mínimos para el diseño y construcción de edificaciones.
Antes de la publicación de la NEC, en nuestro país desde el año 1993 se utilizaba en los trabajos de diseño estructural el Código Ecuatoriano de la Construcción CEC, siendo este una adaptación a nuestro medio del ACI 318 norma americana del American Concrete Institute. La misma que ha sido y es el referente para el diseño de hormigón armado en el Ecuador.
Al entrar en vigencia la NEC, en el sector de la construcción nacional, se empezó a promulgar cifras del incremento en geometría, acero de refuerzo y hormigón al utilizar la NEC en comparación del CEC.
Este trabajo realiza un estudio comparativo para detectar las diferencias que el CEC y la NEC propinan en sus diseños, desde: el aspecto sísmico, regularidad y altura de las edificaciones, la geometría sugerida, las cuantías resultantes y los costos que a la postre reflejarán si existe o no incremento con relación a la norma vigente.
xx
SUMMARY
Comparative analysis of the structural design of a housing project using
reinforced concrete Ecuadorian Standards Building Code (CEC 2002) and
the Ecuadorian Standard Construction (NEC 2015)
Recent earthquakes caused in our country have generated high concern and expectation in Ecuadorian society regarding to the vulnerability of buildings linked to future seismic events. Since 2011, the Ecuadorian government has sought to standardize the quality of buildings designed and built in different regions of the country, for this the Executive Committee of the Ecuadorian Standard Construction NEC, which is the entity to qualify for the design and construction of buildings.
Before the publication of the NEC, in our country since 1993 was used in the work of structural design the Ecuadorian Code of Construction CEC, this being an adaptation to our environment ACI 318 American standard of American Concrete Institute. It has been and is the benchmark for the design of reinforced concrete in Ecuador.
Upon entering the NEC force in the domestic construction sector, it began to enact figures increased geometry, reinforcing steel and concrete when is using the NEC compared the CEC.
1
CAPÍTULO I
1.1 INTRODUCCIÓN
El comportamiento estructural de las edificaciones existentes en caso de sismos, ha preocupado al estado, gobiernos descentralizados y municipios en los últimos años, esto debido al peligro inminente de que el Ecuador soporte un evento sísmico considerable, como los registrados en años pasados que han destruido ciudades enteras, dejando miles de personas muertas y cuantiosos daños económicos.
La propuesta del actual gobierno, apunta a estandarizar un modelo de norma de construcción, que promueva la utilización de la misma, en procura de minimizar daños en las nuevas edificaciones y sobre todo salvaguardar vidas humanas en futuros eventos sísmicos.
Dentro de este contexto, vemos como es importante realizar estudios enfocado al análisis del costo final que tienen las construcciones aplicando esta nueva norma, para tratar de establecer una comparación del incremento entre los modelos de diseño que se aplicaron antes y después de la mencionada norma, así como proyectar el costo por metro cuadrado de construcción y relacionarlo en base a la incidencia que tendrían las cuantía de materiales de construcción como son el hierro y el hormigón.
1.2 ANTECEDENTES
2
En el Ecuador la decisión del gobierno en declarar en emergencia sectores estratégicos y la inversión dada a los excedentes del aumento del precio del barril de petróleo en infraestructura, ha convertido a la construcción en uno de los ejes fundamentales en la economía nacional como vemos a continuación.
Tabla 1: Ubicación de la Industria de la Construcción en el PIB 2014
Fuente: Banco Central del Ecuador 2014 Elaborado: Canchig Marco a partir de IEM 442 PIB
La Construcción al finalizar el 2014 se ubica en el tercer puesto, dentro de los sectores industriales del país con un 11.06%, del PIB, solo por debajo de la Manufactura que ocupa el 13.02% y el Petróleo y Minas con el 12.72%.
Ubicación INDUSTRIA
PREVISION EN MILES DE DOLARES
%
1 Manufactura (excepto refinación de
petróleo) 12,545,788 13.02%
2 Petróleo y minas 12,253,963 12.72%
3 Construcción 10,656,187 11.06%
4 Comercio 10,303,051 10.69%
5 Enseñanza y Servicios sociales y de
salud 8,011,246 8.31%
6 Agricultura, ganadería, caza y
silvicultura 7,931,101 8.23%
7 Actividades profesionales, técnicas y
administrativas 7,129,230 7.40%
8 Administración pública, defensa; planes
de seguridad social obligatoria 6,572,190 6.82%
9 Otros Servicios (1) 6,364,815 6.61%
10 Transporte 4,463,222 4.63%
11 Actividades de servicios financieros 2,884,221 2.99%
12 Correo y Comunicaciones 2,205,861 2.29%
13 Alojamiento y servicios de comida 2,119,071 2.20% 14 Suministro de electricidad y agua 1,085,954 1.13%
15 Pesca (excepto camarón) 610,045 0.63%
16 Acuicultura y pesca de camarón 550,329 0.57%
17 Servicio doméstico 410,634 0.43%
18 Refinación de Petróleo 258,198 0.27%
96,355,106 100.00% TOTAL
3
Gráfico 1: Ubicación de la Industria de la Construcción en el PIB 2014
Fuente: Banco Central del Ecuador 2014 Elaborado: Canchig Marco a partir de IEM 442 PIB
Gráfico 2: Participación de la Industria de la Construcción en el PIB Nacional
Fuente: Banco Central del Ecuador 2014 Elaborado: Canchig Marco a partir de IEM 442 PIB
1 2 ,5 4 5 ,7 8 8 1 2 ,2 5 3 ,9 6 3 1 0 ,6 5 6 ,1 8 7 1 0 ,3 0 3 ,0 5 1 8 ,0 1 1 ,2 4 6 7 ,9 3 1 ,1 0 1 7 ,1 2 9 ,2 3 0 6, 57 2, 19 0 6 ,3 6 4 ,8 1 5 4, 46 3, 22 2 2 ,8 8 4 ,2 2 1 2, 20 5, 86 1 2 ,1 1 9 ,0 7 1 1, 08 5, 95 4 6 1 0 ,0 4 5 5 5 0 ,3 2 9 4 1 0 ,6 3 4 2 5 8 ,1 9 8 0 2,000,000 4,000,000 6,000,000 8,000,000 10,000,000 12,000,000 14,000,000 M anuf act ura… P et ról eo y mi na s C ons tr ucc ión C omerc io Ens eñanz
a y
… A gri cul tura,… A ct ivi da des … A dmi ni st raci ón… O tros S er vi cio s ( 1 ) Tr ans port e A ct ivi da des de… C orreo y … A loj ami ent o y… Sumi ni st ro de… P es ca (ex ce pt o… A cui cul tura y pes ca… Ser vi ci o domés ti co R efi na ció
n de P
et
ról
eo
4
Según la publicación No. 10 de la Revista Infoeconomía (INEC 12-12-2012), en el Ecuador existen 14.366 establecimientos relacionados a la Industria de la Construcción dividas de la siguiente manera.
Tabla 2: Cuadro porcentual de la actividad económica dentro de la construcción
ACTIVIDAD ECONOMICA CANTIDAD %
Fabricación de productos metálicos, de hierro y acero 6.562 45,7% Actividades especializadas de construcción 2.053 14,3% Fabricación de cemento, cal y artículos de hormigón 2.001 13,9% Extracción de madera y piezas de carpintería para
construcciones 1.912 13,3%
Venta al por mayor de materiales para la construcción 910 6,3% Construcción de proyectos, edificios, carreteras y
obras de ingeniería civil 778 5,4%
Fabricación de equipo eléctrico, bombas, grifos y
válvulas 150 1,0%
TOTAL 14.366 100,0%
Fuente: INEC 12-12-2014
Elaborado: Canchig Marco a partir de REVISTA INFOECONOMÍA No. 10
Gráfico 3: Actividad Económica
Fuente: INEC 12-12-2014
Elaborado: Canchig Marco a partir de REVISTA INFOECONOMÍA No. 10
6,562
2,053 2,001 1,912
910 778 150 0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 Fabr ic aci ó n d e p ro d u ct o s met ál ic o s, d e h ier ro y a cer o Act iv id ad es e sp e ci al iz adas de co n st ru cc ió n (2 ) Fabr ic aci ó n d e ceme n to , c al y ar tí cu lo s d e h o rmi gó n Ex tr ac ci ó n d e mad er a y pi e za s de car p in ter ía p ar a co n st ru cc io n es V en ta al p o r may o r d e mat er ial es p ar a la co n st ru cc ió n C o n st ru cc ió n d e p ro yect o s, ed if ic io s, car ret er as y o b ras d e in gen ier ía ci vi l Fabr ic aci ó n d e eq u ip o el éct ri co , b o mb as , gr if o s y vál vu las ( 3)
5
Como vemos la actividad de la construcción es uno de los sectores que mayor demanda de materia prima y mano de obra genera dentro de la producción nacional, por ser uno de los sectores que más ha crecido en los últimos años, la demanda de vivienda está generando grandes expectativas dentro del mercado nacional, lo que empuja al Gobierno, promotores y constructores a dar soluciones viables y económicamente rentables que satisfagan los requerimientos de los estratos de la población a los que están dirigidos, en cuanto a: seguridad, calidad y costos.
Es importante recalcar que de los 33.385 permisos de construcción registrados hasta el año 2013, el 89.65% corresponden a construcciones nuevas, lo cual es insuficiente para cubrir la demanda de vivienda actual proyectada a un 30.9% de los 3.9 millones de hogares construidos (Según datos del MIDUVI).
Figura 1: Número de permisos de construcción por tipo de uso
Fuente: INEC (Encuesta de Edificaciones año 2013)
6
Está investigación por lo tanto pretende aportar de forma teórica y práctica a todos los involucrados en la construcción de vivienda, primero en identificando las diferencias que existen entre las normas CEC 2002 y NEC 2015, tabulando los cambios y proponiendo resultados viables a nivel estructural para luego agrupar estos resultados en tablas que sean indicadores aproximados de lo que se pretenda
1.3 EL PROBLEMA
El sismo ocurrido en Quito el 12 de agosto del 2014 tuvo una magnitud de 5.7 grados en la escala de Richter, dejó a su paso cuatro personas muertas, fisuras en estructuras de edificaciones en sitios aledaños al epicentro y daños considerables en la carretera que une la ciudad de Quito con la de Guayllabamba, cerrada por alrededor de cuatro meses y con tramos aún en proceso de rehabilitación, este evento alertó al gobierno central que se vio obligado a priorizar el lanzamiento de la NORMA ECUATORIANA DE CONSTRUCCIÓN (NEC) oficializada el 26 de agosto del 2014, mediante su publicación en el Registro Oficial No. 319.
Si bien desde el año 2011 había empezado la socialización de esta norma, no fue hasta el sismo, ocurrido en agosto del 2014, que por Decreto Presidencial se la oficializó, hasta esa fecha, en los diferentes municipios, en particular en el de Quito, no era considerada para el proceso de aprobación de nuevos proyectos, debido a que aún se estaba discutiendo entre gremios y promotores de vivienda, el aspecto económico que involucraba su implementación en proyectos de vivienda, porque su aplicación suponía elevar las cuantías de materiales como hierro y hormigón conocidas o estimadas hasta esta fecha.
7
El tema de tesis procura la realización de este estudio, partiendo de la comparación de los factores que influyen en el diseño estructural adoptados por la norma vigente (NEC) versus la tradicional (CEC), procurando aclarar las razones que nos conducen a la aprobación de los nuevos criterios de diseño para establecer de esta manera, los modelos comparativos que sirvan de guía de estudio o de análisis, con respecto, a la relación de las cuantías de materiales por el área de construcción o volumen de obra, proponiendo estandarizar y proyectar el costo de construcción de los rubros principales de estructura (acero de refuerzo, hormigón) en nuevos proyectos.
De aquí que se genera la siguiente pregunta:
¿Cuál es la cuantía de materiales por metro cuadrado de construcción con las nueva NEC 2015 que intervienen en el costo final de proyectos de vivienda?
Con este trabajo se intentara responder esta y más inquietudes con ejercicios prácticos y útiles desde el punto de vista normativo, pero apegados a la realidad nacional.
1.4 OBJETIVOS
1.4.1
Objetivo General
Realizar el análisis comparativo del diseño estructural de un proyecto de vivienda en hormigón armado aplicando las Normas del Código Ecuatoriano de Construcción (CEC 2002) y la Norma Ecuatoriana de Construcción (NEC 2015).
1.4.2
Objetivos Específicos
8
Cuantificar las dimensiones y cuantías de refuerzos de los elementos estructurales.
Comparar la vulnerabilidad sísmica de las estructuras del proyecto aplicando cada norma.
Analizar la relación beneficio / costo al aplicar la norma más exigente.
1.5 JUSTIFICACIÓN
1.5.1
Justificación Práctica
Todo proyecto estructural busca cumplir características de: funcionalidad, seguridad y economía, por esta razón, los estudios realizados a nivel mundial con respecto al diseño estructural buscan satisfacer estas tres particularidades, tratando de hacer uso de los recursos disponibles con el propósito de cumplir las necesidades de los proyectos planteados, pensando primero en la seguridad de las personas, los plazos de construcción y las metas financieras proyectados.
Si partimos de la premisa que:
RIESGO = AMENAZA x VULNERABILIDAD
La fórmula de riesgo, señalada anteriormente está definida por el Centro Internacional para la Investigación del Fenómeno de El Niño (CIIFEN) como:
Riesgo: “La combinación de la probabilidad de que se produzca un evento sísmico y sus consecuencias negativas”.
9
Vulnerabilidad: “Son las características y las circunstancias de una comunidad, sistema o bien que los hacen susceptibles a los efectos dañinos de una amenaza”.
Es recomendable establecer criterios de cálculo que salvaguarden la vida de las personas ante un evento sísmico futuro, pero a la vez procurar que los costos de los proyectos no se vean afectados por la seguridad estructural.
De este análisis se busca aportar a constructores, promotores, arquitectos, ingenieros y sociedad en general, involucrados en la construcción de proyectos de vivienda, con la comparación de modelos de diseño estructural, apegados a normas nacionales, para que sirvan de una forma oportuna y bastante aproximada, a la estimación de cuantías de materiales (acero – hormigón) necesarios para la ejecución de una obra y de esta manera puedan tener datos aproximados, para valorar la repercusión económica, que estos materiales, inciden en el precio de venta proyectado, tomando en cuenta que los rubros que intervienen en la estructura, son determinantes al establecer el presupuesto total de un proyecto de vivienda y los tiempos de construcción.
1.5.2
Justificación Relevancia Social
Las secuelas sociales que se producen después de un evento sísmico, tanto en daños personales como en pérdidas económicas, justifican la necesidad de estar preparados ante este peligro futuro, por otro lado las facilidades dadas por el gobierno a constructores y promotores para realizar proyectos de vivienda y la apertura a los ciudadanos para acceder a créditos hipotecarios para la adquisición de viviendas terminadas, procura satisfacer la necesidad de las personas por tener su casa propia.
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Los edificios diseñados y construidos obedecen a necesidades propias del entorno y la sociedad a la que se dirige, todos los estudios están enfocados a cumplir requisitos de diseño que cumplan las solicitaciones sísmicas y estructurales para la que son creados, en el Ecuador según datos del INEC el tipo de construcción que predomina es la de hormigón armado, este estudio está encaminado a este tipo particular de estructura.
Figura 2: Número de permisos de construcción por tipo de material predominante
Fuente: INEC (Encuesta de Edificaciones año 2013).
11
estructuras podría estipularse en 210 kg/cm2, mientras que el acero soporta un esfuerzo de fluencia de 4.200 kg/cm2.
Los edificios de vivienda constituyen sin duda los de mayor volumen económico dentro de los proyectos de edificaciones, y de estos, los edificios diseñados en estructura de hormigón armado, son los que más se construyen en nuestro país.
Estos edificios disponen de una tipología variada, tanto en elementos verticales de soporte como en elementos horizontales de forjado, siendo dos los sistemas de diseño más utilizados:
A) Losas alivianadas armadas en dos direcciones con columnas rectangulares y vigas banda.
B) Losas alivianadas armadas en dos direcciones con columnas rectangulares y vigas descolgadas.
El modelo tipológico arquitectónico y la altura de los edificios, plantea en muchos casos la utilización de dos tipos de hormigones y proponer modulaciones de luces, tanto en vigas como en losas para la optimación del acero de refuerzo a utilizarse, sin embargo estas condiciones deben ajustarse al modelo arquitectónico aprobado.
El trabajo de investigación plantea, facilitar los criterios de diseño en cuanto a la distribución geométrica de una estructura que permitan la estimación de cuantías de los materiales, para proyectar una estandarización según el método de diseño estructural propuesto, sabiendo que las cuantías de materiales que se manejan en nuestro medio no han tenido un sustento técnico e investigativo adecuado.
1.6 HIPÓTESIS O IDEA A DEFENDER
12
La aplicación de la NEC 2015 hará que las estructuras tengan una mayor sección, mayor cuantía de acero de refuerzo y por consiguiente costos más elevados, que la estructura diseñada con el CEC 2002.
1.6.2
Variable Independiente
La aplicación NEC 2015 en cuanto al diseño estructural y su comparación con la CEC 2002, entregarán resultados de investigación para ser tabulados en el proyecto planteado.
Gráfico 4: Supra Ordinación de Variable Independiente
Fuente: Parra Deysi; 31-01-2014, UTA - Tesis No. 788 Elaborado: Canchig Marco
Análisis estructural y comparativo
Estudios de planos y diseños varios
proyectos
Fundamentos y conceptos básicos
Análisis sismo -resistente (NEC 2014 y CEC
13
1.6.3
Variable Dependiente
Determinar el diseño estructural más viable al comparar ambas normas y establecer el costo final de la estructura.
Gráfico 5: Supra Ordinación de Variable Dependiente
Fuente: Parra Deysi; 31-01-2014, UTA - Tesis No. 788 Elaborado: Canchig Marco
Incidencia en el costo final proyectado
Comparación de resultados
Diferencias entre las normas utilizadas
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CAPÍTULO II
2. MARCO REFERENCIAL
2.1 MARCO CONCEPTUAL
2.1.1 Abreviaturas
ACI American Concrete Institute
AISC American Institute of Steel Construction
BIESS Banco del Instituto Ecuatoriano de Seguridad Social
CAE Colegio de Arquitectos del Ecuador
CAMICON Cámara de la Industria de la Construcción
CEC Código Ecuatoriano de la Construcción
CICP Colegio de Ingenieros Civiles de Pichincha
IGEPN Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional
INEC Instituto Nacional de Estadísticas y Censos
INECYC Instituto Ecuatoriano del Cemento y del Hormigón
INEN Instituto Ecuatoriano de Normalización
IRIS Incorporated Research Institutions for Seismologya
MDMQ Municipio del Distrito Metropolitano de Quito
MIDUVI Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda
NEC Norma Ecuatoriana de la Construcción
SGR Secretaria General de Riesgos
SNI Sistema Nacional de Información
UNESCO Organización de las Naciones Unidas para la Educación,
Ciencia y Cultura
USGS Servicio Geológico de los Estados Unidos
2.1.2 Definiciones
Proyecto: Según (García 2005) “Un proyecto es una agrupación
15
interrelacionadas y programadas según un calendario establecido, dirigidas a alcanzar un objetivo preciso” (p.5).
2.2 MARCO TEÓRICO
2.2.1 Sismicidad Histórica
Según publicaciones recopiladas por el Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional (IGEPN), el Ecuador ha sufrido grandes eventos sísmicos, que a su paso han generado numerosas muertes y daños considerables a lo largo de todo el territorio nacional, esto debido a que nuestro país se encuentra ubicado en el denominado Cinturón de Fuego del Pacifico, una región que abarca las costas del océano pacifico, y donde se cree se libera alrededor del 90% de la energía sísmica mundial, producto del choque constante de placas tectónicas que ocasionan gran actividad sísmica y volcánica en la zona que abarca.
Figura 3: Sísmico - Cinturón de Fuego del Pacifico
Fuente: Incorporated Research Institutions for Seismologya (2014)
16
mayor o igual a VIII (Escala Mercalli), cuyo grado de intensidad es considerado como destructivo. Tomando en cuenta eventos de intensidad VI, grado de intensidad que ocasiona daños leves, se suman 96 eventos, que han originado desde daños leves hasta moderados, alrededor de todo el territorio nacional. Si a esto se contabiliza las pérdidas humanas y materiales, se podría concluir que el Ecuador no está preparado para soportar eventos sísmicos de magnitudes importantes.
La siguiente tabla presenta los grados de intensidad de un sismo según la escala Mercalli, que se basa en la percepción de las personas y los daños ocasionados después de un sismo, en zonas donde no se cuenta con aparatos detectores o instrumentos de medición.
Tabla 3: Escala Mercalli
GRADO EFECTOS
I IMPERCEPTIBLE. Detectado solo por los sismógrafos.
II APENAS PERCEPTIBLE. Sentido solo por personas en reposo, especialmente en pisos altos.
III DEBIL, SENTIDO PARCIALMENTE. Sentido por pocos en interiores. Objetos colgantes oscilan levemente. Oscilaciones mayores en pisos altos.
IV SENTIDO POR MUCHOS. Sentido por muchas personas pero pocas se asustan. Vibración como el paso de un vehículo pesado. Vibración de puertas y ventanas. Crujido de pisos. V
PERSONAS SE DESPIERTAN. Sentido por todas las personas. Algunas personas corren hacia el exterior. Objetos inestables se desplazan o se viran. Se riegan líquidos. Algunos péndulos se paran. Posibles daños leves en casas de mala calidad.
VI
PERSONAS SE ASUSTAN. Alarma. Muchos corren al exterior. Algunos pierden el equilibrio. Fisuras en enlucidos y tumbados, pueden desprenderse algunos trozos. En algunos casos pueden aparecer grietas hasta de 1 cm, en terrenos flojos.
VII
DAÑOS EN LOS EDIFICIOS. Alarma general. Muchas personas tienen dificultad al caminar. Daños leves en algunos edificios de concreto y en muchos de ladrillo. Efectos serios en construcciones de adobe. Grietas en las paredes de ladrillo o bloque. Deslizamientos pequeños en taludes. Grietas pequeñas en carreteras. Se forman olas en el agua.
VIII
DAÑOS SEVEROS EN EDIFICIOS. Susto general y pánico. Sentido en vehículos en marcha. Se mueven muebles pesados. Daños considerables en mampostería de edificios de ladrillo y de concreto, destrucción parcial de casas de adobe o tapia. Se rompen tuberías. Derrumbes en pendientes y taludes. Grietas de varios centímetros en el terreno.
IX
DAÑO GENERAL EN EDIFICIOS. Pánico general. Los animales se asustan. Muebles destruidos. Destrucción parcial de muchos edificios de ladrillo. Colapso total de construcciones de adobe. Grietas en terreno hasta de 10 cm. Muchas grietas en terreno llano. Muchos derrumbes y deslizamientos importantes. Grandes olas en la superficie del agua.
X
DESTRUCCION GENERAL DE EDIFICIOS. Destrucción parcial de edificios bien construidos y total en construcciones de menor calidad. Colapso total de la mayoría de construcciones de adobe. Daños severos en represas, diques y puentes. Rieles del tren se deforman. Grietas hasta de un metro en el terreno. Grandes deslizamientos en laderas y orillas de ríos.
XI
CATASTROFE. Daños severos incluso en edificios reforzados. Edificios de buena calidad pueden colapsar totalmente. Destrucción de puentes bien construidos y represas. Carreteras destruidas. El terreno se fractura considerablemente. Derrumbes de grandes proporciones. XII
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GRADO EFECTOS
I IMPERCEPTIBLE. Detectado solo por los sismógrafos.
II APENAS PERCEPTIBLE. Sentido solo por personas en reposo, especialmente en pisos altos.
III DEBIL, SENTIDO PARCIALMENTE. Sentido por pocos en interiores. Objetos colgantes oscilan levemente. Oscilaciones mayores en pisos altos.
IV SENTIDO POR MUCHOS. Sentido por muchas personas pero pocas se asustan. Vibración como el paso de un vehículo pesado. Vibración de puertas y ventanas. Crujido de pisos. V
PERSONAS SE DESPIERTAN. Sentido por todas las personas. Algunas personas corren hacia el exterior. Objetos inestables se desplazan o se viran. Se riegan líquidos. Algunos péndulos se paran. Posibles daños leves en casas de mala calidad.
VI
PERSONAS SE ASUSTAN. Alarma. Muchos corren al exterior. Algunos pierden el equilibrio. Fisuras en enlucidos y tumbados, pueden desprenderse algunos trozos. En algunos casos pueden aparecer grietas hasta de 1 cm, en terrenos flojos.
VII
DAÑOS EN LOS EDIFICIOS. Alarma general. Muchas personas tienen dificultad al caminar. Daños leves en algunos edificios de concreto y en muchos de ladrillo. Efectos serios en construcciones de adobe. Grietas en las paredes de ladrillo o bloque. Deslizamientos pequeños en taludes. Grietas pequeñas en carreteras. Se forman olas en el agua.
VIII
DAÑOS SEVEROS EN EDIFICIOS. Susto general y pánico. Sentido en vehículos en marcha. Se mueven muebles pesados. Daños considerables en mampostería de edificios de ladrillo y de concreto, destrucción parcial de casas de adobe o tapia. Se rompen tuberías. Derrumbes en pendientes y taludes. Grietas de varios centímetros en el terreno.
IX
DAÑO GENERAL EN EDIFICIOS. Pánico general. Los animales se asustan. Muebles destruidos. Destrucción parcial de muchos edificios de ladrillo. Colapso total de construcciones de adobe. Grietas en terreno hasta de 10 cm. Muchas grietas en terreno llano. Muchos derrumbes y deslizamientos importantes. Grandes olas en la superficie del agua.
X
DESTRUCCION GENERAL DE EDIFICIOS. Destrucción parcial de edificios bien construidos y total en construcciones de menor calidad. Colapso total de la mayoría de construcciones de adobe. Daños severos en represas, diques y puentes. Rieles del tren se deforman. Grietas hasta de un metro en el terreno. Grandes deslizamientos en laderas y orillas de ríos.
XI
CATASTROFE. Daños severos incluso en edificios reforzados. Edificios de buena calidad pueden colapsar totalmente. Destrucción de puentes bien construidos y represas. Carreteras destruidas. El terreno se fractura considerablemente. Derrumbes de grandes proporciones. XII
DESTRUCCION TOTAL, CAMBIO EN EL PAISAJE. Graves daños o destrucción total de todas las estructuras ubicadas sobre o bajo el nivel del suelo. Cambia radicalmente la superficie del terreno. Amplios movimientos verticales del
Fuente: Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional (IGEPN) Elaborado: Canchig Marco a partir de IGEPN (2014)
Según estudios realizados por la Secretaría de Gestión de Riesgos (SGR), en el Ecuador desde la conquista española se han registrado alrededor de 70.000, victimas por terremotos, siendo los de mayor intensidad los ubicados en la costa ecuatoriana en la zona de subducción de la placa de Nazca con la placa Sudamericana.
Figura 4: Esquema de límites de placas para el Ecuador
18
Sin embargo los mayores daños causados por terremotos, se registran en la sierra central y sierra norte con intensidades desde 5 hasta 7.5 grados en la escala de Mercalli, producto del contacto directo entre la placa Sudamericana y el bloque Norandino, ocasionando el colapso de estructuras tradicionales hechas con adobe e informales es decir sin criterio profesional.
En las figuras siguientes se puede apreciar los eventos sísmicos y su magnitud de acuerdo a reportes del IGEPN desde el año 1541.
Figura 5: Mapa de sismicidad histórica (1541-1986) e instrumental (1987-2008).
19
Figura 6: Mapa de los sismos mayores registrados instrumentalmente en el Ecuador desde 1900
Fuente: IGEPN para publicación de la SGN (2014)
Al investigar la historia sísmica de nuestro país, podemos obtener información de eventos categoría VIII (Escala Mercalli) o superior que a su paso han dejado huellas de muerte y destrucción en las regiones donde se han suscitado estos acontecimientos, así por ejemplo, de manera cronológica se señala los más importantes:
20
22-11-1687: Destrucción de Ambato, Latacunga y pueblos aledaños, aproximadamente 7200 muertos.
20-06-1698: Gran destrucción en ciudades de Ambato, Latacunga y Riobamba, primer intento de mudar estas ciudades a otros lugares, negativa de las autoridades a este pedido, alrededor de 8.000 muertos.
22-02-1757: Gran terremoto de Latacunga y sus alrededores, más de 4.000 muertos.
04-02-1797: Mayor terremoto registrado en el Ecuador, destrucción total de Riobamba, muertos contabilizados 12.000, muertos estimados 31.000, por los daños ocasionados se decide mudar la ciudad a donde actualmente se encuentra.
03-05-1896: Destrucción parcial o casi total de Bahía de Caráquez, Portoviejo y Canoa, 1 muerto.
31-01-1906: Gran terremoto con epicentro en el Océano Pacífico, frente a las costas de la frontera Ecuador-Colombia, es considerado el quinto más fuerte registrado en el todo el mundo, esto provoco un Tsunami que en conjunto dejo muchas poblaciones de las costas destruidas, se reportaron 30 muertos, pero se cree que fueron muchos más que no fueron reportados.
16-12-1923: Uno de los mayores terremotos registrados en el Carchi, 300 personas murieron y alrededor de 20.000 personas quedaron sin vivienda.
05-08-1949: Gran terremoto de Pelileo, la ciudad fue totalmente destruida, por lo que se decidió mudarla, aproximadamente 6.000 muertos unas 100.000 se quedaron sin hogar, Ambato, Guano y Pillarlo en ruinas.
19-01-1958: Terremoto con Tsunami en Esmeraldas, colapso total de casas antiguas y parciales de edificaciones nuevas. No se tiene el número exacto de fallecidos.
06-03-1987: Gran terremoto en la provincia del Napo, destrucción de varios tramos del oleoducto Trans-Ecuatoriano, carreteras, puentes y viviendas, aislamiento total de algunos poblados, gran cantidad de muertos.
21
04-08-1998: Terremoto en Bahía de Caráquez, gran destrucción en Canoa, San Vicente y poblados cercanos. Según especialistas se corrió con suerte ya que el epicentro fue situado a una profundidad de 230 km.
12-08-2014: Terremoto en norte de Quito, tuvo una magnitud de 5.1 grados en la escala de Richter, se reportaron 4 muertos y daños considerables en la carretera que une Quito – Guayllabamba, que continúa en rehabilitación.
16-04-2016: Terremoto en Manabí y Esmeraldas, tuvo una magnitud de 7.8 Mw (Escala sismológica de magnitud de momento – sucesora a la Escala de Richter) grado IX en la escala de Mercalli, se han registrado hasta el mes de agosto del 2016 alrededor de 2.350 réplicas de las cuales 10 han sido mayores a 6 Mw.
La Secretaría de Gestión de Riesgos reportó: 663 muertos, 9 personas desaparecidas, 6.274 personas heridas, 113 personas rescatadas con vida, 28.775 personas damnificadas, daños en infraestructura pública y privada, que los especialistas financieros estiman sobrepasarían 3 puntos del PIB es decir más de tres mil millones de dólares.
Los últimos eventos sísmicos han dejado una secuela de pérdidas humanas y económicas considerables, es importante que el Estado regularice a través de la NEC, la construcción de edificaciones en el país, para minimizar los efectos devastadores que podría ocasionar un futuro terremoto.
2.2.2 Diseño Sismo Resistente
22
y establecer criterios diseños unificados para la ejecución de proyectos de interés social como es el caso de la vivienda.
2.2.2.1 Ingeniería Sísmica
Se desarrolla en los años 20 y 30 del siglo pasado, como una rama de la ingeniería civil, tratando en sus inicios de mitigar la amenaza sísmica, para lo cual se trataba de comprobar la resistencia de los edificios a fuerzas horizontales (sísmicas) como un porcentaje del peso total de la estructura.
Para los años 50, investigadores de Canadá y Japón, realizaban estudios en edificios de hormigón armado construidos con anterioridad y en los que se había considerado fuerzas horizontales, las inspecciones visuales en edificaciones construidas con este criterio sísmico y que habían soportado terremotos, contribuyeron a establecer los errores cometidos en los diseños anteriores, se aplicaron nuevas normas y se cambiaron los métodos constructivos. Sin embargo el comportamiento sísmico no fue el esperado, las estructuras eran demasiado flexibles, mostrando deficiencia de armadura y confinamiento de los pilares, nudos y vigas.
Aparece entonces el concepto la ductilidad estructural o diseño dúctil “es la capacidad que tienen los edificios de deformarse más allá del límite elástico sin pérdida de resistencia y de acumular energía durante los ciclos de carga (histéresis)” , bajo este concepto se desarrollan nuevos tipos de uniones entre pilares, vigas y losas, se identifican defectos estructurales como son: deficiencia en la transmisión de las cargas verticales, uso de pilares cortos, pilares débiles y vigas fuertes, uniones débiles pilar-viga.
23
estos daños y procuraban principalmente salvaguardar las vidas humanas, logrando con su diseño evitar el fallo frágil de los edificios, se propuso entonces el uso de armaduras transversales, para evitar el fallos símico por cortante en los pilares, aparece entonces el diseño con el criterio de viga débil - pilar fuerte.
De la experiencia en los terremotos ocurridos en Northridge (California - 1994) y Kobe (Japón - 1995), el comportamiento dúctil en el diseño de hormigón armado se ha orientado a minimizar también las pérdidas materiales.
Los daños sísmicos en edificaciones, obedecen a tipologías estructurales inadecuadas, aplicadas en las diferentes zonas sísmicas, es por esta razón que el calculista debe proponer un sistema estructural que cumpla un comportamiento sísmico satisfactorio y que aseguren una ductilidad adecuada, procurando los siguientes aspectos.
Asegurar el comportamiento inelástico de la estructura.
Definir zonas donde se concentran deformaciones inelásticas.
Incrementar la resistencia estructural en zonas que deban permanecer en el rango elástico.
Hay muchas consideraciones que recapitulan los estudios sísmicos en la actualidad, sin embargo todos conllevan a promover estudios para investigaciones locales con el propósito ya no solo de salvaguardar vidas sino también la protección de la propiedad y la búsqueda del mejor desempeño sísmico en los diferentes proyectos.
2.2.2.2 Fuerzas Sísmicas
24
de las derivas de piso y su incidencia en el costo final de la estructura de una vivienda.
2.2.2.3 Zonificación sísmica y factor Z
Figura 7: Ecuador zonas sísmicas para propósito de diseño y valor de factor de zona Z1
Elaborado: NEC-SE-DS (2014) sección 3.1.1
Tabla 4: Valores del factor Z en función de la zona sísmica adoptada
I II III IV V VI
0.15 0.25 0.35 0.4 0.5 ≥0.5
Intermedia Alta Alta Alta Alta Muy alta
Zona sísmica
Valor factor Z Caracterizacion del peligro
simico
25
2.2.2.4 Tipos de perfiles de suelo para diseño sísmico.
Tabla 5: Clasificación de los perfiles del suelo
26
2.2.2.5 Coeficiente de ampliación del suelo en un período corto (Fa)
Tabla 6: Tipo de suelo y factores de sitio Fa
Elaborado: NEC-SE-DS (2015) sección 3.2.2
2.2.2.6 Desplazamiento para diseño de roca (Fd)
Tabla 7: Tipo de suelo y factores de sitio Fd
27
2.2.2.7 Comportamiento no lineal de los suelos (Fs)
Tabla 8: Tipo de suelo y factores del comportamiento inelástico del suelo Fs
Elaborado: NEC-SE-DS (2015) sección 3.2.2
2.2.2.8 Espectros Elásticos de Diseño (Sa)
El espectro elástico horizontal de diseño en aceleraciones Sa, está en función de
los factores determinados anteriormente y se determina de la siguiente forma:
28
Elaborado: NEC-SE-DS (2015) sección 3.3.1
Este espectro que obedece a una fracción de amortiguamiento crítica del 5%, se obtiene de la siguiente formula:
Figura 9: Espectro elástico de diseño de aceleraciones
29
Conociendo los valores de ƞ y r tenemos:
Tabla 9: Cuadro resumen de valores de ƞ y r
TIPO DE
SUELO r
A 1
B 1
C 1
D 1.5
E 1.5
h
Sa/Z
1.8
2.48
2.6
UBICACIÓN
EN ROCA
PROVINCIAS DE LA COSTA EXCEPTO ESMERALDAS PROVINCIAS DE LA SIERRA, ESMERALDAS Y GALAPAGOS
PROVINCIAS DEL ORIENTE
Fuente: NEC-SE-DS (2015) sección 3.3.1 Elaborado: Canchig Marco
Los límites del periodo de vibración TC y TL, se obtienen de:
𝑇𝑐= 0.55𝐹𝑆𝐹𝑑
𝐹𝑎 , para: 𝑇𝐿= 2.4 ∗Fd
Si son perfiles D y E el máximo valor de TL = 4 segundos.
2.2.2.9 Espectros elásticos de diseño en desplazamiento (Sd)
Está definido por una fracción de amortiguamiento con respecto al crítico igual al 5%, y se expresa de la siguiente manera:
Figura 10: Espectro elástico de diseño en desplazamientos
30
2.2.2.10 Categoría del edificio y componente de importancia (I)
Se procura con este factor, incrementar la demanda sísmica para el diseño de las estructuras, para que una vez transcurrido el sismo, estas se mantengan operativas de acuerdo a su clasificación e importancia.
Tabla 10: Tipo de uso, destino e importancia de la estructura
Factor I
1.5
1.3
1.0 Estructuras de
ocupación especial
Museos, iglesias, escuelas y centros de educación o deportivos que albergan más de trescientas personas. Todas las estructuras que albergan más de cinco mil personas. Edificios públicos que requieren operar continuamente
Otras estructuras Todas las estructuras que no clasifican dentro de las categorías anteriores
Categoría Tipo de uso, destino e importancia
Edificaciones escenciales y/o peligrosas
Hospitales, clínicas, Centros de salud o de emergencia sanitaria. Instalaciones militares, de policía, omberos, defensa civil. Garajes o estacionamientos para vehículos y aviones que atienden emergencias. Torres de control aéreo. E
Elaborado: NEC-SE-DS (2015) sección 3.3.2
2.2.2.11 Límites permisibles de las derivas de pisos (ΔM)
La deriva máxima esta expresada como un porcentaje de altura de piso.
Tabla 11: Valores de ΔM máximos, expresados como fracción de la altura de piso
Estructuras de: ΔM máxima (sin unidad)
Hormigón armado, estructuras metálicas y de madera 0.02
De mampostería 0.01
Elaborado: NEC-SE-DS (2015) sección 5.1
2.2.2.12 Configuración estructural
31
Figura 11: Configuraciones estructurales recomendadas
Elaborado: NEC-SE-DS (2015) sección 5.3.1
Figura 12: Configuraciones estructurales no recomendadas
32
2.2.2.13 Irregularidades y coeficiente de configuración estructural
Penaliza diseños estructurales irregulares a tomarse en cuenta para el diseño sísmico.
Tabla 12: Coeficientes de irregularidad en planta
Elaborado: Canchig Marco a partir de NEC-SE-DS (2015) sección 5.2.2
Tabla 13: Coeficientes de irregularidad en elevación
Tipo DESCRIPCIÓN DE LAS
IRREGULARIDADES EN ELEVACION FEi
1 Piso flexible 0.9
2 Distribución de masa 0.9
3 Irregularidad geométrica 0.9
Elaborado: Canchig Marco a partir de NEC-SE-DS (2015) sección 5.2.2
2.2.2.14 Cortante basal de diseño V
La NEC–SE-DS en la sección 1.2.2, lo define como: “Fuerza total de diseño por cargas laterales, aplicada en la base de la estructura, resultado de la acción del sismo de diseño con o sin reducción”.
Tipo Fpi
1 Irregularidad torsional 0.9
2 Retrocesos excesivos en las esquinas 0.9
3 Discontinuidad en el sistema de piso 0.9
4 Ejes estructurales no paralelos 0.9
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Figura 13: Determinación del cortante basal de diseño V
Elaborado: NEC-SE-DS (2015) sección 6.3.2
2.2.2.15 Determinación del período de vibración Ta
Figura 14: Determinación del periodo de vibración Ta
Elaborado: NEC-SE-DS (2015) sección 6.3.3
En donde:
Tabla 14: Componentes del período de vibración Ta
Elaborado: Canchig Marco a partir de NEC-SE-DS (2015) sección 6.3.3
Ct α
0.072 0.8
0.073 0.75
0.055 0.9
0.055 0.75
DESCRIPCIÓN Estructuras de acero
Porticos especiales de hormigon armado
Sin arriostramientos
Con arriostramientos
Sin muros estructurales ni diagonales rigidizadoras
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2.2.2.16 Ductilidad y factor de reducción de resistencia sísmica R
Permite una reducción de las fuerzas sísmicas de diseño dependiendo de la tipología estructural en función del tipo de suelo, estructura, período de vibración y ductilidad.
Tabla 15: Coeficiente de reducción de respuesta estructural R
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2.2.2.17 Distribución vertical de las fuerzas sísmicas laterales
Es similar al modo fundamental de vibración dependiendo del período fundamental de vibración, en el que las fuerzas laterales totales del cálculo deben ser distribuidas en la altura de la estructura, por medio de:
Figura 15: Distribución vertical de las fuerzas sísmicas laterales
Elaborado: NEC-SE-DS (2015) sección 6.3.5
2.2.3 Comportamiento Estructural
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Para ello se utilizara los capítulos de la NEC 2015: NEC-SE-HM (Estructuras de hormigón armado), SE-DS (Cargas sísmicas diseño sismo resistente) y NEC-SE-GM (Geotecnia y cimentaciones) así como el Código ACI 301 actualizado, ACI 318-08, el ACI 315-99 y el AISC 303 actualizado.
2.2.4 Tipos de Losas
Las losas al igual que las vigas son consideradas como elementos horizontales dentro una estructura, en particular las losas tienen tres dimensiones características en donde su espesor es pequeño en comparación de las otras dos dimensiones, por la condición de las cargas que actúan sobres ellas, su diseño está considerado por la flexión.
En base al manual de Temas de Hormigón Armado del Msc. Marcelo Romo Proaño, docente de la Escuela Politécnica del Ejército (ESPE), se muestran a continuación los diferentes tipos y combinaciones de losas:
I. Por el tipo de apoyo:
Losas sustentadas sobre vigas.
Losas sustentadas sobre muros.
Losas sustentadas por columnas – losas planas.
Losas con vigas embebidas o vigas banda.
II. Por la dirección de trabajo:
Losas Unidireccionales.
Losas Bidireccionales.
III. Por la distribución interior del hormigón:
Losa Maciza.
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Las losas alivianadas son las más comunes en nuestro medio, para los diseños propuestos, se tomarán en cuenta los análisis aplicables a este tipo de losas.
2.2.4.1 Losas en una dirección o unidireccionales
Gráfico 6: Losa en una dirección o unidireccionales
Elaborado: Canchig Marco
Éste tipo de losas se comportan como vigas, su análisis estructural, debe aplicarse, en base a la deformación de la superficie de carga. Para esto se debe considerar, que la losa es una viga cuyo ancho unitario es la longitud donde se apoya.
Según el CEC-93 en la sección 9.5.3.1, para la relación L/S > 2, se debe considerar que la losa trabaja en la dirección de la luz menor, por lo que el diseño, se realiza como losa en una dirección.
Para losas en una dirección, el ACI (American Concrete Institute), propone tablas para determinar la altura o espesores de las losas, que no soportan o no están ligadas a elementos de la estructura, pero que pueden sufrir daños
1
2
3
A
B
L
S
L = Largo = luz mayor
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importantes como consecuencia de deflexiones excesivas (Guerra Marcelo, 2010:9).
Figura 16: Alturas o espesores para losas en una dirección
Elaborado: ACI-98 sección 9.5.2.1 - Tabla 9.5(a)
2.2.4.2 Losas en dos direcciones o bidireccionales
Gráfico 7: Losa en dos direcciones o bidireccionales
Elaborado: Canchig Marco
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En el ACI (American Concrete Institute), se proponen espesores menores a los mínimos requeridos siempre y cuando las deflexiones calculadas no excedan a los obtenidos según la tabla siguiente:
Figura 17: Espesores mínimos e losas sin vigas interiores
Elaborado: ACI-98 sección 9.5.3.3 - Tabla 9.5(c)
2.2.4.3 Altura de losa (h)
Gráfico 8: Losa en dos direcciones
Elaborado: Canchig Marco a partir de ACI-318-08
Según el ACI, para losas con vigas en los cuatro bordes, en donde el valor de αm es menor a 2, se aplica la siguiente ecuación, para determinar la altura mínima
de una losa maciza.
ALIVIANAMIENTO
h
0.10 0.40 0.10 0.40 0.10
40
𝒉 𝐦𝐢𝐧 = 𝐥𝐧 (𝟖𝟎𝟎 + 𝟎. 𝟎𝟕𝟏𝟐𝒇𝒚) 𝟑𝟔𝟎𝟎𝟎 + 𝟓𝟎𝟎𝟎𝜷(𝜶𝒎− 𝟎. 𝟐)
Donde:
Para losas con αm mayor a 2, se tiene la siguiente ecuación:
𝒉 𝐦𝐢𝐧 = 𝐥𝐧 (𝟖𝟎𝟎 + 𝟎. 𝟎𝟕𝟏𝟐𝒇𝒚) 𝟑𝟔𝟎𝟎𝟎 + 𝟗𝟎𝟎𝟎𝜷
Suponiendo que αm = 0.2, obtenemos
𝒉 𝐦𝐢𝐧 = 𝐥𝐧 (𝟖𝟎𝟎 + 𝟎. 𝟎𝟕𝟏𝟐𝒇𝒚) 𝟑𝟔𝟎𝟎𝟎
Esta fórmula será considerada para el proyecto en estudio.
2.2.5 Estudios de Factibilidad
Son procesos previos la ejecución de un proyecto que nos permiten conocer las características, objetivos, alcances y recursos necesarios para alcanzar las metas propuestas
h = Peralte o espesor de losa maciza o altura de inercia equivalente a losa nervada.
Ln = Claro libre en dirección larga del panel, medido de cara a cara de las columnas
en losas sin vigas y de cara a cara de vigas en losas sustentadas sobre vigas.
fy = Esfuerzo de fluencia del acero en kg/cm2.
αm =
Promedio de los valores para α, para las cuatro vigas en los bordes del panel,
siendo α, la relación entre E*I de la sección de la viga y E*I del ancho de la losa
limitada lateralmente por las líneas del centro de los paneles adyacentes a cada lado de la vigas.
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La planificación e ingenierías que se proponen en elaboración de un proyecto, es fundamental, al momento de reflejar en costos la viabilidad o no para la puesta en marcha del proyecto planteado. Se espera que los resultados obtenidos en ésta etapa de estudio cubran aspectos de planificación y financiamiento, que permitan generar presupuestos de obra que generen tiempos óptimos para su construcción.
Los proyectos de construcción debido a: tipo de contrato, costo, magnitud, plazo, tipología, ubicación, estratificación y alcance social al que están dirigidos, tienen un sin número de especificaciones técnicas bien definidas, con las que se elaboran los presupuestos y cronogramas de obra, los presupuestos a su vez se dividen en capítulos y éstos se subdividen en rubros, el análisis de estos rubros nos llevan a los precios unitarios con los que se oferta una obra.
2.2.6 Costos en la Construcción
Para Corrales (2010) en su tema de disertación de tesis, La industria de la construcción ha sido una de las de mayor crecimiento en el campo de la productividad, gracias a las políticas del Estado para establecer créditos hipotecarios a través de entidades gubernamentales como el BIESS y demás bancos del estado, han contribuido significativamente al desarrollo de las empresas inmobiliarias, sin embargo cada día aparecen materiales , equipos y herramientas nuevos, lo que implica la adopción de nuevos métodos constructivos.
Por esta razón es necesario profundizar en conceptos que involucran el manejo de elementos básicos de temas concernientes al plan de estudio.
2.2.6.1 Precio
El precio es el valor de venta que tiene un producto, y es igual a la relación que existe en el costo final de producción aumentado las utilidades. (Según apuntes materia de costos, EPN, 2000).
