Evaluación y control de proyectos inmobiliarios: Caso Edificio Lucpie

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(1)ESCUELA POLITECNICA NACIONAL ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL. EVALUACIÓN Y CONTROL DE PROYECTOS INMOBILIARIOS: CASO “EDIFICIO LUCPIE”. PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL. LUIS ALBERTO ECHEVERRÍA ÁLAVA [email protected]. DIRECTOR: ING. GUSTAVO ANTONIO BARAHONA PINTO [email protected]. Quito, Abril 2013.

(2) II. DECLARACIÓN. Yo, Luis Alberto Echeverría Álava, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento. La. Escuela. Politécnica. Nacional,. puede. hacer. uso. de. los. derechos. correspondientes a este trabajo, según lo establecido en la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.. ______________________ LUIS ALBERTO ECHEVERRÍA ÁLAVA.

(3) III. CERTIFICACIÓN. Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Luis Alberto Echeverría Álava, bajo mi supervisión.. _______________________________ ING. GUSTAVO BARAHONA CATEDRÁTICO DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL, EPN. DIRECTOR DE PROYECTO.

(4) IV. AGRADECIMIENTOS. Agradezco al Ing. Gustavo Barahona, por su colaboración en éste proyecto de titulación, al Ing. Daniel Ati quien fue un apoyo y de gran ayuda cuando tuve dudas, no escatimó en compartirme sus conocimientos para que así yo pueda continuar con el desarrollo de la tesis. A mi familia, mis padres Luis Isaac y Marisol, que preocupándose por mi futuro hicieron siempre un esfuerzo en proporcionarme lo que estaba a su alcance para que yo pueda salir adelante apoyándome de esta manera, de igual forma a mis hermanos Luis Fernando, Luis Eduardo y Ricardo Andrés, que sin saberlo han servido mucho en mi desarrollo como persona, pues soy su hermano mayor y siempre he procurado dar un buen ejemplo, han sido una motivación. A la compresión de mi esposa Soledad, quien sacrificando los momentos de familia me apoyó en éste objetivo. No puedo dejar de mencionar a todos mis amigos que conocí en el transcurso de mis años en la Universidad y que se convirtieron en amigos para la vida..

(5) V. DEDICATORIA. Dedico la presente tesis a mis abuelitas, Piedad Hidalgo de Echeverría y Wilma Cedeño de Álava, pero en especial forma a mi querido y amado abuelito Luis Amador Echeverría Dorado, quien fue como un segundo padre para mí y todos los recuerdos y enseñanzas que me dejó son mi mayor tesoro y los aplico cada día para llegar a ser como él en la vida, lamentablemente no pude cumplir mi sueño de que él me vea graduado, pero desde el cielo yo sé que está feliz y orgulloso.

(6) VII. CONTENIDO DECLARACIÓN……………………………………………………………………….II CERTIFICACIÓN……………………………………………………………………..III AGRADECIMIENTOS………………………………………………………………..IV DEDICATORIA………………………………………………………………………..V CONTENIDO…………………………………………………………………………VII INDICE DE TABLAS………………………………………………………………...XIV INDICE DE GRÁFICOS……………………………………………………………..XVI RESUMEN……………………………………………………………………………XVII PRESENTACION……………………………………………………………………XVIII 1 CAPÍTULO I .................................................................................................... 1 1.1 INTRODUCCIÓN AL PROYECTO:........................................................... 1 1.1.1 OBJETIVO GENERAL ...................................................................... 1 1.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................. 1 1.1.3 JUSTIFICACIÓN ............................................................................... 1 1.1.4 DESCRIPCIÓN DEL EDIFICIO LUCPIE ........................................... 2 1.1.5 GENERALIDADES ............................................................................ 3 1.2 INGENIERÍA ESTRUCTURAL CONCEPTUAL: ........................................ 4 1.3 INGENIERIA ESTRUCTURAL BÁSICA: ................................................... 5 1.4 INGENIERÍA ESTRUCTURAL DE ANÁLISIS Y DISEÑO: ........................ 5 1.5 REDACCIÓN DEL PROYECTO DE INGENIERÍA ESTRUCTURAL: ........ 6 1.6 INGENIERÍA HIDROSANITARIA CONCEPTUAL: .................................... 7 1.6.1 GENERALIDADES ............................................................................ 7 1.6.2 SERVICIOS HIDROSANITARIOS PARA EDIFICACIONES ............. 8 1.6.3 TIPOS DE INSTALACIONES HIDROSANITARIAS .......................... 9 1.6.4 UBICACIÓN DE SERVICIOS............................................................ 9.

(7) VIII. 1.6.5 MATERIALES PARA INSTALACIONES SANITARIAS ................... 11 1.6.5.1 Tuberías y Accesorios de Agua Potable ............................. 11 1.6.5.1.1 Tuberías y Accesorios Para Desagüe................. 12 1.6.6 SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN DIRECTO DE AGUA POTABLE .. 12 1.6.6.1 Elementos del Sistema ........................................................ 12 1.6.6.2 Dotaciones de Agua Potable ............................................... 13 1.6.6.3 Almacenamiento ................................................................. 13 1.6.6.4 Sistema de Captación y Aprovisionamiento ....................... 13 1.6.6.4.1Elección del Sistema de Bombeo ......................... 15 2 CAPÍTULO II ................................................................................................ 18 2.1 DISEÑO ESTRUCTURAL: ..................................................................... 18 2.1.1 PREDIMENSIONAMIENTO Y CUANTIFICACIÓN DE CARGAS .. 18 2.1.1.1 Carga Muerta....................................................................... 18 2.1.1.2 Carga Viva: ......................................................................... 19 2.1.1.3 Cargas Sísmicas ................................................................. 20 2.1.1.4 Cargas de Viento ................................................................. 20 2.1.2 PREDISEÑOS DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES .......... 20 2.1.2.1 Prediseño de la losa: ........................................................... 21 2.1.2.1.1 Carga Muerta de la Losa: .................................... 22 2.1.2.2 Carga Muerta de Paredes: .................................................. 23 2.1.2.3 Pesos por Piso: ................................................................... 24 2.1.2.4 Carga de Sismo: .................................................................. 25 2.1.2.5 Prediseño de Vigas: ............................................................ 27 2.1.2.5.1 Área de Aportación .............................................. 31 2.1.2.5.2 Cargas en Vigas: ................................................. 32 2.1.2.5.3 Sección de la Viga: .............................................. 32.

(8) IX. 2.1.2.6 Prediseño de Columnas: ..................................................... 37 2.1.2.6.1 Área de Aportación: ............................................. 37 2.1.2.6.2 Peso de Columna: ............................................... 37 2.1.2.6.3 Sección de la Columna ........................................ 37 2.1.3 MODELO EN PROGRAMA ETABS ............................................... 41 2.1.3.1 Combinaciones de Carga .................................................... 42 2.1.3.2 Prediseño para Diseño Sísmico según ACI 318-99............. 43 2.1.3.3 Diagramas de Cargas y Esfuerzos ...................................... 45 2.1.4 DISEÑO DE CIMENTACIÓN ........................................................ 53 2.1.4.1 Fuerzas Para el Diseño de Zapatas: ................................... 54 2.1.4.2 Ejemplo de Cálculo .............................................................. 55 2.1.4.2.1 Fuerzas para el diseño de zapatas ...................... 55 2.1.4.2.2 Geometría de los elementos ............................... 55 2.1.4.2.3 Peso de zapata y relleno ..................................... 55 2.1.4.2.4 Propiedades de la sección de diseño ................. 56 2.1.4.2.5 Momentos adicionales ......................................... 56 2.1.4.2.6 Esfuerzos en el suelo ........................................... 56 2.1.4.2.7 Esfuerzo admisible............................................... 56 2.1.4.2.8 Esfuerzo máximo en el suelo, sentido “x” ............ 57 2.1.4.2.9 Esfuerzo máximo en el suelo, sentido “y” ............ 57 2.1.4.2.10 Empuje pasivo “x” y “y” ...................................... 58 2.1.4.2.11 Punzonamiento ................................................. 58 2.1.4.2.12 Tensión ficticia de contacto ................................ 58 2.1.4.2.13 Estabilidad ......................................................... 59 2.14.2.14 Armaduras en cimentación ................................ 60 2.2 DISEÑO HIDROSANITARIO................................................................. :62.

(9) X. 2.2.1 SISTEMA DE AGUA POTABLE ................................................... 62 2.2.2 CONSIDERACIONES DE DISEÑO .............................................. 63 2.2.2.1 Delineamiento de Redes ................................................... 63 2.2.2.2 Graficación de las Redes de Agua y Desagüe .................. 64 2.2.2.3 Dibujos Isométricos ........................................................... 64 2.2.2.4 Cálculo de Tuberías .......................................................... 64 2.2.2.5 Cálculo de las Redes de Distribución de Agua .................. 65 2.2.2.5.1 Criterios Para el Cálculo: .................................... 66 2.2.2.5.2 Procedimiento de Cálculo ................................... 67 2.2.2.6 Servicio de Agua Caliente ................................................. 67 2.2.2.7 Redes de Desagüe y Ventilación ...................................... 68 2.2.2.8 Metodología ....................................................................... 68. 3 CAPÍTULO III ................................................................................................ 71 3.1 ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS: .................................................. 71 3.1.1 CARACTERÍSTICA DE LOS COSTOS ........................................ 71 3.1.1.1 Costos Indirectos .............................................................. 73 3.1.1.2 Costos Directos ................................................................. 73 3.2 PROGRAMACIÓN Y CONTROL DE LA OBRA ..................................... 77 3.2.1 CONCEPTOS BÁSICOS PARA LA PROGRAMACIÓN ............... 78 3.2.2 PROGRAMACIÓN DEL PROYECTO ........................................... 79 3.2.2.1 Definición del Proy ...................................................................79 3.2.2.2 Creación del Planecto ....................................................... 79 3.2.2.3 Seguimiento ...................................................................... 79 3.2.2.4 Cierre del Proyecto ............................................................ 79 3.2.3 PARTES DE UN PROYECTO ...................................................... 80.

(10) XI. 3.2.4 PROCEDIMIENTOS PARA PROGRAMAR .................................. 80 3.2.4.1 Diagrama de Gantt ............................................................ 80 3.2.4.2 Diagrama de Redes........................................................... 80 3.2.4.2.1 Tarea Crítica ...................................................... 80 3.2.4.2.2 Ruta Crítica ....................................................... 80 4 CAPÍTULO IV ............................................................................................... 81 4.1 ESTUDIO DE MERCADO ...................................................................... 81 4.2 ESTUDIO TÉCNICO .............................................................................. 82 4.2.1 TAMAÑO DEL PROYECTO ......................................................... 82 4.2.2 LOCALIZACIÓN............................................................................ 83 4.2.2.1 Enfoque Cualitativo ........................................................... 83 4.2.2.1.1 Infraestructura Socio Económica ....................... 83 4.2.2.1.2 Infraestructura de Servicio ................................ s84 4.2.2.2 Enfoque Cuantitativo ......................................................... 84 4.2.3 INGENIERÍA ................................................................................. 84 4.2.4 COSTOS ....................................................................................... 85 4.2.5 INGRESOS ................................................................................... 85 4.3 ESTUDIO FINANCIERO ........................................................................ 86 4.3.1 INVERSIONES DEL PROYECTO ................................................ 86 4.3.2 CAPITAL DE TRABAJO ............................................................... 86 4.4 EVALUACIÓN ........................................................................................ 86 4.4.1 ESTIMACIÓN DEL FLUJO DE FONDOS ..................................... 87 4.4.1.1 Punto de Equilibrio ............................................................ 87 4.4.1.2 Relación Costo/Beneficio .................................................. 87 4.4.2 INDICADORES DE EVALUACION ............................................... 88 4.5 DESARROLLO Y ANÁLISIS .................................................................. 88.

(11) XII. 4.5.1 UBICACIÓN PROYECTO EDIFICIO LUCPIE .............................. 88 4.5.2 REFERENCIAS DEL VALOR DE VENTA DEL M2 DE CONTRUCCIÓN ........................................................................... 89 4.5.3 POTENCIAL DE DESARROLLO .................................................. 91 4.5.4 PRESUPUESTO DEL PROYECTO .............................................. 92 4.5.5 RESUMEN COSTOS DIRECTOS .............................................. 101 4.5.6 TOTAL INGRESOS .................................................................... 103 4.5.7 RESUMEN COSTOS INDIRECTOS ........................................... 106 4.5.8 CRONOGRAMA VALORADO .................................................... 109 4.5.9 FLUJO DE VENTAS ................................................................... 112 4.5.10 FLUJO DE CAJA ...................................................................... 112 4.5.11 INDICADORES FINANCIEROS................................................ 112. 5 CAPÍTULO V ............................................................................................... 114 5.1 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ....................................... 114. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................... 115. ANEXOS ........................................................................................................ 116 ANEXO 1. PLANOS ARQUITECTÓNICOS.................................................... 117 ANEXO 2. PLANOS HIDROSANITARIOS ..................................................... 118 ANEXO 3. PLANOS ESTRUCTURALES ....................................................... 119 ANEXO 4.1 CRONOGRAMA DE OBRA ........................................................ 120 ANEXO 4.2 CRONOGRAMA VALORADO ESCENARIO REAL .................... 121 ANEXO 4.3 CRONOGRAMA VALORADO ESCENARIO OPTIMISTA .......... 122 ANEXO 4.4 CRONOGRAMA VALORADO ESCENARIO PESIMISTA .......... 123.

(12) XIII. ANEXO 4.5 FLUJO DE VENTAS ESCENARIO REAL ................................... 124 ANEXO 4.6 FLUJO DE VENTAS ESCENARIO OPTIMISTA ......................... 125 ANEXO 4.7 FLUJO DE VENTAS ESCENARIO PESIMISTA ......................... 126 ANEXO 4.8 FLUJO DE CAJA ESCENARIO REAL ........................................ 127 ANEXO 4.9 FLUJO DE CAJA ESCENARIO OPTIMISTA .............................. 128 ANEXO 4.10 FLUJO DE CAJA ESCENARIO PESIMISTA ............................ 129.

(13) XIV. INDICE TABLAS Tabla 1.1 Dotaciones de Agua Potable de Agua Fría ...................................... 13 Tabla 1.2 Pérdidas Localizadas ....................................................................... 14 Tabla 1.3 Pérdidas Localizadas ....................................................................... 16 Tabla 1.4 Tiempo Mínimo entre Encendido y Apagado de la Bomba............... 17 Tabla 2.1 Tiempo Mínimo entre Encendido y Apagado de la Bomba............... 20 Tabla 2.2 Peso por m2 de Losa ....................................................................... 23 Tabla 2.3 Cuantificación de Paredes en Planta Tipo........................................ 23 Tabla 2.4 Peso Específico de Bloques de Construcción .................................. 24 Tabla 2.5 Peso Paredes ................................................................................... 24 Tabla 2.6 Peso Por Planta ............................................................................... 25 Tabla 2.7 Cálculo Corte Basal .......................................................................... 26 Tabla 2.7 Fuerzas Laterales por Piso ............................................................... 27 Tabla 2.7 Cargas Muerta y Viva por Piso ......................................................... 30 Tabla 2.8 Prediseño de Viga Crítica ................................................................. 33 Tabla 2.9 Prediseño de Viga Menor ................................................................. 33 Tabla 2.10 Prediseño de Viga de borde ........................................................... 34 Tabla 2.11 Prediseño de Vigas en Planta Baja ................................................ 35 Tabla 2.12 Prediseño de Vigas en Plantas Altas.............................................. 36 Tabla 2.13 Prediseño Columna Crítica ............................................................ 38 Tabla 2.14 Prediseño Columna Menor B2 ....................................................... 39 Tabla 2.14 Prediseño Columna Externa A5 .................................................... 40 Tabla 2.15 Reacciones Para Diseño de Zapatas ............................................. 54 Tabla 2.16 Reacciones Máximas Para Diseño de Zapatas .............................. 54 Tabla 2.17 Dimensionamiento de Zapatas (1) ................................................ 58 Tabla 2.18 Dimensionamiento de Zapatas (2) ................................................. 59.

(14) XV. Tabla 2.19 Caudales y Presiones Mínimas para Piezas Sanitarias ................. 69 Tabla 2.20 Velocidades Máximas para Tuberías de AAPP .............................. 70 Tabla 4.1 Precio de Venta del m2 Departamentos en el Sector ....................... 89 Tabla 4.2 Precio de Venta del m2 Oficinas en el Sector .................................. 89 Tabla 4.3 Cálculo del Potencial de Desarrollo .................................................. 91 Tabla 4.4 Presupuesto de Proyecto (Escenario Real) ...................................... 92 Tabla 4.5 Presupuesto de Proyecto (Escenario Optimista) .............................. 95 Tabla 4.6 Presupuesto de Proyecto (Escenario Pesimista) ............................. 98 Tabla 4.7 Costos Directos (Escenario Real)................................................... 101 Tabla 4.8 Costos Directos (Escenario Optimista) ........................................... 101 Tabla 4.9 Costos Directos (Escenario Pesimista) .......................................... 102 Tabla 4.10 Ingresos Totales (Escenario Real) ............................................... 103 Tabla 4.11 Ingresos Totales (Escenario Optimista)........................................ 104 Tabla 4.12 Ingresos Totales (Escenario Pesimista) ....................................... 105 Tabla 4.13 Costos Indirectos (Escenario Real) .............................................. 106 Tabla 4.14 Costos Indirectos (Escenario Optimista) ...................................... 107 Tabla 4.15 Costos Indirectos (Escenario Pesimista) ...................................... 108 Tabla 4.16 Cálculo Indicadores Financieros (Escenario Real) ....................... 112 Tabla 4.17 Cálculo Indicadores Financieros (Escenario Optimista) ............... 112 Tabla 4.18 Cálculo Indicadores Financieros (Escenario Pesimista) ............... 113.

(15) XVI. INDICE GRÁFICOS Gráfico 2.1 Panel Tipo ...................................................................................... 21 Gráfico 2.2 Losa AlivianadaTipo en Corte y Planta .......................................... 22 Gráfico 2.1 Distribución Trapezoidal de Cargas ............................................... 27 Gráfico 2.4 Cargas Equivalentes en Vigas ....................................................... 28 Gráfico 2.5 Distribución Trapezoidal de Cargas ............................................... 29 Gráfico 2.6 Distribución Trapezoidal de Cargas Losas Piso 2 a 6.................... 30 Gráfico 2.7 Identificación Viga Crítica y Viga Menor ........................................ 31 Gráfico 2.8 Planta Losa ................................................................................... 42 Gráfico 2.9 Eje 2 Carga Muerta ........................................................................ 45 Gráfico 2.10 Eje 2 Carga Viva .......................................................................... 46 Gráfico 2.11 Eje 2 Diagrama Axial Envolvente ................................................. 47 Gráfico 2.12 Eje 2 Diagrama Cortante 2-2 Envolvente ..................................... 48 Gráfico 2.13 Eje 2 Diagrama Cortante 3-3 Envolvente4 ................................... 49 Gráfico 2.14 Eje 2 Diagrama Momentos-Envolvente ........................................ 50 Gráfico 2.15 Armadura en Pórtico de Eje 2 ...................................................... 51 Gráfico 2.16 Deflexiones Por Sismo en X ....................................................... 51 Gráfico 2.17 Deflexiones Por Sismo en Y ........................................................ 52 Gráfico 2.18 Referencias Nudos de Cimentación............................................. 53 Gráfico 2.19 Coeficiente de Simultaneidad “K”................................................. 70 Gráfico 4.1 Ubicación del Proyecto .................................................................. 88 Gráfico 4.2 Ubicación de Proyectos Referenciales .......................................... 90 Gráfico 4.3 Curva S (Escenario Real) ............................................................ 109 Gráfico 4.4 Curva S (Escenario Optimista)..................................................... 110 Gráfico 4.5 Curva S (Escenario Pesimista) .................................................... 111.

(16) XVII. RESUMEN El presente trabajo detalla la forma y todos los aspectos que se deben tener en cuenta al momento de plantear la construcción de un proyecto inmobiliario, para así identificar cuan riesgoso o beneficioso es la realización del mismo. En la actualidad no basta con solo hacer un buen diseño estructural, sino en ofrecer más comodidades a precios competitivos por lo cual es necesario entender y conocer bien lo que los futuros compradores demandan, realizando estudios de mercado que garanticen el éxito del proyecto. Es por esto que hoy en día un ingeniero civil, no solo debe conocer de cálculo estructural sino también de planificación y mercado, lo que ha motivado el desarrollo de éste tema. Comprende de todas las partes que abarca una obra civil como lo son: estudio e investigación de mercado, ventas, diseño estructural e hidrosanitario y el punto clave que a la larga ayudará a tomar la decisión de construcción o no del proyecto, el estudio de factibilidad económica..

(17) XVIII. PRESENTACIÓN El objetivo principal de éste Proyecto de Titulación comprende el analizar la Factibilidad Técnica y Económica del Proyecto Inmobiliario Edificio Lucpie, para lo cual se ha dividido básicamente de la siguiente manera: ! Diseño Estructural e Hidrosanitario. La ingeniería abarcará el diseño estructural del edificio mediante el uso del Programa ETABS, con la optimización y el posterior análisis de los resultados para cumplir con el diseño sismo resistente establecido por los Códigos de la Construcción. Se obtendrán las dimensiones las redes de Agua Potable, Aguas Servidas y red Contra Incendios. ! Análisis de Precios Unitarios y Presupuesto de la Obra. Se desarrollará el Análisis de Precios Unitarios, con la posterior cuantificación de materiales y volúmenes de obra, con la utilización de los precios del mercado de se calculará el costo total del proyecto. En ésta parte, se elabora el cronograma de obra y se define el tiempo que llevaría la construcción. ! Estudio de Mercado. La realización de un estudio de mercado, permitirá realizar el análisis financiero mediante un cronograma valorado y cronograma de ventas para así obtener un flujo de caja que permita calcular los indicadores financieros y así identificar la factibilidad del mismo. Finalmente en base a lo anteriormente mencionado se tomará la decisión de la construcción. o. no. del. Proyecto. Inmobiliario. Edificio. Lucpie..

(18) 1. 1 CAPÍTULO I INGENIERÍA DE ESTRUCTURAS.. 1.1 INTRODUCCIÓN AL PROYECTO: 1.1.1 OBJETIVO GENERAL ! Analizar la Factibilidad Técnica y Económica del Proyecto Inmobiliario Edificio Lucpie. 1.1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS. ! Diseño Estructural. ! Diseño Hidrosanitario. ! Análisis de Precios Unitarios y Presupuesto de la Obra. ! Programación y Control de Obra. ! Obtención de un posible plan de ventas. ! Evaluación Financiera y Viabilidad del Proyecto. ! Análisis de sensibilidad: Inflación y posible variación de precios. 1.1.3. JUSTIFICACIÓN. Los proyectos inmobiliarios de edificios en los últimos años han tenido un crecimiento acelerado puesto que cada vez hay menos espacio en las ciudades, por lo que se ha tomado la decisión de construir hacia arriba para aprovechar de mejor manera la utilización del suelo. En la actualidad no basta con solo hacer un buen diseño estructural, sino en ofrecer más comodidades a precios competitivos por lo cual es necesario entender y conocer bien lo que los futuros compradores demandan, realizando estudios de mercado que garanticen el éxito del proyecto. Es por esto que hoy en día un ingeniero civil, no solo debe conocer de cálculo estructural sino también de planificación y mercado, lo que ha motivado el desarrollo de éste tema..

(19) 2. Adicional a éstos parámetros necesarios, se obtendrá el coeficiente “ALFA” que relaciona el peso del terreno sobre el precio de todo el proyecto, el mismo que es utilizado. por. los. entes. gubernamentales. –dígase. Municipios,. Consejos. Provinciales, Estado, etc.- para colocar los porcentajes de los impuestos referidos a los servicios por ellos otorgados. 1.1.4. DESCRIPCIÓN DEL EDIFICIO LUCPIE. El Proyecto Inmobiliario Edificio Lucpie, está ubicado en la calle Martínez Mera entre Arosemena Tola y Salazar Gómez, sector Batán Alto al nororiente de la ciudad. Es una zona exclusivamente residencial de gran plusvalía desde donde se tiene una vista panorámica de toda la ciudad de Quito, cerca de los principales centros comerciales y entidades financieras, además de estar junto a la principal reserva ecológica de la que goza la ciudad el “Parque Metropolitano”. A manera de resumen, se proyecta la construcción de un edificio de 6 pisos distribuidos de la siguiente manera: ! Planta Baja: Estacionamientos y Bodegas. ! 1er Piso: Hall, Áreas Comunales y Oficinas. ! 2do – 5to Piso: Departamentos. Los pisos 2do al 5to, son similares, cada planta contiene 2 departamentos, uno de 80m2 y otro de 91m2. Para más detalles se muestran los planos arquitectónicos en los anexos. En lo referente a los acabados, se ha decidido que sean de lujo por las características de los edificios de la zona, como por ejemplo pisos de parquet, hall en pisos de mármol, tuberías de agua potable de cobre, mesones de cocina en granito. El proyecto ha sido pensado para personas con ingresos económicos medio-alto, siendo éste aspecto el que se evaluará para saber si las características de los.

(20) 3. departamentos. propuestos en el proyecto y su costo tienen la demanda. necesaria, gozan de la aceptación del comprador potencial, garantizar que la inversión no es un riesgo y tendrá como único retorno una ganancia económica. 1.1.5. GENERALIDADES. Toda estructura debe ser diseñada y construida para garantizar un correcto funcionamiento ante la aplicación de cargas a las que se la someterá durante la construcción y su vida útil, es decir debe ser funcional y segura. La funcionalidad requiere que las deflexiones sean pequeñas, que las fisuras, si existen, mantengan límites tolerables, que las vibraciones se minimicen, etc. La seguridad requiere que la resistencia de la estructura sea la adecuada para todas las cargas que pueden llegar a actuar sobre ella. El análisis estructural consiste en la determinación de los efectos originados por las acciones sobre la totalidad o parte de la estructura, con la finalidad de realizar comprobaciones en los elementos resistentes. Para la elaboración del análisis y diseño estructural, se idealizan tanto la geometría de la estructura como las acciones y las condiciones de apoyo usando un modelo matemático adecuado. Generalmente las condiciones de compatibilidad o las relaciones de tensodeformacionales de los materiales resultan complicadas de satisfacer, por lo que se permite soluciones en que las condiciones anteriormente mencionadas se cumplan parcialmente, siempre que sean equilibradas y que satisfagan las condiciones de ductilidad apropiadas. Éstas fuentes de incertidumbre, que requieren un margen de seguridad definido, pueden enumerarse como sigue:.

(21) 4. 1. Las cargas reales pueden diferir de las supuestas. 2. Las cargas reales pueden estar distribuidas de manera diferente a la supuesta. 3. Las suposiciones y simplificaciones inherentes a cualquier análisis pueden resultar en efectos calculados, momentos, cortantes, etc., diferentes de aquellos que de hecho actúan sobre la estructura. 4. El comportamiento estructural real puede diferir del supuesto, debido a las limitaciones del conocimiento. 5. Las dimensiones reales de los elementos pueden diferir de aquellas especificadas. 6. El refuerzo puede no estar en la posición definida. 7. Las resistencias reales de los materiales pueden diferir de aquellas especificadas.. 1.2 INGENIERÍA ESTRUCTURAL CONCEPTUAL: La ingeniería estructural conceptual, es la elaboración de ideas que permitan resolver el problema de la existencia de la estructura, es decir la posibilidad del equilibrio y la estabilidad que debe existir mucho antes de cualquier comprobación numérica. En esta etapa se definen los sistemas resistentes, la tipología estructural, es la etapa más importante del proceso de análisis y diseño. Se realiza el diseño para estudiar sus ventajas e inconvenientes. Otro aspecto relacionado con éste tema es la coherencia que debe existir entre la estructura y la arquitectura del proyecto, así se evita el adoptar una estructura que no tenga compatibilidad con la arquitectura. Un ejemplo común es la utilización de estructuras relativamente flexibles por ejemplo: pórticos con vigas y columnas de ciertas dimensiones, ubicados dentro del edificio, en construcciones con cerramientos muy rígidos como mampostería. Otro error es el uso de estructuras que compiten por el espacio físico con los espacios funcionales del edificio, lo que sucede cuando se quiere utilizar pórticos.

(22) 5. internos teniendo una altura disponible para las vigas o un espacio para las columnas muy limitado por las necesidades funcionales. Existe la costumbre de considerar la estructura como algo separado, que se apoya en la fundación que a su vez se apoya en el suelo que se considera indeformable o que en todo caso, sus deformaciones no afectan a la estructura. De ninguna forma esto es así y menos para acciones horizontales importantes. La estructura es un solo conjunto conformado, superestructura, fundación y suelo, sistema resistente que debe ser estudiado unitariamente, es así que desde el inicio, debe considerarse cada tipo estructural en relación con las posibilidades de fundación y la interacción con el suelo.. 1.3 INGENIERIA ESTRUCTURAL BÁSICA: La dificultad más grande que se tiene es la de modelar la estructura, pues es aquí donde se trata de definir las dimensiones de los elementos estructurales con una precisión adecuada que permita garantizar la compatibilidad final de la solución estructural. Se supone que cuando se realicen el análisis y la verificación detallados de la estructura, las dimensiones de los componentes serán confirmadas con variaciones muy pequeñas.. 1.4 INGENIERÍA ESTRUCTURAL DE ANÁLISIS Y DISEÑO: Si se sabe la forma en que funciona la estructura, se puede encontrar un modelo analítico que resuelva ese funcionamiento. Saber cómo funciona una estructura es saber cómo se deforma. Hay una sola forma de aprender a hacer un buen modelo, modelando e interpretando los resultados. La característica particular más importante de cualquier elemento estructural es su resistencia real, la cual debe ser lo suficientemente elevada para resistir, con.

(23) 6. algún margen de reserva, todas las cargas previsibles que puedan actuar sobre aquel durante la vida de la estructura, sin que se presente falla o cualquier otro inconveniente. Es lógico por tanto, dimensionar los elementos, es decir, seleccionar las dimensiones del hormigón y la cantidad de refuerzo, de manera que sus resistencias sean adecuadas para soportar las fuerzas resultantes de ciertos estados hipotéticos de sobrecarga, utilizando cargas considerablemente mayores que las cargas que se espera que actúen en la realidad durante el servicio. Esta metodología de diseño se conoce como Diseño a la Resistencia. Para estructuras de hormigón armado sujetas a cargas cercanas a las de falla, uno o los dos materiales, el hormigón y el acero, estarán inevitablemente en su rango inelástico no lineal. Es decir, el hormigón en un elemento estructural alcanza su resistencia máxima y su falla subsecuente para un nivel de esfuerzos y deformaciones muy por encima del rango elástico inicial en los cuales los esfuerzos y deformaciones son aproximadamente proporcionales. De manera similar, el acero en un elemento cercano o en la falla estará esforzado más allá del dominio elástico hasta y aún por encima de la zona de fluencia. Consecuentemente, la resistencia nominal de un elemento debe calcularse con base en el comportamiento inelástico de los materiales que lo conforman. Un elemento diseñado por el método de la resistencia, debe también demostrar un comportamiento satisfactorio bajo las cargas normales de servicio. Por ejemplo, las deflexiones en vigas deben estar limitadas a valores aceptables y el número de fisuras de flexión y su espesor para cargas de servicio deben mantenerse controlados. Las condiciones límites de servicio son parte importante del diseño aunque la atención se enfoque inicialmente en la resistencia.. 1.5 REDACCIÓN DEL ESTRUCTURAL:. PROYECTO. DE. INGENIERÍA. Es la preparación de todos los documentos literales y gráficos necesarios para que todos los interesados en el proceso de la construcción puedan comprender con claridad y totalmente la idea del diseñador y así poder verificarla. Además es.

(24) 7. necesario para que en el futuro la obra pueda ser mantenida apropiadamente y si es el caso, renovada o modificada. Para llevar un correcto control es necesario redactar documentos en los que se puede citar los siguientes: ! Memoria Descriptiva de los Procesos de Análisis: lista de normas empleadas, descripción de los procedimientos de análisis, hipótesis de análisis: vínculos, acciones, etc., información que permita interpretar los aspectos analíticos del proyecto. ! Memoria de Análisis: Todos los resultados del análisis y verificación de los componentes de la estructura. Es recomendable que los datos de los programas, que suelen ser extensos, se presenten en anexos a la misma. ! Especificaciones. Técnicas. Particulares:. Es. aconsejable. remitir. la. especificación a las normas en todo lo posible, para evitar documentos extensos. Se debe tener presente que es necesario mostrar toda la información del modo más claro posible, no es práctico el presentar documentos exageradamente extensos que nadie leerá, sino documentos completos y claros. La Memoria de todo Proyecto Estructural, debe tener un Anexo de Cálculo, en donde se indique claramente, el cumplimiento de las condiciones que exigen a la estructura en su conjunto y a cada una de las partes en las que puede suponerse dividida, con el objeto de garantizar la seguridad y el buen servicio de la misma.. 1.6 INGENIERÍA HIDROSANITARIA CONCEPTUAL: 1.6.1 GENERALIDADES En la construcción de las edificaciones, uno de los aspectos más importantes es el diseño de la red de instalaciones sanitarias, debido a que debe satisfacer las necesidades básicas del ser humano, como son el agua potable para la preparación de alimentos, el aseo personal y la limpieza del hogar, eliminando desechos orgánicos, etc..

(25) 8. Las instalaciones sanitarias estudiadas en este caso, son del tipo domiciliario, donde se consideran los aparatos sanitarios de uso privado. Estas instalaciones básicamente deben cumplir con las exigencias de habitabilidad, funcionabilidad, durabilidad y economía en toda la vivienda. El diseño de la red sanitaria, que comprende el cálculo de la pérdida de carga disponible, la pérdida de carga por tramos considerando los accesorios, el cálculo de las presiones de salida, tiene como requisitos: conocer la presión de la red pública, la presión mínima de salida, las velocidades máximas permisibles por cada tubería y las diferencias de altura, entre otros. Conociendo estos datos se logrará un correcto dimensionamiento de las tuberías y accesorios de la vivienda, como se verá en el presente trabajo. 1.6.2 SERVICIOS HIDROSANITARIOS PARA EDIFICACIONES Es el conjunto de tuberías, equipos y accesorios que se encuentran dentro del límite de propiedad de la edificación y que son destinados a suministrar agua libre de contaminación y a eliminar el agua servida. Estos servicios se encuentran dentro del límite de propiedad de los edificios, tomando como punto de referencia la conexión domiciliaria. Sus objetivos son: ! Dotar de agua en cantidad y calidad suficiente para abastecer a todos los servicios sanitarios dentro de la edificación. ! Evitar que el agua usada se mezcle con el agua que ingresa a la edificación por el peligro de la contaminación. ! Eliminar en forma rápida y segura las aguas servidas; evitando que las aguas que salen del edificio reingresen a el y controlando el ingreso de insectos y roedores en la red..

(26) 9. 1.6.3 TIPOS DE INSTALACIONES HIDROSANITARIAS Las instalaciones hidrosanitarias de una edificación comprenden en general los siguientes tipos de sistemas: ! Distribución de agua fría ! Distribución de agua caliente ! Distribución de agua contra incendios ! Distribución de agua para recreación ! Redes de desagüe y ventilación ! Colección y eliminación de agua de lluvia ! Distribución de agua para instalaciones industriales (vapor, etc.) 1.6.4 UBICACIÓN DE SERVICIOS La ubicación de los servicios en la edificación debe siempre permitir la mínima longitud posible de tuberías desde cada salida hasta las conexiones domiciliarias, siendo además deseable que su recorrido no cruce los ambientes principales (sala, comedor, hall). Las menores distancias incidirán en la presión del sistema, disminuyendo las pérdidas de carga y facilitando el usar diámetros más pequeños, con la consiguiente reducción de costos. Es recomendable concentrar en lo posible los servicios sanitarios, puesto que además de simplificar el diseño de las instalaciones y facilitan su montaje, se posibilita reunir en una sola área, casi siempre la de servicio, los trabajos de mantenimiento y reparación o reposición de elementos. Las áreas de los espacios destinados a servicios sanitarios se definen en función a la cantidad de usuarios y al espacio mínimo indispensable para la circulación de las personas en relación con el uso de los aparatos. Estas áreas por la calidad de los acabados que deben presentar para garantizar una fácil limpieza de las mismas, son las más costosas de la edificación..

(27) 10. En relación a la ubicación de los aparatos sanitarios en el interior de los ambientes,. deben. considerarse. además. de. las. exigencias. de. orden. arquitectónico, las siguientes condiciones: ! El inodoro debe ser colocado siempre lo más cerca posible del ducto de tuberías o del muro principal del baño, facilitando su directa conexión con el colector vertical que se halla en su interior, y a través de este con el colector principal de desagües o con la caja de registros más próxima; de modo que se emplee el recorrido más corto, se eviten accesorios, se facilite la descarga y se logre el menor costo. ! El lavamanos debe quedar próximo a una ventana (si la hay) para recibir luz natural; es necesario prolongar la tubería de descarga para lograr una buena ventilación de las tuberías por tratarse del aparato de descarga más alta. Además debe permitir empotrar botiquines con espejos en el muro donde se encuentre instalado, exactamente en la parte superior. ! El antepecho de la ventana bajo la cual se instala un lavamanos debe estar como mínimo 1.20 m sobre el nivel de piso terminado, salvo el caso en que la grifería no sea instalada en el muro sino sobre el mueble donde se halla empotrado el lavamanos. ! La ventilación en el baño debe ser natural y por diferencia de temperaturas; es importante garantizar una permanente circulación de aire. ! En cuanto a la ubicación de las instalaciones con la relación a la estructura, por lo general suele preferirse el empotramiento en muros y losas. Si bien las instalaciones eléctricas por sus reducidos diámetros pueden ubicarse en las losas; no ocurre lo mismo en las instalaciones sanitarias por sus diámetros relativamente mayores y porque requieren de periódico control y registro..

(28) 11. ! Las instalaciones sanitarias deben ubicarse de tal manera que no comprometan los elementos estructurales. Lo recomendable es utilizar ductos para los tramos verticales y colocar los tramos horizontales en falsos contrapisos u ocultos en falso cielo raso. 1.6.5 MATERIALES PARA INSTALACIONES SANITARIAS. 1.6.5.1 Tuberías y Accesorios de Agua Potable Se pueden encontrar de los siguientes materiales: ! Hierro fundido: ya no se usan en instalaciones interiores por su alto costo y peso elevado. ! Hierro galvanizado: son las de mayor uso junto con las de plástico, por su mayor durabilidad; uso de accesorios del mismo material en las salidas de agua, menor riesgo de fractura durante su manipuleo. ! Acero: para uso industrial o en líneas de impulsión sujetas a grandes presiones. !. Cobre: son las mejores para las instalaciones de agua potable, sobre todo para conducir agua caliente, pero su costo es muy elevado y se requiere mano de obra especializado para su instalación.. ! Bronce: solo tiene en la actualidad un uso industrial. ! Plomo: se utilizan en conexiones domiciliarias; han sido dejadas de lado al comprobarse que en determinados caso se destruyan rápidamente por la acción de elementos químicos hallados en el agua; sin embargo aun se utilizan como abastos de aparatos sanitarios. ! Asbesto – cemento: solo se utilizan en redes exteriores. ! Plástico: PVC rígido para conducción de fluidos a presión SAP (Standard Americano Pesado). Estas tuberías se fabrican de varias clases: clase 15 (215 lb/pulg2), clase 10 (150 lb/pulg2), clase 7.5 (105 lb/pulg2) y clase 5 (lb/pulg2), en función a la presión que pueden soportar..

(29) 12. Poseen alta resistencia a la corrosión y a los cambios de temperatura, tienen superficie lisa, sin porosidades, peso liviano y alta resistencia al tratamiento químico de aguas con gas cloro o fluor. 1.6.5.1.1 Tuberías y Accesorios Para Desagüe Se pueden encontrar de los siguientes materiales: ! Asbesto – cemento: son muy frágiles por lo que requieren una manipulación cuidadosa, tienen un costo elevado y existe carencia de accesorios en el mercado (solo se atienden bajo pedido); se utilizan para redes externas. ! Concreto: para uso exterior, es muy utilizada en tramos rectos sin accesorios. ! Hierro fundido: para uso general en redes interiores y exteriores, tuberías de ventilación. Actualmente han caído en desuso debido a su costo y peso que hacen la instalación más cara y complicada. ! Plomo: para trampas y ciertos trabajos especiales. ! Hierro forjado: para uso industrial. ! Plástico: PVC rígido SAL. Estas tuberías se encuentran en diámetros de 2”, 3”, 4”, 6” y 8”; en longitudes de 3 m para diámetros hasta de 3” y 5 m para diámetros mayores. Para instalaciones domesticas se suelen utilizar diámetros entre 2 y 4 pulgadas. 1.6.6. SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN DIRECTO DE AGUA POTABLE 1.6.6.1 Elementos del Sistema. ! Conexión domiciliaria ! Medidor ! Tuberías de alimentación ! Ramales de distribución ! Sub-ramales.

(30) 13. 1.6.6.2 Dotaciones de Agua Potable Tabla 1.1 Dotaciones de Agua Potable de Agua Fría DESCRIPCIÓN. DOTACIÓN. UNIDAD. 60. Lt/persona/día. 500. Lt/cama/día. 5000. Lt/lavadora ropa/día. Usos Múltiples Personal Administrativo Centros Hospitalarios y de Salud Hospitales y Clínicas Usos Especiales Lavandería Industrial. Elaboración: Luis Echeverría, Apuntes Ing. Civil, Instalaciones Hidrosanitarias. 1.6.6.3 Almacenamiento !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"#!= Consumo Diario × D. (1.1). De donde: "c = Volumen de Almacenamiento de cisterna (Lt ) Consumo Diario = Consumo Medio Diario (Lt/día) D = Días de Reserva (día), normalmente se considera 1 día de reserva, pero en caso de existir regularidad en el servicio se deben considerar reservas mayores. 1.6.6.4 Sistema de Captación y Aprovisionamiento ! Acometida de AAPP: Se deberá calcular el diámetro de la tubería en función del caudal nominal y de las pérdidas de carga o presión, (Fórmulas 2 y 3).. Q". ConsumoDia rio T. (1.2). Q = Caudal nominal (l/s) T = Tiempo de llenado del reservorio (De 6 horas a 24 horas). Depende del número de horas que la Empresa encargada suministra el servicio..

(31) 14. Una vez calculado el diámetro de la guía y de la acometida se deberá comprobar que la presión de entrada al reservorio (Fórmula 1.2) sea la necesaria para producir el caudal requerido.. Per " Prp # Ppc. (1.3). Per = Presión de entrada al reservorio (m.c.a.) Prd = Presión disponible en la red pública (m.c.a.) Ppc = Pérdidas de carga de todos los elementos (m.c.a.) Para determinar las pérdidas localizadas para todos los elementos de la acometida se considerarán la Fórmula (1.4) y la Tabla (1.2) Tabla 1.2 Pérdidas Localizadas Accesorios. K (10-13mm). K (20-25mm). K (32-40mm). K (50-100mm). Codo 90°. 2. 1.5. 13. 1. Codo 45°. 0.5. 0.4. 0.04. 0.3. 1. 1. 1. 1. Tee reducida. 2.5. 2. 1.5. 1. Reducción. 0.5. 0.5. 0.5. 0.5. 1. 0.5. 0.3. 0.3. de. 16. 12. 9. 7. de. 20. 16. 13. 12. de. 4. 2. 1.5. 1.5. 7. 4. 3.5. 3.5. 20. 16. 13. 10. 8. 6. 4.5. 3.5. Tee. Válvula. de. Compuerta Válvula Globo Medidor Agua Llave Inserción Flotador Válvula. de. Pie Válvula Check Elaboración: Luis Echeverría, Apuntes Ing. Civil, Instalaciones Hidrosanitarias.

(32) 15. ) v2 & h " K '' $$ ( 2g %. (1.4). h = Pérdida de carga localizada (m/m) k = Coeficiente que depende del elemento y del diámetro (adimensional) v = Velocidad media del fluido (m/seg) g = Constante gravitacional (9.81 m²/seg) 1.6.6.4.1 Elección del Sistema de Bombeo Cálculo de bomba para Sistema Hidroneumático ! Caudal de la bomba: El caudal máximo instantáneo del equipo de bombeo para edificios en donde no se proyecte tanque elevado será el de la Fórmula (1.5). QMI " QTOTAL * K. (1.5). Donde: Qtotal = Caudal máximo instantáneo total, según la cantidad y tipo de piezas sanitarias (l/s). Tabla (1.3) K = Factor de simultaneidad, según el número de piezas sanitarias y el tipo de edificación (adimensional) (Gráfico 1.1).. Tabla 1.3 Pérdidas Localizadas Tipo de Mueble Sanitario Q ins (l/min) Inodoro. 12. Baño con tina y ducha. 20. Lavamanos. 10. Ducha sola. 10. Bidet. 10. Urinario. 10. Lavaplatos. 15. Lavadero. 15. Llave de jardín. 10. Elaboración: Luis Echeverría, Apuntes Ing. Civil, Instalaciones Hidrosanitarias.

(33) 16. ! Presión dinámica o Presión mínima: Es la presión que debe proporcionar la bomba a fin de que el agua llegue a la pieza sanitaria hidráulicamente más desfavorable, en donde los parámetros de la fórmula (1.6) son:. Pd " +Pe - Pr - Pc , *1.10. (1.6). Donde: Pe (m), es la presión estática o diferencia de nivel entre el fondo de la cisterna y la pieza sanitaria más lejana. Pr (m), es la presión residual o presión mínima necesaria para la pieza sanitaria. Pc (m), es el total de pérdidas de carga en el recorrido de succión y en el recorrido más desfavorable. ! Potencia de la bomba: La potencia de la bomba se calcula con la fórmula (1.7). P". Qb * Pd 76 * % Efic. (1.7). P = Potencia de la bomba (HP) Qb = Caudal manejado por la bomba (l/s) Pd = Presión dinámica (m) %efic = Porcentaje de eficiencia en decimales (adimensional). Se recomienda entre 50% al 65% ! Tanque de presión: El tiempo entre encendido y apagado de la bomba varía según la potencia. Tabla (1.4) El volumen del tanque se calculará de acuerdo con la Ley de Mariotte, según Fórmulas (1.8) y (1.9):. Vt " Vu *. Pmax - 1 Pmax # Pmin. Vu " Qb * T Vt = Volumen total del tanque (lts) Vu= Volumen útil del tanque (lts) T= Tiempo entre encendido y apagado de la bomba Pmax= Presión máxima del sistema en atm Pmin= Presión mínima del sistema en atm.. (1.8) (1.9).

(34) 17. Tabla 1.4 Tiempo Mínimo entre Encendido y Apagado de la Bomba Potencia de Bomba (HP). T (s). 1/3 – 1/2. 20. 3/4 – 1. 30. 11/2 – 3. 40. 5 – 7 1/2. 60. 10 – 15. 90. 20 - 30. 120. Elaboración: Luis Echeverría, Apuntes Ing. Civil, Instalaciones Hidrosanitarias.

(35) 18. 2 CAPÍTULO II DISEÑO ESTRUCTURAL E HIDROSANITARIO 2.1 DISEÑO ESTRUCTURAL: Se plantea definir la estructura, mediante el cálculo, análisis y diseño estructural sismo-resistente, utilizando los criterios establecidos en el Código Ecuatoriano de la Construcción, lo propuesto en el Building Code Requirements for Structural Concrete ACI y usando los programas ETABS o SAP2000. 2.1.1 PREDIMENSIONAMIENTO Y CUANTIFICACIÓN DE CARGAS Lo primero antes de realizar un modelo, es definir el sistema estructural idealizado para el cálculo, para lo que se debe calcular dimensiones tentativas y así poder evaluar preliminarmente las diferentes solicitaciones, que exigen funcionalidad de la estructura, debido al peso propio de la estructura, peso de los elementos no estructurales, peso de los ocupantes y efectos del medio. La estructura se debe diseñar para que tenga una resistencia y rigidez adecuada ante las cargas mínimas de diseño, es decir, debe diseñarse para resistir todas las cargas aplicables tales como carga viva, muerta y efectos de sismo y viento. Así también no hay que descuidar los efectos producidos debido al pre-esfuerzo, cargas de grúa, vibración, impacto, contracción, relajamiento, expansión del concreto de contracción, cambios de temperatura, fluencia y asentamientos desiguales de los apoyos. 2.1.1.1 Carga Muerta Es de acción gravitatoria y constituyen los elementos físicos que conforman la estructura. Son aquellas que se mantienen constantes en magnitud y fijas en posición durante la vida de la estructura..

(36) 19. 2.1.1.2 Carga Viva: Son aquellas cargas producidas por el uso y ocupación de la edificación. Pueden estar total o parcialmente en su sitio, o no estar presentes, pueden cambiar de ubicación. A continuación se enlistan algunas cargas recomendadas para utilizarlas como sobrecargas: Tabla 2.1 Tiempo Mínimo entre Encendido y Apagado de la Bomba Uso u Ocupación Categoría Descripción Armerías Áreas de asientos fijos Áreas de Áreas de asientos Reuniones móviles Escenarios y plataformas Cornisas, marquesinas y balcones de residencias Facilidades de salida pública Almacenaje general y/o reparación Garajes Almacenaje particular Hospitales Salas y cuartos Salas de lectura Bibliotecas Cuartos de anaqueles Livianas Fábricas Pesadas Oficinas Cuartos de Imprentas impresión Cuartos de composición y linotipos Residencias Salas de descanso Tribunas y graderíos. Carga Uniforme (Kg/m2) 750. Carga Concentrada (Kg) 0. 250. 0. 500. 0. 600. 0. 300. 0. 500. 0. 500. Cargas especiales. 250 200 300. 450 450. 600. 700. 400 600 250. 900 1400 900. 750. 1200. 500. 900. 200. 0. 250. 0. 500. 0.

(37) 20. Tabla 2.1 Continuación Uso u Ocupación Categoría Descripción Escuelas Aulas Veredas y Acceso público calzadas Bodegas Livianas Pesadas Almacenes Minoristas Mayoristas. Carga Uniforme (Kg/m2) 200. Carga Concentrada (Kg) 450. 1200 600 1200 400 500. 900 1400. Transcrito del CEC 2001 / Tabla 4.1 – Parte 1. 2.1.1.3 Cargas Sísmicas Son inciertas tanto en magnitud, distribución e inclusive en el momento en que pueden actuar. Por hallarse en una zona del alto riesgo sísmico, la estructura debe estar diseñada para soportar éstos efectos en algún momento de su vida útil. En Quito se tiene la ZONA 4 según el CEC 2000 el mismo que indica los requisitos mínimos de cálculo y diseño sismoresistente, para el cálculo de las fuerzas horizontales y el cortante basal de diseño, así como el control de deformaciones de los pisos. 2.1.1.4 Cargas de Viento Al igual que las cargas sísmicas son inciertas, y dependen de la presión dinámica del viento, ésta presión depende de la velocidad que tenga el viento y de coeficientes eólicos de incidencia, pero en éste caso, no se considera ya que el proyecto no está ubicado geográficamente en una zona expuesta. 2.1.2 PREDISEÑOS DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES Lo primero a realizar en un prediseño, es definir el sistema de piso que se usará en el edificio. Como ya se ha dicho, al encontrarse el país en una zona de alto riesgo sísmico, es recomendable usar una estructura con un sistema de losas en dos direcciones apoyadas sobre vigas. Posterior se definen los pórticos en las dos direcciones para así realizar el prediseño de los elementos que conformarán la estructura (vigas y columnas)..

(38) 21. 2.1.2.1 Prediseño de la losa: Para el diseño de una losa, se debe escoger una parte del tablero en el que se presenten las condiciones más desfavorables. En el edificio el tablero C-D-3-4. Gráfico 2.2 Panel Tipo. Elaboración: Luis Echeverría, Gráfico en AUTOCAD. !. Losa: ACI 318-95 Sección 9.5.3.3. ec 9.11 pa. fy & ) ln ' 0.8 $ 14000 % ( h" 36 - 50 . +/m # 0.12 , h: ln: fy: am:. (2.1). Peralte mínimo de la losa en cm. Debe ser mayor que 13cm. Longitud del claro libre mayor en las dos direcciones, es medida de paño a paño entre los apoyos en cm. Resistencia a la fluencia del acero de refuerzo no preesforzado en kg/cm². Promedio de la relación de la rigidez a flexión de la sección de una viga a la rigidez a flexión de un ancho de losa limitada lateralmente por los ejes centrales de los tableros adyacentes si los hay.

(39) 22. b:. Relación de claros libres, dirección larga a dirección corta, de una losa en dos sentidos. Longitud claro libre mayor, L1 (cm):. 700. Longitud claro libre menor, L2 (cm):. 500. Ln (cm):. 700. Fy (Kg/cm2):. 4200. am:. 0.2. !:. 1.4. h (cm): h asumida (cm):. 21.06 25. Se asume la altura de 25cm, teniendo 5cm de loseta y 20cm para el bloque de alivianamiento. 2.1.2.1.1 Carga Muerta de la Losa: Se calcula para cada metro cuadrado y toma en cuenta el peso de los materiales que la conforman. Gráfico 2.2 Losa AlivianadaTipo en Corte y Planta !.

(40) 23. Tabla 2.2 Peso por m2 de Losa Peso x m2 de Losa Dimensiones Peso Esp. Peso Total Descripción a b e (kg/m3) (kg/m2) Cantidad (m) (m) (m) Alivianamiento 4 0.4 0.4 0.2 0 0 Nervios 1 2.86 0.2 0.1 2400 137.14 Loseta de Piso 1 1 1 0.05 2400 120 Acabado y Alisado de Piso 0.03 1800 54 Instalaciones Asumido 30 Paredes 165.49 506.64 TOTAL (kg/m2) 500 Elaboración: Luis Echeverría, Microsoft Excel. 2.1.2.2 Carga Muerta de Paredes: Se calcula para un metro lineal de pared y debe clasificarse en tipos, las que alcanzan la altura del entrepiso y las de menos altura por contener ventanas u orificios. Tabla 2.3 Cuantificación de Paredes en Planta Tipo Geometría de Paredes Descripción. Unidad. e (m). Cantidad. Externas (0.20m). m. 0.2. 30.00. Internas (0.15m). m. 0.15. 43.25. m. 0.2. 17.00. Orificios. y. Ventanas (0.20m) Altura Antepechos. m. 0.90. Altura Entrepisos. m. 2.70. Elaboración: Luis Echeverría, Microsoft Excel.

(41) 24. Tabla 2.4 Peso Específico de Bloques de Construcción Peso Específico (kg/m3). Bloques y Vidrios Clasificación. Máx.. Mín.. Prom.. Bloque hueco de concreto ligero. 1300. 900. 1100. Bloque hueco de concreto intermedio. 1700. 1300. 1500. Bloque hueco de concreto pesado. 2200. 2000. 2100. Bloque de vidrio para muros. 1250. 650. 950. Vidrios plano. 3100. 2800. 2950. Fuente: Laboratorio INTACO. Tabla 2.5 Peso Paredes Peso de Paredes Tipo Kg/m Kg/m2 Asume A. 180. 486.00. 490. B. 135. 364.50. 370. C. 180. 162.00. 170. Elaboración: Luis Echeverría, Microsoft Excel. 2.1.2.3 Pesos por Piso: Se ha llegado al siguiente cuadro de resumen de las cargas calculadas previamente: Carga Viva L (t/m2): 0.20 Carga Muerta D (t/m2): 0.50. Wi " ( Pplosa - Pacabados - Pparedes ) * Ai. (2.2).

(42) 25. Tabla 2.6 Peso Por Planta Nivel Largo (m) Ancho (m) 0+19.80 5.60 5.20 0+17.45 15.00 13.20 0+14.58 15.00 13.20 0+11.70 15.00 13.20 0+8.85 15.00 13.20 0+5.96 15.00 13.20 0+3.06 22.00 16.20. A (m²) 29.12 198.00 198.00 198.00 198.00 198.00 356.40 W Total:. Wi (T) 14.56 99.00 99.00 99.00 99.00 99.00 178.20 687.76. Elaboración: Luis Echeverría, Microsoft Excel. 2.1.2.4 Carga de Sismo: Los requerimientos mínimos de cálculo y diseño sismo resistente, cortante basal de diseño y fuerzas horizontales se establecen en el CEC 2000. Período de vibración:. 3. T " C t . hn 4 T " 0.08 * 19.80. (2.3) 3. 4. T " 0.751s hn: Altura máxima de la edificación de “n” pisos, medida desde la base de la estructura. Ct: 0.09 para pórticos de acero; 0.08 para pórticos espaciales de hormigón armado; 0.06 para pórticos espaciales de hormigón armado con muros estructurales y otras estructuras. En éste caso corresponde usar 0.08 Corte Basal (V):. V". ZIC W R1 P1 E. Z: Factor de zona I: Factor de uso C: Factor de geología local y perfil R: Factor de reducción de respuesta estructural !p: Coeficiente de configuración en planta. (2.4).

(43) 26. !e: Coeficiente de configuración en elevación W: Carga sísmica reactiva (igual a la carga muerta total de la estructura del proyecto). 1.25 . S S C" T. (2.5). S: Coeficiente de suelo Cm: Coeficiente T: Período de vibración. Tabla 2.7 Cálculo Corte Basal Z: I: S: T: Cm: C: R: "e: "p: V(t): V(%):. 0.4 1 1.2 0.751 3 2.072 10 1 1 56.99 0.08W. Elaboración: Luis Echeverría, Microsoft Excel. Fuerza de Tope (FT):. FT " 0.07 . T . V. (2.6). FT " 0.07 . 0.751 . 56.99 FT " 3.00 T: Período de vibración V: Corte basal Fuerzas Laterales (Fi):. Fi ". wi hi n. 2w h. i i. i "1. +V # FT ,. (2.7).

(44) 27. Tabla 2.7 Fuerzas Laterales por Piso Nivel 0+19.80 0+17.45 0+14.58 0+11.70 0+8.85 0+5.96 0+3.06 Total. Wi (T) 14.56 99.00 99.00 99.00 99.00 99.00 99.00 687.76. hi (m) 19.80 17.45 14.58 11.70 8.85 5.96 3.06. Wi*hi 288.29 1727.55 1443.42 1158.30 876.15 590.04 545.29 6629.04. Fi (T) 2.35 14.07 11.76 9.44 7.14 4.81 4.44 54.00. S (T) 2.35 16.42 28.18 37.61 44.75 49.56 54.00. Elaboración: Luis Echeverría, Microsoft Excel. 2.1.2.5 Prediseño de Vigas: Para la obtención de las cargas que actúan sobre las vigas, se realiza el siguiente gráfico tipo: Gráfico 2.3 Distribución Trapezoidal de Cargas. Elaboración: Luis Echeverría, AUTOCAD !.

(45) 28. Gráfico 2.4 Cargas Equivalentes en Vigas. Elaboración: Luis Echeverría, AUTOCAD. !. Las cargas recibidas por las vigas, es el área contribuyente de cada una, así para la viga menor AB la carga la transmite el área triangular ABE. Para la viga mayor BC, la carga la transmite el área trapezoidal BEFC. Luego se indica la carga equivalente para cada una. Para el diseño de vigas, cualquiera de éstos conceptos de aplicación de cargas es valedero, sean éstas triangulares, trapezoidales o equivalentes. Se definen los pórticos a calcular para el diseño de la estructura, tomando en cuenta el o los pórticos que tengan las condiciones más desfavorables en cada dirección. En éste edificio se ha seleccionado el pórtico “3” para la dirección en “X” y el pórtico “C” para la dirección en “Y”, así lo muestra el siguiente gráfico de las cargas a los pórticos.

(46) 29. Gráfico 2.5 Distribución Trapezoidal de Cargas. Elaboración: Luis Echeverría, AUTOCAD.

(47) 30. Gráfico 2.6 Distribución Trapezoidal de Cargas Losas Piso 2 a 6. Elaboración: Luis Echeverría, AUTOCAD. Para las cargas permanentes o para las sobrecargas, se estima la carga actuante o equivalente. Tabla 2.7 Cargas Muerta y Viva por Piso Nivel 0+19.80 0+17.45 0+14.58 0+11.70 0+8.85 0+5.96 0+3.06. CM (kg/m2) 560 560 560 560 560 560 560. CV (kg/m2) 200 200 200 200 200 200 200. Elaboración: Luis Echeverría, Microsoft Excel.

(48) 31. Gráfico 2.7 Identificación Viga Crítica y Viga Menor. Elaboración: Luis Echeverría, AUTOCAD. Ejemplo para viga crítica:. 2.1.2.5.1 Área de Aportación:. Aaportación " Aaportación " Aaportación. Lviga * +Lvano1 - Lvano 2 , 4. Lviga * +Lvano1 - Lvano 2 ,. 3 Central. 3 Borde 8 7.00 * +5.00 - 5.00 , " " 17.50m 2 4. (2.8).

(49) 32. 2.1.2.5.2 Cargas en Vigas:. 4. Pmayorizada " 1.4CM - 1.7CV 3 kg / m 2. Wviga " Pmayorizada * Aapor tan te 3 4kg 5 Wrepartida " 1,33 * M flector ". Wviga Lviga. 10. 3 4kg # m5. 4. Pmayorizada " 1.4(560) - 1.7(200) " 1124.00 kg / m 2. (2.9) (2.10) (2.11). 3 4kg / m5. Wrepartida * L2viga. 5. 5. Wviga " 1124.00 * 17.50 " 19670.004kg 5. (2.12). (2.9) (2.10). 19670.00 Wrepartida " 1,33 * " 3737.304kg / m5 (2.11) 7.00 3737.30 * 7.00 2 M flector " " 18312.774kg # m5 " 1831277.004kg # cm5 (2.12) 10. 2.1.2.5.3 Sección de la Viga:. bviga " Im puesto 3 4cm5 hviga ". M flector 0.145 * f ' c * bviga. (2.13). 3 4cm5. bviga " 30cm 1831277.00 " 44.774cm5 0.145 * 210 * 30 Re cubrimiento " 2.5cm hviga " 50cm hviga ". (2.14).

(50) 33. Tabla 2.8 Prediseño de Viga Crítica VIGA CRÍTICA DATOS ÁREA COLABORANTE Viga Central (si/no) si Longitud de viga 7.00m Distancia entre 5.00m vanos Área 17.50m2 CARGAS Carga Mayorizada 1124.00Kg/m2 W viga 19670.00Kg W repartido viga 3737.30Kg/m 18312.77Kg-m Momento Flector 1831277.00Kg-cm SECCIÓN VIGA Recubrimiento (cm) 5.00cm b viga (cm) 30.00cm(imp) h (cm) 44.77cm h viga (cm) 50.00 Elaboración: Luis Echeverría, Microsoft Excel. Tabla 2.9 Prediseño de Viga Menor VIGA MENOR DATOS ÁREA COLABORANTE Viga Central (si/no) si Longitud de viga 4.30m Distancia entre vanos 5.00m Área 10.75m2 CARGAS Carga Mayorizada 1124.00Kg/m2 W viga 12083.00Kg W repartido viga 3737.30Kg/m 6910.27Kg-m Momento Flector 691026.77Kg-cm SECCIÓN VIGA Recubrimiento (cm) 5.00cm b viga (cm) 25.00cm (imp) h (cm) 30.13cm h viga (cm) 35.00 Elaboración: Luis Echeverría, Microsoft Excel.

(51) 34. Tabla 2.10 Prediseño de Viga de borde VIGA BORDE DATOS ÁREA COLABORANTE Viga Central (si/no) No Longitud de viga 7.00m Distancia entre vanos 5.00m Área 8.75m2 CARGAS Carga Mayorizada 1124.00Kg/m2 W viga 9835.00Kg W repartido viga 1868.65Kg/m 9156.39Kg-m Momento Flector 915638.50Kg-cm SECCIÓN VIGA Recubrimiento (cm) 5.00cm b viga (cm) 25.00cm (imp) h (cm) 34.68cm h viga (cm) 40.00 Elaboración: Luis Echeverría, Microsoft Excel. Para la modelación en ETABS se partirá de éstas secciones de vigas. Datos básicos: f’c (Kg/cm2): 210 fy (Kg/cm2): 4200 Carga Muerta (Kg/m2): 560 Carga Viva (Kg/m2): 200 Base Viga (cm): 30 Factor f1: 1.33 para transformar carga triangular a distribuida rectangular. Factor f2: 1.20 factor del 20% que se aumenta para el sismo. Factor f3: 10 divisor en la fórmula WL2 / 10 en cálculo de momento de viga..

(52) 35. Tabla 2.11 Prediseño de Vigas en Planta Baja PLANTA BAJA ÁREA (m2). L (m). DC CB BA DC CB BA DC CB BA DC CB BA DC CB BA DC CB BA. 4.20 8.25 4.20 8.82 19.50 8.82 9.25 22.50 9.25 9.12 20.61 9.12 9.12 20.61 9.12 4.62 11.25 4.62. 4.30 7.00 4.30 4.30 7.00 4.30 4.30 7.00 4.30 4.30 7.00 4.30 4.30 7.00 4.30 4.30 7.00 4.30. 12 23 34 45 56 12 23 34 45 56 12 23 34 45 56 12 23 34 45 56. 2.25 6.12 6.12 3.24 6.12 4.50 12.38 12.38 6.48 12.38 4.50 12.38 12.38 6.48 12.38 2.25 6.12 6.12 3.24 6.12. 3.00 5.00 5.00 3.60 5.00 3.00 5.00 5.00 3.60 5.00 3.00 5.00 5.00 3.60 5.00 3.00 5.00 5.00 3.60 5.00. VIGA TRAMO 1 2 3 4 5 6. A. B. C. D. MOM CM CV CT viga (kg(ton/m) (ton/m) (ton/m) cm) 0.73 0.26 1.75 323979 0.88 0.31 2.11 1035980 0.73 0.26 1.75 323979 1.53 0.55 3.68 680356 2.07 0.74 5.00 2448679 1.53 0.55 3.68 680356 1.60 0.57 3.86 713525 2.39 0.86 5.77 2825399 1.60 0.57 3.86 713525 1.58 0.56 3.80 703497 2.19 0.78 5.28 2588065 1.58 0.56 3.80 703497 1.58 0.56 3.80 703497 2.19 0.78 5.28 2588065 1.58 0.56 3.80 703497 0.80 0.29 1.93 356377 1.20 0.43 2.88 1412699 0.80 0.29 1.93 356377 0.56 0.91 0.91 0.67 0.91 1.12 1.84 1.84 1.34 1.84 1.12 1.84 1.84 1.34 1.84 0.56 0.91 0.91 0.67 0.91. 0.20 0.33 0.33 0.24 0.33 0.40 0.66 0.66 0.48 0.66 0.40 0.66 0.66 0.48 0.66 0.20 0.33 0.33 0.24 0.33. 1.35 2.20 2.20 1.61 2.20 2.69 4.44 4.44 3.23 4.44 2.69 4.44 4.44 3.23 4.44 1.35 2.20 2.20 1.61 2.20. 121089 548935 548935 209241 548935 242177 1110427 1110427 418482 1110427 242177 1110427 1110427 418482 1110427 121089 548935 548935 209241 548935. Elaboración: Luis Echeverría, Microsoft Excel y ETABS. H viga (cm) 18.83 33.68 18.83 27.29 51.77 27.29 27.95 55.61 27.95 27.75 53.23 27.75 27.75 53.23 27.75 19.75 39.33 19.75 11.51 24.51 24.51 15.13 24.51 16.28 34.87 34.87 21.40 34.87 16.28 34.87 34.87 21.40 34.87 11.51 24.51 24.51 15.13 24.51.

(53) 36. Tabla 2.12 Prediseño de Vigas en Plantas Altas. DC CB BA DC CB BA DC CB BA DC CB BA DC CB BA. ÁREA (m2) 4.62 11.25 0.00 9.25 22.50 0.00 9.12 20.61 0.00 9.66 17.76 0.00 0.00 0.00 0.00. PLANTA TIPO (2,3,4,5) L CM CV CT (m) (ton/m) (ton/m) (ton/m) 4.30 0.80 0.29 1.93 7.00 1.20 0.43 2.88 1.60 0.00 0.00 0.00 4.30 1.60 0.57 3.86 7.00 2.39 0.86 5.77 1.60 0.00 0.00 0.00 4.30 1.58 0.56 3.80 7.00 2.19 0.78 5.28 1.60 0.00 0.00 0.00 4.30 1.67 0.60 4.03 7.00 1.89 0.67 4.55 1.60 0.00 0.00 0.00 4.30 0.00 0.00 0.00 7.00 0.00 0.00 0.00 4.30 0.00 0.00 0.00. MOM viga (kg-cm) 356376.97 1412699.40 0.00 713525.32 2825398.80 0.00 703497.39 2588065.30 0.00 745151.84 2230181.45 0.00 0.00 0.00 0.00. H viga (cm) 19.75 39.33 0.00 27.95 55.61 0.00 27.75 53.23 0.00 28.56 49.41 0.00 0.00 0.00 0.00. 12 23 34 45 56 12 23 34 45 56 12 23 34 45 56 12 23 34 45 56. 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 12.38 12.38 9.96 0.00 0.00 12.38 12.38 6.48 0.00 0.00 6.12 6.12 3.24 0.00. 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 5.00 5.00 3.60 1.20 1.00 5.00 5.00 3.60 1.20 1.00 5.00 5.00 3.60 1.20. 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1110426.58 1110426.58 643222.22 0.00 0.00 1110426.58 1110426.58 418481.93 0.00 0.00 548934.62 548934.62 209240.96 0.00. 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 34.87 34.87 26.54 0.00 0.00 34.87 34.87 21.40 0.00 0.00 24.51 24.51 15.13 0.00. VIGA TRAMO 2 3 4 5 6. A. B. C. D. 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.84 1.84 2.06 0.00 0.00 1.84 1.84 1.34 0.00 0.00 0.91 0.91 0.67 0.00. 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.66 0.66 0.74 0.00 0.00 0.66 0.66 0.48 0.00 0.00 0.33 0.33 0.24 0.00. 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 4.44 4.44 4.96 0.00 0.00 4.44 4.44 3.23 0.00 0.00 2.20 2.20 1.61 0.00. Elaboración: Luis Echeverría, Microsoft Excel y ETABS.

(54) 37. 2.1.2.6 Prediseño de Columnas: Ejemplo para Columna C3: 2.1.2.6.1 Área de Aportación:. Lviga1. Lviga 2. 3 4m5 2 L L L2 " vano1 - vano 2 3 4m5 2 2 Aaportación " L1 * L2 L1 ". 2. -. (2.15) (2.16). 4.30 7.00 " 5,65m 2 2 5.00 5.00 " 5,00m L2 " 2 2 Aaportación " 5,65 * 5,00 " 28,25 m 2 L1 ". (2.17). 4 5. 2.1.2.6.2 Peso de Columna:. Wcolumna " Aaportación * +CM - CV , 3 4kg 5. (2.18) (2.19). W final " Wtotal * 1.08. (2.20). Wtotal " NroLosas * Wcolumna 3 4Ton 5. Wcolumna " 28,25 * +560 - 200, " 21470.004kg 5 " 21,474Ton 5. Wtotal " 6 * 21,47 " 128,824Ton 5. W final " 128,82 * 1.08 " 139125,604kg 5 2.1.2.6.3 Sección de la Columna Ag ". 1,3 * W final 0.225 * f ' c - 25,4. Lcolumna ". 4 5. (2.21). 3 cm 2. Ag 3 Cuadrada. (2.22). L1columna ". Ag * 0.08 3 Re c tan gular. L 2 columna ". Ag * 1.4 3 Re c tan gular. Ag ". 1,3 * 139125 ,60 " 2296,68 cm 2 0.225 * 210 - 25,4. 4 5. Lcolumna " 2296 ,68 " 47,92 " 50,004cm 5 3 cuadrada L1columna " 2296 ,68 * 0.08 " 38,34 " 40,004cm 5 3 Re c tan gular L 2 columna " 2296 ,68 * 1.4 " 67,09 " 65,004cm 5 3 Re c tan gular. (2.23) (2.24).