Diseño de un edificio de concreto armado de 5 niveles y 1 semisótano con muros cortina

Texto completo

(1)UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL. “DISEÑO DE UN EDIFICIO DE CONCRETO ARMADO DE 5 NIVELES Y 1 SEMISÓTANO CON MUROS CORTINA” Tesis presentada por el bachiller: Pacheco Viza, Jose Antonio Para optar el título profesional de Ingeniero Civil Asesor: Ing. Enciso Miranda, Fernando. AREQUIPA – PERÚ 2019.

(2) “DISEÑO DE UN EDIFICIO DE CONCRETO ARMADO DE 5 NIVELES Y 1 SEMISÓTANO CON MUROS CORTINA” TESIS PRESENTADO POR EL BACHILLER: JOSE ANTONIO PACHECO VIZA PARA OPTAR TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL. Calificación: _____________________________________________________________ Fecha de sustentación: ____________________________________________________. AREQUIPA – PERÚ 2019.

(3) El presente trabajo lo dedico primeramente a Dios, por darme las fuerzas para concluirlo. A mi esposa, por su apoyo incondicional y ser el motivo de superación. A mis padres, por su amor y sacrificio en todos estos años, gracias a ustedes he logrado este anhelo. A. mis. hermanos. por. acompañándome y apoyándome.. estar. siempre.

(4) RESUMEN En el presente trabajo se ha desarrollado el análisis y diseño estructural de un edificio de 5 pisos de concreto armado con 1 semisótano, destinado a hostal-comercio. Este edificio se encuentra ubicado en el distrito de Paucarpata en la ciudad de Arequipa por fines académicos se asumió un terreno de capacidad portante de 3.2kg/cm² a la profundidad de cimentación. El terreno cuenta con un área total de 360.30m². En la zona de estacionamiento se encuentra ubicada la cisterna y en la azotea el cuarto de máquinas y el tanque elevado. El edificio está estructurado con un sistema dual. Las losas de entrepiso conformadas por losas aligeradas de 20cm de espesor y losas macizas donde llegan las escaleras. Se consideró vigas peraltadas de 75cm y 65cm de peralte. En los cimientos se consideró: zapatas aisladas, conectadas y combinadas. El análisis y diseño se han realizado de acuerdo a los requerimientos del Reglamento Nacional de Edificaciones y de las Especificaciones Normativas para el Diseño Sismorresistente y de Concreto Armado. Para el análisis y el cálculo de los elementos estructurales se hizo uso de los softwares presentes en el mercado, pero realizo una verificación manual de los resultados obtenidos por los softwares. La arquitectura de este proyecto, presenta en su fachada con muros cortina. Se realizó un diseño de los montantes y travesaños, considerando las normas E.020 Cargas, E.040 Vidrio y se empleó el manual “DISEÑO DE FACHADAS LIGERAS” (HYDRO 2005). PALABRAS CLAVE Análisis sísmico, diseño estructural, muros cortina.. i.

(5) ABSTRACT In the present work the analysis and structural design of a 5-story building of reinforced concrete with 1 basement, destined for hostel-commerce has been developed. This building is located in the district of Paucarpata in the city of Arequipa for academic fines assumed an area of bearing capacity of 3.2 kg / cm² at the foundation depth. The land has a total area of 360.30m². In the parking area is located the cistern and on the roof the machine room and the elevated tank. The building is structured with a dual system. The mezzanine slabs formed by lightened slabs 20cm thick and solid slabs reach the stairs. It was considered cant beams of 75cm and 65cm of cant. In the foundations it was considered: isolated, connected and combined footings. The analysis and design have been carried out according to the requirements of the National Building Regulations and the Normative Specifications for the Earthquake-resistant Design and Reinforced Concrete. For the analysis and calculation of the structural elements, the software used in the market was used, but I performed a manual verification of the results obtained by the software. The architecture of this project, presents on its facade with curtain walls. A design of the uprights and crossbars was carried out, considering the standards E.020 Loads, E.040 Glass and the manual “DESIGN OF LIGHT FACADES” (HYDRO 2005) was used.. ABSTRACT. Seismic analysis, structural design, curtain walls.. ii.

(6) CONTENIDO ANALITICO 1. CAPÍTULO 1 GENERALIDADES ...................................................................................................... 1 ANTECEDENTES ............................................................................................................................. 1 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ................................................................................................... 1 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ......................................................................................... 1 OBJETIVOS ..................................................................................................................................... 2 1.4.1. OBJETIVO GENERAL............................................................................................................... 2. 1.4.2. OBJETIVO ESPECÍFICO ........................................................................................................... 2. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO ....................................................................................................... 2 ARQUITECTURA DEL PROYECTO ................................................................................................... 2 REGLAMENTOS, CARGAS DE DISEÑO Y MATERIALES ................................................................... 4. 2. 1.7.1. Reglamentos ......................................................................................................................... 4. 1.7.2. Cargas de diseño ................................................................................................................... 4. 1.7.3. Materiales ............................................................................................................................. 6. CAPÍTULO 2 ESTRUCTURACIÓN Y PREDIMENSIONAMIENTO ........................................................ 7 OBJETIVOS DE LA ESTRUCTURACIÓN ............................................................................................ 7 CRITERIOS PARA ESTRUCTURAR ................................................................................................... 7 2.2.1. Simplicidad y simetría ........................................................................................................... 7. 2.2.2. Resistencia y ductilidad ......................................................................................................... 7. 2.2.3. Hiperestaticidad y monolitismo ............................................................................................ 8. 2.2.4. Uniformidad y continuidad de la estructura ......................................................................... 8. 2.2.5. Rigidez lateral ........................................................................................................................ 8. 2.2.6. Diafragma rígido.................................................................................................................... 8. DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURACIÓN UTILIZADA ...................................................................... 8 PREDIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES ....................................................... 8 2.4.1. Predimensionamiento de losas ............................................................................................. 9. 2.4.2. Predimensionamiento de vigas ............................................................................................. 9. 2.4.3. Predimensionamiento de Columnas. .................................................................................. 10. 2.4.4. Predimensionamiento de Placas o Muros de Corte ........................................................... 11. 2.4.5. Predimensionamiento de muros de contención ................................................................ 11. 2.4.6. Predimensionamiento de Cisterna y Tanque Elevado ........................................................ 11. 2.4.7. Predimensionamiento de Escaleras .................................................................................... 13. iii.

(7) 3. CAPÍTULO 3 METRADO DE CARGAS ............................................................................................ 14 CONSIDERACIONES GENERALES.................................................................................................. 14 METRADO DE CARGAS EN LOSAS ALIGERADAS .......................................................................... 15 METRADO DE CARGAS EN LOSAS MACIZAS ................................................................................ 16 METRADO DE CARGAS EN VIGAS ................................................................................................ 16 METRADO DE CARGAS EN COLUMNAS Y PLACAS ....................................................................... 17. 4. CAPÍTULO 4 ANÁLISIS SÍSMICO .................................................................................................. 19 GENERALIDADES ......................................................................................................................... 19 ANÁLISIS PRELIMINAR ................................................................................................................. 19 4.2.1. ZONIFICACIÓN ..................................................................................................................... 19. 4.2.2. CONDICIONES GEOTÉCNICAS .............................................................................................. 20. 4.2.3. FACTOR DE AMPLIFICACIÓN SÍSMICA ................................................................................. 21. 4.2.4. CATEGORÍA DE LA EDIFICACIÓN ......................................................................................... 21. 4.2.5. SISTEMA ESTRUCTURAL ...................................................................................................... 22. ANÁLISIS MODAL......................................................................................................................... 25 4.3.1. MODELO PARA EL ANÁLISIS ................................................................................................ 25. 4.3.2. MODOS DE VIBRACIÓN Y PERIODOS FUNDAMENTALES .................................................... 27. ANÁLISIS ESTÁTICO ..................................................................................................................... 28 ANÁLISIS DINÁMICO.................................................................................................................... 28. 5. 4.5.1. ACELERACIÓN ESPECTRAL ................................................................................................... 29. 4.5.2. FUERZA CORTANTE MÍNIMA EN LA BASE ........................................................................... 32. 4.5.3. CONTROL DE DESPLAZAMIENTOS LATERALES .................................................................... 34. 4.5.4. CONTROL DE LOS EFECTOS DE SEGUNDO ORDEN (P-DELTA) ............................................. 36. 4.5.5. VERIFICACIÓN DEL SISTEMA ESTRUCTURAL ....................................................................... 37. CAPÍTULO 5 DISEÑO DE LA ESTRUCTURA .................................................................................. 39 DISEÑO DE LOSAS........................................................................................................................ 39 5.1.1. ANÁLISIS ESTRUCTURAL ...................................................................................................... 39. 5.1.2. DISEÑO POR FLEXIÓN .......................................................................................................... 40. 5.1.3. DISEÑO POR CORTE............................................................................................................. 41. 5.1.4. REFUERZO POR CONTRACCIÓN Y TEMPERATURA .............................................................. 42. 5.1.5. CONTROL DE DEFLEXIONES ................................................................................................. 43. 5.1.6. CORTE DEL REFUERZO ......................................................................................................... 44. DISEÑO DE VIGAS ........................................................................................................................ 45 iv.

(8) 5.2.1. ANÁLISIS ESTRUCTURAL (Viga del eje 04) ........................................................................... 45. 5.2.2. ANÁLISIS ESTRUCTURAL (Vigas comprendidas entre los ejes B y C) ................................... 56. DISEÑO DE COLUMNAS ............................................................................................................... 65 5.3.1. ANÁLISIS ESTRUCTURAL ...................................................................................................... 65. 5.3.2. DISEÑO POR FLEXOCOMPRESIÓN UNIAXIAL ...................................................................... 66. 5.3.3. EMPALMES POR TRASLAPE DEL REFUERZO ........................................................................ 68. 5.3.4. DISEÑO POR CORTE............................................................................................................. 68. DISEÑO DE PLACAS (MUROS DE CORTE) ..................................................................................... 69 5.4.1. ANÁLISIS ESTRUCTURAL ...................................................................................................... 69. 5.4.2. REFUERZO MÍNIMO HORIZONTAL Y VERTICAL ................................................................... 70. 5.4.3. DISEÑO POR FLEXIÓN .......................................................................................................... 70. 5.4.4. EMPALMES POR TRASLAPE DEL REFUERZO ........................................................................ 73. 5.4.5. DISEÑO POR CORTE............................................................................................................. 73. DISEÑO DE CIMENTACIONES ...................................................................................................... 75 5.5.1. DISEÑO DE ZAPATAS AISLADAS ........................................................................................... 75. 5.5.2. CALCULO DEL ASENTAMIENTO ........................................................................................... 80. DISEÑO DE ELEMENTOS ADICIONALES ....................................................................................... 82. 6. 5.6.1. DISEÑO DE ESCALERAS ........................................................................................................ 82. 5.6.2. DISEÑO DE MUROS DE SEMISÓTANO ................................................................................. 83. 5.6.3. DISEÑO DE CISTERNA Y TANQUE ELEVADO ........................................................................ 85. CAPÍTULO 6 MUROS CORTINA ................................................................................................... 93 INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 93 REGLAMENTOS, VELOCIDAD DEL VIENTO, CARGAS Y MATERIALES ........................................... 94 6.2.1. Reglamentos ....................................................................................................................... 94. 6.2.2. Velocidad del Viento ........................................................................................................... 94. 6.2.3. Cargas .................................................................................................................................. 96. MATERIALES EMPLEADOS EN LOS MUROS CORTINA ................................................................. 99 6.3.1. El Aluminio .......................................................................................................................... 99. 6.3.2. El Vidrio ............................................................................................................................. 100. CLASIFICACIÓN DE LOS MUROS CORTINA ................................................................................ 101 CLASIFICACIÓN SEGÚN SU ASPECTO DE FACHADA................................................................... 102 ELEMENTOS QUE COMPONEN LOS MUROS CORTINA ............................................................. 106 6.6.1. Elementos de Relleno ....................................................................................................... 106 v.

(9) 6.6.2. Elementos Resistentes ...................................................................................................... 109. 6.6.3. Elementos de Fijación ....................................................................................................... 112. ANÁLISIS Y DISEÑO PARA ESTES PROYECTO (SISTEMA STICK-VIDRIO ESTRUCTURAL) ............. 113. 7. 6.7.1. Calculo de la Velocidad del Viento .................................................................................... 113. 6.7.2. Calculo de la Presión ejercida por el Viento ..................................................................... 114. 6.7.3. Cálculo del Espesor de los Vidrios ..................................................................................... 115. 6.7.4. Análisis y Diseño de elementos de Aluminio .................................................................... 119. CAPÍTULO 7 METRADOS, PRESUPUESTO Y PROGRAMACIÓN DEL CASCO.................................. 125 METRADOS ................................................................................................................................ 125 RATIOS DE ACERO Y CONCRETO DEL EDIFICIO ......................................................................... 125 ANÁLISIS DE PRECIOS UNITARIOS ............................................................................................. 126 PRESUPUESTO DE ESTRUCTURAS DEL EDIFICIO ....................................................................... 126 PROGRAMACIÓN DEL CASCO .................................................................................................... 128. 8. CONCLUSIONES ........................................................................................................................ 129. 9. RECOMENDACIONES ................................................................................................................ 131. 10 BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................................... 132 11 ANEXOS .................................................................................................................................... 133. vi.

(10) LISTA DE FIGURAS Figura 1. Arquitectura del semisótano. .......................................................................................... 3 Figura 2. Arquitectura del piso 1. .................................................................................................. 3 Figura 3. Arquitectura del piso 2. ................................................................................................... 3 Figura 4. Arquitectura del piso 4 y 5. ............................................................................................. 3 Figura 5. Línea de Simetría. ............................................................................................................ 7 Figura 6. Área Tributaria de Columna Central. ............................................................................ 10 Figura 7. Predimensionamiento de Espesor de Escalera. ............................................................. 13 Figura 8. Vigueta a analizar para el metrado de Cargas. .............................................................. 15 Figura 9. Cargas Actuantes en condición de servicio sobre la vigueta analizada......................... 16 Figura 10.. Viga a analizar para el metrado de cargas. ................................................................. 16 Figura 11. Área tributaria que se realizara el metrado de cargas. ................................................. 17 Figura 12. Zonas sísmicas según la Norma E.030. ....................................................................... 19 Figura 13. Verificación por esquinas entrantes............................................................................. 23 Figura 14. Verificación por sistemas no paralelos. ....................................................................... 24 Figura 15. Asignación de Cargas de tabiquería eje 04.................................................................. 26 Figura 16. Asignación de Sobre Cargas del Segundo Nivel. ........................................................ 26 Figura 17. Vista 3D del modelo estructural. (fuente ETABS). ..................................................... 26 Figura 18. Espectro de diseño. ...................................................................................................... 30 Figura 19. Extremos de entrepiso considerados. .......................................................................... 31 Figura 20. Distorsiones de entrepiso para el Sismo X-X. ............................................................. 35 Figura 21. Distorsiones de entrepiso para el Sismo Y-Y. ............................................................. 36 Figura 22. Elección de la franja a diseñar (Primer Nivel). ........................................................... 39 Figura 23. Diagramas de Momentos en los diferentes estados de carga (Fuente SAFE). ............ 40 Figura 24. Diagramas de Cortantes en los diferentes estados de carga (Fuente SAFE). .............. 41 Figura 25. Control de deflexiones para el estado de carga 2 (Fuente SAFE). .............................. 43 Figura 26. Corte del refuerzo en tramos exteriores e interiores de las viguetas. .......................... 44 Figura 27. Distribución final del refuerzo en la losa aligerada analizada Nivel 01. ..................... 44 Figura 28. Envolvente del eje 04. (Fuente: extraído del ETABS). ............................................... 45 Figura 29. Esquema de la viga del Eje 04 del tercer Nivel. .......................................................... 46 Figura 30. Envolvente de momentos flectores para la viga a diseñar (Fuente ETABS). ............. 46 vii.

(11) Figura 31. Esquema del refuerzo calculado por flexión para la viga del ejemplo. ....................... 47 Figura 32. Distribución final del refuerzo por flexión para la viga. ............................................. 47 Figura 33. Envolvente de fuerzas cortantes para la viga en estudio. ............................................ 47 Figura 34. Fuerzas cortantes relacionadas con la capacidad en los apoyos. ................................. 49 Figura 35. Fuerzas cortantes y envolventes de diseño calculadas por capacidad. ........................ 49 Figura 36. Diagrama de los Momentos Torsores para la viga en estudio. .................................... 51 Figura 37. Planta del Nivel 03 (fuente ETABS). .......................................................................... 53 Figura 38. Estribos adicionales en vigas que reciben a otras vigas según la Norma E.060. ........ 54 Figura 39. Diagrama de la Cortante del Eje B'. ............................................................................ 55 Figura 40. Detallado final del Acero Transversal. ........................................................................ 55 Figura 41. Consideraciones para especificar las zonas de empalme del refuerzo (Blanco, 1994). ....................................................................................................................................................... 56 Figura 42. Envolvente de las vigas secundarias sobre vigas primarias (Fuente: ETABS). .......... 57 Figura 43. Envolvente de momentos flectores para la viga 307 (Fuente ETABS). ...................... 57 Figura 44. Esquema del acero longitudinal para la viga 307. ....................................................... 58 Figura 45. corte del acero longitudinal para la viga 307.............................................................. 58 Figura 46. Diagrama de fuerzas cortantes de la viga 307(Fuente ETABS). ................................. 59 Figura 47. Fuerzas cortantes relacionadas con la capacidad, viga 307. ........................................ 60 Figura 48. Fuerzas cortantes y envolventes de diseño calculadas por capacidad, viga 307. ........ 61 Figura 49. Diagrama de los Momentos Torsores para la viga 307(Fuente ETABS). ................... 62 Figura 50. Ubicación de la columna que se realizara el diseño (fuente ETABS). ........................ 65 Figura 51. Sección de la columna a diseñar (Fuente ETABS). .................................................... 66 Figura 52. Esfuerzos (Mu, Pu) ubicados en los diagramas de interacción para la dirección X-X. ....................................................................................................................................................... 67 Figura 53. Esfuerzos (Mu, Pu) ubicados en los diagramas de interacción para la dirección Y-Y. ....................................................................................................................................................... 67 Figura 54. Consideraciones para el empalme del refuerzo en columnas (Antonio Blanco B.). ... 68 Figura 55. Diseño final de la columna analizada. ......................................................................... 69 Figura 56. Armado preliminar por flexión para la placa del ejemplo. (Fuente ETABS). ............ 72 Figura 57. Puntos (Mu, Pu) ubicados en los D.I para el sismo en dirección X-X. ....................... 72 Figura 58. Puntos (Mu, Pu) ubicados en los D.I para el sismo en dirección Y-Y. ....................... 72 viii.

(12) Figura 59. Armado final para la placa “Caja de Ascensor”. ......................................................... 74 Figura 60. Cargas que llegan a la zapata....................................................................................... 75 Figura 61. Esquema del diseño final para la zapata aislada del ejemplo. ..................................... 80 Figura 62. Verificación de los resultados eje Y-Y (fuente SAFE) ............................................... 80 Figura 63. Principio de superposicion. ......................................................................................... 81 Figura 64. Diseño de escalera Tramo 01. ..................................................................................... 83 Figura 65. Modelo de Muro de Semisótano.................................................................................. 84 Figura 66. Esfuerzo en el Muro de Semisótano, DFC y DMF (Fuente SAP 2000)...................... 84 Figura 67. Modelo de Muro de Cisterna en su condición más crítica. ......................................... 85 Figura 68. Esfuerzo en el Muro de Cisterna, DFC y DMF (Fuente SAP 2000). .......................... 86 Figura 69. Distribución de los momentos para un solo paño. ....................................................... 88 Figura 70. Esquema de refuerzo de cisterna. ................................................................................ 89 Figura 71. Modelo del Tanque Elevado y los esfuerzos presentes. .............................................. 89 Figura 72. Esfuerzo en el Muro de Cisterna, DMF y DFC (Fuente SAP 2000). .......................... 90 Figura 73. Esquema de Tanque Elevado....................................................................................... 92 Figura 74. Borde del edificio con muros Cortina. ........................................................................ 93 Figura 75. Muro Cortina y Fachada Panel (fuente HYDRO 2005). ............................................. 94 Figura 76. Incidencia del viento sobre la estructura (fuente internet). ......................................... 95 Figura 77. Desplazamientos relativos provocados por el sismo (fuente internet). ....................... 98 Figura 78. Incremento de deformación del montante por acción de sismo. ................................. 99 Figura 79. Sistema no estructural con Perno con cabeza articulada. .......................................... 101 Figura 80. Sistema no estructural con Perno entre perfiles de aluminio. ................................... 101 Figura 81. Sistema estructural con silicona. ............................................................................... 102 Figura 82. Sistema de retícula (STICK) (fuente internet)........................................................... 102 Figura 83. secuencia de instalación de M.C. (STICK) (fuente internet). .................................. 102 Figura 84. Fijación con silicona estructural. ............................................................................... 103 Figura 85. Sistema de módulos pre-fabricados (FRAME), (fuente Internet). ............................ 104 Figura 86. Muro cortina con sujeción mecánica (fuente Internet). ............................................. 104 Figura 87. Comportamiento del sistema Spider frente a las deformaciones............................... 105 Figura 88. Sistema Spider, sujeción mecánica............................................................................ 106 Figura 89. Abaco para determinar el espesor del vidrio según la Norma E.040. ....................... 107 ix.

(13) Figura 90. Espesores Equivalentes (fuente HYDRO 2005)........................................................ 109 Figura 91. Consideración de la distancia “b” (fuente HYDRO 2005). ....................................... 111 Figura 93. Elementos de fijación (fuente Miyasato). .................................................................. 113 Figura 94. Distribución de Velocidades de diseño del viento respecto la altura. ....................... 114 Figura 95. Distribución de las Presiones del Viento. .................................................................. 115 Figura 96. Disposición de los montantes y travesaños del M.C. ................................................ 116 Figura 97. Abaco para determinar el espesor del vidrio según la Norma E.040. ....................... 117 Figura 98. Estados de carga y sus deformaciones (fuente Sap2000). ......................................... 121 Figura 99. Características del perfil (ALN 688) ......................................................................... 122 Figura 100. Diagrama de Momentos Flectores (fuente Sap2000). ............................................. 123 Figura 101. Área tributaria del travesaño ................................................................................... 124. x.

(14) LISTA DE TABLAS Tabla 1. Cuadro de Áreas................................................................................................................ 2 Tabla 2. Cargas de Diseño. ............................................................................................................. 4 Tabla 3. Cargas Vivas para el Proyecto. ......................................................................................... 5 Tabla 4. Factores de Reducción de Resistencia-Norma Peruana. ................................................... 6 Tabla 5. Características y propiedades de los materiales. ............................................................... 6 Tabla 6. Características del suelo de fundación. ............................................................................. 6 Tabla 7. Cálculo del peso total de una columna central ............................................................... 10 Tabla 8. Cálculo del Volumen total de la Cisterna. ...................................................................... 12 Tabla 9. Pesos Específicos (Norma E.020). .................................................................................. 14 Tabla 10. Sobrecargas según los Ambientes................................................................................. 14 Tabla 11. Calculo de metrado de Cargas Muertas de la Vigueta. ................................................. 15 Tabla 12. Calculo de metrado de Cargas Vivas sobre la Vigueta. ................................................ 15 Tabla 13. Calculo de metrado de Cargas Muertas sobre la Viga. ................................................. 17 Tabla 14. Calculo de metrado de Cargas Vivas sobre la Viga...................................................... 17 Tabla 15. Calculo de metrado de Cargas Muertas en columna..................................................... 18 Tabla 16. Calculo de metrado de Cargas Vivas en columna. ....................................................... 18 Tabla 17. Valores de factor de Zona según la Norma E.030. ....................................................... 20 Tabla 18. Valores de Amplificación del suelo según la Norma E.030. ........................................ 20 Tabla 19. Periodos correspondientes al perfil de suelo según la Norma E.030. ........................... 21 Tabla 20. Valores del coeficiente Básico de reducción “Ro” según la Norma E.030. ................. 22 Tabla 21. Irregularidad de masa o peso. ....................................................................................... 23 Tabla 22. Resultados del análisis modal. (Fuente: extraído del ETABS). .................................... 27 Tabla 23. Periodos fundamentales de la estructura. ...................................................................... 27 Tabla 24. Cálculo del peso del edificio. (Fuente: extraído del ETABS). ..................................... 28 Tabla 25. Tabulación de espectro de Diseño. ............................................................................... 30 Tabla 26. Cálculo de Irregularidad de Rigidez X-X. (Fuente: extraído del ETABS). .................. 31 Tabla 27. Cálculo de Irregularidad de Rigidez Y-Y. (Fuente: extraído del ETABS). .................. 31 Tabla 28. Cálculo de Irregularidad Torsional X-X. (Fuente: extraído del ETABS)..................... 32 Tabla 29. Cálculo de Irregularidad Torsional X-X. (Fuente: extraído del ETABS)..................... 32 Tabla 30. Fuerzas cortantes basales resultantes del Análisis Estático. ......................................... 33 xi.

(15) Tabla 31. Fuerzas cortantes basales resultantes del Análisis Dinámico. ...................................... 33 Tabla 32. Determinación del factor de escalamiento de las fuerzas sísmicas Dinámicas. ........... 33 Tabla 33. Escalamiento de las fuerzas Sísmicas Dinámicas X-X. ................................................ 34 Tabla 34. Escalamiento de las fuerzas Sísmicas Dinámicas Y-Y. ................................................ 34 Tabla 35. Límite para la distorsión del entrepiso según la Norma E.030. .................................... 34 Tabla 36. Distorsiones de entrepiso para el Sismo X-X. .............................................................. 35 Tabla 37. Distorsiones de entrepiso para el Sismo Y-Y. .............................................................. 36 Tabla 38. Control de los efectos de segundo orden. ..................................................................... 37 Tabla 39. Verificación del sistema estructural. ............................................................................. 38 Tabla 40. Cálculo del refuerzo para la franja de vigueta. ............................................................. 40 Tabla 41. Cuantías mínimas por contracción y temperatura según la Norma E.060. ................... 42 Tabla 42. Peraltes mínimos en aligerados y vigas a menos que se calculen las deflexiones........ 43 Tabla 43. Cálculo del refuerzo para la viga. ................................................................................. 46 Tabla 44. Reacciones en los extremos de las vigas del pórtico (Extraídos del software ETABS). ....................................................................................................................................................... 48 Tabla 45. Cálculo del refuerzo para la viga 307. .......................................................................... 58 Tabla 46. Reacciones en los extremos de las vigas del pórtico (Extraídos del software ETABS). ....................................................................................................................................................... 60 Tabla 47. Cargas obtenidas del análisis estructural para la columna en estudio 2 Nivel (fuente ETABS)......................................................................................................................................... 65 Tabla 48. Combinaciones de carga Pu y Mu para la columna. ..................................................... 66 Tabla 49. Capacidades en los nudos relacionadas con Pu para cada combinación. ..................... 68 Tabla 50. Combinaciones de Vu evaluadas con el sismo sin amplificar y amplificado por 2.5... 68 Tabla 51. Cargas obtenidas del análisis estructural para la placa en estudio. ............................... 70 Tabla 52. Combinaciones de carga Pu y Mu para el Muro Sismo en Dirección X-X. ................. 70 Tabla 53. Combinaciones de carga Pu y Mu para el Muro Sismo en Dirección Y-Y. ................. 71 Tabla 54. Cargas que llegan a la zapata. ....................................................................................... 76 Tabla 55. Cálculo del esfuerzo máxima sobre el suelo de la zapata. ............................................ 77 Tabla 56. Cálculo del refuerzo por flexión para la zapata del ejemplo. ....................................... 79 Tabla 57. Cálculo de asentamiento de la zapata. .......................................................................... 81 Tabla 58. Cargas presentes en la escalera. .................................................................................... 82 xii.

(16) Tabla 59. Coeficiente de Corrección σ según la Norma E.040 .................................................... 96 Tabla 60. Factores de forma “C*” según la Norma E.020............................................................ 97 Tabla 61. Factores de forma para determinar cargas adicionales en elementos de cierre “C” según la Norma E.020. ............................................................................................................................ 97 Tabla 62. Tensiones de trabajo admisibles (fuente HYDRO 2005). .......................................... 100 Tabla 63. Coeficiente de forma β (fuente HYDRO 2005) .......................................................... 108 Tabla 64. Factor de Corrección (fuente HYDRO 2005). ............................................................ 108 Tabla 65. Niveles recomendables de ruido interior según la Norma E.040. .............................. 109 Tabla 66. Cálculo de las Velocidades de diseño de Viento. ....................................................... 113 Tabla 67.Consideración del Factores de forma para el Exterior. ................................................ 114 Tabla 68. Consideración del Factores de forma para el Interior. ................................................ 114 Tabla 69. Cálculo de las Presiones a nivel de cada Entrepiso. ................................................... 115 Tabla 70. Factor de Corrección elegido (fuente HYDRO 2005). ............................................... 118 Tabla 71. Niveles de Presión Típica de Sonido (fuente EXTRALUM). .................................... 118 Tabla 72. Reducción del sonido que ofrece el vidrio (fuente EXTRALUM). ............................ 119 Tabla 73. Deflexiones generadas por los desplazamientos relativos. ......................................... 120 Tabla 74.Cálculo de las presiones respecto a la altura................................................................ 120 Tabla 75. Inercia demandada en cada entrepiso. ........................................................................ 121 Tabla 76. Verificación de deflexiones perfil ALN 688 (fuente Sap2000). ................................. 122 Tabla 77. Momentos máximos para cada entrepiso (fuente Sap2000). ...................................... 123 Tabla 78. Ratios de acero por elementos y ratios torales ............................................................ 125 Tabla 79. Presupuesto de la Estructuras. .................................................................................... 126. xiii.

(17) 1. CAPÍTULO 1. GENERALIDADES ANTECEDENTES Las edificaciones constituyen el ambiente íntimo del ser humano, donde se permanece más de la mitad de la vida. Existen diferentes usos que se le puede dar a las edificaciones, mejorando de esta manera la calidad de vida de la población. Este proyecto de tesis está destinado para uso Hostal-Comercio que mejorará el nivel de servicio de la población. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA Nuestro país se encuentra ubicado en una zona altamente sísmico. Motivo por el cual nuestras edificaciones han sufrido múltiples daños llevándose consigo muchas pérdidas de vidas humanas. Teniendo en cuenta que la misión principal y la más importante de la ingeniería civil es la de garantizar la vida humana, los ingenieros civiles tenemos que estar en la capacidad de realizar diseños sismo resistentes y optimizar alternativas que disminuyan los costos. Teniendo en cuenta las normas que rigen a la construcción en el Perú, mediante el Reglamento Nacional de Edificaciones. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN Debido a que nuestro país se encuentra bajo solicitaciones sísmicas de bastante importancia. Las edificaciones han tenido precedentes muy lamentables a lo largo de los últimos años, es necesario utilizar alternativas que permitan adecuarse al tipo de ambientes que presenta la arquitectura del proyecto. Se eligió un sistema estructural de concreto armado por la presencia de grandes luces en los primeros niveles y se eligió un Sistema Dual por la presencia de la caja ascensor. Este proyecto de tesis se justifica académicamente porque se realizó un modelamiento y diseño de la estructura aplicando los softwares ETABS (superestructura), SAFE (subestructura). de acuerdo con las exigencias de las normas de Diseño Sismo resistente.. 1.

(18) OBJETIVOS 1.4.1. 1.4.2. OBJETIVO GENERAL . Realizar un Análisis y diseño estructural de un edificio destinado a HOSTAL – COMERCIO de concreto armado, se realizaron los planos estructurales.. . Hacer una completa aplicación del Reglamento Nacional de Edificaciones.. OBJETIVO ESPECÍFICO . Elaboración de los planos estructurales y sus respectivos detallados.. . Diseño de los muros cortina que se presenta en las fachadas del proyecto.. . Elaboración de planos de los muros cortina y sus detallados para su colocación.. . Elaboración del presupuesto del casco estructural.. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO El presente proyecto ubicado en el Distrito de Paucarpata, Provincia y Departamento de Arequipa. Y está destinado para uso comercial (HOTAL – COMERCIO) con 01 semisótano y 05 Niveles Tabla 1. Cuadro de Áreas Nivel Área (m²) Semisótano ( Estacionamiento) 238.85 Primer Piso (Comercio) 258.94 Segundo Piso (Comercio) 252.97 3ro, 4to y 5to Piso (Hospedaje) 240.35 Azotea 26.19 Área Construida 1498.00 Área Total de Terreno 360.30 El diseño sísmico se realizó con la Norma Peruana de Diseño Sismorresistente E.030 del 2016. Se realizó el análisis dinámico con el espectro proporcionado por la Norma y el análisis estático según indicaciones de la misma. ARQUITECTURA DEL PROYECTO El edificio Hostal - Comercio consta de 06 niveles: Un Semisótanos, Cinco pisos, cisterna y Tanque elevado.. 2.

(19) Debajo del Semisótano, tenemos un ambiente destinado a la una cisterna de agua para consumo humano y el cuarto de máquinas. El semisótano está destinado para estacionamiento y depósito. El Primer Nivel está destinado para áreas Comercio, como: hall, sala de usos múltiples, baños, oficina.. Figura 2. Arquitectura del piso 1.. Figura 1. Arquitectura del semisótano.. El Segundo Nivel está destinado para áreas Comercio, como: hall, cocina barra, patio lavandería, baños y comedor cafetería. Desde el Tercer al Quinto Nivel, el edifico está destinado para hospedaje, el tercero presenta 08 habitaciones mientras el cuarto y quinto nivel 09 habitaciones.. Figura 3. Arquitectura del piso 2.. Figura 4. Arquitectura del piso 4 y 5. 3.

(20) . La altura de piso a piso en el área destinada para la cisterna, cuarto de máquinas hasta el semisótano es de 2.20m, en semisótano y primer piso la altura de piso a piso es de 3.15m.. . En sótanos por norma se debe respetar una altura libre mínima de 2.10 m, entonces con vigas peraltadas de 75cm, en los tramos de mayor luz, tenemos una altura libre de piso a fondo de viga de 2.40m.. . En el primero al quinto piso la altura de piso a piso es de 3.00 m. Se tuvo especial cuidado en el peralte máximo que se le podía dar a las vigas, donde con vigas peraltadas aproximadamente de 75cm en los tramos de mayor luz, tenemos una altura libre de piso a fondo de viga de 2.25m.. . Finalmente, el edificio cuenta con un cajón para el ascensor; es importante resaltar que las escaleras y el ascensor entregan al hall de accesos en cada piso.. REGLAMENTOS, CARGAS DE DISEÑO Y MATERIALES 1.7.1. Reglamentos. Se utilizaron las siguientes normas del Reglamento Nacional de Edificaciones (R.N.E): . Norma E.020 Cargas. . Norma E.050 Suelos y Cimentaciones. . Norma E.030 Diseño Sismorresistente. . Norma E.060 Concreto Armado. 1.7.2. Cargas de diseño. La Norma de Cargas E.020 establece los valores mínimos de las cargas que deben utilizarse en el diseño de cualquier edificación, dependiendo del uso que se le dé a la misma. Las cargas a considerar son las cargas muertas, cargas vivas y cargas de sismo. Cargas muertas (CM): Se consideró en el cálculo de las cargas muertas de nuestro proyecto los siguientes: Tabla 2. Cargas de Diseño. Material o Elemento Peso Unitario Peso Específico del Concreto Armado 2,400.00 Kg/m³ Acabado de piso Incluyendo Contra piso 100.00 Kg/m². 4.

(21) Peso Propio de Tabiques de Albañilería Incluyendo el Acabado. Peso Unitario del Agua. 1,350.00 Kg/m³ 1,000.00 Kg/m³. Cargas Vivas (CV): Las cargas vivas consideradas en nuestro proyecto son las siguientes: Tabla 3. Cargas Vivas para el Proyecto. Ocupación o Uso Sobrecargas Corredores y Escaleras 400.00 Kg/m² Cuartos (hoteles) 200.00 Kg/m² Salones de Baile, Restaurantes, Museos, 400.00 Kg/m² gimnasios y vestíbulos de teatros y cines Azoteas 100.00 Kg/m² Baños (Igual a la carga principal del resto del área, sin que sea necesario que exceda a 300.00 Kg/m²) Cargas de Sismo (CS): Son aquellas que se generan sobre la estructura debido a la acción de un sismo. La metodología de diseño a seguir va a ser la propuesta por la Norma E.060, mediante el método de Diseño por Resistencia; en el cual se deberá proporcionar a todas las secciones de los elementos estructurales Resistencias de Diseño (øRn) por lo menos iguales a las resistencias requeridas (Ru), calculadas para las cargas y fuerzas amplificadas en las combinaciones que se estipulan en la Norma. En todas las secciones de los elementos estructurales deberá cumplirse: Resistencias de diseño (øRn) ≥ Resistencias requeridas (Ru). Para las resistencias requeridas (Ru), la Norma E.060, define las siguientes, para los diferentes tipos de carga: 𝑼 = 𝟏. 𝟒 𝑪𝑴 + 𝟏. 𝟕 𝑪𝑽 ; Dónde:. 𝑼 = 𝟏. 𝟐𝟓 (𝑪𝑴 + 𝑪𝑽) ± 𝑪𝑺 ;. 𝑼 = 𝟎. 𝟗 𝑪𝑴 ± 𝑪𝑺. 𝐶𝑀: 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑀𝑢𝑒𝑟𝑡𝑎 ; 𝐶𝑉: 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑉𝑖𝑣𝑎 ; 𝐶𝑆: 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑆𝑖𝑠𝑚𝑜.. Por otro lado, la Norma E.060 también establece los factores de reducción de resistencia que se muestran a continuación:. 5.

(22) Tabla 4. Factores de Reducción de Resistencia-Norma Peruana. Solicitación Factor de Reducción Fexión 𝑇𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑦 𝐹𝑙𝑒𝑥𝑖ó𝑛 + 𝑇𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 Cortante Torsión Cortante y Torsión 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑦 𝑓𝑙𝑒𝑥𝑜 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛: Elementos de Espirales Elementos de Estribos 1.7.3. 0.90 0.90 0.85 0.85 0.85 0.75 0.70. Materiales 1.7.3.1 Concreto. Es la mezcla de cemento, agregado fino, agregado grueso y agua, con o sin aditivos que conforman una masa moldeable que luego de un tiempo fragua volviéndose maciza. En su interior lleva embebido acero de refuerzo, conformando así un material único. En este proyecto se asignó las siguientes condiciones de los materiales para el diseño: Tabla 5. Características y propiedades de los materiales. Resistencia del Concreto (f’c) Módulo de Elasticidad del Concreto Módulo de Poisson (ʋ) Resistencia del Acero en Fluencia (fy) Módulo de Elasticidad del Acero Deformación al inicio de fluencia. 210 Kg/cm² 15000√𝑓 ′ 𝑐 Kg/cm² 0.15 4200 Kg/cm² 2E6 Kg/cm² 0.0021. 1.7.3.2 Estudio del Suelos y Cimentaciones: De acuerdo a la Norma E.050, es de carácter obligatorio realizar un estudio de suelos para conocer las propiedades del suelo. Sin embargo, solo por fines académicos, se optó por asumir los parámetros necesarios de un Estudio de Mecánica de Suelos para el diseño de cimentaciones y el empuje de los muros de sótano. Tabla 6. Características del suelo de fundación. 3.2 Kg/cm² 30° 1.9 ton/m³ Arena bien graduada (SW). Capacidad portante Ángulo de fricción Densidad de suelo Tipo de suelo. 6.

(23) 2. CAPÍTULO 2. ESTRUCTURACIÓN Y PREDIMENSIONAMIENTO OBJETIVOS DE LA ESTRUCTURACIÓN La estructuración propuesta de este proyecto está limitada por la arquitectura. Se propuso elementos estructurales lo más simple posible, de tal forma que sea más fácil predecir su comportamiento sísmico. CRITERIOS PARA ESTRUCTURAR 2.2.1. Simplicidad y simetría. Como se muestra en la siguiente figura se presenta una configuración básica y simple de la distribución de los elementos estructurales.. Figura 5. Línea de Simetría. La arquitectura presenta una caja de ascensor. Para tener simetría en planta se colocó una placa en la esquina opuesta como se aprecia en la anterior figura 5. De esta manera el centro de masa y el centro de rigidez se ubican uno más cerca del otro disminuyendo así la torsión. 2.2.2. Resistencia y ductilidad. Durante un evento sísmico los elementos estructurales estarán expuestos a esfuerzos de compresión y tracción. El acero es un material con elevada resistencia en compresión y tracción.. 7.

(24) 2.2.3. Hiperestaticidad y monolitismo. Por concepto general de diseño sismo resistente, las estructuras deben tener una disposición hiperestática. Con esto logramos mayor capacidad resistente, ya que estaríamos permitiendo la producción de rotulas plásticas, y de esta manera se disipa mejor la energía sísmica. El análisis de nuestro modelo considera que todos los elementos estructurales forman un solo conjunto. 2.2.4. Uniformidad y continuidad de la estructura. Los elementos estructurales de nuestro proyecto se establecieron de manera continua y uniforme tanto en planta como en elevación. 2.2.5. Rigidez lateral. Se asignó a nuestros pórticos muros de corte en ambas direcciones, aportando rigidez a la estructura y controlando las derivas de entrepiso. 2.2.6. Diafragma rígido. En el análisis se considera como hipótesis básica la existencia de una losa rígida en su plano, que permite la idealización de la estructura como unidad. DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURACIÓN UTILIZADA Los elementos verticales del edificio están compuestos de columnas y muros de corte. Estos elementos se colocaron en ambas direcciones dotando rigidez al edificio. Las ubicaciones de las placas fueron colocadas donde la arquitectura en planta y elevación lo permitía. Las placas y columnas están unidas por vigas peraltadas de manera que formen pórticos. En cuanto a las losas, se optó por usar losas aligeradas y losa macizas. En las cimentaciones se colocaron zapatas aisladas, combinadas y conectadas las que reciben los esfuerzos provenientes de la superestructura. PREDIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES Para el Predimensionamiento de algunos elementos estructurales para esta presente tesis se emplearon expresiones que se extrajeron del texto (Estructuración y Diseño de Edificaciones de Concreto Armado, Antonio Blanco Blasco). 8.

(25) 2.4.1. Predimensionamiento de losas 2.4.1.1 Predimensionamiento de losa nervada en 01 dirección Espesor de la Losa =. Luz Libre 25. La mayor luz libre en nuestro proyecto se encuentra en la planta del semisótano entre los ejes “A” y “B’” es de 4.70𝑚 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝐿𝑜𝑠𝑎 =. 4.70 𝑚 = 0.19𝑚 25. Se consideró un espesor de losa aligerada de 20.00𝑐𝑚. 2.4.1.2 Predimensionamiento de losa maciza armada en dos direcciones La losa maciza fue predimensionada con los siguientes criterios: 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝐿𝑜𝑠𝑎 = 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝐿𝑜𝑠𝑎 =. 𝐿𝑢𝑧 𝐿𝑖𝑏𝑟𝑒 40. 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝐿𝑜𝑠𝑎 =. 5.00 = 0.125𝑚 40. 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝐿𝑜𝑠𝑎 =. 𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 180. 14.40 = 0.082𝑚 180. Se consideró un espesor de 15.00𝑐𝑚 para la losa maciza. 2.4.2. Predimensionamiento de vigas. Las vigas fueron predimensionadas con los siguientes criterios: Peralte de Viga (H) =. 1 2 Base de la Viga = ( a ) ∗ H 2 3. Luz Libre m 12 a 10. Se predimensionó la viga que presenta mayor luz que se encuentra en el eje “4” en el tramo “A”, “C” Luz Libre =8.70 m ⇒ Peralte de Viga= (0.73 a 0.87) m. Se eligió un peralte de 0.75 m ⇒ Base de la Viga= (0.38 a 0.50) m. La norma E.060 indica que la base mínima para una viga se puede considerar de 25cm. Por lo que nosotros colocaremos una base de 30cm.. 9.

(26) Solo el eje 04 presenta la luz del cálculo realizado. Se consideró para esta viga una sección de 75 X 30 cm, mientras para el resto de ejes se consideraron vigas con peralte de 65 cm. 2.4.3. Predimensionamiento de Columnas.. Las columnas se pre dimensionaron con las siguientes expresiones: Area de Columna Central =. Pservicio 0.45 ∗ f′c. Area de Columna Lat. o Esq. =. Pservicio 0.35 ∗ f′c. Para nuestras columnas utilizaremos concreto 𝑓 ′ 𝑐 = 210 𝑘𝑔/𝑐𝑚². Realizaremos un metrado del Área Tributaria de una columna central más crítica.. Figura 6. Área Tributaria de Columna Central. Área tributaria =6.41m x 6.40m Peso aproximado por piso = 1.00. tn /m². f'c = 210. kg/cm². Área tributaria = 41.02. m². Tabla 7. Cálculo del peso total de una columna central Área Tributaria Peso por Piso Piso Peso (Tn/m²) (m²) (Tn) 5to piso 41.02 1.00 41.02 4to piso 41.02 1.00 41.02 10.

(27) 3er piso 2do piso 1er piso semisótano. 41.02 41.02 41.02 41.02. 1.00 1.00 1.00 1.00 Peso Total (Tn). 41.02 41.02 41.02 41.02 246.12. Peso Total (Kg). 246,120.00. 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝐶𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 𝐶𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑙 =. 246,120.00 𝐾𝑔 0.45 ∗ 210𝐾𝑔/𝑐𝑚². 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝐶𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 𝐶𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑙 = 2,604.44 𝑐𝑚² Se consideró columnas centrales de sección “□” (0.70x0.50cm). 2.4.4. Predimensionamiento de Placas o Muros de Corte. Según Antonio blanco, es difícil poder fijar un dimensionamiento para las placas puesto que, como su principal función es absorber las fuerzas de sismo, mientras más abundantes o importantes sean tomaran un mayor porcentaje del cortante sísmico total, aliviando más a los pórticos. Esto significa que podría prescindirse de las placas si se desea que los pórticos tomen el 100% del cortante sísmico. En este proyecto se consideró Espesores de Placas de 30cm, 25cm y 20cm. 2.4.5. Predimensionamiento de muros de contención. En nuestra edificación en la parte del semisótano tenemos muros de contención en todo el perímetro, estos muros son elementos estructurales que resisten las fuerzas producidas por el suelo, y también al ser un muro estructural cumple una función adicional de resistir las cargas muertas de las losas y vigas apoyadas. Según la norma E.060 el espesor mínimo de los muros de contención es de 20cm. Para este proyecto se consideró un espesor de 20cm ya que solo tenemos un semisótano. 2.4.6. Predimensionamiento de Cisterna y Tanque Elevado. Según la normativa IS.010 del RNE, se especifica la dotación del agua correspondiente al uso de la edificación.. 11.

(28) Tabla 8. Cálculo del Volumen total de la Cisterna. Dotación Area Tributaria Piso Descripción (lt/m²) (m²) 5to Nivel hostal 25.00 240.35 4to Nivel hostal 25.00 240.35 3er Nivel hostal 25.00 240.35 2do Nivel Comedor-Cafetería 40.00 252.97 1er Nivel S.U.M 40.00 258.94 semisótano Estacionamiento 2.00 238.85 Volumen Total (lt) Volumen Total (m³) 2.4.6.1 Predimensionamiento de Cisterna. Volumen (lt) 6008.75 6008.75 6008.75 10118.80 10357.60 477.70 38980.35 38.98. Según norma la cisterna debe ser capaz de almacenar las 3/4 partes de la dotación de agua diaria del edificio; por lo tanto, la capacidad de la cisterna debe ser: Volumen de la Cisterna =. dot. diaria ∗ 3 4. 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝐶𝑖𝑠𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎 =. 38.98 ∗ 3 4. 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝐶𝑖𝑠𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎 = 29.24 𝑚³ La dimensión de la cisterna será: Losa del fondo y paredes laterales serán 20cm. y el techo de la cisterna será de 20cm. Área interna = 3.80x5.00 = 19.00 m2 Altura agua = 29.24 / 19.00 = 1.53 mt. Altura libre mínima = 0.40 mt. Altura del muro de la cisterna = 1.53 + .40 = 1.94 mt. Entonces la dimensión de la cisterna será 3.80 x 5.00 x 2.00 mt. 2.4.6.2 Predimensionamiento de Tanque Elevado El tanque elevado debe almacenar por lo menos 1/3 de la dotación de agua diaria del edificio, con ello su capacidad debe ser:. 12.

(29) Volumen del Tanque Elevad = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑇𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 𝐸𝑙𝑒𝑣𝑎𝑑𝑜 =. dot. diaria 3. 38.98 𝑚³ = 12.99 𝑚³ 3. La dimensión del tanque será: Losa del fondo será de 20 cm, las paredes laterales serán 15 cm y losa superior 15 cm. Área interna = 3.40 x 2.50 = 8.50 m² Altura agua = 12.99 /8.50= 1.53 mt Altura libre mínima = 0.45 mt Altura del muro del tanque = 1.53 +0.45 =1.98 mt Entonces la dimensión del tanque elevado será 3.40 x 2.50 x 2.00 mt. 2.4.7. Predimensionamiento de Escaleras. calcularemos el espesor de la garganta de la escalera con la siguiente formula: Epesor de garganta =. L 20 − 25. Figura 7. Predimensionamiento de Espesor de Escalera. 𝐸𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑔𝑎𝑟𝑔𝑎𝑛𝑡𝑎 =. 3.35 25. =0.13 𝑐𝑚. Consideraremos el Espesor de Garganta de la Escalera 15 cm.. 13.

(30) 3. CAPÍTULO 3. METRADO DE CARGAS Para diseñar un elemento estructural necesitamos conocer y estimar la magnitud de las cargas de gravedad y de sismo que actúan en esta. La Norma E.020 del Reglamento Nacional de Edificaciones nos brinda las condiciones a tener en cuenta para analizar y calcular las cargas de gravedad. CONSIDERACIONES GENERALES La Norma E.020 define dos tipos de carga de gravedad (Carga Muerta y Carga Viva). Para asignar estas cargas al modelo se realizó un cálculo previo conociendo de los pesos específicos de las cargas aplicadas sobre la estructura. Tabla 9. Pesos Específicos (Norma E.020). Materiales Peso Unitario Concreto Armado 2400 Kg/mᶟ Albañilería con Unidades Huecas 1350 Kg/mᶟ 300 kg/ m² Peso unitario del aligerado (h=20cm) 75 kg/ m² Peso unitario de Muro Cortina 1000 Kg/mᶟ Peso unitario del Agua Por otra parte, la Norma E.020 especifica los valores de carga viva repartida en los pisos, las cuales dependen del uso de la edificación. En la siguiente tabla se muestran las cargas especificadas para el caso particular del edificio en estudio: Tabla 10. Sobrecargas según los Ambientes. Ocupación o Uso Carga Viva Lugares de Asamblea ( corredores y 500 Kg/m² Escaleras )1ro y 2do nivel Lugares de Asamblea ( restaurantes ) 400 Kg/m² 1ro y 2do nivel 200 Kg/m² Hoteles (cuartos) 3ro, 4to y 5to nivel Hoteles ( corredores y Escaleras ) 3ro, 400 Kg/m² 4to y 5to nivel 100 Kg/m² Azoteas 250 Kg/m². Parqueo 14.

(31) METRADO DE CARGAS EN LOSAS ALIGERADAS El metrado de losas aligeradas se realiza por vigueta. Para analizar la carga muerta que actúa sobre cada vigueta se considera el peso propio de ésta sumada al peso del piso terminado, que normalmente se toma como 100 kg/m². A manera de ejemplo se desarrolló el metrado para una vigueta continua de los paños del aligerado del 1er Nivel, se muestra a continuación.. Figura 8. Vigueta a analizar para el metrado de Cargas. Tabla 11. Calculo de metrado de Cargas Muertas de la Vigueta. Vigueta Vigueta de Figura 9.. Elementos. Ancho (m). Esp. Losa (m). P.E., Acab.. P. Elem. (ton). Vigueta. 0.40. 0.20. 0.30. 0.12. 0.10. 0.04 0.16 Ton/m. 0.40. Tabla 12. Calculo de metrado de Cargas Vivas sobre la Vigueta. Vigueta Vigueta de Figura 9.. Elementos. Ancho (m). Esp. Losa (m). S/C. P. Elem. (ton). Vigueta. 0.40. 0.20. 0.40. 0.16 0.16 Ton/m. 15.

(32) Tenemos para esta franja de vigueta:. Figura 9. Cargas Actuantes en condición de servicio sobre la vigueta analizada. METRADO DE CARGAS EN LOSAS MACIZAS Dado que el metrado de cargas se realiza por unidad de área, se usan las cargas repartidas del peso propio de la losa, del piso terminado y de la carga viva según la Norma E.020. METRADO DE CARGAS EN VIGAS Para realizar el metrado de cargas en una viga primero se define el “área tributaria”, para luego determinar que cargas vivas y muertas inciden en esta. A manera de ejemplo se desarrollará el metrado para la viga ubicada en el tercer nivel entre los ejes AC y 34:. Figura 10.. Viga a analizar para el metrado de cargas.. 16.

(33) Viga de Figura 16.. Viga. Viga de Figura 16.. Viga. Tabla 13. Calculo de metrado de Cargas Muertas sobre la Viga. Largo Ancho Altura Are./vol. P.E. P. Elem. Elementos (m) (m) (m) /long tot. +Acab. (ton) Aligerado 7.20 2.50 18.00 0.40 7.20 2.20 1.50 3.30 0.40 1.32 5.50 2.20 12.10 0.40 4.84 Viga Peral. 7.20 0.25 0.65 1.17 2.40 2.81 Viga Chata 4.40 0.25 0.20 0.22 2.40 0.53 Tabiquería 10.20 0.15 2.80 4.28 1.35 5.78 22.48 Ton 3.12 Ton/m Tabla 14. Calculo de metrado de Cargas Vivas sobre la Viga. Largo Ancho Altura Are./vol. P. Elem. Elementos S/C (m) (m) (m) /long tot. (ton) Áreas 7.20 2.50 18.00 0.40 7.20 2.20 1.50 3.30 0.40 1.32 5.50 2.20 12.10 0.20 2.42 10.94 Ton 1.52 Ton/m. METRADO DE CARGAS EN COLUMNAS Y PLACAS Las columnas y placas reciben las cargas de todos los elementos de las losas. A manera de ejemplo se desarrolló el metrado de cargas que llega al NTN para la columna C-3 ubicado en el eje “3”.. Figura 11. Área tributaria que se realizara el metrado de cargas. 17.

(34) Azotea. 3RO, 4TO Y 5TO. NIVEL. 1RO Y 2DO NIVEL. Niveles. Niveles 1ro y 2do Nivel 3ro, 4to y 5to N. Azotea. Tabla 15. Calculo de metrado de Cargas Muertas en columna. Largo Ancho Altura Are./vol. P.E. Elementos (m) (m) (m) /long tot. +Acab. Losa 11.50 0.40 Viga Peral. 2.35 0.30 0.65 0.46 2.40 4.56 0.30 0.65 0.89 2.40 Colum. 0.65 0.30 2.20 0.43 2.40 Muro Cort. 4.56 1.00 4.56 0.23 Losa Viga Peral. Viga Chata Colum. Muro Cort. Tabiq.. Losa Viga Peral. columna Parapeto. 2.35 4.56 2.20 0.65 4.56 2.20 2.39. 2.35 4.56 0.65 4.56. 0.30 0.30 0.25 0.30. 0.30 0.30 0.30. 0.65 0.65 0.20 3.00 1.00 1.00 1. 10.95 0.46 0.89 0.11 0.59 4.56 2.20 2.39. 0.40 2.40 2.40 2.40 2.40 0.23 0.57 0.48. 0.65 0.65 3.00 1.00. 11.50 0.46 0.89 0.59 4.56. 0.40 2.40 2.40 2.40 0.11. Tabla 16. Calculo de metrado de Cargas Vivas en columna. Largo Ancho Altura Are./vol. P.E. Elementos (m) (m) (m) /long tot. +Acab. Sobre Carg. 11.50 0.40. Sobre Carg.. 11.50. 0.20. Sobre Carg.. 11.50. 0.10. Carga Muerta que llegan al NTN: 𝑪𝑴𝑵𝑻𝑵 = 𝟏𝟗. 𝟖𝟐 𝒙 𝟐 + 𝟑𝟖. 𝟏𝟗 𝒙 𝟑 + 𝟗. 𝟕𝟒 = 𝟔𝟕. 𝟕𝟔 𝒕𝒐𝒏. Cargas Viva que llegan al NTN: 𝑪𝑽𝑵𝑻𝑵 = 𝟗. 𝟐𝟎 𝒙 𝟐 + 𝟔. 𝟗𝟎 𝒙 𝟑 + 𝟏. 𝟏𝟓 = 𝟏𝟕. 𝟐𝟓 𝒕𝒐𝒏. 18. P. Elem. (ton) 4.60 1.10 2.13 1.03 1.05 19.82 Ton 4.38 1.10 2.13 0.26 1.40 1.05 1.25 1.15 38.19 Ton 4.60 1.10 2.13 1.40 0.50 9.74 Ton P. Elem. (ton) 4.60 9.20 Ton 2.30 6.90 Ton 1.15 1.15 Ton.

(35) 4. CAPÍTULO 4. ANÁLISIS SÍSMICO Nuestro país está ubicado en una zona altamente sísmica, por lo que es indispensable analizar el desempeño que tendrán las estructuras durante un evento sísmico. GENERALIDADES La Norma E.030 describe la filosofía del diseño sismorresistente: ANÁLISIS PRELIMINAR 4.2.1. ZONIFICACIÓN. La Norma E.030 divide el territorio nacional en las siguientes zonas:. Figura 12. Zonas sísmicas según la Norma E.030. Además, se asigna un factor de zona “Z” a cada zona sísmica del territorio nacional. Este factor se interpreta como la aceleración máxima del terreno con una probabilidad de 10% de ser excedida en 50 años. Este factor “Z” se muestra como una fracción de la aceleración de la gravedad.. 19.

(36) Tabla 17. Valores de factor de Zona según la Norma E.030. Zona Factor de zona "Z" 4 0,45 3 0,35 2 0,25 1 0,10 Para nuestro caso, el edificio se encuentra ubicado en el distrito de Paucarpata, ciudad de Arequipa, Según la tabla anterior le corresponde un factor “Z” de 0.35 por estar en la zona 3. 4.2.2. CONDICIONES GEOTÉCNICAS 4.2.2.1 PERFILES DE SUELO.. La Noma E.030 diferencia cinco tipos de perfiles de suelo, según ciertas propiedades del suelo, como la velocidad de propagación de ondas de corte. Se clasifican en: a. Perfil tipo 𝑺𝟎 : Rocas duras. b. Perfil tipo 𝑺𝟏 : Roca o Suelos muy rígidos. c. Perfil tipo 𝑺𝟐 : Suelos intermedios. d. Perfil tipo 𝑺𝟑 : Suelos blandos. e. Perfil tipo 𝑺𝟒 : suelos excepcionalmente flexibles. El suelo del proyecto presenta características del suelo conformado por arena gruesa a media que corresponde a un suelo intermedio con el perfil Tipo 𝑺𝟐 de la Norma E.030. 4.2.2.2 PARÁMETROS DE SITIO (𝑺, 𝑻𝑷 y 𝑻𝑳 ). Deberá considerarse el tipo de perfil que mejor describa las condiciones locales, utilizándose así los correspondientes valores del factor de amplificación del suelo 𝑺 y de los periodos 𝑻𝑷 y 𝑻𝑳 dados en las siguientes tablas: Tabla 18. Valores de Amplificación del suelo según la Norma E.030. FACTOR DE SUELO "S" ZONA. SUELO. 𝒁𝟒 𝒁𝟑 𝒁𝟐 𝒁𝟏. 𝑺𝟎. 𝑺𝟏. 𝑺𝟐. 𝑺𝟑. 0.80 0.80 0.80 0.80. 1.00 1.00 1.00 1.00. 1.05 1.15 1.20 1.60. 1.10 1.20 1.40 2.00. Para las características del proyecto, se tiene un factor de suelo 𝑺 = 𝟏. 𝟏𝟓. 20.

(37) Tabla 19. Periodos correspondientes al perfil de suelo según la Norma E.030. PERIODOS "𝑻𝑷 "Y "𝑻𝑳 ". 𝑻𝑷 (𝒔) 𝑻𝑳 (𝒔). Perfil de Suelo 𝑺𝟏 𝑺𝟐 0.40 0.60 2.50 2.00. 𝑺𝟎 0.30 3.00. 𝑺𝟑 1.00 1.60. Para las características del proyecto se tienen periodos de 𝑻𝑷 = 𝟎. 𝟔 𝒔, 𝑻𝑳 = 𝟐. 𝟎 𝒔. 4.2.3. FACTOR DE AMPLIFICACIÓN SÍSMICA. Este factor depende del periodo fundamental de la estructura, y de las condiciones del sitio, se determina el factor de amplificación sísmica “𝑪” con las siguientes expresiones:. 𝑻 < 𝑻𝑷 ; 𝑪 = 𝟐. 𝟓 (a). 𝑻𝑷 < 𝑻 < 𝑻𝑳 ; 𝑪 = 𝟐. 𝟓𝒙 (. 𝑻𝑷 ) 𝑻. 𝑻 > 𝑻𝑳 ; 𝑪 = 𝟐. 𝟓𝒙 (. (b). 𝑻𝑷 𝒙𝑻𝑳 ) 𝑻². (c). Donde 𝑻 es el periodo fundamental de la estructura en la dirección de análisis, que se determinará con el análisis modal. El factor “𝑪” se interpreta como el factor de amplificación de la aceleración estructural respecto de la aceleración en el suelo. Para este proyecto corresponde analizar el factor de amplificación con la expresión (a) por presentar un periodo menor a 𝟎. 𝟔𝒔𝒈, entonces: 𝑪 = 𝟐. 𝟓.para ambos sentidos. 4.2.4. CATEGORÍA DE LA EDIFICACIÓN. Según la Noma E.030, las edificaciones son clasificadas en cuatro Categorías: A. Edificaciones esenciales, como son los establecimientos de salud, aeropuertos, estaciones de bomberos y otras edificaciones que no pueden interrumpirse luego de que ocurra el sismo severo (𝑼 = 𝟏. 𝟓) B. Edificaciones importantes, como estadios, teatros, centros comerciales y otras edificaciones donde exista agrupación masiva de personas (𝑼 = 𝟏. 𝟑) C. Edificaciones comunes, como viviendas, oficinas, hoteles y restaurantes (𝑼 = 𝟏. 𝟎 ) D. Edificaciones temporales. El presente proyecto se encuentra en la categoría “C” (edificación común), por lo que le corresponde un factor de importancia de 𝑼 = 𝟏. 𝟎. 21.

(38) 4.2.5. SISTEMA ESTRUCTURAL. Se establecen requisitos de rigidez y resistencia lateral de las edificaciones para garantizar que tenga un comportamiento estructural casi elástico en sismos pequeños y que no supere la ductilidad brindada a la estructura ante sismos severos. Esto quiere decir que la fuerza lateral máxima que resiste un edificio solo es una fracción de la fuerza máxima que recibiría ante un sismo severo. Esta fracción está determinada por el coeficiente de reducción “Ro”, el cual depende del sistema estructural del edificio. Tabla 20. Valores del coeficiente Básico de reducción “Ro” según la Norma E.030. SISTEMAS ESTRUCTURALES EN C°A° Pórticos 8 Dual. 7. De Muros Estructurales. 6. Muros de Ductilidad Limitada. 4. Este proyecto de tesis presenta elementos estructurales verticales muros de corte y columnas. Se asumió para un inicio que el sistema estructural es DUAL, por lo que el coeficiente básico de reducción “Ro” es de 7. Posteriormente verificaremos el sistema estructural. 4.2.5.1 FACTORES DE IRREGULARIDAD Para realizar una correcta aproximación del valor de coeficiente de reducción sísmica, la NTE E030 castiga el valor de Ro en el caso de estructuras irregulares. Los factores de Irregularidad se determinan según las tablas N°8 y N°9 de la Norma E030. En caso de no presentar le corresponde un factor de irregularidad de 1. 4.2.5.1.1 IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN ALTURA a) Irregularidad de Rigidez – Piso Blando Aun no se puede determinar esta irregularidad por lo que se asumió para un análisis inicial (𝑰𝒑𝒊𝒔𝒐 𝒃𝒍𝒂𝒏𝒅𝒐 = 𝟏) b) Irregularidad de Masa o Peso. 22.

(39) Tabla 21. Irregularidad de masa o peso. Peso Niveles 1.5*P.sup. 1.5*P.inf. Ton/Nivel Nivel 05 315.873 348.792 473.810 Nivel 04 315.873 473.810 475.252 Nivel 03 316.835 473.810 420.523 Nivel 02 280.349 475.252 336.738 Nivel 01 224.492 420.523. Regular Regular Regular Regular Regular. Como se muestra en la tabla. no presenta este tipo de irregularidad (𝑰𝒎𝒂𝒔𝒂 = 𝟏) c) Irregularidad Geométrica Vertical No presenta este tipo de irregularidad (𝑰𝒈𝒆𝒐𝒎𝒆𝒕𝒓𝒊𝒄𝒂 𝒗𝒆𝒓𝒕𝒊𝒄𝒂𝒍 = 𝟏). d) Discontinuidad en los Sistemas Resistentes Los elementos estructurales de este proyecto son continuos en todas sus secciones, por lo que se concluye que no presenta esta irregularidad (𝑰𝒅𝒊𝒔𝒄𝒐𝒏𝒕𝒊𝒏𝒖𝒊𝒅𝒂𝒅 = 𝟏) 4.2.5.1.2 IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN PLANTA a. Irregularidad Torsional Aun no se puede determinar esta irregularidad por lo que se asumió para un análisis inicial que no presenta (𝑰𝒕𝒐𝒓𝒔𝒊𝒐𝒏𝒂𝒍 = 𝟏) b. Esquinas Entrantes. Figura 13. Verificación por esquinas entrantes.. 23.