FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
ANÁLISIS COMPARATIVO ESTRUCTURAL ECONÓMICO ENTRE
DOS SISTEMAS DE CIMENTACIÓN PARA EL EDIFICIO PALACIO
MUNICIPAL DEL CANTÓN TOSAGUA
AUTORES: LUIS FERNANDO INTRIAGO ZAMBRANO DIEGO ARMANDO PÉREZ MONCADA
TUTOR: ING. JULIO VARGAS JIMENEZ, MS.c
GUAYAQUIL, ABRIL 2019
ii
AGRADECIMIENTO
A Dios todo poderoso por haberme guiado durante el proceso de formación, a mis
padres por su gran sacrificio y dedicación a que yo saliera adelante, por brindarme
todo su apoyo y recursos, a pesar de todo dificultades y distancia que nos separa,
durante toda mi carrera profesional y a quienes agradezco siempre toda su confianza,
apoyo y tolerancia sin importar la circunstancia o hecho. Todas las metas que he
cumplido y cumpliré es gracias a ellos, cada idea o proyecto emprendido ha sido con
su apoyo y sin algún cuestionamiento o rechazo, a mis amigos por haberme apoyado
siempre que necesite de su ayuda y por compartir momentos agradables.
Luis Fernando Intriago Zambrano
A Dios todopoderoso por darnos la vida y la capacidad intelectual y por haberme
permitido finalizar con éxito mis estudios. A mis padres por ser mi apoyo y mi
inspiración durante todo el tiempo que han estado conmigo, gracias por su amor,
esfuerzo y por su gran sacrificio y dedicación a que yo saliera adelante y por
brindarme todos los recursos y a los que agradezco siempre toda su confianza, apoyo
y tolerancia. Cada idea o proyecto emprendido ha sido con el apoyo de ellos y sin
algún cuestionamiento o rechazo. Ustedes son partícipes de este triunfo. A mi
hermano por proporcionarme lo necesario de manera incondicional, por ser tan
comprensivo, tolerante y haberme apoyado siempre en cada paso. Agradezco que
haya creído siempre en mí. A mis hermanas quienes confiaron en mis habilidades y
por darme apoyo moral constantemente lo que me ha servido durante mi preparación
académica. A mis Amigos/as: Por compartir momentos agradables e inolvidables.
Diego Armando Pérez Moncada
iii
DEDICATORIA
A mis padres y a mi hermano, mi querida familia, por brindarme todo su afecto y
apoyo incondicional durante toda mi vida, por todo el sacrificio que han hecho mis
padres, esta tesis también les pertenece.
A todas esas personas que siempre creyeron en mí, familiares, amigos, y que
siempre estuvieron conmigo para poder cumplir esta meta, este triunfo también es
de ustedes.
Luis Fernando Intriago Zambrano
A mis padres, por su amor, trabajo y sacrificio en todos estos anos, gracias a
ustedes he logrado llegar hasta aquí y convertirme en lo que soy. Ha sido un orgullo
y el privilegio de ser su hijo, son los mejores padres. A mis hermanos por estar
siempre presente, acompañándome y por el apoyo moral, que me brindaron a lo largo
de esta etapa de nuestras vidas. A todas las personas que me han apoyado y han
hecho que el trabajo se realice con éxito, en especial a aquellos que me abrieron las
puertas y compartieron sus conocimientos.
Diego Armando Pérez Moncada
iv
v
vi
vii
TRIBUNAL DE GRADUACIÓN
Ing. Gustavo Ramírez M. Sc Ing. Carlos Cusme Vera M. Sc
Decano Tutor
Vocal Vocal
Nota: la hoja del Tribunal de Graduación debe de estar firmada por sus respectivos
miembros del tribunal.
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ÍNDICE GENERAL
CAPITULO I
EL PROBLEMA
1.1 Planteamiento del problema ........................................................................ 1
1.2 Antecedentes del problema ......................................................................... 1
1.3 Objetivos de la investigación. ....................................................................... 3
1.3.1 Objetivo General. ..................................................................................... 3
1.3.2 Objetivos Específicos. .............................................................................. 3
1.4 Justificación ................................................................................................. 4
1.5 Delimitación de la investigación ................................................................... 4
1.6 Limitación del problema. .............................................................................. 5
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1 Diseño estructural ........................................................................................ 7
2.1.1 ¿Qué es el diseño estructural? ................................................................. 7
2.1.2 Objetivos del diseño estructural ............................................................... 7
2.1.3 Elementos que componen el diseño estructural ....................................... 8
2.1.4 Principios del diseño estructural ............................................................... 9
2.2 Cimentación ............................................................................................... 11
2.2.1 ¿Qué es una cimentación? ..................................................................... 11
2.2.2 Cual son los propósitos de una cimentación ......................................... 12
2.2.3 Cuáles son los tipos de cimentación ..................................................... 13
2.2.3.1 Cimentaciones directas ................................................................... 13
2.2.3.2 Cimentaciones profundas ................................................................ 17
2.3 Caracterización y capacidad portante del suelo ......................................... 19
ix
2.3.1 Caracterización del suelo ....................................................................... 19
2.3.2 Capacidad portante ................................................................................ 22
2.3.2.1 Análisis de los estudios de suelos ................................................... 22
CAPITULO III
MARCO METODOLÓGICO
3.1 Metrado de cargas ..................................................................................... 25
3.1.1 Cargas de diseño ................................................................................... 25
3.1.2 Cargas de mampostería ......................................................................... 26
3.1.2.1 Área de paredes por piso. ............................................................... 26
3.1.2.2 Peso de bloques por metro cuadrado de pared .............................. 26
3.1.2.3 Área total losa ................................................................................. 28
3.1.2.4 Carga muerta – pared ..................................................................... 28
3.1.3 Sobrecarga viva ..................................................................................... 29
3.2 Combinaciones de carga para el análisis de edificios ................................ 29
3.3 Metodología del análisis dinámico para la edificación con
Etabs2016 v2.0 ................................................................................................... 30
3.3.1 Crear un nuevo modelo .......................................................................... 30
3.3.2 Definición de los materiales a utilizar ..................................................... 33
3.3.3 Definición de las secciones (columna y viga) ......................................... 34
3.3.4 Asignación de los elementos tipo “columna” al modelado ...................... 35
3.3.5 Asignación de los elementos tipo “viga” al modelado ............................. 37
3.3.6 Asignación de los elementos de nervio para la “viga metálica“ .............. 38
3.3.7 Asignación de los elementos de área tipo Shell (Losa Metálica) ............ 41
3.3.8 Asignación de restricciones en los apoyos ............................................. 41
3.3.9 Definir los tipos de carga estática. .......................................................... 42
x
3.3.10 Definir “Mass Source” para el Análisis Dinámico. ............................... 43
3.3.11 Definir el Espectro de Aceleración según Norma NEC- 2015. ............ 44
3.3.11.1 Factor η ........................................................................................... 46
3.3.11.2 Coeficientes de perfil de suelo Fa, Fd y Fs ..................................... 46
3.3.11.3 El coeficiente de Importancia “I” ...................................................... 49
3.3.11.4 El factor de reducción de resistencia sísmica “R” ........................... 49
3.3.12 Definir los Casos de Respuesta Espectral .......................................... 51
3.3.13 Definir las Combinaciones de Carga según la Norma NEC-15 ......... 52
3.3.14 Definir Diafragmas Rígidos ................................................................. 55
3.3.15 Ejecutar el Análisis del modelo ........................................................... 56
3.3.16 Análisis de Resultados obtenidos del modelo ..................................... 57
3.3.16.1 Control de desplazamientos laterales relativos de entrepiso .......... 57
CAPITULO IV
ANÁLISIS DE INFORMACIÓN Y PROPUESTAS
4.1 Análisis de la cimentación existente .......................................................... 58
4.1.1 Análisis por esfuerzo de contacto ........................................................... 58
4.1.2 Análisis por cortante de la cimentación existente ................................... 59
4.1.3 Análisis por puzonamiento de la cimentación existente ......................... 62
4.2 Propuestas de Cimentación ....................................................................... 65
4.2.1 Propuesta numero 1 (Zapata en 2 direcciones) ..................................... 65
4.2.1.1 Predimensionamiento de zapata en 2 direcciones .......................... 67
4.2.1.2 Modelado de la zapata en dos direcciones en ETABS 2016 ........... 71
4.2.1.3 Diseño de la cimentación propuesta ............................................... 76
4.2.2 Propuesta numero 2 (zapata en una dirección) ...................................... 84
4.2.2.1 Predimensionamiento del area de la zapata en una direccion,
xi
y verificación de los esfuerzos de contacto en el suelo. ............................... 84
4.2.2.2 Modelado de la zapata en una dirección en ETABS 2016 .............. 86
4.2.2.3 Diseño de la cimentación propuesta ............................................... 86
4.3 Análisis estructural ..................................................................................... 91
4.4 Presupuesto de las propuestas de cimentación. ........................................ 95
4.5 Análisis económico .................................................................................... 97
CAPÍTULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 Conclusiones ............................................................................................. 98
5.2 Recomendaciones ..................................................................................... 99
BIBLIOGRAFÍA
ANEXOS
xii
INDICE DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1: Área de contacto entre el suelo y la cimentación .......................... 12
Ilustración 2: Cimentación .................................................................................. 13
Ilustración 3: Zapata Aislada .............................................................................. 14
Ilustración 4: Zapata Corrida .............................................................................. 15
Ilustración 5: Losa de Cimentación .................................................................... 16
Ilustración 6: Asentamientos inducidos por cimentación con losa. .................... 16
Ilustración 7: Tipos de Pilotes de Concreto ........................................................ 17
Ilustración 8: Tipos de trabajo de un Pilote ...................................................... 18
Ilustración 9: Metro cuadrado de pared .............................................................. 26
Ilustración 9: Bloque Liviano PL-9 (39x19x9)cm ................................................ 27
Ilustración 11: Creación de un nuevo modelo .................................................... 30
Ilustración 12: Creación de los ejes donde se colocaran las secciones ............. 31
Ilustración 13: Creación de ejes definidos en AutoCAD. .................................... 32
Ilustración 14: Definir materiales a utilizar .......................................................... 33
Ilustración 15: Modificación de las propiedades de los materiales ..................... 33
Ilustración 16: Creación de las secciones estructurales.................................... 34
Ilustración 17: Secciones estructurales .............................................................. 35
Ilustración 18: Opciones de trabajo por piso ...................................................... 35
Ilustración 19: Herramienta para la asignación de columnas al modelo ............ 36
Ilustración 20: Modelado en vista 2D y 3D con las columnas asignadas ........... 36
Ilustración 21: Herramienta para la asignación de Vigas al modelado ............... 37
Ilustración 22: Modelado en vista 2D y 3D con vigas asignadas ....................... 37
Ilustración 23: Herramienta para la asignación de nervios ................................. 38
xiii
Ilustración 24: Modelado en vista 2D y 3D con los nervios asignados ............... 39
Ilustración 25: Selección de los nervios de todo el modelo ................................ 39
Ilustración 26: Liberar de momento a los nervios ............................................... 40
Ilustración 27: Modelado vista en 2D de nervios Liberados de Momento .......... 40
Ilustración 28: Modelado de la estructura en 2D y 3D con la losa asignada ...... 41
Ilustración 29: Asignación de empotramiento de la base de las columnas ........ 42
Ilustración 30: Definir los tipos de carga estática ............................................... 42
Ilustración 31: Asignación del Mass Source ....................................................... 43
Ilustración 32: Creación del espectro de respuesta para el análisis dinámico ... 44
Ilustración 33: Parámetros del espectro de respuesta ....................................... 45
Ilustración 34: Mapa de zonificación sísmica ..................................................... 45
Ilustración 35: Espectro definido para el análisis dinámico de la estructura ...... 50
Ilustración 36: Casos de respuesta Espectral .................................................... 51
Ilustración 37: Asignación de la gravedad para el análisis dinámico ................. 52
Ilustración 38: Combinaciones de carga para el diseño ..................................... 53
Ilustración 39: Combinaciones de carga para el diseño, 2 ................................. 54
Ilustración 40: Procedimiento para asignar diafragmas rígidos a la estructura .. 55
Ilustración 41: Activación del análisis en 3D ...................................................... 56
Ilustración 42: Análisis final del modelado ......................................................... 57
Ilustración 43: Dimensiones de la zapata en análisis ......................................... 59
Ilustración 44: Pre visualización de la propuesta de cimentación ...................... 65
Ilustración 45: Sección de la zapata a modelar .................................................. 71
Ilustración 46: Creación de la zapata para análisis ............................................ 71
Ilustración 47: Creación de la viga de zapata .................................................... 72
Ilustración 48: Asignación del Shell de zapata y la viga para análisis ................ 72
xiv
Ilustración 49: Zapata modelada ........................................................................ 73
Ilustración 50: Asignación de restricciones ........................................................ 73
Ilustración 51: Asignación del coeficiente de balasto a la Cimentación ............. 74
Ilustración 52: Iniciar el análisis de la zapata ..................................................... 74
Ilustración 52: Verificación de la presión del suelo ............................................ 75
Ilustración 54: Análisis de la Cimentación Propuesta......................................... 75
Ilustración 55 : Sección de la Zapata a analizar ................................................. 76
Ilustración 56 : Sección de la Zapata diseñada .................................................. 79
Ilustración 57 : Grafica de momentos actuantes en la viga de la zapata ........... 80
Ilustración 58 : Grafica de "a" en cada sección de la viga .................................. 81
Ilustración 59 : Áreas de Acero necesarias en cada tramo de la viga ................ 82
Ilustración 60 : Fuerzas Cortantes que soporta la zapata .................................. 83
Ilustración 61 : Modelado de cimentación y estructura ...................................... 86
Ilustración 62 : sección de la zapata a Diseñar .................................................. 86
Ilustración 63 : Grafica de Acero necesario en cada tramo de la viga ............... 89
Ilustración 63 : Grafica de fuerza cortante en cada tramo de la viga ................ 90
Ilustración 65 : Análisis de costos de la cimentación ......................................... 97
xv
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1: Número mínimo de sondeos y profundidad por cada unidad
de construcción ...................................................................................................... 6
Tabla 2: Clasificación de las unidades de construcción por categorías................. 6
Tabla 3. Condiciones admisibles en Roca ........................................................... 19
Tabla 4. Condiciones admisibles en suelos granulares ....................................... 21
Tabla 5. Condiciones admisibles en suelos finos ................................................ 21
Tabla 6. Cargas muertas o de peso propio .......................................................... 25
Tabla 7. Área de paredes por metro cuadrado .................................................... 26
Tabla 8. Especificaciones Técnicas del bloque ................................................... 27
Tabla 9. Peso de bloques por metro cuadrado de pared ..................................... 27
Tabla 10. Área de losa por piso ........................................................................... 28
Tabla 11. Carga muerta de pared por piso .......................................................... 28
Tabla 12. Combinaciones de Carga para diseño ................................................. 29
Tabla 13. Consideración de la carga para el análisis Dinámico .......................... 43
Tabla 14. Tabla del factor de zona sísmica ........................................................ 46
Tabla 15. Tipo de suelo según NEC ................................................................... 47
Tabla 16. Tabla de coeficientes según perfil de suelo Fd ................................... 47
Tabla 17. Tabla de coeficientes según perfil de suelo Fa ................................... 48
Tabla 18. Tabla de coeficientes según perfil de suelo Fa ................................... 48
Tabla 19. Coeficientes de importancia................................................................ 49
Tabla 20. Factor de reducción de resistencia sísmica ........................................ 49
Tabla 21. Factor de reducción de resistencia sísmica ........................................ 57
Tabla 22. Esfuerzos de contacto ........................................................................ 58
xvi
Tabla 23. Análisis de cada zapata aislada por cortante...................................... 61
Tabla 24. Análisis de cada zapata aislada por punzonamiento .......................... 64
Tabla 25. Matriz de Luces .................................................................................. 67
Tabla 26. Matriz de cargas muertas ................................................................... 68
Tabla 27. Matriz de cargas vivas ........................................................................ 68
Tabla 28. Matriz de cargas de servicio ............................................................... 69
Tabla 29. Ancho de las zapatas en x .................................................................. 69
Tabla 30. Ancho de las zapatas en y .................................................................. 70
Tabla 31. Predimencionamiento de zapata ....................................................... 84
Tabla 32. Calculo del centro de gravedad de la zapata y cálculo del cortante ... 85
Tabla 33. Comparación de esfuerzos de contactos en los 3 sistemas
de cimentaciones ................................................................................................. 91
Tabla 34. Fallo por puzonamiento en zapatas aisladas ...................................... 93
Tabla 35. Presupuesto de la propuesta 1 ........................................................... 95
Tabla 36. Presupuesto de la propuesta 2 ........................................................... 96
xvii
RESUMEN
En el presente trabajo de titulación “Análisis comparativo estructural-económico
entre dos sistemas de cimentación para el edificio palacio municipal del cantón
Tosagua”, se desarrolla lo siguiente: se efectúa la evaluación de un edificio irregular
de 4 pisos de uso especial. Contamos con los planos de los elementos estructurales:
vigas, columnas, losas y metrados de cargas de servicio a las que estará sometida la
edificación durante su vida útil y la estimación de las fuerzas sísmicas.
Con dicha información modelamos la edificación en el programa Etabs, efectuando
el análisis estructural para obtener los esfuerzos a los que está sometida la edificación
y desplazamiento ocasionado por el sistema de cargas, de los resultados se obtuvo
las reacciones de la base de cada una de las columnas, lo que nos servirá para el
análisis de la cimentación existente y el diseño de las propuestas cimentaciones.
Debido a las características del terreno y de la edificación, se planteó dos alternativas
de cimentaciones superficiales: zapatas en 1 y 2 direcciones.
Se realizaron los respectivos predimencionamientos de las propuestas de sistema
de cimentación para luego proceder a modelarlas en el programa Etabs, el cual nos
ayudara a obtener los momentos flectores y esfuerzos cortantes a los cuales estará
sometida la cimentación, y con los cuales será diseñada
Luego se procedió a efectuar el presupuesto de cada una de las propuestas para
tener un costo total de las dos alternativas y finalmente se realizó el análisis
comparativo estructural - económico de los sistemas de cimentación superficiales de
las alternativas.
Palabras claves: ANALISIS – CIMENTACION – DISEÑO – SUELO - CAPACIDAD PORTANTE.
xviii
ABSTRACT
In the present work of qualification "Comparative analysis structural-economic
between two systems of foundations for the building municipal palace of the corner
Tosagua", develops the following thing: the evaluation of an irregular building of 4
floors of special use is carried out. We have the plans of the structural elements:
beams, columns, slabs and meters of service loads to which the building will be subject
during its useful life and the estimation of the seismic forces.
With this information we modeled the building in the Etabs program, carrying out
the structural analysis to obtain the efforts to which the building and displacement
caused by the loading system are subjected, the results of the reactions of the base
of each of the columns, which will be useful for the analysis of the existing foundation
and the design of the proposed foundations. Due to the characteristics of the land and
the building, two alternatives of superficial foundations were proposed: 1 and 2-way
footings.
The respective predimensioning of the foundation system proposals were made
and then proceed to model them in the Etabs program, which will help us to obtain the
bending moments and shear stresses to which the foundation will be subjected, and
with which it will be designed
Then proceeded to make the budget of each of the proposals to have a total cost
of the two alternatives and finally the comparative structural - economic analysis of the
surface foundation systems of the alternatives was carried out.
KEYWORD: ANALYSIS - FOUNDATION - DESIGN - SOIL - BEARING CAPACITY.
1
CAPITULO I
EL PROBLEMA
1.1 Planteamiento del Problema
El sistema de cimentación dentro de una edificación es muy importante ya que se
encarga de transmitir los diversos tipos de carga estructural tanto de peso propio
como de sobrecargas impuestas al terreno de fundación y sobre todo la consideración
de las cargas producidas por efectos sísmicos
Los tipos de cimentación varia para cada ciudad del país debido a la capacidad
portante del suelo, la cual permite prevenir fallas como son los asentamientos , los
cuales pueden ocasionar el colapso total de la estructura y frente a esta situación nos
hacemos la siguiente pregunta: ¿Cuál tipo de cimentación presenta mejor seguridad
estructural y presupuesto optimo?
1.2 Antecedentes del Problema
El Ecuador como fragmento del cinturón de fuego del pacifico, forma parte de una
zona altamente sísmica, por lo cual está sometida a constantes movimientos
telúricos, debido a la subducción que es el nombre que toma este movimiento entre
placas continentales , entre la placa de nazca y la sudamericana.
Frente a estos movimientos telúricos se ha visto estructuras muy afectadas, tanto
por el mal uso de las normativas para el diseño, como el incorrecto procedimiento
constructivo.
2
Desde el punto de vista estructural, la cimentación es el sustento de la edificación,
debe ser analizada y diseñada con criterio sismo resistente, para que en un futuro la
estructura no colapse y mucho menos por deficiencia de la cimentación.
Existen varias formas de plantear un sistema de cimentación, pero estos dependen
de las solicitaciones que tenga la superestructura como lo son, número de pisos,
requerimientos arquitectónicos como: voladizos, luces de una distancia considerable,
etc. lo que hace que se use uno u otro sistema de cimentación.
Entre los sistemas de cimentación tenemos dos tipos:
Cimentación superficial. En la cual encontramos:
Zapata aislada ( plintos)
Zapata corrida en 1 dirección
Zapata corrida en 2 direcciones
Cimentación profunda. En la cual encontramos
Pilotes por punta
Pilotes por fricción
Micropilas
Los tipos de cimentaciones que dependen de la superestructura, hacen que esta
pueda ser muy o poco flexibles entre una y otra, dependiendo de la capacidad de
deformación de la estructura dependerá el tipo de cimentación a utilizar.
3
1.3 Objetivos de la Investigación
1.3.1 Objetivo General.
Realizar el análisis comparativo estructural entre dos sistemas de cimentación
para el edificio “PALACIO MUNICIPAL” DEL CANTON TOSAGUA
1.3.2 Objetivos Específicos.
1. Evaluar la cimentación de los plintos existentes mediante un análisis de
puzonamiento y cortante.
2. Proponer dos sistemas de cimentación como alternativa para superar el
déficit que posee la cimentación existente, mediante análisis estructural con
la ayuda de coeficientes de balasto del suelo para determinar los valores de
deformación vertical y esfuerzos del suelo
3. Realizar un análisis comparativo estructural – económico para evaluar el
comportamiento estructural de los dos sistemas de cimentación y también
la parte económica, para establecer cuál de los dos sistemas es el óptimo y
viable.
4
1.4 Justificación
El presente trabajo pretende comparar dos sistemas de cimentación para dar a
conocer la mejor alternativa según el tipo de suelo y la ubicación de la edificación
escogida, utilizando los programas ETABS 2016, para la modelación tanto de la
superestructura como la cimentación; así como las hojas de cálculo de Excel para el
diseño de las cimentaciones
Esta investigación permitirá mejorar la práctica en la ejecución de un proyecto y así
tener un conocimiento más profundo de la naturaleza del subsuelo y su reacción ante
las cargas estructurales, analizando los esfuerzos y deformaciones en la
subestructura, así mismo las solicitaciones en la superestructura, como se debe de
realizar el correcto diseño de sistemas de cimentación y así evitar utilizar parámetros
erróneos, que pueden traer consigo fallas o defectos para el diseño de la cimentación,
lo que generaría un déficit en la en le subestructura , causando así la falla de la
superestructura y perdiendo en si la edificación completa
En base a los resultados obtenidos se realizara un análisis tanto del desempeño
estructural como económico para ambos sistemas de cimentaciones, evaluando así
no tan solo el aspecto estructural sino también el aspecto financiero
1.5 Delimitación de la Investigación
Campo: Estructuras.
Área: Cimentaciones
Aspecto: Comportamiento estructural entre dos tipos de cimentaciones para una
edificación
5
Problema: Poco análisis del comportamiento de diferentes sistemas de
cimentación en edificaciones
Título: Análisis y diseño estructural comparativo entre dos sistemas de
cimentación para el edificio “PALACIO MUNICIPAL DEL CANTON TOSAGUA”
Delimitación espacial: En la presente investigación se desarrollará el
comportamiento de dos sistemas de cimentación en una misma edificación ubicada
en una zona de alta amenaza sísmica como lo es la provincia de Manabí, cantón
Tosagua, para analizar el comportamiento estructural por medio de modelos
matemáticos, además se realizara el presupuesto de ambos sistemas de cimentación,
y así fijar el sistema más óptimo y viable.
1.6 Limitación del Problema
Según la Nec-SE-CM 2015, en la tabla 1: clasificación de las unidades de
construcción, especifica que para edificaciones entre 4 a 10 niveles y que su carga
máxima de servicio en columnas sea entre 801 y 4000 kN se clasifica como una
unidad de construcción Media.
6
Tabla 1: Número mínimo de sondeos y profundidad por cada unidad de construcción
Fuente: NEC-SE-CM (2015)
Clasificada la unidad de construcción, tenemos un número mínimo de sondeos a
realizar, como nuestra estructura está en una categoría media la NEC – SE - CM
especifica que deben ser mínimo 4 sondeos, con una profundidad de 15 m cada uno.
Tabla 2: Clasificación de las unidades de construcción por categorías.
Fuente: NEC-SE-CM (2015)
La presente limitación para el desarrollo del trabajo de titulación es no contar con
el número de sondeos que exige la normativa vigente y la profundidad mínima de
cada perforación, que permitan apuntar con mucha más precisión la estratigrafía del
suelo donde se encuentra desplantada la cimentación.
7
Capítulo II
MARCO TEÓRICO
2.1 Diseño Estructural
2.1.1 ¿Qué es el Diseño Estructural?.
Se puede definir al diseño estructural como un área de la ingeniería civil donde
se realiza una elección de materiales y la potencialidad que puede ofrecer, sus
características específicas, su costo y las propiedades que posee.
De esta manera se puede iniciar con un proceso creativo en el cual se define el
tipo de sistema a utilizar mediante las solicitaciones que se tenga, de tal manera que
cumpla con los requerimientos de la mejor forma y con todos sus objetivos
.
2.1.2 Objetivos del Diseño Estructural.
El objetivo de un diseño estructural es plantear un sistema capaz de equilibrar las
cargas a las cuales se enfrentara y resistir las demandas sin llegar al colapso total de
la estructura o el inadecuado comportamiento estructural causando daños
considerables dentro del sistema
Las características del diseño dependen generalmente del acierto con respecto al
sistema estructural, ya que este tiene que ser el indicado para resistir las acciones
exteriores de la mejor manera. Los aspectos arquitectónicos deben estar de la mano
con el diseño estructural para que la estructura pueda tener un mejor desempeño.
8
Tomando de ejemplo el diseño de una edificación, se toma en cuenta la resistencia
de cada uno de sus elementos, como se va a distribuir el peso total de la estructura,
así mismo el material idóneo para la construcción, de tal manera que antes de realizar
una construcción de cualquier índole, se debe de respetar un sin número de aspectos
técnicos y prever la estructura de cualquier situación a la que estará sometida en el
futuro
2.1.3 Elementos que Componen el Diseño Estructural.
Dentro del diseño de estructural encontramos los siguientes elementos:
1) Estructuración. En algunos casos se deberá realizar un estructuración inicial
o pre dimensionamiento , dando ubicación y dimensiones a los elementos
estructurales , de tal manera que se pueda concluir el proyecto arquitectónico
2) Análisis. En muchos casos se realiza con algún software de análisis
estructural que utilizan el método de las rigideces , que nos proveen los
desplazamientos y las fallas de los elementos estructurales pre dimensionados
3) Diseño. Una vez obtenido los resultados del análisis estructural mediante el
software, se procede a proporcionar las dimensiones finales y el armado para
cada elemento que compone el sistema estructural.
4) Dibujo. Definido el armado y dimensión para cada elemento se procede a
realizar los planos estructurales que se proporcionaran en el proyecto
5) Memoria de cálculo. Se ejecuta una memoria de cálculo donde se describe
cargas muertas y vivas utilizadas , ejemplos de diseño para los elementos , así
como fuerzas externas que intervienen en el diseño de la estructura
9
2.1.4 Principios del Diseño Estructural.
Uno de los principios del diseño estructural es que, jamás se diseña una estructura
para que sufra daños considerables o colapse dentro de su vida útil.
Cuando una estructura deja de cumplir su función de manera apropiada se
reconoce que esta ha fallado.
Los tipos de falla en una estructura pueden ser: falla de servicio, falla por rotura o
falla por inestabilidad.
Se puede definir falla de servicio cuando la estructura llega a sufrir deformaciones
excesivas las cuales salen del rango elástico y muchas veces llegan a ser
permanentes.
Por el contrario, la falla por rotura se produce cuando hay movimiento o separación
entre los elementos que conforman el sistema estructural, esto suele ocurrir por mal
ensamblaje, malos apoyos o fractura del material que se utilizó.
El diseño estructural debe seguir principios fundamentales:
Seguridad
Funcionalidad
Economía
a) Seguridad
Un diseño estructural garantiza seguridad, cuando su sistema estructural es capaz
de controlar las excesivas deformaciones que producen tanto las cargas estructurales
tanto muertas como vivas, así como las fuerzas externas que producen los sismos,
10
ya que estas obligan a liberar energía de alguna forma dentro de la estructura
produciendo la ruptura de los elementos que la conforman, llegando a la separación
de algunos o de todo el conjunto produciendo el colapso del sistema.
Una de las leyes de newton es uno de los conceptos básicos y de uso general para
el diseño en estructuras, calcular las fuerzas que actúan en la estructura y mediante
los elementos proporcionar fuerzas resistentes para mantener en equilibrio el sistema.
Este principio dice “para toda fuerza actuante debe de haber algo que produzca
una reacción que contrarreste el efecto o en otras palabras para una fuerza actuante
existe una reacción de igual magnitud, dirección pero de sentido contrario “
La seguridad de resistencia a la fractura en los elementos los cuales componen el
sistema estructural y de las uniones de los mismos, obedece a las propiedades
mecánicas del material a utilizar
b) Funcionalidad
Esta condición del diseño estructural se puede definir como, la funcionalidad de
una estructura dentro de su vida útil para la demanda que fue planteada. Por ejemplo,
si en una edificación, ya sea un hospital, municipio, multifamiliar, se presentan
excesivas deformaciones o mal comportamiento de los elementos, este daría una
sensación de inseguridad para los usuarios y se dejaría de usar, en ese momento la
estructura deja de ser funcional
c) Economía
La explotación de los recursos establece un reto para el diseño de una estructura,
y en la economía de la misma se fusiona tanto el talento como el conocimiento y la
experiencia del Ingeniero
La estructura debe de cumplir con propiedades como suficiente arrostramiento
lateral, el cual nos ayude a tener la menor deriva posible en el caso más desfavorable,
11
que los elementos que componen el sistema resistan las solicitaciones sin ningún
inconveniente frente a situaciones extremas, etc.
Se puede producir un colapso en la estructura si esta es demasiado rígida o por el
contrario es demasiado dúctil , sin embargo, si la estructura tiene una buena
combinación entre estas propiedades es factible obtener un rendimiento avanzado a
nivel estructural.
En cada país existen normativas legales que reglamentan los diseños de cualquier
tipo de estructura, que respaldan tanto al diseñador como al usuario en caso de un
mal uso de la normativa
2.2 Cimentación
2.2.1 ¿Qué es una Cimentación?.
Se puede definir una cimentación como el conjunto de elementos estructurales el
cual tiene como fin transmitir las cargas de la superestructura o elementos que estén
descansando sobre este al suelo , distribuyéndolas de forma que no alcancen la
capacidad admisible ni produzcan asentamientos excesivos.
Puesto que, la resistencia del suelo es casi siempre mucho menor a las cargas
que soportan los elementos portantes como lo son las columnas y muros, el área de
contacto entre el suelo y la cimentación tendrá que ser mucho mayor a los elementos
que soporta.
12
Ilustración 1: Área de contacto entre el suelo y la cimentación Fuente: Alanis,( 2012)
2.2.2 Cual son los Propósitos de una Cimentación.
Tener la capacidad de dar empotramiento perfecto a la superestructura de tal
manera que esta tenga estabilidad al volcamiento y deslizamiento
Soportar los esfuerzos que se producen en la zapata, que a su vez se traducen
en flexión y fuerzas cortantes, para lo cual se colocara acero refuerzo.
Adaptarse a los posibles movimientos en el terreno, por efectos sísmicos.
13
Ilustración 2: Cimentación Fuente: Alanis,( 2012)
2.2.3 Cuáles son los Tipos de Cimentación.
La elección del tipo de cimentación depende especialmente de las características
mecánicas del terreno, tales como su cohesión, ángulo de rozamiento interno,
posición del nivel freático y la magnitud de las cargas existentes. A partir de todos
esos datos se calcula la capacidad de carga admisible, que junto con la
homogeneidad del terreno aconsejan usar un tipo u otro diferente de cimentación
(Juaréz Badillo & Rico Rodriguez , 1973)
Hay dos tipos de cimentaciones:
Cimentación directa.
Cimentación profunda.
2.2.3.1 Cimentaciones Directas.
Son aquellas que se apoyan en las capas superficiales o poco profundas del suelo,
por tener éste suficiente capacidad portante o por tratarse de construcciones de
importancia secundaria y relativamente livianas. En este tipo de cimentación, la carga
14
se reparte en un plano de apoyo horizontal. Siempre que es posible se emplean
cimentaciones superficiales, ya que son el tipo de cimentación menos costoso y más
simple de ejecutar. (ALANIS, 2012)
Zapatas aisladas
Las zapatas aisladas son un tipo de cimentación superficial que sirve de base de
elementos estructurales puntuales como son los pilares; de modo que esta zapata
amplía la superficie de apoyo hasta lograr que el suelo soporte sin problemas la carga
que le transmite. El término zapata aislada se debe a que se usa para asentar un
único pilar, de ahí el nombre de aislada. Es el tipo de zapata más simple, aunque
cuando el momento flector en la base del pilar es excesivo no son adecuadas, y en
su lugar deben emplearse zapatas combinadas o zapatas corridas en las que se
asienten más de un pilar. (Yanes., 2016)
Ilustración 3: Zapata Aislada Fuente: Alanis,( 2012)
15
Zapatas corridas
Las zapatas corridas son elementos análogos a los anteriores, en los que la
longitud supera en mucho al ancho. Soportan varias columnas o un muro y pueden
ser de concreto reforzado o de mampostería, en el caso de cimientos que transmiten
cargas no muy grandes. La zapata corrida es una forma evolucionada de la zapata
aislada, en el caso en que el suelo ofrezca una resistencia baja, que obligue al empleo
de mayores áreas de repartición o en el caso en que deban transmitirse al suelo
grandes cargas. (Juaréz Badillo & Rico Rodriguez , 1973)
Ilustración 4: Zapata Corrida Fuente: Alanis,( 2012)
Losas de cimentación
Una losa de cimentación es una placa flotante apoyada directamente sobre el
terreno. La cimentación por losa se emplea como un caso extremo de los anteriores
cuando la superficie ocupada por las zapatas o por el emparrillado represente un
porcentaje elevado de la superficie total. La losa puede ser maciza, aligerada o
disponer de refuerzos especiales para mejorar la resistencia a punzonamiento bajo
los soportes individualmente (denominados pedestales si están sobre la losa y
16
refuerzos si están bajo ella) o por líneas (nervaduras). (Juaréz Badillo & Rico
Rodriguez , 1973)
Ilustración 5: Losa de Cimentación Fuente: Alanis,( 2012)
En particular, también cabe emplear este tipo de cimentaciones cuando se diseñan
cimentaciones “compensadas”. En ellas el diseño de la edificación incluye la
existencia de sótanos de forma que el peso de las tierras excavadas equivale
aproximadamente al peso total del edificio; la losa distribuye uniformemente las
tensiones en toda la superficie y en este caso los asientos que se esperan son
reducidos. Si el edificio se distribuye en varias zonas de distinta altura deberá
preverse la distribución proporcional de los sótanos así como juntas estructurales.
Ilustración 6: Asentamientos inducidos por cimentación con losa. Fuente: Alanis,( 2012)
17
2.2.3.2 Cimentaciones Profundas.
Se basan en el esfuerzo cortante entre el terreno y la cimentación para soportar las
cargas aplicadas, o más exactamente en la fricción vertical entre la cimentación y el
terreno. Por eso deben ser más profundas, para poder proveer sobre una gran área
sobre la que distribuir un esfuerzo suficientemente grande para soportar la carga.
(Juaréz Badillo & Rico Rodriguez , 1973)
Algunos métodos utilizados en cimentaciones profundas son:
Pilotes: son elementos de cimentación esbeltos que se hincan (pilotes de
desplazamiento prefabricados) o construyen en una cavidad previamente
abierta en el terreno (pilotes de extracción ejecutados in situ). Antiguamente
eran de madera, hasta que en los años 1940 comenzó a emplearse
el hormigón. (ALANIS, 2012)
Ilustración 7: Tipos de Pilotes de Concreto Fuente: Alanis,( 2012)
18
Un pilote consta de 3 partes: la punta, el fuste y el cabezal. Su modo de trabajo
depende de la naturaleza del terreno y de la profundidad a la que se encuentre un
estrato resistente.
Ilustración 8: Tipos de trabajo de un Pilote Fuente: Alanis,( 2012)
Cuando no resulta técnica o económicamente viable alcanzar un estrato
con resistencia adecuada se diseñan los pilotes para su trabajo por fuste, en
cuyo caso se denominan flotantes, y transmiten la carga al terreno por rozamiento. Si
existe la posibilidad de llegar a una zona de mayor resistencia se considera que el
pilote trabaja por punta, con contribución o no del fuste.
19
2.3 Caracterización y Capacidad Portante del Suelo
2.3.1 Caracterización del Suelo.
El suelo y el terreno es un elemento básico que es participe de las construcciones
en general, desde la selección de la implantación de una estructura hasta como
soporte de la misma juega un papel determinante, como elemento estructural-soporte
de lo que se le sobrepone, bien como material aprovechable para terraplenes y/o
rellenos, incluso como material de construcción en diques, presas u otras obras de
tierras comunes en nuestras Obras. Es fundamental analizar el suelo, según el uso
y/o utilización que le demos al mismo en nuestra Obra. (MAPFRE RE, 2012)
Desde un punto de vista constructivo, los suelos se clasifican atendiendo a su
integridad y capacidad portante en rocas, suelos granulares y suelos finos.
Rocas
Se definen como rocas los suelos coherentes que son susceptibles de soportar con
escasa deformación el peso de las edificaciones. Atendiendo al tipo de roca, y de
modo orientativo, las tensiones admisibles sobre el terreno en la cota de apoyo de la
cimentación se muestran en la tabla siguiente.
Tabla 3. Condiciones admisibles en Roca
Fuente: Mapfre re,( 2012)
20
Los valores apuntados son válidos suponiendo que la cimentación se sitúa sobre
roca no meteorizada. Los macizos rocosos con discontinuidades inclinadas,
especialmente en las cercanías de taludes, deben ser objeto de análisis especial,
salvo que se indique, no se admiten discontinuidades con separaciones inferiores a
un metro.
Se considera roca diaclasada cuando la roca está decolorada en la pared, la
meteorización empieza a penetrar hacia el interior de la roca desde las
discontinuidades y el material es notablemente más débil en la pared que en la roca
sana aunque este material débil representa menos del 50% del total.
Las rocas calizas, areniscas y rocas pizarrosas con separaciones pequeñas entre
los planos de estratificación así como las demás que estén muy diaclasadas o
meteorizadas requieren un estudio específico.
Se considera que existe una meteorización alta cuando más de la mitad del
material se encuentra descompuesto a suelo
Suelos granulares
Este tipo de suelos está constituido por materiales de origen sedimentario en los
que el porcentaje de material fino (limos y arcillas) es inferior al 35% en peso. Los
valores de tensión admisible que se consideran para este tipo de suelo se suponen
para anchos de cimentación mayores o iguales a 1 m y nivel freático situado a una
profundidad mayor al ancho de la cimentación por debajo de ésta. (MAPFRE RE,
2012)
21
Tabla 4. Condiciones admisibles en suelos granulares
Fuente: Mapfre re,( 2012)
Suelos finos
Los suelos finos están también constituidos por materiales detríticos pero en ellos
el porcentaje de elementos finos es superior al 35% en peso. Las tensiones
admisibles en estos suelos que se muestran en la tabla siguiente son orientativos y
cuando sean suelos finos normalmente consolidados y ligeramente sobre
consolidados en los que sean de esperar asientos de consolidación así como en los
suelos arcillosos potencialmente expansivos deberán ser objeto de un estudio
especial. (MAPFRE RE, 2012)
Tabla 5. Condiciones admisibles en suelos finos
Fuente: Mapfre re,( 2012)
22
2.3.2 Capacidad Portante.
En la actualidad es necesario e importante realizar estudios de suelo a fin de
conocer la estratigrafía del terreno, conocer su capacidad portante, asentamientos
máximos entre otros parámetros que nos ayudaran a optar por un sistema de
cimentación, que dé como resultado el diseño y construcción de estructuras con
cimentaciones adecuadas que puedan brindar seguridad a las edificaciones frente a
las solicitaciones de servicio como a un evento extremo como lo son los sismos.
Para el presente trabajo de titulación, los estudios de suelo han sido realizados de
antemano por lo que se adjuntara una síntesis de dichos ensayos en las cuales se
describirá las conclusiones y recomendaciones a ser consideradas en el análisis y
diseño en el siguiente capítulo.
2.3.2.1 Análisis de los Estudios de Suelos.
El siguiente resumen de estudios de suelo del proyecto fue proporcionado por el
GAD de Tosagua, el mismo que se detalla a continuación:
Descripción del proyecto
El proyecto comprende la Construcción de área de oficinas, vías de acceso, patio
de maniobras, plazoleta etc., e mismo que servirá como infraestructura para satisfacer
las necesidades físicas de personal que labora en el palacio municipal, así como
también a la ciudadanía en general.
23
Características de los suelos explorados
El área se encuentra ubicada en la Ciudadela Pensilvania a un lado de la Iglesia
Católica de la ciudad de Tosagua, en una explanada que aún mantiene su hábitat
natural.
Luego de hacer los respectivos sondeos, se pudo constatar que su perfil
estratigráfico es muy homogéneo, los suelos están constituidos por una capa de
material de relleno de 50 cm de espesor en una parte del terreno (en la esquina de la
calle María Teresa Palma y 1a Transversal. Luego de estos encontramos limo-
arenoso de color café oscuro y de acuerdo a la clasificación SUCS pertenecen al
grupo ML, los mismos que son Limos inorgánicos y arenas muy finas, limos limpios,
arenas finas, limosas o arcillosas, o limos arcillosos con ligera plasticidad.
Resultados
En base a los valores obtenidos en los ensayos tanto de campo (S.P.T.) con los
números de golpes como laboratorio y recurriendo a ecuaciones propuestas por
Meyerhof puede calcularse la capacidad de carga admisible, además de los valores
N (SPT), los asentamientos máximos serán de 1,2 cm.
Criterios y recomendaciones para la cimentación
La capacidad portante promedio en el estrato a cimentar es de 9.53 Ton/m2.
El nivel freático se encuentra a 2,10 m metros del nivel de terreno actual.
Para la construcción de áreas estructurales, así como áreas de plazas y
parqueaderos se recomienda lo siguiente:
Para el tipo de cimentación y de acuerdo a la carga admisible, se recomienda a
trabajar con el diseño indicado en los estudios respectivos, este tipo de cimentación
24
es para sustentar muros de carga, o pilares alineados relativamente próximos, en
terreno de resistencia baja, media o alta. El factor de seguridad en este caso fs será
de 3.
En las áreas en donde se construirá las zapatas se deberá excavar hasta una
profundidad de 2.00 m y recompensarla con material de piedra bola, y a la vez servirá
como material filtrante de las aguas superficiales en un espesor de 40 cm, mas capas
de 20 cm de material de mejoramiento hasta llegar a nivel de construcción.
Luego de esto se tendrá que hacer rellenos con materiales gravosos ya sean estos
sub-base clase 3 o mejoramiento cribado tamaño máximo de 4 pulgadas.
2.3.2.2 El coeficiente de Balasto.
Se presenta una tabla con diferentes valores del módulo de reacción del Suelo
(conocido también como Coeficiente de Balasto o Modulo de Winkler) en función
de la resistencia admisible del terreno en cuestión.Estos Valores de la constante
elástica del terreno están dados en Kg/Cm3 y la Resistencia del suelo debe ser en
Kg/Cm2 Esta tabla es un resumen de diferentes trabajos en mecánica de suelos que
han realizado el Prof. Terzaghi y otros cinco Ingenieros connotados (en diferentes
épocas).
Tabla 6. Valores del módulo de reacción del Suelo
Fuente: Morrison,(1993)
25
CAPITULO III
MARCO METODOLÓGICO
3.1 Metrado de Cargas
3.1.1 Cargas de Diseño.
Las cargas gravitaciones seleccionadas para el análisis del sistema estructural
son:
Tabla 7. Cargas muertas o de peso propio
a) Acabados de piso 100 kg/m2
b) Novalosa de 15 cm de espesor 300 kg/m2
c) Peso específico del hormigón armado 2400 kg/m3
d) Peso de tumbado para losa 11,25 kg/m2
E) Peso de Cubierta 120 kg/m2
Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
26
3.1.2 Cargas de Mampostería.
3.1.2.1 Área de Paredes por Piso.
Tabla 8. Área de paredes por metro cuadrado
Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
3.1.2.2 Peso de Bloques por Metro Cuadrado de Pared.
Ilustración 9: Metro cuadrado de pared Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
27
Ilustración 10: Bloque Liviano PL-9 (39x19x9)cm
Fuente: (Disensa, s.f.)
Tabla 9. Especificaciones Técnicas del bloque
Fuente: (Disensa, s.f.)
Tabla 10. Peso de bloques por metro cuadrado de pared
Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
28
3.1.2.3 Área Total Losa.
Tabla 11. Área de losa por piso
Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
3.1.2.4 Carga Muerta de Pared.
Tabla 12. Carga muerta de pared por piso
Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
29
3.1.3 Sobrecarga Viva.
Para una edificación de uso esencial como lo es un Municipio, la norma NEC-
2015 (tabla 9 – cargas no sísmicas), recomienda las siguientes cargas de diseño:
Edificios de oficinas
3.2 Combinaciones de Carga para el Análisis de Edificios.
Combinaciones básicas
Según la NEC-SE-CG–2015, las estructuras, componentes y cimentaciones,
deberán ser diseñadas de tal manera que la resistencia de diseño iguale o exceda los
efectos de las cargas incrementadas, de acuerdo a las siguientes combinaciones:
Tabla 13. Combinaciones de Carga para diseño
Fuente: Nec,( 2015)
a) Áreas de recepción y corredores del primer piso b) Oficinas c) Corredores sobre el primer piso
480 kg/m2 240 kg/m2 400 kg/m2
30
3.3 Metodología del Análisis Dinámico para la Edificación con Etabs2016 v2.0
3.3.1 Crear un Nuevo Modelo.
Inicialmente definir las unidades y las normativas con las que se va a crear el
modelo estructural, en el transcurso estas se pueden modificar a conveniencia del
usuario, el programa por defecto realiza las transformaciones necesarias , pero es
necesario que se defina unidades al inicio para poder crear el modelo y poder guardar
el archivo , así cuando lo iniciemos nuevamente este se abrirá con las unidades
colocadas al inicio, en este caso colocaremos como unidades las del Sistema
Internacional, así como las normativas correspondientes vigentes tanto para el diseño
de hormigón como para diseño de acero estructural.
Ilustración 11: Creación de un nuevo modelo
Fuente: ETABS, (2016)
31
Previo a esto, se debe de tener definidos los ejes y medidas según la estructura
establecida, el software AutoCAD facilita este trabajo sobre todo en la obtención de
las medidas.
Luego de aceptar el sistema métrico y las normativas, aparece una ventana, donde
se indican las dimensiones de los ejes definidos.
Ilustración 12: Creación de los ejes donde se colocaran las secciones
Fuente: ETABS, (2016)
Luego de colocar cuidadosamente los ejes de la estructura y las alturas tanto del
piso master como de los demás pisos, procedemos a hacer clic en “Grid Only” y luego
en el botón “Ok”
Aparece una nueva ventana con los ejes establecidos, que se deben editar con
las medidas precisas obtenidas del AutoCAD
32
Ilustración 13: Creación de ejes definidos en AutoCAD.
Fuente: ETABS, (2016)
Una vez concluido estos pasos aparecerán 2 ventanas, una en 2D y otra en 3D en
las cuales se mostraran las líneas de referencia (Grid’s), en la cual se colocaran las
secciones definidas en los planos estructurales
33
3.3.2 Definición de los Materiales a Utilizar.
Damos clic en el Menú: “Define”, “Material Properties”, en el cual seleccionamos:
4000 psi (Concreto) y presionamos Modify/Show Material.
Ilustración 14: Definir materiales a utilizar
Fuente: ETABS, (2016)
Modificamos las propiedades del Concreto según lo establecido en el diseño
hormigón de f’c= 210 kg/cm2 para vigas y hormigón de f’c= 240 kg/cm2 para
columnas.
Ilustración 15: Modificación de las propiedades de los materiales
Fuente: ETABS, (2016)
34
En nuestro caso en particular, definimos el material de acero A36, para la viga
rectangular de acero que sirve de nervio para la Losa Metálica
3.3.3 Definición de las Secciones (Columna y Viga).
Damos clic en el menú “Define” “Frame Sections”, en las opciones buscamos
“Add New Property” elegimos el material “Concrete” ( en el caso de las vigas de
hormigón y las columnas ) y seleccionamos “rectangular”, así como “Steel” para la
viga metálica que trabaja como nervio para la losa metálica , ingresemos las
dimensiones, le damos un nombre y se elige el material especificado para cada
sección.
o f’c=210 Kg/cm2 para vigas
o f’c=240 Kg/cm2 para columnas
o A36: para la viga metálica
Ilustración 16: Creación de las secciones estructurales
Fuente: ETABS, (2016)
35
Ilustración 17: Secciones estructurales
Fuente: ETABS, (2016)
3.3.4 Asignación de los Elementos Tipo “Columna” al Modelado.
Lo siguiente en el modelo es darle secciones a las líneas de referencia “GRID”,
este programa puede facilitar la colocación de los elementos simultáneamente en
varios niveles, tan solo trabajando en una planta, luego estos elementos estructurales
son añadidos al modelo.
- En primer lugar se debe tener una vista en planta del modelo o “Plan View”, en
cualquiera de los pisos o “stories”, para colocar las Columnas.
- En la parte inferior de la pantalla aparece unas opciones como:
“One Story”: Esta elección nos permitirá realizar modificaciones en el piso o
“story” en el que tenemos la vista
Ilustración 18: Opciones de trabajo por piso
Fuente: ETABS, (2016)
36
“All Stories”: Esta elección nos permitirá realizar modificaciones en todos los pisos
o “stories” con tan solo trabajar en uno solo.
En nuestro caso seleccionamos “one Story”, ya que nuestra estructura no tiene el
mismo número de columnas en todos los pisos
Se dibuja haciendo clic en la barra.
Ilustración 19: Herramienta para la asignación de columnas al modelo
Fuente: ETABS, (2016)
Aparece una ventana donde debemos elegir la sección que definimos
anteriormente en “Define” - “Frame Sections” y asignamos dando clic en los nudos
donde indican los planos que se necesitan las columnas.
En nuestro caso se debe de tener cuidado con el sentido de las columnas , ya que
la sección no es cuadrada ( 30 x 40) y van en diferentes sentidos con respecto a sus
ejes
Ilustración 20: Modelado en vista 2D y 3D con las columnas asignadas
Fuente: ETABS, (2016)
37
3.3.5 Asignación de los Elementos Tipo “Viga” al Modelado .
Lo siguiente en el modelo es darle secciones a las líneas de referencia “GRID”,
este programa puede facilitar la colocación de los elementos simultáneamente en
varios niveles, tan solo trabajando en una planta, luego estos elementos estructurales
son añadidos al modelo.
Se asignan las vigas haciendo clic en la opción que se muestra en la figura,
aparece una ventana donde se tendrá elegir la sección creada inicialmente en
“Define”“Frame Sections” y se asigna uniendo nudos
Ilustración 21: Herramienta para la asignación de Vigas al modelado
Fuente: ETABS, (2016)
Ilustración 22: Modelado en vista 2D y 3D con vigas asignadas
Fuente: ETABS, (2016)
38
3.3.6 Asignación de los Elementos de Nervio para la “Viga Metálica”.
En primer lugar se debe tener una vista en planta del modelo o “Plan View”, en
cualquiera de los pisos o “stories”, para colocar los nervios para la losa metálica, de
preferencia se deberá iniciar por el primer piso, hasta llegar a la terraza
Se asignan los nervios haciendo clic en la opción que se muestra en la figura,
aparece una ventana donde se tendrá que elegir la sección creada inicialmente en
“Define” “Frame Sections” y se asigna la cantidad de nervios especificados en los
planos en dirección perpendicular al sentido a la losa metálica.
Ilustración 23: Herramienta para la asignación de nervios
Fuente: ETABS, (2016)
Se asigna los nervios por piso “story “de preferencia iniciando desde el primer piso,
hasta llegar al último.
39
Ilustración 24: Modelado en vista 2D y 3D con los nervios asignados
Fuente: ETABS, (2016)
Luego de haber colocados los nervios metálicos, vamos al menú “select““select
“, damos clic en “ frame section “ y seleccionamos el nervio metálico
Ilustración 25: Selección de los nervios de todo el modelo
Fuente: ETABS, (2016)
40
Ilustración 26: Liberar de momento a los nervios
Fuente: ETABS, (2016)
Una vez seleccionados los nervios metálicos, vamos al menú “Assing” – “Frame”-
“Releases”, en el cual habilitamos el “Moment 33 (Major)” tanto en “star” como en
“end”, luego damos clic al botón “ok”.
Ilustración 27: Modelado vista en 2D de nervios Liberados de Momento
Fuente: ETABS, (2016)
41
3.3.7 Asignación de los Elementos de Area Tipo Shell (Losa Metálica).
Por facilidad del usuario, se debe ubicar el modelo en cada una de las vistan vistas
en planta para colocar los elementos de área (Losa) y se va colocando la losa piso
por piso.
Ilustración 28: Modelado de la estructura en 2D y 3D con la losa asignada
Fuente: ETABS, (2016)
3.3.8 Asignación de Restricciones en los Apoyos.
Seleccionamos en la base todos los nudos que conforman la cimentación.
En el Menu: “Assign” “Joint” ” Restraints”.
Luego restringir el movimiento en todas las direcciones “empotrar”
42
Ilustración 29: Asignación de empotramiento de la base de las columnas
Fuente: ETABS, (2016)
3.3.9 Definir los Tipos de Carga Estática.
Nos colocamos en el Menú: “Define” “Define Load Patterns” y definimos las
cargas como se muestra en la figura
Ilustración 30: Definir los tipos de carga estática Fuente: ETABS, (2016)
43
“Dead” para la Carga Muerta, colocamos 1 en la opción “Self Weigth Multiplier”
para que el programa tome en cuenta la carga gravitacional de las vigas, columnas y
losa colocadas.
También definimos la carga “Live” para la carga viva, colocamos 0 en la opción
“Self Weigth Multiplier”.
3.3.10 Definir “Mass Source” para el Análisis Dinámico.
En el Menú: “Define” “Mass Source”, se indica la consideración de la masa para
el análisis dinámico, la NEC-2015 lo define como W=Dead (carga muerta).
Tabla 14. Consideración de la carga para el análisis Dinámico
Fuente: Nec,( 2015)
Ilustración 31: Asignación del Mass Source Fuente: ETABS, (2016)
44
3.3.11 Definir el Espectro de Aceleración Según Norma NEC- 2015.
Nos ubicamos en el Menú: “Define” “Functions” “Response Espectrum”
donde se nos abrirá una ventana, en la cual seleccionaremos nuestra norma, en este
caso “ECUADOR NORMA NEC-SE-DS-2015” y damos clic en “Add new fuction”
Ilustración 32: Creación del espectro de respuesta para el análisis dinámico Fuente: ETABS, (2016)
Luego nos aparece esta ventana, donde agregaremos los coeficientes requeridos
por el espectro, todos estos valores los encontramos en la norma NEC-2015.
45
Ilustración 33: Parámetros del espectro de respuesta Fuente: ETABS, (2016)
En el mapa de zonificación sísmica encontramos el valor de la variable Z, en el cual
Tosagua se encuentra ubicado en la Zona VI.
Ilustración 34: Mapa de zonificación sísmica
Fuente: Nec, (2015)
Para la Zona VI el valor de Z es: Z= 0,5g
46
Tabla 15. Tabla del factor de zona sísmica
Fuente: Nec, (2015)
3.3.11.1 Factor η.
Para el factor η tenemos:
Según la NEC-2015
η= 1.80 : Provincias de la Costa ( excepto Esmeraldas),
η= 2.48 : Provincias de la Sierra, Esmeraldas y Galápagos
η= 2.60 : Provincias del Oriente
Para nuestro caso, nuestra estructura está ubicada en la costa por lo tanto
utilizaremos η= 1.80
3.3.11.2 Coeficientes de Perfil de Suelo Fa, Fd y Fs.
Estos coeficientes lo encontramos, conociendo la zona en la que se encuentra
nuestra Edificación y el tipo de perfil del suelo que tenemos.
Nuestro suelo tiene una capacidad portante de 9,5 T/m2 o 93kpa.
De acuerdo con la NEC-2015 para esta característica, nuestro tipo de perfil de
suelo es el tipo “D”
47
Tabla 16. Tipo de suelo según NEC
Fuente: Nec, (2015)
Luego procedemos a encontrar los coeficientes de perfil de suelo:
Para el coeficiente Fd tenemos: Fd= 1,11
Tabla 17. Tabla de coeficientes según perfil de suelo Fd
Fuente: Nec, (2015)
48
Tabla 18. Tabla de coeficientes según perfil de suelo Fa
Fuente: Nec, (2015)
Para el coeficiente Fs tenemos: Fs= 1,40
Tabla 19. Tabla de coeficientes según perfil de suelo Fa
Fuente: Nec, (2015)
49
3.3.11.3 El Coeficiente de Importancia “I”.
Para estructuras de ocupación especial como lo son edificios públicos que
requieren operar continuamente el coeficiente de Importancia es:
I= 1,3
Tabla 20. Coeficientes de importancia
Fuente: Nec, (2015)
3.3.11.4 El Factor de Reducción de Resistencia Sísmica “R”.
El factor de reducción de resistencia sísmica “R” para nuestra estructura es:
R: 8
Tabla 21. Factor de reducción de resistencia sísmica
Fuente: Nec, (2015)
50
Como el espectro de respuesta que se crea en el ETABS no considera
irregularidades estructurales, afectamos el factor “R” por los coeficientes de
irregularidades tanto en planta como en elevación, quedándonos como resultado
R= 8* 0,9(irregularidad en planta) * 0,9 (irregularidad en elevación)= 6,48
Nuestra estructura es irregular tanto en planta como en elevación.
Luego de colocar todos los datos, damos clic en “Convert to user defined” y luego
damos “ok” y nuestro espectro se guardara
Ilustración 35: Espectro definido para el análisis dinámico de la estructura
Fuente: ETABS, (2016)
51
3.3.12 Definir los Casos de Respuesta Espectral.
En el Menú: “Define” “Load Cases” se abre una ventana en el cual debemos
dar clic en modificar y especificar las características del sismo, como se indica en la
figura.
Ilustración 36: Casos de respuesta Espectral
Fuente: ETABS, (2016)
U1 es la dirección X, U2 es la dirección en Y y UZ es la dirección en Z, en este
caso colocaremos la gravedad, ya que no la consideramos en el espectro de
aceleraciones creado.
52
Ilustración 37: Asignación de la gravedad para el análisis dinámico
Fuente: ETABS, (2016)
U1= se coloca el 100% de la gravedad
U2= se coloca el 30% de la gravedad
U3= se colocan 2/3 de la gravedad
3.3.13 Definir las Combinaciones de Carga Según la Norma NEC-15.
En este punto se procede a configurar las combinaciones de carga con las cuales
se van a determinar las solicitaciones máximas que tendrá nuestra estructura.
En nuestro caso utilizaremos las combinaciones recomendadas por la NEC-2015.
En el Menú “Define “ “Load Combinations”, se abre una ventana, damos clic en
“Add New Combo” y colocamos las combinaciones recomendadas como lo indica en
las siguiente ilustración:
53
Ilustración 38: Combinaciones de carga para el diseño
Fuente: ETABS, (2016)
54
Ilustración 39: Combinaciones de carga para el diseño, 2
Fuente: ETABS, (2016)
55
3.3.14 Definir Diafragmas Rígidos.
Primeramente seleccionamos todo el entrepiso con el mouse haciendo clic en la
parte inferior derecha y sin soltar el botón nos trasladamos hasta la parte superior
izquierda, revisando que todo el entrepiso quede dentro del rectángulo de selección
Luego hacemos clic en el Menú: “Assign” “Shell” “Diaphragms”, aparece una
ventana donde proporcionaremos un clic en “Add New Diaphragm” se debe digitar
el nombre para el primer piso que puede ser D1, y damos “Ok”, y así
simultáneamente con los siguientes pisos.
Ilustración 40: Procedimiento para asignar diafragmas rígidos a la estructura
Fuente: ETABS, (2016)
56
3.3.15 Ejecutar el Análisis del Modelo.
Lo primero que debemos hacer es grabar el modelo, aunque esto se debe hacer
en todo momento en el transcurso del modelado.
Luego vamos al Menú “Analize” “Set Active Degrees of freedom”, en el cual
seleccionaremos “FULL 3D” y damos “OK”.
Ilustración 41: Activación del análisis en 3D
Fuente: ETABS, (2016)
Luego vamos a “Analize” “Set load cases to Run “damos clic en “calculate
diaphragm centers of rigidity”, luego Iniciamos el análisis del programa dando clic el
botón de “Run Now”.
57
Ilustración 42: Análisis final del modelado
Fuente: ETABS, (2016)
Segundos después, aparece una ventana con el mensaje “Analysis Complete”,
dando a conocer que ya podemos ver los resultados del análisis estructural.
3.3.16 Análisis de Resultados Obtenidos del Modelo.
3.3.16.1 Control de Desplazamientos Laterales Relativos de Entrepiso
Tabla 22. Cuadro de derivas
Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
58
CAPITULO IV
ANÁLISIS DE INFORMACIÓN Y PROPUESTAS
4.1 Análisis de la Cimentación Existente.
En el plano #1 anexado se podrá observar la cimentación existente con sus
dimensiones y su respectivo diseño estructural.
4.1.1 Análisis por Esfuerzo de Contacto.
El esfuerzo de contacto es la descarga que realiza la cimentación hacia el suelo
por efecto de las cargas de estructura
Tabla 23. Esfuerzos de contacto
Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
COLUMNASCARGAS
TON
AREAS
M2
ESFUERZO DE
CONTACTO
ESFUERZO
ADMISIBLE
DEL SUELO
TON/M2
DEMANDA/
CAPACIDAD
H9 15,6816 6,25 2,509056 9,53 0,26 CUMPLE CAPACIDAD
H8 32,939676 6,25 5,27034816 9,53 0,55 CUMPLE CAPACIDAD
H7 35,068788 6,25 5,61100608 9,53 0,59 CUMPLE CAPACIDAD
H6 48,004488 6,25 7,68071808 9,53 0,81 CUMPLE CAPACIDAD
H5 38,628792 6,25 6,18060672 9,53 0,65 CUMPLE CAPACIDAD
H3 12,688812 6,25 2,03020992 9,53 0,21 CUMPLE CAPACIDAD
G9 32,00958 6,25 5,1215328 9,53 0,54 CUMPLE CAPACIDAD
G8 55,834056 8,41 6,639007848 9,53 0,70 CUMPLE CAPACIDAD
G7 50,09418 8,41 5,956501784 9,53 0,63 CUMPLE CAPACIDAD
G6 71,696988 8,41 8,525206659 9,53 0,89 CUMPLE CAPACIDAD
G5 60,95682 6,25 9,7530912 9,53 1,02 REVISAR AREA
G3 21,872484 6,25 3,49959744 9,53 0,37 CUMPLE CAPACIDAD
F9 33,894828 6,25 5,42317248 9,53 0,57 CUMPLE CAPACIDAD
F8 52,269084 6,25 8,36305344 9,53 0,88 CUMPLE CAPACIDAD
F7 31,9275 5,29 6,035444234 9,53 0,63 CUMPLE CAPACIDAD
F6 52,722036 6,25 8,43552576 9,53 0,89 CUMPLE CAPACIDAD
F5 47,742156 6,76 7,062449112 9,53 0,74 CUMPLE CAPACIDAD
F3 28,895508 5,29 5,462288847 9,53 0,57 CUMPLE CAPACIDAD
E9 33,13386 6,25 5,3014176 9,53 0,56 CUMPLE CAPACIDAD
E8 56,634768 6,25 9,06156288 9,53 0,95 CUMPLE CAPACIDAD
E7 50,379948 5,29 9,52361966 9,53 1,00 REVISAR AREA
E6 56,466072 6,25 9,03457152 9,53 0,95 CUMPLE CAPACIDAD
E5 53,41734 6,5 8,218052308 9,53 0,86 CUMPLE CAPACIDAD
E3 27,718524 5,29 5,239796597 9,53 0,55 CUMPLE CAPACIDAD
D9 32,284548 6,25 5,16552768 9,53 0,54 CUMPLE CAPACIDAD
D8 59,066388 8,41 7,023351724 9,53 0,74 CUMPLE CAPACIDAD
D7 57,420468 8,41 6,827641855 9,53 0,72 CUMPLE CAPACIDAD
D6 59,734908 8,41 7,102842806 9,53 0,75 CUMPLE CAPACIDAD
D5 44,95986 6,25 7,1935776 9,53 0,75 CUMPLE CAPACIDAD
D3 29,903796 6,25 4,78460736 9,53 0,50 CUMPLE CAPACIDAD
C9 30,74058 6,25 4,9184928 9,53 0,52 CUMPLE CAPACIDAD
C8 59,12622 8,41 7,030466112 9,53 0,74 CUMPLE CAPACIDAD
C7 57,591324 8,41 6,847957669 9,53 0,72 CUMPLE CAPACIDAD
C6 59,949072 8,41 7,128308205 9,53 0,75 CUMPLE CAPACIDAD
C5 47,215116 6,25 7,55441856 9,53 0,79 CUMPLE CAPACIDAD
C3 19,883664 6,25 3,18138624 9,53 0,33 CUMPLE CAPACIDAD
B9 15,666264 6,25 2,50660224 9,53 0,26 CUMPLE CAPACIDAD
B8 34,125408 6,25 5,46006528 9,53 0,57 CUMPLE CAPACIDAD
B7 33,265404 6,25 5,32246464 9,53 0,56 CUMPLE CAPACIDAD
B6 32,789016 6,25 5,24624256 9,53 0,55 CUMPLE CAPACIDAD
B5 27,580608 6,25 4,41289728 9,53 0,46 CUMPLE CAPACIDAD
B3 10,552248 6,25 1,68835968 9,53 0,18 CUMPLE CAPACIDAD
59
En el cuadro calculo presentado podemos observar que, en la cimentación
existente 2 zapatas aisladas están al límite de la capacidad portante del suelo, lo cual
puede ocasionar el fallo de la cimentación por asentamiento diferencial.
4.1.2 Análisis por Cortante de la Cimentación Existente.
Se realizara un cálculo tipo y luego se elaborara un cuadro de calculo para facilitar
el analisis
Ilustración 43: Dimensiones de la zapata en análisis
Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
∅𝑉𝑛 ≥ 𝑉𝑐
𝑉𝐶 = 𝐵 ∗ 𝑞𝑎𝑑𝑚 ∗ (𝐵 − 𝑎
2− 𝑑)
Donde:
𝑉𝐶= cortante actuante en el cimiento
B= ancho del cimiento
d= peralte efectivo del cimiento
a= ancho de la columna
qadm= esfuerzo admisible del estrato a cimentar
60
𝑉𝐶 = 290𝑐𝑚 ∗ 0,95 𝐾𝑔
𝑐𝑚2∗ (
290𝑐𝑚 − 30𝑐𝑚
2− 25𝑐𝑚)
𝑉𝐶 = 28,9275 𝑇𝑜𝑛
∅𝑉𝑛 = ∅ ∗ 053 ∗ √𝑓´𝑐 ∗ 𝐵 ∗ 𝑑
d= peralte efectivo del cimiento
f’c= resistencia a la compresion del concreto
B = ancho del cimiento
∅= factor de reducción
𝑉𝑛= cortante nominal
∅𝑉𝑛 = 0,75 ∗ 0,53 ∗ √210𝐾𝑔
𝑐𝑚2∗ 290𝑐𝑚 ∗ 25𝑐𝑚
∅𝑉𝑛 = 41,76 𝑇𝑜𝑛
∅𝑉𝑛 ≥ 𝑉𝑐 Ok, el cimiento cumple por cortante
En la siguiente tabla se muestra que todos los cimientos analizados por cortante
cumplen la solicitación.
61
Tabla 24. Análisis de cada zapata aislada por cortante
Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
H9 210 250 250 30 40 40 25 0,953 0,53 <1 ok
H8 210 250 250 30 40 30 25 0,953 0,53 <1 ok
H7 210 250 250 30 40 30 25 0,953 0,53 <1 ok
H6 210 250 250 30 40 30 25 0,953 0,53 <1 ok
H5 210 250 250 30 40 30 25 0,953 0,53 <1 ok
H3 210 250 250 30 40 40 25 0,953 0,53 <1 ok
G9 210 250 250 30 40 40 25 0,953 0,53 <1 ok
G8 210 290 290 30 40 40 25 0,953 0,66 <1 ok
G7 210 290 290 30 40 40 25 0,953 0,66 <1 ok
G6 210 290 290 30 40 40 25 0,953 0,66 <1 ok
G5 210 250 250 30 40 30 25 0,953 0,53 <1 ok
G3 210 250 250 30 40 30 25 0,953 0,53 <1 ok
F9 210 250 250 40 30 40 35 0,953 0,35 <1 ok
F8 210 250 250 40 30 40 35 0,953 0,35 <1 ok
F7 210 230 230 40 30 40 35 0,953 0,31 <1 ok
F6 210 250 250 40 30 40 35 0,953 0,35 <1 ok
F5 210 260 260 30 40 40 25 0,953 0,56 <1 ok
F3 210 230 230 40 50 30 35 0,953 0,26 <1 ok
E9 210 250 250 40 30 30 35 0,953 0,35 <1 ok
E8 210 250 250 40 30 40 35 0,953 0,35 <1 ok
E7 210 250 250 40 30 40 35 0,953 0,35 <1 ok
E6 210 250 250 40 30 40 35 0,953 0,35 <1 ok
E5 210 260 260 30 40 40 25 0,953 0,56 <1 ok
E3 210 230 230 40 50 40 35 0,953 0,26 <1 ok
D9 210 250 250 40 30 30 35 0,953 0,35 <1 ok
D8 210 290 290 30 40 30 25 0,953 0,66 <1 ok
D7 210 290 290 30 40 40 25 0,953 0,66 <1 ok
D6 210 290 290 30 40 40 25 0,953 0,66 <1 ok
D5 210 250 250 30 40 40 25 0,953 0,53 <1 ok
D3 210 250 250 30 40 40 25 0,953 0,53 <1 ok
C9 210 250 250 40 30 50 35 0,953 0,35 <1 ok
C8 210 290 290 30 40 50 25 0,953 0,66 <1 ok
C7 210 290 290 30 40 50 25 0,953 0,66 <1 ok
C6 210 290 290 30 40 50 25 0,953 0,66 <1 ok
C5 210 250 250 30 40 50 25 0,953 0,53 <1 ok
C3 210 250 250 40 0 50 35 0,953 0,43 <1 ok
B9 210 250 250 30 30 40 25 0,953 0,56 <1 ok
B8 210 250 250 30 30 40 25 0,953 0,56 <1 ok
B7 210 250 250 30 30 40 25 0,953 0,56 <1 ok
B6 210 250 250 30 30 40 25 0,953 0,56 <1 ok
B5 210 250 250 30 30 40 25 0,953 0,56 <1 ok
B3 210 250 250 30 30 50 25 0,953 0,56 <1 ok
c1Zapata f´c B L h
19060 36002,0141
D/Cc2 d (cm) q adm
19060 36002,0141
19060 36002,0141
19060 36002,0141
19060 36002,0141
19060 36002,0141
19060 36002,0141
27637 41762,33636
27637 41762,33636
27637 41762,33636
19060 36002,0141
19060 36002,0141
17868,75 50402,81975
17868,75 50402,81975
14247,35 46370,59417
17868,75 50402,81975
21061,3 37442,09467
12055,45 46370,59417
17868,75 50402,81975
17868,75 50402,81975
17868,75 50402,81975
17868,75 50402,81975
21061,3 37442,09467
12055,45 46370,59417
17868,75 50402,81975
27637 41762,33636
27637 41762,33636
27637 41762,33636
19060 36002,0141
19060 36002,0141
17868,75 50402,81975
27637 41762,33636
27637 41762,33636
27637 41762,33636
19060 36002,0141
21442,5 50402,81975
20251,25 36002,0141
20251,25 36002,0141
20251,25 36002,0141
20251,25 36002,0141
20251,25 36002,0141
20251,25 36002,0141
62
4.1.3 Análisis por Puzonamiento de la Cimentación Existente.
De manera similar, se realizara un cálculo tipo y luego se elaborara un cuadro de
cálculo para facilitar el análisis.
∅Vn ≥ Vu
∅Vn = ∅ ∗ 1,1 ∗ √f´c ∗ bo ∗ d
d= peralte efectivo del cimiento
f’c= resistencia a la compresion del concreto
bo = ancho de la columna mas el peralte efectivo del cimento ( b+d)
∅= factor de reducción
Vn= cortante nominal
∅Vn = 0,75 ∗ 1,1 ∗ √210Kg
cm2∗ 65cm ∗ 25cm
∅Vn = 19,42 TON
∅Vn ≥ Vu
Vu = Pu − (a + d) ∗ (b + d) ∗ q adm
Vu=cortante actuante
pu = 1,2 D + 1,6 L + 0,08D ; Pu= carga axial actuante en el cimiento
a= Ancho posterior de la columna
b= Ancho de la columna
d = peralte efectivo del cimiento
Vu = 37,91ton − (0,40m + 0,25m) ∗ (0,50m + 0,25m) ∗ 9,5 Ton
m2
Vu = 33,27 TON
63
∅Vn < Vu ;El cimiento no cumple la solicitación por puzonamiento.
En la siguiente tabla se muestra el análisis de los demás miembros de la
cimentación, reflejando así la deficiencia de la cimentación por puzonamiento.
64
Tabla 25. Análisis de cada zapata aislada por punzonamiento
Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
CARGA PU
H9 210 250 250 30 30 40 10176,30 30 0,95 0,29 <1 ok
H8 210 250 250 30 40 30 19745,64 30 0,95 0,63 <1 ok
H7 210 250 250 30 40 30 21044,88 30 0,95 0,68 <1 ok
H6 210 250 250 30 40 30 32211,76 30 0,95 1,12 <1 falla
H5 210 250 250 30 40 30 28435,00 30 0,95 0,97 <1 ok
H3 210 250 250 30 30 40 10204,81 30 0,95 0,29 <1 ok
G9 210 250 250 30 30 40 19169,89 30 0,95 0,71 <1 ok
G8 210 290 290 30 30 40 32347,40 30 0,95 1,32 <1 falla
G7 210 290 290 30 30 40 29658,42 30 0,95 1,19 <1 falla
G6 210 290 290 30 30 40 45509,80 30 0,95 1,93 <1 falla
G5 210 250 250 30 40 30 44833,50 30 0,95 1,63 <1 falla
G3 210 250 250 30 40 30 19280,48 30 0,95 0,61 <1 ok
F9 210 250 250 40 30 40 20058,62 30 0,95 0,75 <1 ok
F8 210 250 250 40 30 40 30761,96 30 0,95 1,24 <1 falla
F7 210 230 230 40 30 40 18858,42 30 0,95 0,69 <1 ok
F6 210 250 250 40 30 40 31007,23 30 0,95 1,26 <1 falla
F5 210 260 260 30 30 40 28309,28 30 0,95 1,13 <1 falla
F3 210 230 230 40 40 30 26147,99 30 0,95 0,88 <1 ok
E9 210 250 250 40 40 30 19657,08 30 0,95 0,62 <1 ok
E8 210 250 250 40 30 40 32716,01 30 0,95 1,33 <1 falla
E7 210 250 250 40 30 40 29766,53 30 0,95 1,20 <1 falla
E6 210 250 250 40 30 40 32565,89 30 0,95 1,33 <1 falla
E5 210 260 260 30 30 40 30531,71 30 0,95 1,23 <1 falla
E3 210 230 230 40 30 40 20614,72 30 0,95 0,77 <1 ok
D9 210 250 250 40 40 30 19187,17 30 0,95 0,61 <1 ok
D8 210 290 290 30 40 30 33287,33 30 0,95 1,17 <1 falla
D7 210 290 290 30 30 40 32427,43 30 0,95 1,32 <1 falla
D6 210 290 290 30 30 40 33631,31 30 0,95 1,38 <1 falla
D5 210 250 250 30 30 40 25349,33 30 0,95 0,99 <1 ok
D3 210 250 250 30 30 40 20052,36 30 0,95 0,75 <1 ok
C9 210 250 250 40 40 50 18475,99 30 0,95 0,52 <1 ok
C8 210 290 290 30 40 50 33361,09 30 0,95 1,12 <1 falla
C7 210 290 290 30 40 50 32549,80 30 0,95 1,08 <1 falla
C6 210 290 290 30 40 50 33790,39 30 0,95 1,13 <1 falla
C5 210 250 250 30 40 50 27000,22 30 0,95 0,86 <1 ok
C3 210 250 250 40 40 50 12826,19 30 0,95 0,30 <1 ok
B9 210 250 250 30 40 50 10163,02 30 0,95 0,19 <1 ok
B8 210 250 250 30 40 50 20451,64 30 0,95 0,60 <1 ok
B7 210 250 250 30 40 50 19888,20 30 0,95 0,58 <1 ok
B6 210 250 250 30 40 50 19597,03 30 0,95 0,57 <1 ok
B5 210 250 250 30 40 50 16651,44 30 0,95 0,45 <1 ok
B3 210 250 250 30 40 50 7364,63 30 0,95 0,08 <1 ok
aZapata f´c B L h b d (cm) q adm V_u=Pu-(a+d)*(b+d)*q adm ∅V_n=∅*1,1*√(f´c)*bo*dPU=1,2D+1,6L+0,08D
6186,3 21519,69447
15755,64 25106,31021
D/C
17054,88 25106,31021
28221,756 25106,31021
24444,996 25106,31021
6214,812 21519,69447
15179,892 21519,69447
28357,404 21519,69447
25668,42 21519,69447
41519,796 21519,69447
40843,5 25106,31021
15290,484 25106,31021
16068,624 21519,69447
26771,964 21519,69447
14868,42 21519,69447
27017,232 21519,69447
24319,284 21519,69447
22157,988 25106,31021
15667,08 25106,31021
28726,008 21519,69447
25776,528 21519,69447
28575,888 21519,69447
26541,708 21519,69447
16624,716 21519,69447
15197,172 25106,31021
29297,328 25106,31021
28437,432 21519,69447
29641,308 21519,69447
21359,328 21519,69447
16062,36 21519,69447
13155,992 25106,31021
28041,092 25106,31021
27229,796 25106,31021
28470,392 25106,31021
21680,216 25106,31021
7506,188 25106,31021
4843,016 25106,31021
15131,636 25106,31021
2044,628 25106,31021
14568,2 25106,31021
14277,032 25106,31021
11331,44 25106,31021
65
La mayoría de las zapatas aisladas o “Plintos” no cumplen con la solicitación
por puzonamiento, por esta razón, se proponen dos sistemas de cimentación
constituidos por zapatas en una y dos direcciones, logrando así superar el déficit de
la cimentación existente como se muestra a continuación.
4.2 Propuestas de Cimentación
Dado el análisis por varios métodos para determinar la cimentación idónea para
esta superestructura, se proponen dos sistemas de cimentación, logrando así
controlar los grandes esfuerzos que genera la misma.
4.2.1 Propuesta Numero 1 (Zapata en 2 Direcciones).
Ilustración 44: Pre visualización de la propuesta de cimentación
Fuente: ETABS, (2016)
66
Primeramente realizamos un pre dimensionamiento del ancho de la zapata por
medio del método de matrices de carga el cual nos deja como resultado los siguientes
anchos de zapata.
67
4.2.1.1 Predimensionamiento de Zapata en 2 Direcciones.
Tabla 26. Matriz de Luces
Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
MATRIZ DE LUCES
Luces B C D E F G H
Ejes - 4.85 4.85 4.95 5.05 5.00 4.85
- 4.85 9.70 14.65 19.70 24.70 29.55
10 - 24.22 - 2.43 4.85 4.90 5.00 5.03 4.93 2.43 DISTANCIAS MEDIAS ENTRE EJES (X)
9 - 24.22 -
8 - 24.22 -
7 - 24.22 -
6 4.85 24.22 2.43
5 4.90 19.37 4.88
4 5.00 14.47 4.95
3 5.10 9.47 5.05
2 4.37 4.37 4.74
1 - - 2.19
DISTANCIAS MEDIAS ENTRE EJES (Y)
68
Tabla 27. Matriz de cargas muertas
Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
Tabla 28. Matriz de cargas vivas
Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
69
Tabla 29. Matriz de cargas de servicio
Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
Tabla 30. Ancho de las zapatas en x
Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
MATRIZ DE CARGAS (Ton) SERVICIO (D+L)
Luces
Ejes B C D E F G H
10 - - - - - - -
9 - - - - - - -
8 - - - - - - -
7 - - - - - - -
6 14.51 28.46 29.89 30.68 31.38 29.64 14.52
5 31.60 54.75 54.69 52.44 48.40 51.70 30.50
4 30.80 53.33 53.17 46.65 29.56 46.38 32.47
3 30.36 55.51 55.31 52.28 48.82 66.39 44.45
2 25.54 43.72 41.63 49.46 44.21 56.44 35.77
1 9.77 18.41 27.69 25.67 26.76 20.25 11.75
ANCHO DE ZAPATAS CORRIDAS 2 DIRECCIONES EN CADA EJE
ZAPATA 2 DIRECCIONES
ANCHOS EN X
f'c = 240.00 Kg/cm2 ancho zapata Caso 1 = Zapata concentrica
bw = 0.25 m Min 25 cm ancho viga Caso 2 = Zapata excentrica
Factor Correcccion = 0.8
Suma Eix repart Lz
Ejes m Bi requerido Bi proporcionado Caso xf Eu ix repart qu Mu d por flexión d proporcionado Vu ØV c Condicion
m 1 o 2 m Ton Ton/m2 Ton-m/m cm cm Ton/m Ton/m
10 - - - - - - - - - - - - d Cumple
9 - - - - - - - - - - - - d Cumple
8 - - - - - - - - - - - - d Cumple
7 - - - - - - - - - - - - d Cumple
6 107.913 30.35 0.68 0.90 1.00 0.33 146.79 3.95 0.21 4.90 15.00 (0.58) 9.24 d Cumple
5 142.313 30.35 0.90 0.90 1.00 0.33 194.90 5.21 0.28 5.62 15.00 (0.76) 9.24 d Cumple
4 124.434 30.35 0.79 0.90 1.00 0.33 170.19 6.23 0.33 6.15 15.00 1.09 9.24 d Cumple
3 147.417 30.35 0.93 0.90 1.00 0.33 201.20 7.37 0.39 6.69 15.00 1.29 9.24 d Cumple
2 128.880 30.35 0.82 0.90 1.00 0.33 174.61 6.39 0.34 6.23 15.00 1.12 9.24 d Cumple
1 87.518 30.35 0.55 0.90 1.00 0.33 113.17 4.14 0.22 5.02 15.00 0.73 9.24 d Cumple
70
Tabla 31. Ancho de las zapatas en y
Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
Con este pre dimensionamiento procedemos a modelar en el programa ETABS 2016 haciendo uso del modelo creado para
obtener las cargas usadas anteriormente y el coeficiente de balasto para observar así la reacción del suelo mediante las cargas
impuestas al terreno de cimentación y obtener así el diseño óptimo de la zapata
ZAPATAS EN 2 DIRECCIONES
ANCHOS EN Y
Ejes A B C D E F
Suma Eiy Repart 91.06 119.50 120.96 117.25 102.74 126.24
Lz 24.62 24.62 24.62 24.62 24.62 24.62
Bi requerido 0.71 0.93 0.94 0.92 0.80 0.99
Bi proporcionado 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 1.00
71
4.2.1.2 Modelado de la Zapata en dos Direcciones en ETABS 2016.
Ilustración 45: Sección de la zapata a modelar
Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
Primeramente creamos una losa tipo “Shell” para poder simular la altura
de la zapata “h” .En nuestro caso nuestra zapata tiene un h=20cm por lo cual
nuestro “Shell” será de 20cm.
Ilustración 46: Creación de la zapata para análisis
Fuente: ETABS, (2016)
72
Procedemos a crear la viga de cimentación, que será de 25 cm x 60 cm
Ilustración 47: Creación de la viga de zapata
Fuente: ETABS, (2016)
Luego la colocamos sobre los apoyos de la superestructura y también se
agrega la losa.
Ilustración 48: Asignación del Shell de zapata y la viga para análisis
Fuente: ETABS, (2016)
73
Luego de esto colocamos “Opening’s”, simulando la separación entre
zapatas, se coloca el ancho pre dimensionado anteriormente
correspondientemente.
Ilustración 49: Zapata modelada
Fuente: ETABS, (2016)
Luego seleccionamos cada uno de los apoyos de las columnas y se le
asignan las siguientes restricciones.
Ilustración 50: Asignación de restricciones
Fuente: ETABS, (2016)
74
Ahora con la herramienta “spring “asignamos el coeficiente de balasto a la
zapata
El coeficiente de balasto a utilizar es de 2,11 kg/cm3 (Morrison, 1993)
Ilustración 51: Asignación del coeficiente de balasto a la Cimentación
Fuente: ETABS, (2016)
Una vez asignado el coeficiente de balasto a la cimentación realizamos el
análisis en el programa
Ilustración 52: Iniciar el análisis de la zapata
Fuente: ETABS, (2016)
75
Procedemos a verificar la presión del suelo, colocamos la opción “Soil
Pressure” y revisamos cada apoyo.
Ilustración 53: Verificación de la presión del suelo
Fuente: ETABS, (2016)
Ilustración 54: Análisis de la Cimentación Propuesta
Fuente: ETABS, (2016)
76
Una vez revisado cada apoyo y verificado que no sobrepase la capacidad
portante, podemos proceder al diseño tanto de la zapata como de la viga
4.2.1.3 Diseño de la Cimentación Propuesta.
Diseño de la zapata a flexión
Ilustración 55 : Sección de la Zapata a analizar Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
ΣQ=110,5364 Ton sumatoria total de cargas que soporta la zapata
𝑃𝑢 =1.4 ∗ ΣQ
𝐿𝑡
Donde:
ΣQ= sumatoria total de cargas que soporta la zapata
Lt= longitud total de la zapata
𝑃𝑢 =1.4 ∗ 110,5364 𝑇𝑜𝑛
22.85𝑚
77
𝑃𝑢 = 6,78 𝑇𝑜𝑛
𝑚
Ahora se calcula la carga repartida en todo el cimiento:
𝑊𝑢 =𝑃𝑢
𝐵
Donde:
Pu= la carga repartida en la longitud total de la zapata
B= ancho de la zapata
𝑊𝑢 =6,78
𝑇𝑜𝑛 𝑚
1.00
𝑊𝑢 = 6,78 𝑇𝑜𝑛
𝑚2
Calculamos la longitud del ala de la zapata
𝑋𝑣 =𝐵 − 𝐵𝑤
2
Donde:
B= ancho del cimiento
Bw= ancho de la viga
𝑋𝑣 =1𝑚 − 0,25𝑚
2
𝑋𝑣 = 0,375𝑚
Realizamos el análisis por cortante en el ala de la zapata
∅ ∗ 053 ∗ √𝑓´𝑐 ∗ 𝐵 ∗ 𝑑 > 𝑋𝑣 ∗ 𝑊𝑢 ∗ 1𝑚
d= peralte efectivo del cimiento
f’c= resistencia a la compresion del concreto
B = ancho del cimiento
∅= factor de reducción
Xv= longitud del ala de la zapata
Wu= la carga repartida en el ancho del cimento
0,75 ∗ 053 ∗ √210𝑘𝑔
𝑐𝑚2 ∗ 100𝑐𝑚 ∗ 15𝑐𝑚
1000 > 0,375𝑚 ∗ 6,78 𝑇𝑜𝑛/𝑚2 ∗ 1𝑚
78
8,64 𝑇𝑜𝑛 > 2,5225 𝑇𝑜𝑛 ok, cumple la solicitación
Diseño a flexión
𝑀𝑢 =𝑊𝑢 ∗ 𝑋𝑣3
2
Donde:
Mu= Momento actuante
Wu= carga repartida en el ancho del cimiento
Xv= longitud del ala de la zapata
𝑀𝑢 =6,78𝑇𝑜𝑛 ∗ 0,3753
2
𝑀𝑢 = 0,4767 𝑇𝑜𝑛 − 𝑚
Calculamos el acero
𝐴𝑠 =𝑀𝑢
∅ ∗ 𝑓𝑦 ∗ (𝑑 −𝑎2)
Donde
As= el acero necesario en la seccion
a= bloque de compresion
d= peralte efectivo de la viga
Mu= momento actuante
fy= esfuerzo de fluencia del acero
∅= factor de reducción
𝐴𝑠 =𝑀𝑢
∅ ∗ 𝑓𝑦 ∗ (𝑑 −0,2 ∗ 𝑑
2 )
𝑀𝑢
∅ ∗ 𝑓𝑦 ∗ (0,9 ∗ 𝑑 )
𝑀𝑢 ∗ 100000 (𝑇𝑜𝑛 − 𝑚)
0,9 ∗ 4200 ∗ (0,9 ∗ 𝑑 )
29,3944𝑀𝑢 (𝑇𝑜𝑛 − 𝑚)
𝑑 (𝑐𝑚)
79
𝐴𝑠 = 29,3944𝑀𝑢 (𝑇𝑜𝑛 − 𝑚)
𝑑 (𝑐𝑚)
𝐴𝑠 = 29,39440,4767(𝑇𝑜𝑛 − 𝑚)
15(𝑐𝑚)
𝐴𝑠 = 0,9340𝑐𝑚2
Calculamos el acero minino Asmin = 0,0018 * B * d
Donde
d= peralte efectivo del cimiento
B = ancho del cimiento
Asmin = 0,0018 * 100cm * 15 cm
Asmin =2,70𝑐𝑚2 , se diseña con Acero minino
As = 2,70 𝑐𝑚2 3∅ 12mm = * 1.13= 3,39 𝑐𝑚2 cumple, pero necesita ser par
4∅ 12mm
As colocado = 2,70𝑐𝑚2
As colocado > As ok
Ilustración 56 : Sección de la Zapata diseñada Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
80
El detalle de las demás zapatas se podrá apreciar en planos estructurales
adjuntados
Diseño de la viga de zapata a flexión
Se realizara un cálculo tipo y luego se mostraran los resultados para facilitar
el analisis
Viga de zapata eje 1 ( Z1)
Los datos de la siguiente grafica fueron obtenidos directamente del programa.
Ilustración 57 : Grafica de momentos actuantes en la viga de la zapata Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
Calculamos a
𝑎 = 𝑑 − √𝑑2 −2 ∗ 𝑀𝑢
∅ ∗ 0.85 ∗ 𝑓′𝑐 ∗ 𝑏
Donde
a= bloque de compresion
d= peralte efectivo de la viga
Mu= momento actuante
f’c= resistencia a la compresion del concreto
b = ancho de la viga
∅= factor de reducción
81
𝑎 = 52,5 − √52,52 −2 ∗ 541439.34
0,9 ∗ 0.85 ∗ 210 ∗ 25
𝑎 = 2.63 𝑐𝑚
De la misma manera lo realizamos para todos los momentos
Ilustración 58 : Grafica de "a" en cada sección de la viga Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
Realizamos el calculo del area de acero necesaria en la seccion
𝐴𝑠 =𝑀𝑢
∅ ∗ 𝑓𝑦 ∗ (𝑑 −𝑎2)
Donde
As= el acero necesario en la seccion
a= bloque de compresion
d= peralte efectivo de la viga
Mu= momento actuante
fy= esfuerzo de fluencia del acero
∅= factor de reducción
𝐴𝑠 =541439.34 𝑘𝑔 − 𝑐𝑚
0.9 ∗ 4200 𝑘𝑔
𝑐𝑚2 ∗ (52.5 𝑐𝑚 −2.63𝑐𝑚
2 )
𝐴𝑠 = 2,79 𝑐𝑚2
Calculamos todos los As para la viga
82
Ilustración 59 : Áreas de Acero necesarias en cada tramo de la viga Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
La mayor area de acero que necesitamos a traccion es 6.86 𝑐𝑚2 tanto en la
seccion “B” como en “D”
Se procede a calcular el acero
As = 6.86 𝑐𝑚2 3∅ 16mm = 3 * 2.011= 6.033 𝑐𝑚2
+ 1∅ 12mm = 1.311 𝑐𝑚2
As colocado = 7.164 𝑐𝑚2
As colocado > As ok
De igual manera se calcula el acero a compresion
La una de las mayores area de acero que necesitamos a compresion es
3.78𝑐𝑚2 en la seccion “D-E”
Se procede a calcular el acero
As = 3.78 𝑐𝑚2 2∅ 16mm = 2 * 2.011= 4.022𝑐𝑚2
As colocado = 4.022 𝑐𝑚2
As colocado > As ok
En las secciones “ A- B” y “F-G” se procedera a reforzar con 1∅ 10mm para
cumplir con la demanda
As = 4.49 𝑐𝑚2 2∅ 16mm = 2 * 2.011= 4.022𝑐𝑚2
+ 1∅ 10mm = 0.785 𝑐𝑚2
As colocado = 4.807 𝑐𝑚2
As colocado > As ok
83
El detalle del armado de la viga de la Zapata se podrá reflejar en los planos
estructurales adjuntados
Diseño de la viga de zapata por Cortante
Ilustración 60 : Fuerzas Cortantes que soporta la zapata Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
𝑉𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟<∅𝑉𝑐
∅𝑉𝑐 = ∅ ∗𝐴𝑣
𝑆*fy*d
Donde:
Av = área del acero a utilizar estribo
fy= esfuerzo de fluencia del acero
d= peralte efectivo de la viga
∅= factor de reducción
S= separación del estribo
10918.60 𝑘𝑔 = 0,75 ∗2∗0,785 𝑐𝑚2
𝑆*4200
𝑘𝑔
𝑐𝑚2 *52.5 cm
Se despeja la separación y se obtiene la separación del estribo utilizando un
acero de 10mm
S = 23.78 cm utilizamos un estribo de 10mm cada 20 cm y así cumplimos
con la condición
84
El detalle del refuerzo tanto a flexión como por cortante se podrá apreciar en
los planos estructurales adjuntados
4.2.2 Propuesta Numero 2 (Zapata en una Dirección).
Se Propone una cimentacion de zapata en una direccion, tales que sus
esfuerzos de contactos sean menor al esfuerzo admisible del suelo y en la otra
direccion una riostra peraltada que permite uniformizar los esfuerzos.
4.2.2.1 Predimensionamiento del Area de la Zapata en una Direccion,
y Verificación de los Esfuerzos de Contacto en el Suelo.
Tabla 32. Predimencionamiento de zapata
Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
85
Tabla 33. Calculo del centro de gravedad de la zapata y cálculo del cortante
Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
86
Una vez predimencionada la zapata en 1 dirección podemos crear el modelado de
la zapata y así facilitar el cálculo de la misma
4.2.2.2 Modelado de la Zapata en una Dirección en ETABS 2016.
Se realizó el modelado de la propuesta de igual manera que en la zapata de 2
direcciones y se verifico que los esfuerzos transmitidos al suelo fueran menores a la
capacidad portante
Ilustración 61 : Modelado de cimentación y estructura Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
4.2.2.3 Diseño de la Cimentación Propuesta.
Ilustración 62 : sección de la zapata a Diseñar Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
87
Diseño a flexión de la zapata
Se diseñara la zapata a flexión de manera similar a la zapata en 2 direcciones
𝑀𝑢 =𝑊𝑢 ∗ 𝑋𝑣2
2
Donde:
Mu= Momento actuante
Wu= carga repartida en el ancho del cimiento
Xv= longitud del ala de la zapata
𝑀𝑢 =7.15𝑇𝑜𝑛/𝑚 ∗ 0.452
2
𝑀𝑢 = 0,7239 𝑇𝑜𝑛 − 𝑚
Calculamos el acero
𝐴𝑠 =𝑀𝑢
∅ ∗ 𝑓𝑦 ∗ (𝑑 −𝑎2)
Donde
As= el acero necesario en la seccion
a= bloque de compresion
d= peralte efectivo de la viga
Mu= momento actuante
fy= esfuerzo de fluencia del acero
∅= factor de reducción
𝐴𝑠 =𝑀𝑢
∅ ∗ 𝑓𝑦 ∗ (𝑑 −0,2 ∗ 𝑑
2 )
𝑀𝑢
∅ ∗ 𝑓𝑦 ∗ (0,9 ∗ 𝑑 )
𝑀𝑢 ∗ 100000 (𝑇𝑜𝑛 − 𝑚)
0,9 ∗ 4200 ∗ (0,9 ∗ 𝑑 )
88
29,3944𝑀𝑢 (𝑇𝑜𝑛 − 𝑚)
𝑑 (𝑐𝑚)
𝐴𝑠 = 29,3944𝑀𝑢 (𝑇𝑜𝑛 − 𝑚)
𝑑 (𝑐𝑚)
𝐴𝑠 = 29,39440,7239(𝑇𝑜𝑛 − 𝑚)
17.5(𝑐𝑚)
𝐴𝑠 = 1,2159𝑐𝑚2
Calculamos el acero minino Asmin = 0,0018 * B * d
Donde
d= peralte efectivo del cimiento
B = ancho del cimiento
Asmin = 0,0018 * 120cm * 17.5 cm
Asmin =3,78𝑐𝑚2 , se diseña con Acero minino
As = 3,78 𝑐𝑚2 6∅10 mm =6 * 0.785= 3,925 𝑐𝑚2 cumple
6∅ 12mm
As colocado = 3,925 𝑐𝑚2
As colocado > As ok
Diseño de la viga de zapata a flexión
En el diseño de la propuesta anterior se realizó el cálculo tipo donde se tomaban
los momentos máximos para obtener el área de acero de refuerzo necesario en casa
sección, en esta propuesta pasaremos directamente a la colocación del acero, puesto
que el proceso es el mismo.
89
Se realizara un cálculo tipo y luego se mostraran los resultados para facilitar el
analisis
Viga de zapata eje A ( ZA)
Los datos de la siguiente grafica fueron obtenidos directamente del programa
Ilustración 63 : Grafica de Acero necesario en cada tramo de la viga Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
La mayor area de acero que necesitamos a traccion es 7.56 𝑐𝑚2 en la seccion,
“B8”
Se procede a calcular el acero
As = 7.56 𝑐𝑚2 3∅ 16mm = 3 * 2.011= 6.033 𝑐𝑚2
+ 1∅ 14mm = 1.54 𝑐𝑚2
As colocado = 7.573 𝑐𝑚2
As colocado > As ok
De igual manera se calcula el acero a compresion
La una de las mayores area de acero que necesitamos a compresion es 4.50𝑐𝑚2
Se procede a calcular el acero
As = 4.50 𝑐𝑚2 3∅ 14mm = 3 * 1.54= 4.62𝑐𝑚2
As colocado = 4.62 𝑐𝑚2
As colocado > As ok
Diseño de la viga de zapata por Cortante
90
Ilustración 64 : Grafica de fuerza cortante en cada tramo de la viga Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
𝑉𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟<∅𝑉𝑐
∅𝑉𝑐 = ∅ ∗𝐴𝑣
𝑆∗ 𝑓𝑦 ∗ 𝑑
Donde:
Av = área del acero a utilizar estribo
fy= esfuerzo de fluencia del acero
d= peralte efectivo de la viga
∅= factor de reducción
S= separación del estribo
9969.39 𝑘𝑔 = 0,75 ∗2∗0,785 𝑐𝑚2
𝑆*4200
𝑘𝑔
𝑐𝑚2 *52.5 cm
Se despeja la separación y se obtiene la separación del estribo utilizando un acero
de 10mm
S = 26.043 cm utilizamos un estribo de 10mm cada 20 cm y así cumplimos con
la condición
El detalle del refuerzo tanto a flexión como por cortante se podrá apreciar en los
planos estructurales adjuntados
91
4.3 Análisis Estructural
La cimentación existente, como se puede apreciar en los planos adjuntados son
zapatas aisladas o “Plintos”, los cuales tienen como déficit falla tanto de esfuerzo de
contacto en 2 zapatas, como de puzonamiento en varias zapatas aisladas que se
mostraran a continuación.
Esfuerzo de contacto
Tabla 34. Comparación de esfuerzos de contactos en los 3 sistemas de cimentaciones
Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
COLUMNASESFUERZO DE
CONTACTO
DEMANDA/
CAPACIDAD
DESCARGA
TON / m2D/C
H9 2,509056 0,26 CUMPLE CAPACIDAD
H8 5,27034816 0,55 CUMPLE CAPACIDAD
H7 5,61100608 0,59 CUMPLE CAPACIDAD
H6 7,68071808 0,81 CUMPLE CAPACIDAD
H5 6,18060672 0,65 CUMPLE CAPACIDAD
H3 2,03020992 0,21 CUMPLE CAPACIDAD
G9 5,1215328 0,54 CUMPLE CAPACIDAD
G8 6,639007848 0,70 CUMPLE CAPACIDAD
G7 5,956501784 0,63 CUMPLE CAPACIDAD
G6 8,525206659 0,89 CUMPLE CAPACIDAD
G5 9,7530912 1,02 REVISAR AREA
G3 3,49959744 0,37 CUMPLE CAPACIDAD
F9 5,42317248 0,57 CUMPLE CAPACIDAD
F8 8,36305344 0,88 CUMPLE CAPACIDAD
F7 6,035444234 0,63 CUMPLE CAPACIDAD
F6 8,43552576 0,89 CUMPLE CAPACIDAD
F5 7,062449112 0,74 CUMPLE CAPACIDAD
F3 5,462288847 0,57 CUMPLE CAPACIDAD
E9 5,3014176 0,56 CUMPLE CAPACIDAD
E8 9,06156288 0,95 CUMPLE CAPACIDAD
E7 9,52361966 1,00 REVISAR AREA
E6 9,03457152 0,95 CUMPLE CAPACIDAD
E5 8,218052308 0,86 CUMPLE CAPACIDAD
E3 5,239796597 0,55 CUMPLE CAPACIDAD
D9 5,16552768 0,54 CUMPLE CAPACIDAD
D8 7,023351724 0,74 CUMPLE CAPACIDAD
D7 6,827641855 0,72 CUMPLE CAPACIDAD
D6 7,102842806 0,75 CUMPLE CAPACIDAD
D5 7,1935776 0,75 CUMPLE CAPACIDAD
D3 4,78460736 0,50 CUMPLE CAPACIDAD
C9 4,9184928 0,52 CUMPLE CAPACIDAD
C8 7,030466112 0,74 CUMPLE CAPACIDAD
C7 6,847957669 0,72 CUMPLE CAPACIDAD
C6 7,128308205 0,75 CUMPLE CAPACIDAD
C5 7,55441856 0,79 CUMPLE CAPACIDAD
C3 3,18138624 0,33 CUMPLE CAPACIDAD
B9 2,50660224 0,26 CUMPLE CAPACIDAD
B8 5,46006528 0,57 CUMPLE CAPACIDAD
B7 5,32246464 0,56 CUMPLE CAPACIDAD
B6 5,24624256 0,55 CUMPLE CAPACIDAD
B5 4,41289728 0,46 CUMPLE CAPACIDAD
B3 1,68835968 0,18 CUMPLE CAPACIDAD
0,5357565,105755
6,604234 0,692994
6,397649
5,9458 0,623903
5,888682 0,61791
0,671317
D/c
6,845474
6,068461
0,718308
0,636774
DESCARGA TON / m2
0,24 <1 ok
0,47 <1 ok
0,51 <1 ok
0,77 <1 ok
0,68 <1 ok
0,25 <1 ok
0,31 <1 ok
0,52 <1 ok
0,48 <1 ok
0,73 <1 ok
0,72 <1 ok
0,31 <1 ok
0,32 <1 ok
0,49 <1 ok
0,30 <1 ok
0,50 <1 ok
0,45 <1 ok
0,42 <1 ok
0,32 <1 ok
0,52 <1 ok
0,48 <1 ok
0,52 <1 ok
0,49 <1 ok
0,33 <1 ok
0,31 <1 ok
0,53 <1 ok
0,52 <1 ok
0,54 <1 ok
0,41 <1 ok
0,32 <1 ok
0,30 <1 ok
0,53 <1 ok
0,52 <1 ok
0,54 <1 ok
0,43 <1 ok
0,21 <1 ok
0,24 <1 ok
0,33 <1 ok
0,32 <1 ok
0,31 <1 ok
0,27 <1 ok
0,12 <1 ok
DESCARGA Ton /m2
2,331340206
4,523628866
D/C
4,821278351
7,379554639
6,514317526
2,337872165
2,927818557
4,940420619
4,529731959
6,950713402
6,84742268
2,944709278
3,063554639
4,698276289
2,880247423
4,735736082
4,323678351
3,993583505
3,002226804
4,996717526
4,546243299
4,973789691
4,663109278
3,148486598
2,930412976
5,083897611
4,952567658
5,136432891
3,871544994
3,062551164
2,821839175
5,095241237
5,160808247
4,12374433
1,120947945
3,027123288
2,982805479
2,534465753
1,95894433
2,328296907
3,112882192
4,971331959
92
Como se puede apreciar en el cuadro de cálculo, tanto en la columna E7 como en
la G5 en las zapatas aisladas, tenemos no un fallo excesivo en cuanto a esfuerzo de
contacto, pero si considerable en cuanto a la capacidad portante del suelo que podría
generar asentamientos diferenciales en la estructura.
Sin embargo en los sistemas de cimentación propuestos, los esfuerzos de contacto
son mucho menores a la capacidad portante, razón por la cual las propuestas con
realizadas.
93
Punzonmiento
Tabla 35. Fallo por puzonamiento en zapatas aisladas
Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
94
En la hoja de cálculo mostrada se puede observar la demanda/capacidad (D/C) de
las zapatas aisladas que fallan por puzonamiento, 19 zapatas de 42 fallan por
punzonado, es decir que el 45% de este sistema de cimentación no cumple con los
requisitos mínimos normados para su correcto funcionamiento estructural.
Los sistemas de cimentación como lo son las zapatas corridas ya sea en 1 o 2
sentidos, no tienen problemas de puzonamiento como las zapatas aisladas, ya que
en este sistema la carga se reparte de manera uniforme en la viga de cimentacion y
esta solo transmite cortante como tensión diagonal.
De acuerdo con los resultados de las alternativas se puede inferir que las
cimentaciones en zapatas proporcionan una mejor alternativa frente a las deficiencias
de la cimentación existente
95
4.4 Presupuesto de las Propuestas de Cimentación
Se presentan los presupuestos de cada una de las propuestas de cimentación.
Considerando que se modificara la sub estructura existente, en la cual se detallan
cada uno de los rubros que se van a realizar en el proyecto.
Tabla 36. Presupuesto de la propuesta 1
Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
El monto total de esta propuesta es ciento noventa mil treinta y uno 31/100 dólares,
valor que representa el 13.45% del costo total de la estructura existente.
ITEM DESCRIPCION UNIDAD CANTIDADPRECIO
UNITARIOTOTAL
1.0 OBRAS GENERALES 13.269.09$
1.2 OBRAS PRELIMINARES SUB-TOTAL: $ 913.55
TRAZADO Y REPLANTEO M2 609.03 1.50$ 913.55$
1.3 DERROCAMIENTOS Y DESMONTAJE SUB-TOTAL: $ 12.355.55
DERROCAMIENTO DE MAMPOSTERIA M2 622.90 $ 6.80 $ 4.235.72
DERROCAMIENTO DE PORCELANATO M2 609.03 $ 2.70 $ 1.644.38
DESMONTAJE DE PUERTAS DE ALUMINIO Y VIDRIO UN 25.00 $ 10.00 $ 250.00
DERROCAMIENTO DE CONTRAPISO ACTUAL e= 10cm M2 609.03 $ 6.00 $ 3.654.18
DESMONTAJE DE MAMPARAS DE VIDRIO M2 122.25 $ 4.98 $ 608.80
DESALOJO DE ESCOMBROS AL BOTADERO MUNICIPAL, INCLUYE TRAMITE M3 92.05 $ 21.32 1.962.46$
2.0 OBRA CIVIL 110.964.37$
2.1 EXCAVACIONES SUB-TOTAL: $ 9.318.16
EXCAVACION SIN CLASIFICAR PARA CIMENTACION, INCLUYE CONFORMACION Y
RESANTEOM2 609.03 $ 10.30 6.273.01$
RELLENO COMPACTADO CON MATERIAL DE MEJORAMIENTO PARA CIMENTACION M3 152.26 $ 20.00 3.045.15$
2.2 ALBAÑILERIAS SUB-TOTAL: $ 101.646.21
HOMIGON PARA CIMENTACION f'c= 210 Kg/cm2 M3 96.70 280.00$ 27.076.94$
ACERO DE REFUERZO EN BARRAS fy= 4200 Kg/cm2 KG 10347.26 2.98$ 30.834.83$
RELLENO COMPACTADO CON MATERIAL DE SITIO M3 609.03 49.51$ 30.153.08$
CONTRAPISO HORMIGON F'C= 210 KG/CM2 10 CM M3 609.03 22.30$ 13.581.37$
PARED DE BLOQUE e=10CM M2 622.90 12.00$ 7.474.80$
200.6 VARIOS SUB-TOTAL: $ 5.592.00
ACARREO MANUAL DE MATERIALES SEM 16.00 $ 122.00 $ 1.952.00
LIMPIEZA DE OBRA SEMANAL SEM 16.00 $ 195.00 $ 3.120.00
VIAJES DE DESALOJO VIAJE 8.00 $ 65.00 $ 520.00
3.0 ACABADOS Y RECUBRIMIENTOS 45.437.64$
3.1 PISOS SUB-TOTAL: $ 33.740.26
PISO DE PORCELANATO 60 X 60 ALTO TRANSITO ANTIDESLIZANTE, COLOR CLARO M2 609.03 55.40$ 33.740.26$
3.6 CARPINTERIA ALUMINIO-VIDRIO SUB-TOTAL: $ 7.959.98
COLOCACION MAMPARA DE ALUMINIO VIDRIO M2 122.25 $ 60.00 7.334.98$
PUERTA DE ALUMINIO Y VIDRIO UN 25.00 $ 25.00 625.00$
3.8 PINTURA SUB-TOTAL: $ 3.737.40 PINTURA M2 1.245.80 $ 3.00 3.737.40$
1.0 13.269.09$
2.0 110.964.37$
3.0 45.437.64$
$ 169.671.10
$ 20.360.53
$ 190.031.63
OBRAS GENERALES
PRESUPUESTO CIMENTACION ( ZAPATA CORRIDA EN 2 DIRECCIONES )COORDINACION
Fecha: 09-09-2018
PROYECTO: ANALISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL COMPARATIVO ENTRE 2 SISTEMAS DE CIMENTACION
TOTAL
OBRA CIVIL
ACABADOS Y RECUBRIMIENTOS
SUB TOTAL
I.V.A. 12%
96
Tabla 37. Presupuesto de la propuesta 2
Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
El monto total de esta propuesta es ciento trece mil ochocientos ochenta y cuatro
67/100 dólares, valor que representa el 8.06% del costo total de la estructura existente
ITEM DESCRIPCION UNIDAD CANTIDADPRECIO
UNITARIOTOTAL
1.0 OBRAS GENERALES 15,527.04$
1.2 OBRAS PRELIMINARES SUB-TOTAL: $ 483.57
TRAZADO Y REPLANTEO M2 322.38 1.50$ 483.57$
1.3 DERROCAMIENTOS Y DESMONTAJE SUB-TOTAL: $ 15,043.47
DERROCAMIENTO DE MAMPOSTERIA M2 378.70 $ 6.80 $ 2,575.16
REMOCION DE PORCELANATO M2 322.38 $ 3.20 $ 1,031.62
DESMONTAJE DE PUERTAS DE ALUMINIO Y VIDRIO UN 12.00 $ 20.00 $ 240.00
REMOCION DE CONTRAPISO DE HORMIGON SIMPLE e= 10cm M2 322.38 $ 30.71 $ 9,900.29
DESMONTAJE DE MAMPARAS DE VIDRIO M2 122.25 $ 6.00 $ 733.50
DESALOJO DE ESCOMBROS AL BOTADERO MUNICIPAL, INCLUYE TRAMITE (D 10 KM) M3 51.17 $ 11.00 562.90$
2.0 OBRA CIVIL 50,549.11$
2.1 EXCAVACIONES SUB-TOTAL: $ 1,523.25
EXCAVACION SIN CLASIFICAR PARA CIMENTACION, INCLUYE CONFORMACION Y
RESANTEOM3 145.07 $ 5.50 797.89$
RELLENO COMPACTADO CON MATERIAL DE MEJORAMIENTO PARA CIMENTACION
(INC. TRANSP. DISTANCIA 15 KM)M3 36.27 $ 20.00 725.36$
2.2 ALBAÑILERIAS SUB-TOTAL: $ 44,295.52
HOMIGON PARA CIMENTACION f'c= 210 Kg/cm2 M3 68.26 230.00$ 15,700.10$
ACERO DE REFUERZO EN BARRAS fy= 4200 Kg/cm2 KG 7303.96 2.98$ 21,765.80$
RELLENO COMPACTADO CON MATERIAL DE SITIO M3 145.07 7.00$ 1,015.50$
CONTRAPISO HORMIGON F'C= 210 KG/CM2 10 CM M2 145.07 22.30$ 3,235.08$
COLOCACION DE MALLA ELECTROSOLDADA M2 322.38 8.00$ 2,579.04$
PARED DE BLOQUE e=10CM M2 378.70 17.00$ 6,437.90$
2.3 ENLUCIDOS SUB-TOTAL: $ 4,730.35
ENLUCIDO DE PAREDES M2 378.70 10.50$ 3,976.35$
CUADRADA DE BOQUETES ML 68.00 5.00$ 340.00$
FILOS ML 92.00 4.50$ 414.00$
200.6 VARIOS SUB-TOTAL: $ 5,592.00
ACARREO MANUAL DE MATERIALES SEM 16.00 $ 122.00 $ 1,952.00
LIMPIEZA DE OBRA SEMANAL SEM 16.00 $ 195.00 $ 3,120.00
VIAJES DE DESALOJO VIAJE 8.00 $ 65.00 $ 520.00
3.0 ACABADOS Y RECUBRIMIENTOS 35,606.59$
3.1 PISOS SUB-TOTAL: $ 12,895.20
PISO DE PORCELANATO 60 X 60 ALTO TRANSITO ANTIDESLIZANTE, COLOR CLARO M2 322.38 40.00$ 12,895.20$
3.6 CARPINTERIA ALUMINIO-VIDRIO SUB-TOTAL: $ 17,788.29
COLOCACION MAMPARA DE ALUMINIO VIDRIO M2 122.25 $ 140.60 17,188.29$
MONTAJE DE PUERTA DE ALUMINIO Y VIDRIO (EXISTENTE) UN 12.00 $ 50.00 600.00$
3.8 PINTURA SUB-TOTAL: $ 4,923.10 PINTURA M2 757.40 $ 6.50 4,923.10$
1.0 15,527.04$
2.0 50,549.11$
3.0 35,606.59$
$ 101,682.74
$ 12,201.93
$ 113,884.67 TOTAL
OBRA CIVIL
ACABADOS Y RECUBRIMIENTOS
SUB TOTAL
I.V.A. 12%
OBRAS GENERALES
PRESUPUESTO CIMENTACION ( ZAPATA CORRIDA EN 1 DIRECCION)COORDINACION
Fecha: 09-09-2018
PROYECTO: ANALISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL COMPARATIVO ENTRE 2 SISTEMAS DE CIMENTACION
97
4.5 Análisis Económico
Ilustración 65 : Análisis de costos de la cimentación Elaboración: Intriago Luis – Pérez Diego
El costo total de la estructura existente es un millón cuatrocientos doce mil
ochocientos cuarenta y ocho 94/100 dólares
En el grafico podemos observar que la propuesta 1 (zapata en 2 direcciones) es un
5% más costosa que la propuesta 2 (zapata en 1 dirección), pero queda a criterio
propio elegir alguna de las propuestas de cimentación, ya que ambas superan las
deficiencias que la actual sub estructura posee.
Cabe señalar que cada una de las propuestas de cimentación cumple con la
normativa vigente, salvaguardando la seguridad tanto de sus ocupantes como de la
estructura, ya que es un edificio de uso especial y que sus instalaciones diariamente
circulan una cantidad considerable de personas.
98
Capítulo V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 Conclusiones
De acuerdo al análisis realizado entre los dos sistemas de cimentación
para el edificio “PALACIO MUNICIPAL DEL CANTON TOSAGUA “se
puede concluir que la cimentación existente no cumple con los
requisitos mínimos para su correcto funcionamiento estructural,
mientras que las propuestas de cimentación cumplen con todos los
requerimientos estructurales normados, distribuye y transmite de mejor
manera la carga de la superestructura hacia el suelo portante
obteniendo un óptimo desempeño estructural.
Se necesita de un estudio geotécnico que cumpla con las exigencias
de la normativa, tanto en número de perforaciones como en la
profundidad de las mismas para poder conocer mejor estratigrafía del
suelo donde se va a desplantar una cimentación.
Mediante el coeficiente de balasto se puede determinar los valores de
deformación vertical y esfuerzos del suelo que generamos al colocar
una carga ya sea de poca o gran magnitud
Se evaluó la cimentación existente mediante un análisis de
puzonamiento y esfuerzo cortante en la cual obtuvimos como resultado
el déficit de la misma.
99
Las propuestas de cimentación superan el déficit estructural de la
subestructura existente cumpliendo así dos principios fundamentales
del diseño estructural, los cuales son la funcionalidad y la seguridad de
la misma. En cuanto al principio de la economía nos encontramos que
la propuesta, de zapata en 1 dirección es un 5% más rentable que la
propuesta de zapata en 2 direcciones, la cual viene a ser la opción
económicamente más óptima y viable.
5.2 Recomendaciones
Dados los resultados del presente proyecto se recomienda:
Realizar un buen estudio geotécnico preliminar que abarque todos los
parámetros necesarios para el diseño de una cimentación para cada
uno de los futuros proyectos a realizar en todo el país
Para proyectos los cuales fueron diseñados, pero su ejecución será
realizada tiempo después, se recomienda realizar su respectivo
análisis de los elementos estructurales para condición y normativas
vigentes y con esto poder corroborar si dicha estructura no poseerá
problemas de diseño que afecten en un futuro a su desempeño
estructural.
Tomar en cuenta las recomendaciones que especifica el especialista
geotécnico descritas en el resumen de cada estudio de suelo
100
Realizar un buen diseño estructural tanto de la superestructura como
de la subestructura y así poder otorgar la seguridad , funcionalidad ,
estabilidad y la economía de la misma
Bibliografía
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http://dearkitectura.blogspot.com/2012/04/la-cimentacion-tipos-de-
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Mecanica de Suelos. MEXICO D. F: LITOGRAFICA INGRAMEX, S.A.
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https://www.mapfrere.com/reaseguro/es/images/Prontuario-Suelos-
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comunicacion social, MIDUVI.
Yanes., J. C. (2016). Análisis y diseño de la solución de la cimentación para.
Santa Clara.
ANEXOS
PROVINCIA:PARROQUIA:
LAMINA:
ESCALAS:
UBICACION:
CONTENIDO:
INDICADASFEB-2014 TOSAGUA
CANTON:
PORTOVIEJO MANABI
FECHA:
EDIFICACION PARA BLOQUE PRINCIPAL
PALACIO MUNICIPAL DE TOSAGUA
PROYECTO ESTRUC.:
PROYECTO ARQ.:
RUBEN MOLINA V.
ARQUITECTO
REG. P. CAE-M 059
EDDY VILLEGAS A.
INGENIERO CIVIL
REG. PROF. CIC-M 01-13-966
E-1
CALLE MARIA TERESA PALMA
JUNTO A LA IGLESIA DE TOSAGUA
PLANTA DE CIMENTACION
ARMADURA DE PLINTOS Y CADENAS
DETALLES DE ARMADURA DE REFUERZO
DETALLE RELLENOS
RELLENO DE MAT. MEJORADOHIDROCOMPACTADO EN CAPAS E=20cm
LOSETA DE H.S. F'C=180 kg/cm2MALLA ARMEX R-64
CORTE TIPO
TRASLAPE DE MALLA
CONTRAPISO
GOBIERNO AUTONOMO
DESENTRALIZADO
DEL CANTON TOSAGUA
MUNICIPAL
ALCALDE DE TOSAGUA
SRA. ELBA GONZALEZ
PROPIETARIO:
TIPO "O"
TIPO "C"
TIPO "L"
ESPECIFICACIONES TECNICAS
SELLOS:
A B C D E F G
A
A
A
A
A
1
PLANTA CIMENTACION
1
CIMIENTOS -ZAPATA EN DOS DIRECCIONES
CONTIENE:
DISEÑO ESTRUCTURAL
FECHA:
1:50
ARCHIVO AutoCAD:
ESCALA:
LAMINA:
PROYECTO:
PROPIETARIO
E 1/7
RESPONSABILIDAD TECNICA
SELLOS MUNICIPALES
Edificio
PALACIO MUNICIPAL
0.60
0.20
0.05
0.35
0.90
0.33 0.25 0.33
SECCION
ZA
2∅12
2∅12
1∅12c/15cm
2
1
0.454.853
4.904
5.005
5.107
2.520.45
0.60
0.20
0.05
0.35
0.90
0.33 0.25 0.33
SECCION
ZA
2∅12
2∅12
1∅12c/15cm
CIMENTACION
ESCALA
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0.45
4.85
4.90
5.00
5.10
0.57
1.95
0.50
0.50
0.60
0.20
0.05
0.35
0.90
0.33 0.25 0.33
SECCION
Z1
2∅12
2∅12
1∅12c/15cm
E
0.50DCBA
0.45
0.60
0.20
0.05
0.35
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SECCION
Z1
2∅12
2∅12
1∅12c/15cm
4.85 4.85 4.95 5.05F
5.00G
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1.60 1.601.65 1.60 1.601.65 1.65 1.65 1.65 1.651.70 1.70 1.701.70 1.60 1.60 1.601.65 0.500.45
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0.20
0.05
0.35
0.90
0.33 0.25 0.33
SECCION
Z2
2∅12
2∅12
1∅12c/15cm
E
0.50DCBA
0.45
0.60
0.20
0.05
0.35
0.900.33 0.25 0.33
SECCION
Z2
2∅12
2∅12
1∅12c/15cm
4.85 4.85 4.95 5.05F
5.00G
4.850.800.80
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0.20
0.05
0.35
0.90
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SECCION
Z3
2∅12
2∅12
1∅12c/15cm
E
0.50D
CBA
0.45
0.60
0.20
0.05
0.35
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SECCION
Z3
2∅12
2∅12
1∅12c/15cm
4.85 4.85 4.95 5.05F
5.00G
4.850.800.80
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0.60
0.20
0.05
0.35
0.90
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SECCION
Z4
2∅12
2∅12
1∅12c/15cm
E
0.50D
CBA
0.45
0.60
0.20
0.05
0.35
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SECCION
Z4
2∅12
2∅12
1∅12c/15cm
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5.00G
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0.20
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0.35
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SECCION
Z5
2∅12
2∅12
1∅12c/15cm
E
0.50D
CBA
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0.60
0.20
0.05
0.35
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SECCION
Z5
2∅12
2∅12
1∅12c/15cm
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0.60
0.20
0.05
0.35
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SECCION
Z7
2∅12
2∅12
1∅12c/15cm
E
0.50D
CBA
0.45
0.60
0.20
0.05
0.35
0.900.33 0.25 0.33
SECCION
Z7
2∅12
2∅12
1∅12c/15cm
4.85 4.85 5.50 5.05F
5.55G
4.851.203.65 1.25 3.600.800.80
1.60 1.601.65 1.60 1.601.65 1.85 1.80 1.85 1.651.70 1.70 1.851.85 1.85 1.60 1.601.65 0.500.45
1.401.40 2.201.30
1.20 1.202.45
1.60 1.601.65 0.451.65 1.60 1.651.601.70 1.701.651.75 1.700.850.820.850.45
0.800.80
0.60
0.20
0.05
0.35
0.90
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SECCION
ZB
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2∅12
1∅12c/15cm
2
1
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4.904
5.005
5.107
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0.60
0.20
0.05
0.35
0.90
0.33 0.25 0.33
SECCION
ZB
2∅12
2∅12
1∅12c/15cm
1.60 1.601.65 0.451.65 1.60 1.651.601.70 1.701.651.75 1.700.850.820.850.45
0.800.80
0.60
0.20
0.05
0.35
0.90
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SECCION
ZD
2∅12
2∅12
1∅12c/15cm
2
1
0.454.853
4.904
5.005
5.10
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0.800.80
7
4.95
0.60
0.20
0.05
0.35
0.90
0.33 0.25 0.33
SECCION
ZD
2∅12
2∅12
1∅12c/15cm
0.45
0.60
0.20
0.05
0.35
0.90
0.33 0.25 0.33
SECCION
ZC
2∅12
2∅12
1∅12c/15cm
2
1
0.454.853
4.904
5.005
5.107
2.520.45
0.60
0.20
0.05
0.35
0.90
0.33 0.25 0.33
SECCION
ZC
2∅12
2∅12
1∅12c/15cm
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0.60
0.20
0.05
0.35
0.90
0.33 0.25 0.33
SECCION
ZE
2∅12
2∅12
1∅12c/15cm
2
1
0.454.853
4.904
5.005
5.10
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0.800.80
7
4.95
0.60
0.20
0.05
0.35
0.90
0.33 0.25 0.33
SECCION
ZE
2∅12
2∅12
1∅12c/15cm
0.45
1.65 1.65 1.650.45
0.60
0.20
0.05
0.35
1.00
0.38 0.25 0.38
SECCION
ZF
2∅12
2∅12
1∅12c/15cm
2
1
0.454.853
4.904
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0.60
0.20
0.05
0.35
1.00
0.38 0.25 0.38
SECCION
ZF
2∅12
2∅12
1∅12c/15cm
1.95
0.650.650.650.45
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0.60
0.20
0.05
0.35
1.00
0.38 0.25 0.38
SECCION
ZG
2∅12
2∅12
1∅12c/15cm
2
1
0.454.853
4.904
5.005
5.10
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0.800.802.42
7
0.45
0.850.720.850.45
1.251.30
0.60
0.20
0.05
0.35
1.00
0.38 0.25 0.38
SECCION
ZG
2∅12
2∅12
1∅12c/15cm
DETALLE ZAPATA
0.05
0.05
0.35
REPLANTILLO
0.20
95 % P.M (2 CAPAS)
RELLENO COMPACTADO
0.40 a 0.50
m min
ACABADO
Y
x
F'c = 210 Kg/cm2.
Fy (Varilla)= 4200 Kg/cm2.
DETALLE DE ACERO DE REFUERZO
ESCALA
CIMIENTOS -ZAPATA EN UNA DIRECCIÓN
DISEÑO ESTRUCTURAL
CONTIENE:
DISEÑO ESTRUCTURAL
FECHA:
1:250
ARCHIVO AutoCAD:
ESCALA:
LAMINA:
PROYECTO:
PROPIETARIO
E 1/7
RESPONSABILIDAD TECNICA
SELLOS MUNICIPALES
Edificio
PALACIO MUNICIPAL
0.60
0.20
0.05
0.35
1.20
0.475 0.25 0.475
SECCION
ZA
1∅12c/15cm
2
1
0.454.853
4.904
5.005
5.107
2.520.45
0.60
0.20
0.05
0.35
1.20
0.475 0.25 0.475
SECCION
ZA
3∅10
3∅10
1∅12c/15cm
CIMENTACION
ESCALA
4.85 4.85 4.95 5.05 5.00 4.850.60
0.45
4.85
4.90
5.00
5.10
0.57
1.95
0.45
0.50
1.60 1.601.65 0.451.65 1.60 1.651.601.70 1.701.651.75 1.700.850.820.850.45
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0.60
0.20
0.05
0.35
1.70
0.725 0.25 0.725
SECCION
ZB
3∅12
3∅12
1∅12c/15cm
2
1
0.454.853
4.904
5.005
5.107
2.520.45
0.60
0.20
0.05
0.35
1.70
0.725 0.25 0.725
SECCION
ZB
1∅12c/15cm
1.60 1.601.65 0.451.65 1.60 1.651.601.70 1.701.651.75 1.700.850.820.850.45
0.800.80
ZD
2
1
0.454.853
4.904
5.005
5.10
1.60 1.601.65 0.451.65 1.60 1.651.601.70 1.701.651.75 1.70
0.800.80
7
4.95ZD
1.00
ZC
2
1
0.454.853
4.904
5.005
5.107
2.522.40
1.60 1.601.65 0.451.65 1.60 1.651.601.70 1.701.651.70 1.700.850.820.85
0.800.80
1.65 1.65 1.651.00
DETALLE ZAPATA
0.05
0.05
0.35
REPLANTILLO
0.20
95 % P.M (2 CAPAS)
RELLENO COMPACTADO
0.40 a 0.50
m min
ACABADO
Y
x
F'c = 210 Kg/cm2.
Fy (Varilla)= 4200 Kg/cm2.
1.950
1.00
3∅10
3∅10
3∅12
3∅12
0.60
0.20
0.05
0.35
1.70
0.725 0.25 0.725
SECCION
3∅12
3∅12
1∅12c/15cm
0.60
0.20
0.05
0.35
1.70
0.725 0.25 0.725
SECCION
1∅12c/15cm
3∅12
3∅12
0.800.800.80
ZC
0.60
0.20
0.05
0.35
1.70
0.725 0.25 0.725
SECCION
1∅12c/15cm
3∅12
3∅12
0.60
0.20
0.05
0.35
1.70
0.725 0.25 0.725
SECCION
3∅12
3∅12
1∅12c/15cm
ZE
2
1
0.454.853
4.904
5.005
5.10
1.60 1.601.65 0.451.65 1.60 1.651.601.70 1.701.651.75 1.70
0.800.80
7
4.95ZE
1.00
1.65 1.65 1.651.00
0.60
0.20
0.05
0.35
1.50
0.625 0.25 0.625
SECCION
1∅12c/15cm
3∅12
3∅12
0.60
0.20
0.05
0.35
1.50
0.625 0.25 0.625
SECCION
3∅12
3∅12
1∅12c/15cm
ZF
2
1
0.454.853
4.904
5.005
5.107
2.522.40
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0.800.80
0.60
0.20
0.05
0.35
1.90
0.825 0.25 0.825
SECCION
3∅12
3∅12
1∅12c/15cm
0.60
0.20
0.05
0.35
1.90
0.825 0.25 0.825
SECCION
1∅12c/15cm
3∅12
3∅12
0.800.800.80
ZF
0.60
0.20
0.05
0.35
1.20
0.475 0.25 0.475
SECCION
ZG
1∅12c/15cm
2
1
0.454.853
4.904
5.005
5.107
2.520.45
0.60
0.20
0.05
0.35
1.20
0.475 0.25 0.475
SECCION
ZG
3∅10
3∅10
1∅12c/15cm
1.60 1.601.65 0.451.65 1.60 1.651.601.70 1.701.651.75 1.700.850.820.850.45
0.800.80
3∅10
3∅10
DETALLE DE ACERO DE REFUERZO
ESCALA
Quito: Av. Whymper E7-37 y Alpallana, edificio Delfos, teléfonos (593-2) 2505660/ 1; y en la Av. 9 de octubre 624 y Carrión, Edificio Prometeo, teléfonos 2569898/ 9. Fax: (593 2) 2509054
REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA
FICHA DE REGISTRO DE TESIS / TRABAJO DE GRADUACIÓN
TÍTULO Y SUBTÍTULO: Análisis comparativo estructural económico entre dos sistemas de cimentación para el edificio palacio municipal del cantón Tosagua.
AUTOR(ES) (apellidos/nombres):
Luis Fernando Intriago Zambrano Diego armando Pérez Moncada
REVISOR(ES)/TUTOR(ES) (apellidos/nombres):
Ing. Julio Vargas M. Sc Ing. Carlos Cusme M. Sc
INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil
UNIDAD/FACULTAD: Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas
MAESTRÍA/ESPECIALIDAD:
GRADO OBTENIDO:
FECHA DE PUBLICACIÓN: 2019 No. DE PÁGINAS: 100
ÁREAS TEMÁTICAS: Análisis de Cimentaciones
PALABRAS CLAVES/ KEYWORDS:
<ANALISIS – CIMENTACION – DISEÑO – SUELO - CAPACIDAD PORTANTE>
RESUMEN/ABSTRACT (150-250 palabras): En el presente trabajo de titulación “Análisis comparativo estructural-económico entre dos sistemas de cimentación para el edificio palacio municipal del cantón Tosagua”, se desarrolla lo siguiente: se efectúa la evaluación de un edificio irregular de 4 pisos de uso especial. Contamos con los planos de los elementos estructurales: vigas, columnas, losas y metrados de cargas de servicio a las que estará sometida la edificación durante su vida útil y la estimación de las fuerzas sísmicas. Con dicha información modelamos la edificación en el programa Etabs, efectuando el análisis estructural para obtener los esfuerzos a los que está sometida la edificación y desplazamiento ocasionado por el sistema de cargas, de los resultados se obtuvo las reacciones de la base de cada una de las columnas, lo que nos servirá para el análisis de la cimentación existente y el diseño de las propuestas cimentaciones. Debido a las características del terreno y de la edificación, se planteó dos alternativas de cimentaciones superficiales: zapatas en 1 y 2 direcciones. Se realizaron los respectivos predimencionamientos de las propuestas de sistema de cimentación para luego proceder a modelarlas en el programa Etabs, el cual nos ayudara a obtener los momentos flectores y esfuerzos cortantes a los cuales estará sometida la cimentación, y con los cuales será diseñada Luego se procedió a efectuar el presupuesto de cada una de las propuestas para tener un costo total de las dos alternativas y finalmente se realizó el análisis comparativo estructural - económico de los sistemas de cimentación superficiales de las alternativas.
ADJUNTO PDF: SI NO
CONTACTO CON AUTOR/ES:
Teléfono: 0996146625 0981599637
E-mail: [email protected] [email protected]
CONTACTO CON LA INSTITUCIÓN:
Nombre: FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
Teléfono: 2-283348
E-mail:
X