FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

TEMA:

Diseño De Casa

DOCENTE:

Ing. Fernando Zalamea

ALUMNOS:

Arízaga Andrés

Cárdenas Viviana

Chaca Iván

Cuenca 28 de enero de 2015

INTRODUCCION

La ingeniería civil juega un papel fundamental para el desarrollo de los pueblos. Es notable destacar que con el paso de los años se han logrado adelantos importantes. Ellos surgen desde la época de los romanos, quienes fueron los primeros constructores y arquitectos. De allí en adelante el ser humano se interesó por innovar, de aquí que la ingeniería sufre tantos cambios, los cuales se pueden notar desde la construcción de viejos puentes y catedrales hasta los modernos e imponentes rascacielos.

En este transcurrir se logran objetivos muy productivos que ligados con el avance tecnológico actual, hacen posible el desarrollo de una nación, esto es notorio cuando vemos la construcción de vías de construcción como por ejemplo puentes, túneles o cualquier estructura, se puede notar entonces la importancia de la ingeniería .

El proyecto de vivienda unifamiliar tiene como propósito el diseño estructural de la misma (diseño de vigas, columnas, losas) que constituyen la parte más importante de la ingeniería civil.

OBJETIVO

El objetivo principal es analizar, modelar y diseñar, realizando los calculos estructurales necesarios que garanticen el funcionamiento adecuado de los diversos tipos estructuras, cumpliendo las normas sismicas y de diseño de los elementos de acuerdo a las Normas del ACI (American Concrete Institute).

El alumno calculara las fuerzas internas generadas en los sistemas estructurales para la construccion.

Se aprendera teoria y metodos para calculos de diseños y elemntos estructurales.

MARCO TEORICO

LOSAS UNIDIRECCIONALES:

Las Losas Unidireccionales se comportan básicamente como vigas anchas, que se suelen diseñar tomando como referencia una franja de ancho unitario (un metro de ancho). Existen consideraciones adicionales que serán estudiadas en su momento.

Cuando las losas rectangulares se apoyan en dos extremos opuestos, y carecen de apoyo en los otros dos bordes restantes, trabajan y se diseñan como losas unidireccionales.

Cuando la losa rectangular se apoya en sus cuatro lados (sobre vigas o sobre muros), y la relación largo / ancho es mayor o igual a 2, la losa trabaja fundamentalmente en la dirección más corta, y se la suele diseñar unidireccionalmente, aunque se debe proveer un mínimo de armado en la dirección ortogonal (dirección larga), particularmente en la zona cercana a los apoyos, donde siempre se desarrollan momentos flectores negativos importantes (tracción en las fibras superiores). Los momentos positivos en la dirección larga son generalmente pequeños, pero también deben ser tomados en consideración.

LOSAS BIDIRECCIONALES:

Cuando las losas se sustentan en dos direcciones ortogonales, se desarrollan esfuerzos y deformaciones en ambas direcciones, recibiendo el nombre de Losas Bidireccionales.

La ecuación general que describe el comportamiento de las losas bidireccionales macizas, de espesor constante, es conocida como la Ecuación de Lagrange o Ecuación de Placas, que se presenta a continuación:

Donde:

w: ordenada de la elástica de deformación de la placa en un punto de coordenadas (x,y)

D: rigidez a la flexión de la placa, análoga al producto E.I en vigas

E: módulo de elasticidad longitudinal del hormigón

h: espesor de la placa

m: coeficiente de Poisson del hormigón (su valor está comprendido entre 0.15 y 0.20)

Es importante notar que las deformaciones producidas por flexión en una de las direcciones generan esfuerzos flexionantes en la dirección perpendicular debido al

efecto de Poisson. También debe tomarse en consideración de que simultáneamente a la flexión en las dos direcciones, aparecen momentos torsionantes que actúan sobre la losa.

Las ecuaciones son análogas a la Ecuación General de la Flexión en Vigas, pero se incluye la deformación provocada por los momentos flexionantes transversales.

Las solicitaciones de diseño para las losas bidireccionales dependen de las cargas y las condiciones de apoyo. Existen tablas de diseño de losas para las cargas y las condiciones de apoyo (o de carencia de apoyo) más frecuentes (empotramiento o continuidad total; apoyo fijo con posibilidad de rotación; borde libre o voladizo), y en casos de geometrías y cargas excepcionales se pueden utilizar los métodos de las Diferencias Finitas o de los Elementos Finitos.

a. DEFLEXIONES MAXIMAS EN LOSAS:

El Código Ecuatoriano de la Construcción y el ACI definen deflexiones máximas calculadas para losas macizas y nervadas que varían desde Ln/180 hasta Ln/480, dependiendo del uso de la losa.

Altura Mínima de Vigas o Losas en una Dirección Cuando no se Calculan Deflexiones

Miembros Altura mínima h

Libremente

apoyados

Con un extremo

continuo

Ambos extremos

Continuos

En voladizo

Losas macizas

en una dirección

Ln/20 Ln /24 Ln /28 Ln /10

Vigas o losas nervadas

en una dirección

Ln /16 Ln /18.5 Ln /21 Ln /8

Donde:

Ln: claro libre en la dirección de trabajo de la losa, medido de cara interna a cara interna de los elementos que sustentan a la losa

b. ARMADURA MINIMA:

En losas de espesor constante (losas macizas), cuando se utilice acero de refuerzo con esfuerzo de fluencia Fy = 2800 Kg/cm2 o Fy =3500 Kg/cm2, la cuantía de armado mínimo para resistir la retracción de fraguado y los cambios de temperatura r mín será de 0.0020, en dos direcciones ortogonales. Esta armadura no debe colocarse con separaciones superiores a 5 veces el espesor de la losa ni 45 cm.

En losas de espesor constante, cuando se utilice acero de refuerzo con Fy = 4200 Kg/cm2, la cuantía mínima para resistir cambios temperatura y retracción de fraguado r mín será de 0.0018, y los espaciamientos serán similares al punto anterior.

En losas nervadas, la cuantía mínima de flexión rmín se calculará mediante la siguiente expresión:

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

En la loseta de compresión de las losas nervadas deberá proveerse de acero de refuerzo para resistir la retracción de fraguado y los cambios de temperatura, de un modo similar a las losas macizas de espesor constante.

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

c. ARMADURA MAXIMA:

Con el objeto de asegurar una ductilidad mínima, no se podrá proporcionar más armadura a una losa que el 75% de la cuantía balanceada cuando no resiste sismo, y que el 50% de la cuantía balanceada cuando resiste sismo.

r máx = 0.75 r b (si las losas no resisten sismo)

r máx = 0.50 r b (si las losas resisten sismo)

La cuantía balanceada está definida por:

Donde:

rb: cuantía balanceada

f’c: resistencia característica a la rotura del hormigón

Fy: esfuerzo de fluencia del acero de refuerzo

Es: módulo de elasticidad del acero

c. RECUBRIMIENTO MINIMO:

El acero de refuerzo en losas fundidas in situ debe tener un recubrimiento mínimo de 2.5 cm.

El acero de refuerzo en losas prefabricadas debe tener un recubrimiento mínimo de 1.5 cm.

VIGAS A FLEXION

Vigas: Las vigas al formar parte de sistemas estructurales como son los pórticos, los puentes y otros, se encuentran sometidas a cargas externas que producen en ellas solicitaciones de flexión, cortante y en algunos casos torsión.

Esfuerzos y deformaciones por flexión: Los momentos flectores son causados por la aplicación de cargas normales al eje longitudinal del elemento haciendo que el miembro se flexione. Dependiendo del plano sobre el que actúen las fuerzas, de su inclinación con respecto al eje longitudinal y de su ubicación con respecto al centro de cortante de la sección transversal del elemento, se puede producir sobre esta flexión simple, flexión pura, flexión biaxial o flexión asimétrica.

Flexión Pura: La flexión pura se refiere a la flexión de un elemento bajo la acción de un momento flexionante constante. Cuando un elemento se encuentra sometido a flexión pura, los esfuerzos cortantes sobre él son cero. Un ejemplo de un elemento sometido a flexión pura lo constituye la parte de la viga entre las dos cargas puntuales P.

Flexión Simple: En la vida práctica son pocos los elementos que se encuentran sometidos a flexión pura. Por lo general los miembros se encuentran en flexión no uniforme lo que indica que se presentan de forma simultánea momentos flectores y fuerzas cortantes. Por lo tanto se hace necesario saber que sucede con los esfuerzos y las deformaciones cuando se encuentran en esta situación. Para ello se deben conocer las fuerzas internas que actúan sobre los elementos determinándolas para la obtención de los diagramas de momentos flectores y fuerzas cortantes que actúan sobre un elemento dado.

Flexión Biaxial: La flexión biaxial se presenta cuando un elemento es sometido a cargas que actúan sobre direcciones que son oblicuas a los ejes de simetría de su sección transversal. Un ejemplo lo constituye la viga en voladizo de la siguiente figura sometida a la acción de una carga P, cuya dirección es oblicua a los ejes de simetría.

Sobre esta, se presentan además de los momentos flectores, fuerzas cortantes.

Para analizar los esfuerzos causados por flexión se descompone la fuerza P en cada uno de los ejes de simetría de la sección transversal para realizar un análisis de flexión por separado para cada dirección y luego superponerlos para determinar los esfuerzos y deflexiones totales.

Flexión mecánica: En ingeniería se denomina flexión al tipo de deformación que presenta un elemento estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal. El término "alargado" se aplica cuando una dimensión es dominante

frente a las otras. Un caso típico son las vigas, las que están diseñadas para trabajar, principalmente, por flexión. Igualmente, el concepto de flexión se extiende a elementos estructurales superficiales como placas o láminas.

El rasgo más destacado es que un objeto sometido a flexión presenta una superficie de puntos llamada fibra neutra tal que la distancia a lo largo de cualquier curva contenida en ella no varía con respecto al valor antes de la deformación. El esfuerzo que provoca la flexión se denomina momento flector.

DIAGRAMAS DE MOMENTO Y CORTANTE EN VIGAS

Con el ánimo de complementar el tema e introducir una pequeña convención adicional a la tradicional, se muestran los diagramas de fuerzas internas (M, V) de una viga sencilla, que el lector podrá analizar fácilmente con los conocimientos de los cursos anteriores y comprobar las ordenadas.

Figura 6.5: diagramas de cortante y momentos de una viga

La magnitud de las fuerzas internas se usa para el diseño de la sección transversal de la viga. En este caso la sección de máximo momento está cerca al centro de la luz (Mmax = 7,1 kN-m), y este valor sería el empleado en un diseño como el de los «esfuerzos admisibles» definido por la norma colombiana NSR-98, para seleccionar la sección del perfil estructural, si se hiciese en acero. Pero en el apoyo izquierdo hay un momento negativo de valor importante (M = - 4 kN-m), que deberá tenerse en cuenta si el diseño de la viga se hace en concreto reforzado. Como es sabido, en el concreto estructural el refuerzo se coloca para atender las tensiones; en el centro de la luz la tensión está en la parte inferior y en el apoyo o voladizo, la tensión está en la parte superior.

Para facilitar el proceso de diseño y el uso de los diagramas muchos autores acostumbran dibujar el diagrama de momentos del lado de tensión de la viga, según se muestra en la figura siguiente (fig. 6.6.b), en la que además se muestra cuál sería la colocación de los refuerzos principales si la viga se diseñase en concreto reforzado (fig. 6.6.c).

Figura 6.6: convención para dibujo del diagrama de momentos del lado de tensión de la viga

La característica fundamental de las vigas es ser elementos a flexión y en el curso de Resistencia de materiales se derivan y trabajan las relaciones diferenciales entre el momento flector y la curvatura de la viga:

Operando con esta relación diferencial se pueden predecir las deflexiones en cualquier punto de la viga en función de los parámetros mecánicos de la viga: el momento de inercia (I) de la sección transversal y el módulo de elasticidad (E) del material de la viga.

ZAPATAS

Una zapata es un tipo de cimentación superficial (normalmente aislada), que puede ser empleada en terrenos razonablemente homogéneos y de resistencias a compresión medias o altas. Consisten en un ancho prisma de hormigón (concreto) situado bajo los pilares de la estructura. Su función es transmitir al terreno las tensiones a que está sometida el resto de la estructura y anclarla.

Cuando no es posible emplear zapatas debe recurrirse a cimentación por pilotaje o losas de cimentación.

Tipos de zapatas

Existen varios tipos de zapatas en función de si servirán de apoyo a uno o varios pilares o bien sean a muros. Para pilares singulares se usan zapatas aisladas, para dos pilares cercanos zapatas combinadas, para hileras de pilares o muros zapatas corridas.

Zapatas aisladas

Empleadas para pilares aislados en terrenos de buena calidad, cuando la excentricidad de la carga del pilar es pequeña o moderada. Esta última condición se cumple mucho mejor en los pilares no perimetrales de un edificio. Las zapatas aisladas según su relación entre el canto y el vuelo o largo máximo libre pueden clasificarse en:

Construcción de una cimentación por zapata asilada

Zapatas rígidas o poco deformables. Zapatas flexibles o deformables.

Y según el esfuerzo vertical esté en el centro geométrico de la zapata se distingue entre:

Zapatas centradas. Zapatas excéntricas. Zapatas irregulares. Zapatas colindantes

El correcto dimensionado de las zapatas aisladas requiere la comprobación de la capacidad portante de hundimiento, la comprobación del estado de equilibrio (deslizamiento, vuelco), como la comprobación resistente de la misma y su asentamiento diferencial en relación a las zapatas contiguas.

Zapatas combinadas

A veces, cuando un pilar no puede apoyarse en el centro de la zapata, sino excéntricamente sobre la misma o cuando se trata de un pilar perimetral con grandes momentos flectores la presión del terreno puede ser insuficiente para prevenir el vuelco de la cimentación. Una forma común de resolverlo es uniendo o combinando la zapata de cimentación de este pilar con la más próxima, o mediante vigas centradoras, de tal manera que se pueda evitar el giro de la cimentación.

Un caso frecuente de uso de zapatas combinadas son las zapatas de medianería o zapatas de lindero, que por limitaciones de espacio suelen ser zapatas excéntricas. Por su propia forma estas zapatas requieren para un correcto equilibrio una viga centradora. Dicha viga centradora junto con otras dos zapatas, constituye un caso de zapatas combinadas.

Zapatas corridas o continuas

Dibujo esquemático de zapata continua.

Se emplea normalmente este tipo de cimentación para sustentar muros de carga, o pilares alineados relativamente próximos, en terrenos de resistencia baja, media o alta. Las zapatas de lindero conforman la cimentación perimetral, soportando los pilares o muros excéntricamente; la sección del conjunto muro-zapata tiene forma de "L" para no invadir la propiedad del vecino. Las zapatas interiores sustentan muros y pilares según su eje y la sección muro-zapata tiene forma de T invertida; poseen la ventaja de distribuir mejor el peso del conjunto.

TABLAS Y CALCULOS

Calculo de las Viguetas

Se lo hizo mediante una hoja de Excel, la cual vemos a continuación, esta nos da el número de varillas y sus diámetros en la parte superior, así como inferior de la vigueta tomando en cuenta una loza bidireccional con los casetones de bloque para asi disminuir su peso.

Calculo de la loza

De igual manera se calculo en Excel el cual nos da el ancho de la loza asi como también el tipo y ubicación de aceros para la colocación de una malla electrosoldada colocada para el soporte de momentos generados en la loza.

Calculo de Vigas

Se usó un Excel el cual itera la cuantía del acero y así podemos sacar la cantidad de varillas usadas en cada parte de la viga, este Excel fue modificado del anterior trabajo de vigas unidireccionales a un momento bidireccional calculado anteriormente, para así proceder plasmar el resultado en el plano acotado, el cual se encuentra espesificado cada una de las posiciones de las varillas y sus debidos refuerzos.

Calculo de Estribos

Estos así mismo se calcularon por un Excel el cual está diseñado para una zona no sísmica, s es la separación de estribos al cual deben estar ubicados en las debidas zona critica y zona simple.

La cantidad y la separación de cada uno se da al último para cada parte de la viga, este proceso de hiso en conjunto con el diseño de la viga.

Calculo de Zapatas

Este se hizo por medio de Excel, el cual se tomó, para facilidad de operaciones, una sola misma zapata cuadrada, la cual fue analizada y se tomó en cuenta la menos favorable, para así tener un solo diseño de zapata, el cual no afecte en nada a la estructura para su facilidad de construcción.

Para la facilidad de entendimiento para el lector del plano, los resultados de la panilla, así como la colocación y ubicación de los aceros se da en mismo plano de entrega.