INFORME DE PRACTICAS PRE-PROFESIONALES EN INGENIERIA CIVIL-3
1. UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZÁN
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Y ARQUITECTURA
E.A.P INGENIERIA CIVIL
Tercer Informe de Prácticas pre-Profesionales
en KAIROZ CONSTRUCTORA E.I.R.L en la
elaboración de proyectos a nivel de Perfil y
Expediente Técnico
Responsable: Wilson Diter Ñaupa Tello
Wilson_19_06@hotmail.com
01/07/2015
“Año de la Diversificación productiva y del fortalecimiento de la educación”
2. Universidad Nacional “Hermilio Valdizan”
Facultad de Ingeniería Civil y Arquitectura
E.A.P de Ingeniería Civil.
PRACTICANTE
Ñaupa Tello, Wilson Diter
ASESOR INTERNO PPP
Ing. Zevallos Huaranga Jorge
ASESOR EXTERNO PPP
Ing. Cabrera Mora Euler Hector
Índice
DEDICATORIA________________________________________________________________________________________________I-1
AGRADECIMIENTOS_________________________________________________________________________________________I-1
DOCUMENTOS ADMINISTRATIVOS _______________________________________________________________________I-1
CARTA DE PRESENTACIÓN DEL ALUMNO _______________________________________________________________ I-1
CARTA DE ACEPTACIÓN DE LA EMPRESA _______________________________________________________________ I-1
CARTA DE ACEPTACIÓN DEL ASESOR INTERNO DE PRÁCTICAS ______________________________________ I-1
CARTA DE ACEPTACIÓN DEL ASESOR EXTERNO DE PRÁCTICAS ______________________________________ I-1
INTRODUCCIÓN______________________________________________________________________________________________I-1
I. TÍTULO ANTECEDENTES Y LIMITACIONES_________________________________________________________I-2
1.1. TÍTULO ____________________________________________________________________________________________ I-2
1.2. ANTECEDENTES __________________________________________________________________________________ I-2
1.3. LIMITACIONES____________________________________________________________________________________ I-2
II. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA ___________________________________________________________________II-2
2.1. DELA FUNCIÓN REALIZADA ____________________________________________________________________ II-2
2.2. DELA FORMULACIÓN ___________________________________________________________________________ II-3
2.3. DELASNORMAS EMPLEADAS __________________________________________________________________ II-3
III. OBJETIVOS____________________________________________________________________________________________III-3
3.1. OBJETIVO GENERAL _____________________________________________________________________________III-3
3.2. OBJETIVO ESPECÍFICO __________________________________________________________________________III-3
IV. MARCO TEÓRICO _________________________________________________________________________________ IV-4
4.1. METRADO DE CARGAS __________________________________________________________________________IV-4
4.1.1. METRADO DE CARGAS LINEALES _________________________________________________________IV-4
4.2. ANALISISDECARGAS ESTATICAS ______________________________________________________________IV-4
4.2.1. CARGAS ESTATICAS ________________________________________________________________________IV-4
4.3. REQUISISTOS DE RESISTENCIA YDE SERVICIO _____________________________________________ IV-11
4.3.1. GENERALIDADES _________________________________________________________________________ IV-11
4.3.2. RESISTENCIA REQUERIDA _______________________________________________________________ IV-12
4.3.3. RESISTENCIA DE DISEÑO ________________________________________________________________ IV-12
4.3.4. RESISTENCIA MINIMA DEL CONCRETO ESTRUCTURAL________________________________ IV-12
4.3.5. RESISTENCIA DE DISEÑO PARA EL REFUERZO _________________________________________ IV-13
4.4. DISEÑO DE CONCRETO ARMADO_____________________________________________________________ IV-13
4.4.1. DISEÑO POR FLEXION____________________________________________________________________ IV-13
4.4.2. DISEÑO POR FLEXOCOMPRESIÓN _______________________________________________________ IV-14
4.4.3. DISEÑO POR CORTANTE _________________________________________________________________ IV-15
4.5. CONCEPTOS BÁSICOS _________________________________________________________________________ IV-16
V. ACTIVIDADES DESARROLLADAS __________________________________________________________________V-17
5.1. DISEÑO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES___________________________________________________ V-17
5.1.1. CARACTERISTICAS: MODULO 8 – TALLERES_____________________________________________ V-17
5.2. DISEÑO DE VIGAS ______________________________________________________________________________ V-19
5.2.1. DISEÑO POR FLEXIÓN_____________________________________________________________________ V-22
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5.3. DISEÑO DE LOSAS ALIGERADAS ______________________________________________________________ V-25
5.3.1. Diseño por flexión__________________________________________________________________________ V-26
5.3.2. Verificación por corte _____________________________________________________________________ V-27
5.3.3. Refuerzo por temperatura ________________________________________________________________ V-27
5.3.4. Control de Fisuración______________________________________________________________________ V-27
5.4. DISEÑO DE COLUMNAS_________________________________________________________________________ V-28
5.4.1. Diseño por flexocompresión_______________________________________________________________ V-28
5.4.2. Diseño por cortante _______________________________________________________________________ V-30
5.5. DISEÑO DE CIMENTACIÓN _____________________________________________________________________ V-32
VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES________________________________________________________ VI-1
6.1. CONCLUSIONES__________________________________________________________________________________VI-1
6.2. RECOMENDACIONES ____________________________________________________________________________VI-1
VII. BIBLIOGRAFÍA ___________________________________________________________________________________ VII-2
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DEDICATORIA
Estas labores van dedicadas en
primer lugar a Dios, mis Padres y mi
Familia por su infinito apoyo. A mis
grandes maestros cuyas palabras
aún siguen enseñando con el paso
del tiempo. Y a mis entrañables
amigos que acompañan cada etapa
de mi vida con su respaldo
incondicional.
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AGRADECIMIENTOS
A Dios, a mi padre quien en vida fue: Leonardo Ñaupa Zavala, a mi madre:
Maximiliana Tello Segovia; quien es el motivo para despertarme lleno de
fuerzas para seguir adelante, mis hermanos; por todo el cariño y
compresión que siempre me brindan junto con su respaldo y apoyo
incondicional, y por todo lo recibido durante los años vividos.
A la Universidad Nacional “Hermilio Valdizán” por todas las enseñanzas
impartidas en mi formación académica y por haberme brindado todas las
facilidades para la consecución de mis objetivos trazados.
A los docentes que se esforzaron por impartirme los conocimientos que
adquirí en las aulas de nuestra Facultad.
Al Ing. Jorge Zevallos Huaranga e Ing. Euler Hector Cabrera Mora, por la
orientación y la información que me vienen brindando durante mis
Prácticas Pre profesionales de manera satisfactoria.
A la empresa KAIROS CONSTRUCTORA E.I.R.L. por la oportunidad
brindada para poder realizar mis Prácticas Pre-Profesionales en la
elaboración de proyectos a nivel de Perfil y Expediente Técnico en forma
particular en esta etapa en la elaboración del diseño estructural cuyo
nombre del proyectoes: “MEJORAMIENTO DE LOS SERVICIOS
EDUCATIVOS DE LA I.E. 34032 MARTIRES DE RANCAS DE LA
LOCALIDAD DE SAN ANTONIO DE RANCAS, DISTRITO DE SIMON
BOLIVAR - PASCO - PASCO”
Agradezco a mis mejores amigos, por todos los consejos y enseñanzas
recibidas durante los años de estudio en la UNHEVAL.
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DOCUMENTOS ADMINISTRATIVOS
CARTA DE PRESENTACIÓN DEL ALUMNO
Para la realización de prácticas Pre-Profesionales por parte del Ing. Jorge
Zevallos Huaranga, Decano de la Facultad Ing. Civil y Arquitectura, al
practicante Wilson Diter Ñaupa Tello.
CARTA DE ACEPTACIÓN DE LA EMPRESA
Para la realización de prácticas Pre-Profesionales por parte de la empresa:
KAIROS CONSTRUCTORA E.I.R.L, al practicante Wilson Diter Ñaupa
Tello.
CARTA DE ACEPTACIÓN DEL ASESOR INTERNO DE
PRÁCTICAS
De Asesoramiento Interno en la realización de las prácticas Pre-
Profesionales por parte del Ing. Jorge Zevallos Huaranga, al practicante
Wilson Diter Ñaupa Tello.
CARTA DE ACEPTACIÓN DEL ASESOR EXTERNO DE
PRÁCTICAS
De Asesoramiento Externo en la realización de las prácticas Pre-
Profesionales de parte del Ing. Euler Héctor Cabrera Mora, al practicante
Wilson Diter Ñaupa Tello.
Todos los documentos se presentaron en un folder previa una solicitud
anexando el historial de notas cuya función es de cumplir con los créditos
mínimos para la realización de prácticas.
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INTRODUCCIÓN
El presente informe hace mención la descripción de todas las
actividades desarrolladas durante este bimestre, en la empresa; “KAIROS
CONSTRUCTORA”, en esta oportunidad haciendo trabajos de ingeniería
tal es el diseño estructural del proyecto “MEJORAMIENTO DE LOS
SERVICIOS EDUCATIVOS DE LA I.E. 34032 MARTIRES DE RANCAS DE
LA LOCALIDAD DE SAN ANTONIO DE RANCAS, DISTRITO DE SIMON
BOLIVAR - PASCO - PASCO”
Luego de haber realizado el análisis estructural de todos los módulos de la
I.E. N° 34032 de San Antonio de Rancas, es necesario realizar el diseño
estructural de cada elemento: vigas, columnas, cimentación, aligerado, etc.
teniendo en cuenta los esfuerzos internos de cada uno de ellos y siguiendo
las pautas de la norma E.060-Concreto armado.
El desarrollo se hace mediante capítulos el cual explico a continuación:
Comienza con los aspectos generales, describiendo cargas,
combinaciones de cargas según E.060, y diseño de elementos sísmico de
elementos estructurales según norma E.060- Concreto Armado.
En el segundo aspecto se mencionan la justificación e importancia de la
función realizada y del planteamiento o la formulación del Proyecto,
seguido por los objetivos, Marco Teórico.
El principal capítulo del presente informe está centrado en el capítulo V
Actividades desarrolladas el cual involucra en su contenido las actividades
realizadas en gabinete todo referente al análisis y diseño del mensionado
proyecto.
Se cierra el presente informe con las conclusiones y recomendaciones
respectivas captadas de la experiencia en este último bimestre de
prácticas pre profesionales.
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I. TÍTULOANTECEDENTES Y LIMITACIONES
1.1. TÍTULO
Tercer Informe de Prácticas Pre Profesionales, en la empresa: KAIROS
CONSTRUCTORA E.I.R.L, durante la elaboración de Perfiles y
Expedientes Técnicos.
1.2. ANTECEDENTES
DE LA ORGANIZACIÓN DE LA PRÁCTICA:
El Decano de la Facultad de Ingeniería Civil y Arquitectura, presenta al
alumno Wilson Diter Ñaupa Tello, ante la empresa KAIROS
CONSTRUCTORA E.I.R.L, para que el alumno pueda realizar sus
Prácticas Profesionales en dicha institucione.
La empresa KAIROS CONSTRUCTORA E.I.R.L autorizan la iniciación de
prácticas del alumno en la como ASISTENTE Y APOYO TÉCNICO EN LA
ETAPA DE IDENTIFICACIÓN, FORMULACIÓN Y EVALUACIÓN;
DURANTE LA ELABORACIÓN DE PROYECTOS A NIVEL DE PERFIL Y
EXPEDIENTE TÉCNICO.
Se da conocimiento a la Universidad Nacional “Hermilio Valdizán” en el
folio presentado por el alumno junto a todos los requisitos que la
normatividad legal impone.
1.3. LIMITACIONES
Las Principales limitaciones son:
La falta de datos reales, debido a la falta de sismógrafos en el Perú.
Falta de criterio estructural en los planos de arquitectura.
II. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA
2.1. DE LA FUNCIÓN REALIZADA
Continuando con mis prácticas Pre-Profesionales, para esta
oportunidad se tuvo el Diseño estructural de los módulos de la I.E. N°
34032 de San Antonio de Rancas
Para la Elaboración del estudio definitivo (Expediente Técnico), es
necesario contar con un buen análisis y posterior un adecuado diseño,
que estén acorde con las normas peruanas: E.030 Diseño
Sismorresistente, E.060 Concreto armado, E.070 Albañilería, E.020
Cargas.
Es de mucha importancia desarrollar estudios definitivos de acuerdo a
la normatividad vigente, respetando sus lineamientos y condiciones
mínimas de calidad para tener como resultado obras y proyectos de
calidad.
La compatibilidad que se desarrolla entre un perfil técnico, expediente
técnico y área de trabajo con la finalidad no provocar errores y
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omisiones en la ejecución del proyecto (Ampliaciones de Plazo,
Adicionales de Obra, etc).
2.2. DE LA FORMULACIÓN
El proyecto consiste en el diseño estructural de una edificación cuyo
número de pisos es de hasta tres conformado por sistema estructural
es mixto a base de columnas y muros portantes, con entrepiso
unidireccional aligerado, cobertura a dos aguas en base a vigas
estructurales de concreto armado y losa aligerada, la cimentación es a
base de zapatas, vigas de cimentación, cimiento corrido y
sobrecimiento reforzado, debido a que la capacidad portante es muy
bajo wt=1.09kg/cm2 y profundidad de cimentación es de 2.10m según
estudio de suelos.
El diafragma rígido, es una losa aligerada de 20 cm de espesor, siendo
una estructura integrada, que responde a los esfuerzos propios de
cargas aplicadas por su uso. La disposición en planta de las viguetas
del aligerado es paralela al sentido “X” o “Y” dependiendo de la
orientación de los módulos, debido a los requerimientos de ambientes y
a la disposición de los ejes. La cimentación consiste en cimentación
corrida y armada, para muros de albañilería y columnas
respectivamente. La cimentación cumple la función de formar un
diafragma rígido continuo integrando a los elementos verticales y
compatibilizando sus desplazamientos laterales.
2.3. DE LAS NORMAS EMPLEADAS
Reglamento Nacional de edificaciones RNE-2009.
Norma Técnica de Edificación de Cargas E.020.
Norma Técnica de Diseño Sismo Resistente E.030.
Norma Técnica de Edificación de Concreto Armado E.060.
Especificaciones de ACI 318-05
III. OBJETIVOS
3.1. OBJETIVO GENERAL
Complementar la formación académica recibida durante el periodo de
formación de pre-grado con la práctica.
Poner en práctica los conocimientos adquiridos en la universidad
desempeñándome de manera eficiente y responsable en la práctica,
aportando así en bien de nuestra institución.
Tener buen desenvolvimiento en el ejercicio de nuestra profesión frente
a nuestra sociedad y retos futuros.
3.2. OBJETIVO ESPECÍFICO
Formulación de Perfiles y Expedientes técnicos bien estructurados y
sustentados con la reglamentación correspondiente a las
observaciones hechas en los proyectos.
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Identificar qué puntos son los más reincidentes en las falencias al
momento de hacer el análisis y diseño estructural.
Plasmar el estado real de la estructura o del edificio para tener un buen
análisis y consecuentemente un buen diseño estructural.
Elaborar un buen sistema estructural acorde con las normas vigentes.
Determinar todos los estudios de ingeniería para no tener
inconvenientes durante la ejecución de Obra.
Saber la capacidad portante del suelo y la profundidad de cimentación
para un óptimo análisis y diseño de cada elemento estructural.
Llevar a cabo las funciones de asistencia técnica en la formulación de
los proyectos con responsabilidad y seriedad.
Diseñar según los parámetros de la norma E.060 Concreto Armado
cada elemento estructural y hacer las verificaciones por servicio y por
resistencia última según cada elemento estructural.
IV. MARCO TEÓRICO
4.1. METRADO DE CARGAS
4.1.1. METRADO DE CARGAS LINEALES
El metrado de cargas se desarrollara de acuerdo a los requerimientos de
la Norma Peruana de Cargas E-020 del Reglamento Nacional de
Edificaciones.
Las edificaciones y todas sus partes deberán ser capases de resistir
cargas que se le imponga como consecuencia de su uso previsto. Estas
actúan en combinaciones prescritas y no deben causar esfuerzos ni
deformaciones que excedan los señalados para cada material estructural
en su norma de diseño específica.
a) CARGA MUERTA
Es la carga permanente que lo conforman los materiales, dispositivos de
servicio, equipo, Tabiques, etc.
b) CARGA VIVA
Es la Sobrecarga carga móvil, esta carga se toma de acuerdo a los
análisis realizados por los investigadores de acuerdo al tipo de estructura a
la cual va estar sometida la estructura.
c) CARGA SISMICA
Son sometidos todas las edificaciones de acuerdo al tipo de Estructura. En
nuestro caso se tiene una clasificación de tipo A por albergar a personas
en caso de Terremotos.
4.2. ANALISIS DE CARGAS ESTATICAS
4.2.1. CARGAS ESTATICAS
a) La Norma E.020 indica los diferentes tipos de cargas a utilizar y las
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combinaciones a tener en cuenta, asimismo nos indica los esfuerzos y
deformaciones que se generan como resultado de la aplicación de las
cargas, las cuales no deberán exceder los valores estipulados para cada
material estructural según la norma de diseño correspondiente.
b) Para realizar el metrado de cargas debemos tener en cuenta lo siguiente:
CARGA MUERTA
Materiales
Se considerará el peso real de los materiales que conforman la edificación
y los que soportan la edificación, calculados en base a los pesos unitarios
que aparecen en la siguiente tabla, pudiéndose emplear pesos unitarios
menores cuando se justifiquen debidamente.
El peso real se podrá determinar por medio de análisis o usando los datos
indicados en los diseños y catálogos del fabricante.
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PESOS UNITARIOS
MATERIALES
PESO
(Kg/m3)
Concreto de Simple de:
GRAVA 2300
ConcretoArmado 2400
Dispositivos de servicios y Equipos
Se considerará el peso de todos los dispositivos de servicio de la
edificación.
Tabiques
Se considerará el peso de todos los tabiques, usando los pesos reales en
las ubicaciones que indican los planos.
Tabiqueria móvil
El peso de tabiques móviles se incluirá como carga viva equivalente
uniformemente repartida por metro cuadrado, con un mínimo de 0.50kPa
(50 kgf/m2), para divisiones livianas móviles de media altura y de 1kPa
(100Kgf/m2), para divisiones livianas móviles de altura completa.
CARGA VIVA
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Carga viva mínima repartida
Se usaran como mínimo los valores que se establece en la siguiente tabla.
CARGAS MINIMAS REPARTIDAS
USO U OCUPACION CAPACIDAD REPARTIDAS (Kgf/m2)
Baños
Iguala la carga principal del resto del área,
sin que sea necesario que exceda a 300
Centros de Educación
Aulas 250
Talleres 350
Auditorio De acuerdo a los lugares de asambleas
Laboratorios 300
Corredoresy escaleras 400
Carga viva del techo
Se diseñarán los techos y las marquesinas tomando en cuenta las cargas
vivas, las de sismo, viento y otras prescritas a continuación.
Las cargas vivas mínimas serán las siguientes:
a) Para los techos con una inclinación hasta de 3º con respecto a la
horizontal, 1,0kPa (100 kgf/m2).
b) Para techos con inclinación mayor de 3º, con respecto a la horizontal 1,0
kPa (100kgf/m2) reducida en 0.05 kPa (5kgf/m2).
c) Para techos curvos, 0,50 kPa (50 kgf/m2)
d) Para techos con coberturas livianas de planchas onduladas o plegadas,
calaminas, fibrocemento, material plástico, etc., cualquiera sea su
pendiente, 0,03 kPa (30 kgf/m2), excepto cuando el techo pueda haber
acumulación de nieve, en cuyo caso se aplicará lo indicado en el
Articulo11.
Nieve
La estructura y todos los elementos de techo que estén expuestos a la
acción de la carga de nieve serán diseñados para resistir las cargas
producidas por la posible acumulación de la nieve en el techo. La
sobrecarga de nieve en una superficie cubierta es el peso de la nieve que,
en las condiciones climatológicas más desfavorables puede acumularse
sobre ella.
La carga de nieve debe considerarse como carga viva. No será necesario
incluir en el diseño el efecto simultáneo de viento y carga de nieve.
Carga básica de nieve sobre el suelo (Qs).- para determinar este valor,
deberá tomarse en cuenta condiciones geográficas y climáticas de la
región donde se ubicara la estructura. La carga básica se establecerá de
un análisis estadístico de la información disponible en la zona, para un
periodo medio de retorno de 50años (probabilidad anual del 2% de ser
excedida.)
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El valor mínimo de la carga básica de nieve sobre el suelo (Qs) será de
40Kgf/m2.
Carga de nieve sobre los techos (Qt).- para techos a una o dos aguas
con inclinaciones menores a o iguales a 15º (pendientes ≤ 27%) y para
techos curvos con una relación flecha/luz ≤ 0.1 o ángulo vertical menor o
igual 10º (calculando desde el borde hasta el centro).
La carga de diseño (Qt), sobre la proyección horizontal, será:
𝑄𝑡 = 𝑄𝑠
Para techos a una o dos aguas con inclinaciones comprendidas entre 15º y
30º la carga de diseño (Qt), sobre la proyección horizontal será:
𝑄𝑡 = 0.80𝑄𝑠
Viento
Velocidad de diseño del viento hasta 10m. De altura será la velocidad
máxima adecuada a la zona de ubicación de la edificación pero no menos
de 75 Km/h. la velocidad de diseño del viento en cada altura de la
edificación se obtendrá con:
𝑉ℎ = 𝑉(
ℎ
10
)0.22
Donde.
Vh = es la velocidad de diseño en la altura h, en Km/h
V = es la velocidad de diseño hasta 10m de altura en Km/h
H = es la altura sobre el terreno en metros
La carga exterior (presión o succión): ejercida por el viento se supondrá
estática y perpendicular a la superficie sobre la cual se actúa. Se calculará
de la expresión:
𝑃ℎ = 0.005𝐶𝑉ℎ2
Donde:
Ph = es la presión o succión del viento en una altura h en Kg/m2
C = factor de forma a dimensional indicado en la tabla.
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Cargas unitarias Empleadas
Las cargas unitarias empleadas en los cálculos, son de acuerdo a lo
dispuesto en la NTE E.020, las cuales son los siguientes:
TABLA DE CARGAS UNITARIAS
Peso específicodelconcretosimple 2.3 Tn/m3
Peso específicodelconcretoarmado 2.4 Tn/m3
Aligeradoh=0.20 0.3 Tn/m2
Aligeradoh=0.25 0.35 Tn/m2
Aligeradoh=0.17
0.28
Tn/m2
Enlucidoorevoquede morterode cementoe=1.5cm 0.03 Tn/m2
Piso pulidoe=2" 0.115 Tn/m2
Ladrillopastelero25x25x3 0.044 Tn/m2
Albañileríade arcillacocidahueca 1.35 Tn/m3
Coberturade teja andina(eternit) 0.05 Tn/m2
Cielorrasosuspendidodetriplay 0.0075 Tn/m2
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Sobrecarga en centros educativos
Aulas 0.25 Tn/m2
Laboratorios 0.3 Tn/m2
Salade lectura – Biblioteca 0.3 Tn/m2
Salade computo 0.35 Tn/m2
Corredory escaleras 0.4 Tn/m2
Talleres 0.35
Tn/m2
Techos 0.05
Tn/m2
Metrado de cargas uniformemente repartida
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4.3. REQUISISTOS DE RESISTENCIA Y DE SERVICIO
4.3.1. GENERALIDADES
Las estructuras y los elementos estructurales deberán diseñarse para
obtener en todas sus secciones resistencias de diseño (∅𝑅𝑛) por lo
menos iguales a las resistencias requeridas (Ru), calculadas para las
cargas y fuerzas amplificadas en las combinaciones que se estipulan en la
Norma E.060. En todas las secciones de los elementos estructurales
deberá cumplirse:
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∅𝑅𝑛 ≥ 𝑅𝑢
Las estructuras y los elementos estructurales deberán cumplir además con
todos los demás requisitos de esta E.060, para garantizar un
comportamiento adecuado bajo cargas de servicio.
4.3.2. RESISTENCIA REQUERIDA
La resistencia requerida para cargas muertas (CM) y cargas vivas (CV)
será como mínimo:
𝑈 = 1.4𝐶𝑀 + 1.7𝐶𝑉
Si en el diseño se tuvieran que considerar cargas de sismo (CS), además
de la combinación anterior, la resistencia requerida será como mínimo:
𝑈 = 1.25(𝐶𝑀 + 𝐶𝑉) ± 𝐶𝑆
𝑈 = 0.9𝐶𝑀 ± 𝐶𝑆
No será necesario considerar acciones de sismo y de viento
simultáneamente.
Las estimaciones de los asentamientos diferenciales, flujo plástico del
concreto, retracción restringida, la expansión de concretos de retracción
compensada o cambios de temperatura deben basarse en una
determinación realista de tales efectos durante la vida útil de la estructura.
4.3.3. RESISTENCIA DE DISEÑO
Las resistencias de diseño (∅𝑅𝑛) proporcionada por un elemento, sus
conexiones con otros elementos, así como sus secciones transversales, en
términos de flexión, carga axial, cortante y torsión, deben tomarse como la
resistencia nominal calculada de acuerdo con los requisitos y suposiciones
de esta Norma, multiplicada por los factores ∅ de reducción de resistencia
especificados a continuación.
4.3.4. RESISTENCIA MINIMA DEL CONCRETO ESTRUCTURAL
Para el concreto estructural, f’c no debe ser inferior a 170Kg/cm2, salvo
para concreto estructural simple (no menor a 140Kg/cm2). No se establece
un valor máximo para f’c salvo que se encuentre restringido por alguna
Flexión sin carga axial 0.90
a) Carga axial de tración con o sin flexión 0.90
-Elementos con refuerzos en espiral 0.75
-Elementos con refuerzo estribos y/o otros 0.70
Cortante y torsión 0.85
- flexión, compresión, cortante y aplastamiento 0.65
Carga axial y carga axial con flexión
b) carga axial de compresión con o sin flexión
Concreto estructural simple
Flexión Pura
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disposición específica de esta Norma tales como:
Concreto en elementos resistentes a fuerzas inducidas por sismo
La resistencia especificada a la compresión del concreto, f’c, no debe
ser menor que 210 Kg/cm2.
La resistencia especificada a la compresión del concreto, f’c, no debe
ser mayor que 550 Kg/cm2.
4.3.5. RESISTENCIA DE DISEÑO PARA EL REFUERZO
Los valores de 𝑓𝑦 𝑦 𝑓𝑦𝑡 usados en los cálculos de diseño no deben
exceder de 5500 Kg/cm2, excepto para los aceros de preesforzado, para
los refuerzos transversales en espiral en 10.9.3, el refuerzo por cortante y
torsión (no deben exceder a 4200 Kg/cm2). Para los elementos con
responsabilidad sísmica (El refuerzo de acero longitudinal y transversal en
todos los elementos con responsabilidad sísmica será corrugado y deberá
cumplir con las disposiciones de ASTM A 706M. Se permite el empleo de
acero de refuerzo ASTM A 615M, grados 280 y 420).
4.4. DISEÑO DE CONCRETO ARMADO
Para el caso de las edificaciones convencionales se suele hacer el
dimensionamiento de secciones y establecer cuantías de refuerzo teniendo
en cuenta el estado límite último de rotura o agotamiento, lo que se
denomina Diseño por Resistencia.
Posteriormente se realiza la comprobación de estos valores para
asegurarnos del cumplimiento de estas frente a los estados límites de
servicio. Se procede de esta manera ya que se debe tener en cuenta el no
poner en riesgo a los ocupantes de estas edificaciones y asegurarnos de
que sus componentes estructurales sean capaces de resistir las cargas a
las que serán sometidas en su vida útil.
4.4.1. DISEÑO POR FLEXION
Para el diseño por flexión debemos tener en cuenta de considerar
secciones críticas tanto para los momentos negativos (a la cara de los
apoyos) como para los momentos positivos (al interior de la luz del
elemento). A continuación nombraremos las cuatro hipótesis básicas a
tener en cuenta para el diseño por flexión:
Las secciones planas permanecen planas (Hipótesis de Navier). Esta
hipótesis se cumple sólo para vigas esbeltas y deja de tener validez
para vigas de gran peralte.
No existe deslizamiento entre el acero de refuerzo y el concreto
alrededor suyo, es decir las deformaciones en ambos elementos se
consideran iguales.
Se puede despreciar la resistencia en tracción del concreto.
Los esfuerzos del acero y concreto pueden ser calculados a partir de
sus deformaciones a través de las relaciones constitutivas del acero y
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del concreto.
Como se vio inicialmente, el diseño en concreto armado pasa por la
comparación entre las resistencias suministradas versus las resistencias
requeridas. Para ello se debe calcular entonces las resistencias nominales
y afectarlas por el factor de reducción de carga. En este caso se alcanzará
esta resistencia nominal cuando el acero llegue al esfuerzo de fluencia o
cuando el concreto llegue a su deformación máxima. El tipo de falla
dependerá entonces de la cuantía de acero que se coloque en la sección.
Definimos el término cuantía como la relación entre el área de acero de
refuerzo en una sección y el área de la misma:
𝜌 =
𝐴𝑠
𝑏𝑑
Donde:
𝜌: Cuantía de acero
𝐴𝑠: Área de acero de refuerzo
𝑏: Ancho de la sección (base)
𝑑: Peralte efectivo de la sección
A partir de lo mencionado anteriormente podemos establecer las siguientes
definiciones:
Falla de Tracción (Sub reforzado): En este caso el acero entra el fluencia
antes de que el concreto alcance la deformación máxima 𝜀𝑐𝑢. La falla de
tracción es dúctil.
Falla Balanceada: Límite entre las fallas de tracción y compresión. Este
estado permite calcular la cantidad de acero (Asb) que produce la falla
balanceada de una sección. 𝜌𝑚á𝑥 = 0.75𝜌 𝑏, según E.060.𝜌 𝑚í𝑛: La Norma
E060 establece una cuantía mínima tal que se garantice que la resistencia
de la sección fisurada sea por lo menos 1.5 veces mayor que el momento
flector causante del agrietamiento en dicha sección.
Falla de Compresión: Cuando el concreto alcanza la deformación máxima
antes que el acero entre en fluencia. Es un tipo de falla frágil y la Norma no
permite este tipo de fallas en elementos que trabajan a flexión.
4.4.2. DISEÑO POR FLEXOCOMPRESIÓN
Existen muchas combinaciones de carga axial y momento flector que
pueden agotar la capacidad de una columna dado que el momento nominal
de una columna depende de la carga axial y viceversa. Al aumentar las
cargas exteriores también lo harán las fuerzas en la sección de la columna
produciendo una eventual falla de la misma. Si se previene una falla
temprana por cortante, existen tres posibilidades de falla por flexo
compresión, estas son:
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Falla a excentricidad constante: Cuando la carga axial y el momento
crecen a la misma velocidad.
Falla a carga axial constante: Cuando se incrementa el momento y la
carga axial se mantiene casi constante.
Falla a momento constante: Cuando se incrementa la carga axial y el
momento flector se mantiene casi constante.
Sabemos que es posible determinar algunas ecuaciones con las que se
puede calcular la resistencia de una sección si se tiene la geometría y la
distribución del refuerzo o si contamos con las solicitaciones requeridas
Pu, Mu también se puede determinar el refuerzo necesario. Estas
ecuaciones son bastantes complejas, por lo que se simplifica utilizando un
Diagrama de Interacción tanto para el análisis como para el diseño. Estos
diagramas describen completamente la resistencia de una sección
sometida a flexo compresión y se construyen siguiendo las mismas
hipótesis utilizadas para el diseño por flexión. El procedimiento es sencillo,
consta básicamente en asumir una sección reforzada y construir el
Diagrama de Interacción afectando los valores nominales con el factor Ø y
el factor α (correspondiente a la carga axial). Una vez obtenido esto sólo
basta con identificar los pares Mu y Pu (obtenidos de las combinaciones)
que se encuentren dentro del diagrama de diseño.
Disgrama de interacción nominal y de diseño
4.4.3. DISEÑO POR CORTANTE
E concreto no falla por corte sino por los esfuerzos de tracción diagonal
originados por las cargas externas, por lo tanto la resistencia al corte
depende de la resistencia en tracción del concreto. Lo ideal es hacer
prevalecer la falla por flexión que es una falla dúctil y no súbita como lo es
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una falla por corte (Diseño por Capacidad). La capacidad en corte de una
sección reforzada viene dada por el aporte tanto del acero de refuerzo
como del concreto, es decir:
∅𝑉𝑛 = ∅𝑉𝑠 + ∅𝑉𝑐,∅ = 0.85
Dónde:
𝑉𝑛: Resistencia nominal a corte
𝑉𝑐: Resistencia a corte del concreto, 𝑉𝑐 = 0.53√ 𝑓′ 𝑐𝑏𝑑
𝑉𝑠: Resistencia al corte del estribo perpendicular al eje del elemento
𝑉𝑠 =
𝐴𝑣𝑓𝑦 𝑑
𝑠
𝐴𝑣: Área del refuerzo por corte, s: espaciamiento del refuerzo.
Podemos concluir que una sección al no resistir las fuerzas cortantes
últimas, debe presentar estribos perpendiculares a manera de refuerzo.
4.5. CONCEPTOS BÁSICOS
1. Resistencia de Fluencia: Resistencia a la fluencia mínima especificada
o punto de fluencia del refuerzo. La resistencia a la fluencia o el punto
de fluencia deben determinarse en tracción, de acuerdo con las
Normas Técnicas Peruanas (NTP) aplicables, con las modificaciones
de 3.5 de esta Norma.
2. Resistencia de diseño: Resistencia nominal multiplicada por el factor
de reducción de resistencia ∅ que corresponda.
3. Módulo de elasticidad: Relación entre el esfuerzo normal y la
deformación unitaria correspondiente, para esfuerzos de tracción o
compresión menores que el límite de proporcionalidad del material.
4. Resistencia especificada a la compresión del concreto (f’c):
Resistencia a la compresión del concreto empleada en el diseño y
evaluada de acuerdo con las consideraciones del E.060, expresada en
MPa. Cuando dicha cantidad esté bajo un signo radical, se quiere
indicar sólo la raíz cuadrada del valor numérico, por lo que el resultado
está en MPa.
5. Peralte efectivo o Altura útil de la sección (d) La distancia medida
desde la fibra extrema en compresión hasta el centroide del refuerzo
longitudinal sometido a tracción.
6. Resistencia Nominal: Resistencia de un elemento o una sección
transversal calculada con las disposiciones e hipótesis del método de
diseño por resistencia de esta Norma, antes de aplicar el factor de
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reducción de resistencia.
V. ACTIVIDADES DESARROLLADAS
5.1. DISEÑO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES
Luego de haber realizado el modelo matemático, posteriormente el análisis
estructural, se procede hacer el diseño estructural, teniendo en cuenta los
requerimientos mínimos de la norma E.060- Concreto Armado, desde las
vigas, losas aligeradas, columnas y cimentación.
El el procedimiento del diseño estructural se realizó en hojas de cálculo,
teniendo en consideración todas las ecuaciones de compatibilidad y
equilibrio.
Para todos los módulos del proyecto se hizo el mismo procedimiento, de
manera de ejemplo se explicará el MODULO 8 – TALLERES.
5.1.1. CARACTERISTICAS: MODULO 8 – TALLERES
Vista 3D del módulo 8 – Talleres
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EJE 1-1 MODULO 8
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PLANTA CORRESPONDIENTE AL MODULO 8
5.2. DISEÑO DE VIGAS
Las vigas son elementos cuya función principal es la de transmitir las
cargas de gravedad hacia las placas y columnas; además cumplen con la
función de absorber los esfuerzos generados por las deformaciones
laterales de los pórticos en los que se encuentran producidos por los
sismos. Las vigas serán diseñadas para resistir esfuerzos de flexión y
corte, considerando el efecto de las cargas de gravedad y sismo, para ello
consideraremos las siguientes combinaciones:
𝑈 = 1.4 𝐶𝑀 + 1.7𝐶𝑉
𝑈 = 1.25 (𝐶𝑀 + 𝐶𝑉) ± 𝐶𝑆
𝑈 = 0.9𝐶𝑀 ± 𝐶𝑆
En el ETABS se hizo estas combinaciones según E.060, y su
correspondiente combinación de envolventes:
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A manera de ejemplo se mostrará el diseño de la viga del segundo nivel V-
2 (0.32x0.65m)
Envolvente de Momento Flector en tn-m para viga V-2
5.2.1. DISEÑO POR FLEXIÓN
Luego del análisis por cargas de gravedad y considerando el efecto del
sismo en la estructura se obtiene las resistencias requeridas. A partir de
ellas podemos comenzar el diseño por flexión.
a) Acero mínimo
El acero mínimo a colocar en vigas rectangulares tal que el momento
resistente sea mayor que el momento de agrietamiento, viene dado por la
siguiente fórmula, según Norma E.060:
𝐴𝑠𝑚í𝑛 =
0.70√ 𝑓′ 𝑐
𝑓𝑦
𝑏𝑑 = 4.56𝑐𝑚2
b) Acero necesario
Mu (-) = -21.22 Ton-m (Extremo derecho)
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Mu (+) = 15.52 Ton – m (Centro de la Viga)
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Requisitos para armados de vigas sismorresistentes:
7. Deberá existir refuerzo continuo a todo lo largo de la viga, constituido
por dos barras tanto en la cara superior como en la inferior.
8. La resistencia a momento positivo (extremo inferior de la barra) en la
cara del nudo no debe ser menor que 1/3 de la resistencia a momento
negativo (Extremo superior) provista en dicha cara.
2 ∅ 3/4"+1 ∅ 5/8" = 7.26𝑐𝑚2 > 1/3 ∗ 10.14 = 3.38𝑐𝑚2
9. La resistencia a momento negativo y positivo en cualquier sección a lo
largo de la longitud del elemento deben ser mayores de un cuarto de
la máxima resistencia a momento proporcionada en la cara de
cualquiera de los nudos.
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DETALLE FINAL DE VIGA
5.3. DISEÑO DE LOSAS ALIGERADAS
El uso de losas aligeradas es muy común en nuestro país, siendo estas
una variante de las losas nervadas, con la diferencia que los espacios
entre viguetas de concreto son completados con bloques de arcilla o
ladrillos de techo. El diseño de losas aligeradas se realiza considerando
únicamente las cargas de gravedad (muertas y vivas) que actúan sobre
ellas, las que originan a su vez esfuerzos de flexión y corte.
Este diseño se hace por vigueta, con un ancho inferior de 0.10m, ancho
superior de 0.40m y altura total de h=0.20m, por ello en las zonas de
momentos negativos la vigueta se comportará como una viga rectangular
de 0.10cm de ancho y en la zona de momentos positivos se comportará
como una viga rectangular de 0.40m de ancho.
Dimensiones de una vigueta típica
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Para el análisis de cargas y obtener las resistencias requeridas, se utilizará
la siguiente combinación:
𝑈 = 1.4 𝐶𝑀 + 1.7 𝐶𝑉
Se mostrará a manera de ejemplo el diseño de un paño de losa aligerada
ubicado entre los ejes B y D del módulo 8.
Según el libro de Concreto Armado 1 del Ing. Gianfranco Ottazzi se tiene
que “el acero mínimo exigido por la Norma Peruana es muy elevado y la
experiencia nos ha demostrado que los aligerados con armaduras
negativas por debajo del mínimo exigido en la tabla precedente, se han
comportado satisfactoriamente. En este caso puede utilizarse, como
alternativa, un acero mínimo igual a 1.3 veces el área de acero requerida
por cálculo”.
Diagrama de momento flector (DMF)
5.3.1. Diseño por flexión
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5.3.2. Verificación por corte
5.3.3. Refuerzo por temperatura
5.3.4. Control de Fisuración
La fisuraciòn es uno de los estados límites de servicio el cual debemos
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controlar al someter los elementos estructurales a esfuerzos de flexión.
Debemos recordar que bajo cargas de servicio los esfuerzos en el concreto
no deberían exceder de 0.5f`c aproximadamente. Es importante controlar
las fisuras para evitar la corrosión en el refuerzo y la sensación de
inseguridad para los ocupantes de las edificaciones. Para ello se calcula el
valor del parámetro Z, donde 𝑍 = 𝑓𝑠√ 𝐴 ∗ 𝑑𝑐3
5.4. DISEÑO DE COLUMNAS
Las columnas trabajan resistiendo principalmente fuerzas axiales tanto de
compresión como de tracción, el diseño de las mismas se hace
considerando los efectos de corte, cargas axiales y momentos flectores, a
estos últimos dos efectos combinados se le denomina flexo compresión y
el diseño es similar al diseño por flexión. Una manera de diferenciar el
comportamiento de una columna con una viga es calcular la carga axial
que soporta, si 𝑃𝑢 < 0.1 ∗ 𝐴𝑔∗ 𝑓′𝑐 (Ag: área bruta de la sección) el
elemento deberá diseñarse por flexión, caso contrario se diseñará por
flexocompresión. A manera de ejemplo se diseñará la columna C-12 (Cuya
sección “T” en área equivale a: 0.45x50m) del módulo 8.
5.4.1. Diseño por flexocompresión
Las columnas serán diseñadas para resistir cargas axiales y esfuerzos de
flexión y corte como se mencionó anteriormente, considerando el efecto de
las cargas de gravedad y sismo, para ello consideraremos las siguientes
combinaciones:
𝑈 = 1.4 𝐶𝑀 + 1.7𝐶𝑉
𝑈 = 1.25 (𝐶𝑀 + 𝐶𝑉) +/− 𝐶𝑆
𝑈 = 0.9𝐶𝑀 +/− 𝐶𝑆
Entonces las cargas para el primer piso se tienen:
CARGA P M2 M3
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CM -37.58 -0.107 0.488
CV -11.16 -0.062 0.128
SISMXX 67.48 0.448 4.222
SISMYY 2.09 9.64 0.036
Cuyas combinaciones son las siguientes:
COMBINACIONES
X - X Y - Y
Pu (tn) M2 (tn-m) M3 (tn-m)
Pu
(tn) M2 (tn-m) M3 (tn-m)
Comb1 1.4CM+1.7CV 71.59 -0.255 0.901 71.59 0.255 -0.901
comb2 1.25(CM+CV)+CS 128.41 -0.659 -3.451 63.02 9.851 -0.735
comb3 1.25(CM+CV)-CS -6.55 0.236 4.992 58.84 -9.428 -0.806
comb4 0.9CM+CS 101.31 -0.544 -3.782 35.91 9.736 -0.404
comb5 0.9CM-CS -33.66 0.351 4.661 31.74 -9.543 -0.475
Env. min(Pu(+compresión) 128.41 -0.659 -3.782 71.59 -9.543 -0.901
Env. max (Pu(-tracción) -33.66 0.351 4.992 31.74 9.851 -0.404
0.1 ∗ 210 ∗ 2064 = 43.35𝑇𝑜𝑛 < 128.41 "𝐷𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝐹𝑙𝑒𝑥𝑜𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛"
Para el diseño por flexo compresión se utilizarán los Diagramas de
interacción, la norma limita la cantidad de acero longitudinal a cuantías
entre 1% y 6% del área bruta de la sección. En la figura siguiente se
muestran los diagramas de interacción finales para ambas direcciones,
para una distribución de refuerzo de 12Ø5/8”, lo que da una cuantía
aproximada del 1.20% respetando así las secciones dadas por la
Arquitectura y la cuantía mayor a 1%.
Se observa que las cargas aplicadas son básicamente fuerzas axiales, y
que en ambos casos la sección presenta gran capacidad para admitir a las
cargas últimas a pesar de contar sólo con la cuantía mínima. También se
aprecia que el diagrama para momentos flectores con dirección en X es
más holgado.
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Diagrama de interacción en la dirección YY
Diagrama de interacción en la dirección XX
5.4.2. Diseño por cortante
La fuerza cortante de diseño (Vu) será determinada a partir de los
momentos nominales (Mn) en los extremos de la luz libre asociados a la
fuerza axial (Pu) que de cómo resultado el mayor momento nominal
posible. Las resistencias nominales de flexión se determinan a partir del
diagrama de interacción respectivo para cada una de las direcciones de
análisis.
𝑉𝑢 = (𝑀𝑛𝑖𝑛𝑓 + 𝑀𝑛𝑠𝑢𝑝)/ℎ𝑛 < Ø(𝑉𝑐 + 𝑉𝑠)
Donde Mninf y Mnsup son los momentos nominales inferiores y superiores
en los extremos de la altura libre “h” de la columna. Hay que tener en
cuenta que la Norma limita el refuerzo máximo de acero a la resistencia en
corte de una sección con la siguiente expresión:
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𝑉𝑢𝑚𝑎𝑥 = Ø(𝑉𝑐 + 2.1√ 𝑓´ 𝑐 𝑏𝑤𝑑 ) = 2.6Ø√𝑓′ 𝑐 𝑏𝑤𝑑
Si Vu excede el valor de Vumax se deberá aumentar la resistencia del
concreto o en su defecto se deberá modificar las dimensiones de la
sección de la columna. Esta limitación tiene su razón de ser en el hecho de
evitar la falla del concreto comprimido antes de que se inicie la fluencia del
refuerzo de acero (estribos).
Al igual que en el diseño por corte de vigas se debe calcular la resistencia
aportada tanto por el concreto como por el refuerzo, para el primer caso la
Norma propone la siguiente expresión:
𝑉𝑐 = 0.53 √ 𝑓′𝑐 𝑏𝑤 𝑑 (1 + 𝑁𝑢 / 𝐴𝑔)
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5.5. DISEÑO DE CIMENTACIÓN
La cimentación es la estructura encargada de transmitir las cargas de los
elementos verticales al terreno, estas cargas producen un esfuerzo que no
debe ser mayor al esfuerzo admisible del terreno para así evitar
asentamientos en el terreno no deseables. Para poder realizar el diseño de
la cimentación es necesario tener información acerca de las propiedades
del terreno, para lo cual es necesario valernos de un Estudio de Mecánica
de Suelos (EMS) a partir del cual podamos elegir el tipo de cimentación
adecuada teniendo. Para la elaboración del presente documento se
asumieron características correspondientes al terreno donde será ubicado
el proyecto y estas son:
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En el siguiente proyecto se tienen diferentes tipos de cimentación como
son: zapatas aisladas, zapatas conectadas y zapatas combinadas. A
manera de ejemplo se presenta el diseño de la zapata aislada Z-2 la cual
recibe a la Columna C-12 (0.37x0.72).
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VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
6.1. CONCLUSIONES
ANALISIS
Para iniciar el análisis sísmico se debió asumir un valor de factor de
reducción Rx=3, Ry=8, por tener una edificación en cuyo sistema
estructural predominan pórticos en la dirección Y y albañilería en la
dirección X; además de considerarla regular. Luego de realizar el
análisis correspondiente se corroboraron ambas suposiciones; por un
lado el edificio posee una configuración estructural regular tanto en
planta como en altura.
El análisis sísmico realizado en los distintos módulos cumplieron con la
exigencia del cortante mínimo en la base debe ser mayor o igual al
80% del cortante estático.
El análisis sísmico realizado en los distintos módulos cumplieron con la
exigencia de analizarse hasta alcanzar una masa superior al 90% de
las masas participantes en ambas direcciones.
Los modelos realizados para representar el “MEJORAMIENTO DE LOS
SERVICIOS EDUCATIVOS DE LA I.E. 34032 MARTIRES DE RANCAS
DE LA LOCALIDAD DE SAN ANTONIO DE RANCAS, DISTRITO DE
SIMON BOLIVAR - PASCO - PASCO” cumplen los requisitos de
desplazamiento lateral exigidos en la norma E030.
DISEÑO
En cuanto al diseño por corte de las vigas, en la mayoría de los casos,
el espaciamiento de los estribos está gobernado por las reglas de
confinamiento para vigas sismorresistente.
Las columnas principales del edificio tienen como mínimo una sección
transversal cuya área supera los 2000cm2, lo que asegura una
adecuada rigidez que mantiene a las columnas lejos de la condición de
esbeltez, de la misma forma los efectos de segundo orden pierden
importancia al cumplir con los límites de deriva máxima exigidos por la
Norma E030.
6.2. RECOMENDACIONES
Los modelos deberían de ser lo mas real posible de tal manera que nos
den resultados reales consecuentemente un buen análisis y un
adecuado diseño.
Los resultados debes ser verificados según norma de diseño
sismorresistente, tales como: cortante en la base, masas participantes,
desplazamientos.
La etapa de modelamiento y análisis estructural es muy importante, ya
que un buen diseño dependerá de estos.
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VII.BIBLIOGRAFÍA
10. Reglamento Nacional de Edificaciones-2009.
11. NDS E.030 Diseño Sismorresistente.
12. E.060 Diseño de Concreto Armado.
13. E.070 Albañilería.
14. Normas Técnicas para el Diseño de Locales de Educación Básica
regular Primaria - Secundaria – 2009.
15. Apuntes del curso concreto armado I – Gianfranco Ottazzi Pasino-
2012.