Diseño estructural de edificio de dos niveles en Tacna

UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
DOCENTE : ING. EDGAR CHURA
CURSO : CONCRETO ARMADO I
SECCIÓN : GRUPO “A”
CICLO : VIII
FECHA : ABRIL DEL 2017
TRABAJO
ENCARGADO
INTEGRANTES:
2 CATARI SOTO, Mario
3 SANCHEZ GAMBOA, Carlos Alberto
TACNA-PERÚ

Universidad Privada de Tacna Abril del 2017
Concreto Armado 1 pág. 1
Parte 1:
Introducción

El presente trabajo se basa en el predimensionamientoy diseño de una estructura de dos
pisos teniendo como fundamento para dicho análisis la normatividad peruana del
Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE), y según ello poder determinar parámetros
importantes que se consideran para el diseño de una edificación, como también el metrado
de cargas, las cargas tanto muertas y vivas y los factores que se deben utilizar hoy en día.
Para la realización de este trabajo se usaran los conocimientos aprendidos en los cursos
anteriores, tanto para el metrado, predimensionamiento, en análisis y diseño de los
elementos estructurales que lo componen.

Parte 2: Analisis y
diseño estructural

CAPITULO I:
1.1.-OBJETIVOS
 El objetivo del presente trabajo es realizar el predimensionamiento, metrado ,
análisis y diseño de los elementos estructurales presentados, usando el
Reglamento Nacional de Edificaciones, así de esta manera recordar, organizar y
complementar, bajo una forma de aplicación práctica, los conocimientos
adquiridos en clase.
 Tenemos como objetivo principal de un diseñador de estructuras es lograr
elementos estructurales económicos, que cumplan con los requerimientos de
seguridad, funcionalidad y estética.
 Calcular los diagramas de envolventes de momentos flectores y fuerzas cortantes.
 Comparar los resultados expuestos tanto analíticamente como los programados
en el software.

1.2.- NORMAS UTILIZADAS
Para la elaboración de este trabajo se utilizaran diversas normas del Reglamento Nacional
de Edificaciones(RNE), las cuales se indican a continuación:
 Norma E.020 Cargas
 Norma E.030 Diseño sismorresistente
 Norma E.060 Concreto armado
Viga Secundaria
Viga Secundaria

VISTA EN PLANTA
1.3.- ESTRUCTURACION
El edificio está conformada predominantemente por elementos de concreto armado.
Las losas de piso consisten en una losa aligerada de 0.20 m de espesor en ambos niveles.
La estructura esta conformada por tres vigas secundarias y 2 principales. Puesto que las 2
principales tienen una mayor luz.
1.4.- MEMORIA DESCRIPTIVA DEL PROYECTO
PROYECTO: Análisis y diseño estructural de un edificio de 02 niveles.
UBICACIÓN: DISTRITO :Tacna
PROVINCIA :Tacna
REGIÓN :Tacna
1.4.1 ANTECEDENTES
La edificación presentada tiene dos niveles, tiene uso de oficinas.
1.4.2 GENERALIDADES
CONDICIONES:

Las condiciones en esta edificación, para uso de vivienda serán adecuadas y acondicionada
según el Reglamento Nacional de Edificaciones para su debido uso.
1.5.- MARCO TEÓRICO
Para realizar el trabajo encargado se uso el reglamento nacional de edificación se uso la
norma E- 020 . En dicha norma se especifica las cargas estáticas minimas que deben de
adoptar para el diseño estructural , asimismo , se proporciona las cargas estáticas
equivalentes producidas por el viento , mientras que mas bien las cargas sísmicas se
especifican en las normas de diseño sismo resistente (E-030) estas cargas se denominan
cargasde servicioporqueson las que realmenteactúan en el edificio,sin producir lasfallas
o fisuras visibles , a diferencia de las cargas ultimas que son obtenidas al amplificar por
ciertos factores a las cargas de servicio , con el objeto de diseñar en condición de rotura a
los distintos elementos estructurales.
1.5.1 CARGAS CONSIDERADAS
Para el análisis y diseño de la edificación que está destinada para oficina se presentan las
siguientes cargas de acuerdo a la Norma E-020 del Reglamento Nacional de Edificaciones:
1) CARGA MUERTA:
Se considera el peso real de los materiales que conforman y los que van a soportar la
edificación.El peso real se podrá determinar por medio de análisis usando los datos
indicados en los diseños.
Para la carga muerta hemos considerado los pesos:
Peso propio de la losa: Como se tiene un espesor de 20cm ele cual se ha asumido con la
altura que se ha dado, entonces se tiene la siguiente tabla:

Según el espesor de losa aligerada obtenida podemos determinar que el peso propio de la
losa es de valor:
 300 kg/m2
Peso de la Tabiquería: Según el peso que se tenga en la edificación se escoge los valores,
en el reglamento según lo que se puede ver, menciona una carga desde 100 kg/m2, 120
kg/m2 hasta 150kg/m2, en este caso nosotras hemos considerado apropiado poner una
carga de 150 kg/m2 sabiendo el tipo de estructura que se ha tomado de oficina.
 Valor escogido: 150 kg/m2.
Piso terminado: Para determinar el valor adecuado del peso del piso terminado,
primeramente se debe evaluar si es una losa de azotea o de entrepiso, en nuestro caso es
de una losa de entrepiso, lo cual hace que el piso terminado tenga un mayor peso, se debe
tener en consideración el peso del piso que se le ponga por ejemplo: loseta vitrificada,
mármol, vinílica, mosaico de pasta, etc.
Siguiendo dichos puntos, se ha considerado utilizar:
 Peso del piso terminado: 100kg/m2.
2) CARGA VIVA:
La carga viva del piso o Sobrecarga: Se usara como mínimo los valores que se verá a
continuación,y esto se diferencia porla ocupacióno el uso quese leva a dar a la edificación,

en nuestro se nos dio una sobrecarga de 250kg/m2, lo que equivale a una edificación de
uso como oficina, es decir ambientes comunes, sin considerar salas de archivos, salas de
computación o corredores y también una sobre carga de 100 kg/cm2 que se considera por
norma debido a la azotea de la edificación.
 Sobrecarga: 300 kg/m2.
 Azotea: 100kg/cm2
CUADRO DE RESUMEN:
USO AMBIENTE S/ C(KG/ M2)
sala de lectura 300
sala de almacenaje 750
aulasy laboratorios 300
talleres 350
cuartos 200
sala de operación y laboratorios 300
ambientescomunes 250
sala de archivos 500
viviendas corredoresy escaleras 400
azoteasplanas no utilizable 100
baños: emplear la sobrecargasde lasareasvecinas
TABLA 3.2.1 DELA NORMA E-020
bibliotecas
escuelas
hospitales
oficina

1.6.- ASPECTOS GENERALES
1.6.1 CARGAS DE DISEÑO
Las cargas para el diseño deberán cumplir con lo señalado en la norma E.020 y E.030 del
RNE.
1.6.2 MÉTODO DE DISEÑO
Todos los elementos a diseñar se elaboraran por el método de resistencia.
Para determinar la carga última utilizaremos la siguiente formula según la Norma E.060
Concreto Armado:
CARGA MUERTA
Piso Terminado : 100 kg/m2
Tabiquería : 150 kg/m2
Peso de la losa aligerada : 300 kg/m2
Peso del concreto : 2400 kg/m2
CARGA VIVA
Sobre carga en azotea : 100 kg/m2
Sobre carga de servicio : 300 kg/m2
U= 1.4 CM + 1.7 CV

Los factores de reducción Φ, que van a ser empleados dependiendo de la solicitación de la
norma E.060:
- Para flexión sin carga axial Φ = 0.90
- Para flexión con carga axial de tracción Φ = 0.90
- Para cortante sin o con torsión Φ = 0.85
1.6.3 MATERIALES SELECCIONADOS
Para el diseño del edificio se usará únicamente concreto armado y acero de refuerzo. Las
características se muestran a continuación:
Concreto Armado: Es un material compuesto por concreto (piedra, arena, cemento, agua,
aditivos) y acero, para resistir los esfuerzos de compresión y tracción respectivamente. Sus
propiedades son:
 Resistencia a la compresión: f’c = 210 kg/cm
 Módulo de Poisson: v = 0.15
 Módulo de Elasticidad: E = 15000√f’c = 220 000 kg/cm
Acero de refuerzo: Para el acero de refuerzo en losas se utilizara barras lisas con un valor
de 0.0018.
 Resistencia a la fluencia: fy = 4200 Kg/cm
 Módulo de elasticidad: E = 2 000 000 kg/cm2
CAPITULO II:

PREDIMENSIONAMIENTO DE LOS ELEMENTOS
ESTRUCTURALES
2.1 LOSA ALIGERADA UNIDIRECCIONAL:
Según la NTE 060 en su artículo 10.4.1.1 no se verifica deflexiones en losas aligeradas
unidireccionales cuando se cumple que:
ℎ ≥
𝐿
25
ℎ ≥
500
25
ℎ ≥ 20
Entonces no se verificara por deflexión y se usará ladrillo hueco de 30*30*15
Donde:
h = Peralte mínimo de la viga
L = Luz libre mayor cara de columna
b = Ancho tributario
t = espesor de la losa
Conclusion: Altura de la losa será de h = 20 cm
2.2 VIGAS:
Las vigas generalmente se dimensionan considerando la luz libre, ya que el peralte esta en
orden de 1/10 a 1/12 la luz libre, considerando primero que en nuestro diseño se evaluara
una viga principal y una viga secundaria y que nuestra máxima luz libre en el eje X es 5.00
m y en el eje Y es 6.00 m, entonces :

 En X : h = 6.00/12 = 0.50 m , h = 6.00/10 = 0.60 m
 En Y : h = 5.00/12 = 0.42 m , h = 5.00/10 = 0.50 m

Entonces se opta por un peralte de 0.60 m y de 0.45 m.
La norma E.060 en el artículo 11.3.2 indica que el ancho mínimo para las vigas es de 25cm,
entonces escogemos una dimensión de 30cm como ancho de nuestras vigas principales y
secundarias, verificando también que la relación ancho peralte sea mayor que 0.3 :
 0.30/0.60= 0.50 m
 0.30/0.45 = 0..67 m
Conclusion:
 Vigas principales serán de 0.30 m y 0.60m
 Vigas secundarias serán de 0.30 m y 0.45m
2.3 COLUMNAS
Las columnas son elementos estructurales encargados de recibir todas las cargas de los
niveles y transmitirlos a la cimentación. Tambien estas se encuentran sometidas a cargas de
compresión y flexión.
Se asume para el diseñodela edificacióndestinadaa biblioteca ,una columna de dimension
30 cm x 40 cm
CAPITULO III:
DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES

3.1DISEÑO DE LOSA ALIGERADA UNIDIRECCIONAL
a. CONCEPTO DE ALIGERADO UNIDIRECCIONAL
El diseño de una losa aligerada consiste , en el diseño de un viga T , de las siguientes
características , viguetas de 0.10 m de ancho, espaciadas 0.40m (eje a eje) y tienen una losa
superior de 0.05 m, entre las viguetas se colocan unidades de albañilería, en nuestro caso
el aligerado tendrá una altura de 0.2m el predimensionamiento se mostrara en el diseño de
la losa aligerda , todas estas características se aprecian en la siguiente figura:
Las losas aligeradas soportaran su peso propio, además de tabiques de albañilería
perpendiculares al sentido de las viguetas ,cargas vivas, dependiendo del uso del piso (en
nuestro caso biblioteca s/c = 300 kg/cm2) , se realizarán dos diseños , un diseño por flexión
y un diseño por corte.
b. DISEÑO POR FLEXION DE ALIGERADO UNIDIRECCIONAL

En el diseño por flexión debemos de calcular la cantidad de acero que necesitarán las
viguetas, para resistir los momentos y cortantes producidos por las cargas actuantes, su
diseño será similar al diseño de las vigas “T” .Para una mejor descripción procedemos a
diseñamos el aligerado.
LOSA ALIGERADA EN PLANTA
a) Metrado de carga
CARGA MUERTA
o Peso de la losa aligerada =300kg/m2
x0.4m=120 kg/m
o Peso Piso Terminado =100kg/m2
x0.4m=40 kg/m
o Peso Tabiquería =150kg/m2
x0.4m=60kg/m
CM=220kg/m
CARGA VIVA
o Sobre carga de servicio =300kg/m2
x0.4m=120 kg/m
CV=120 kg/m

Por lo tanto la carga última será:
W = 1.4 CM + 1.7 CV
W = 1.4 (220) + 1.7 (120)
W =478 kg/m
b) Calculo de momentos
Para el calculo del diagrama de fuerza cortante y momento flector correcto , se debe
analizar y tomar en cuenta las alternaciones de sobrecargas por tanto se debe determinar
los diagramas de envolventes de fuerza cortante y envolventes correspondiente para el
buen diseño de la losa aligerada.
Las alternaciones de sobrecarga para un buen diseño de losa aligerada
unidireccional:
CONDICION 01

DIAGRAMA DE FUERZA CORTANTE
DIAGRAMA DE MOMENTO FLECTOR

CONDICION 02

CONDICION 03

CONDICION 04

CONDICION 05

CONDICION 06

CONDICION 07

ENVOLVENTE DE LAS ALTERNACIONES DE SOBRECARGA

NOTA: En los extremos se aplica un momento de seguridad 𝑊𝐿2/24 donde W es la carga
última que se extrae del metrado de carga.
Los momentos máximos serán:
 M1(-)= kgm
 M12(+)=1076kgm
 M2(-)=892.45kgm
 M23(+)=171kgm
 M3(-)=892.45 kgm
 M34 (+) =1076 kgm
 M4(-)=497.92kgm
c) Calculo del peralte efectivo:

Según la Norma el recubrimiento es de 2 a 3 cm
𝑑 = ℎ − 3
𝑑 = 20𝑐𝑚 − 3𝑐𝑚
𝑑 = 17𝑐𝑚
d) Calculo del refuerzo de la losa aligerada:
 Se procede a verificar el tipo de viga:
 Los momentos negativos se diseñan como una viga rectangular de ancho
bw=10cm
 M1(-)=497.92kgm
 M2(-)=954.74kgm
 M3(-)=954.74 kgm
 Los momentos positivos se verifica el tipo de viga:
- 𝑎 = ℎ𝑓 = 5𝑐𝑚
- 𝐴𝑠 =
𝑀𝑢
∅∗𝑓𝑦∗(𝑑−
𝑎
2
)
=
1076
0.9∗4200∗(17−2.5)
=1.96𝑐𝑚2
- 𝑎 =
𝐴𝑠∗𝑓𝑦
0.85∗𝑓𝑐
′∗𝑏
=
1.96∗4200
0.85∗210∗40
=1.1𝑐𝑚
 M23(+)=171kgm
- 𝑎 = ℎ𝑓 = 5𝑐𝑚
- 𝐴𝑠 =
𝑀𝑢
∅∗𝑓𝑦∗(𝑑−
𝑎
2
)
=
171
0.9∗4200∗(17−
5
2
)
=0.31𝑐𝑚2

- 𝑎 =
𝐴𝑠∗𝑓𝑦
0.85∗𝑓𝑐
′ ∗𝑏
=
0.31∗4200
0.85∗210∗40
=0.18𝑐𝑚
Por lo tanto se observaa< ℎ𝑓 , lo cual significa que los momentos positivos sediseñan
como una viga rectangular de ancho b=40cm
 Calculo de acero mínimo :
𝐴𝑠 𝑚𝑖𝑛 =
14 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑑
𝑓𝑦
𝐴𝑠 𝑚𝑖𝑛 =
14 ∗ 10 ∗ 17
4200
𝐴𝑠 𝑚𝑖𝑛 = 0.57𝑐𝑚2
 Calculo de acero máximo :
 Momentos negativos(-)
𝐴𝑠 𝑚𝑎𝑥 = 𝑃 ∗ 𝑏𝑤 ∗ 𝑑
𝐴𝑠 𝑚𝑎𝑥 = 0.016 ∗ 10 ∗ 17
𝐴𝑠 𝑚𝑎𝑥 = 2.72𝑐𝑚2
 Memento positivo(+)
𝐴𝑠 𝑚𝑎𝑥 = 𝑃 ∗ 𝑏 ∗ 𝑑
𝐴𝑠 𝑚𝑎𝑥 = 0.016 ∗ 40 ∗ 17
 Calculo de acero por contracción y temperatura
𝐴𝑠 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 = 𝑃 ∗ 𝑏 ∗ 𝑑
𝐴𝑠 𝑚𝑎𝑥 = 0.0025 ∗ 100 ∗ 5
1.25𝑐𝑚2… …… …. .1 𝑚 𝑃𝑜𝑟 𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜:
0.316𝑐𝑚2 … …… …. 𝑥 𝑚 Ø 𝟏/𝟒" 𝜶 𝟎. 𝟐𝟓𝒎
𝑥 = 0.25 𝑚

 Se procede a diseñar el refuerzo de la losa aligerada :
bw=10cm
- Usando la siguiente fórmula se halla el índice de refuerzo:
𝑘 =
𝑀𝑢
∅ 𝑥 𝑓𝑐
′ 𝑥 𝑏𝑤 𝑥 𝑑2
→ 𝑊 =
1 ± √1 − 2.36 𝑘
1.18
 M1(-)=497.92kgm → 𝑤 = 0.097
 M2(-)=954.74 kgm → 𝑤 = 0.198
 M3(-)=954.74 kgm → 𝑤 = 0.198
 M4(-)=497.92kgm → 𝑤 = 0.097
- Usando la siguiente formula se halla la cuantía:
𝑃 =
𝑊 𝑥 𝑓𝑐
′
𝑓𝑦
 M1(-)=497.92kg/m → 𝑃 = 0.0049
 M2(-)=954.74 kgm → 𝑃 = 0.0099
 M3(-)=954.74 kgm → 𝑃 = 0.0099
 M4(-)=497.92kg/m → 𝑃 = 0.0049
- Usando la siguiente formula se halla el acero de refuerzo:
𝐴𝑠 = 𝑃 𝑥 𝑏𝑤 𝑥 𝑑
 𝐴𝑠 1 = 0.83𝑐𝑚2 Equivale= 1∅ 3/8" = 0.71𝑐𝑚2
 𝐴𝑠 2 = 1.68𝑐𝑚2 Equivale= 1∅ 3/8" +1∅ 1/2" = 2𝑐𝑚2
 𝐴𝑠 3 = 1.68𝑐𝑚2 Equivale= 1∅ 3/8" +1∅ 1/2" = 2𝑐𝑚2
 𝐴𝑠 4 = 0.83𝑐𝑚2 Equivale= 1∅ 3/8" = 0.71𝑐𝑚2

bw=10cm
- Usando la siguiente fórmula se halla el índice de refuerzo:
𝑘 =
𝑀𝑢
∅ 𝑥 𝑓𝑐
′ 𝑥 𝑏 𝑥 𝑑2
→ 𝑊 =
1 ± √1 − 2.36 𝑘
1.18
 M12(+)=1076 kgm → 𝑤 = 0.051
 M23(+)=171 kgm → 𝑤 = 0.008
 M34 (+)=1076 kgm → 𝑤 = 0.051
- Usando la siguiente formula se halla la cuantía:
𝑃 =
𝑊 𝑥 𝑓𝑐
′
𝑓𝑦
 M12(+)=1076 kgm → 𝑃 = 0.0026
 M23(+)=171 kgm → 𝑃 = 0.0004
 M34 (+)=1076 kgm → 𝑃 = 0.0026
- Usando la siguiente formula se halla el acero de refuerzo:
𝐴𝑠 = 𝑃 𝑥 𝑏 𝑥 𝑑
 𝐴𝑠 12 = 1.77𝑐𝑚2 Equivale= 1∅ 3/8" +1∅ 1/2" = 2𝑐𝑚2
 𝐴𝑠 23 = 0.27𝑐𝑚2
OBSERVACION:
En este caso se utilizara el Area de acero minimo , por lo que se observa que esta área
calculada es menor que la permitida
𝐴𝑠 𝑚𝑖𝑛 = 0.57𝑐𝑚2 Equivale= 1∅ 3/8" " = 0.71𝑐𝑚2

 𝐴𝑠 34 = 1.77𝑐𝑚2 Equivale= 1∅ 3/8" +1∅ 1/2" = 2𝑐𝑚2
DISTRIBUCION FINAL DEL REFUERZO POR FLEXION
LOSA ALIGERADA:

DISEÑO DE LA VIGA EN EL EJE 2-2
1. Calculo del metrado de carga
NIVEL 01:Oficina
CARGA MUERTA
Peso de la viga: 2400x0.3x0.6=432
Peso de la losa: 300x4.4125=1323.75
Peso de piso terminado: 100x4.425=442.5
Peso de tabiquería: 1350x2.1x0.14=396.9
CM: 2595.15
CARGA VIVA
S/C: 250x4.425=1106.25
CV: 1106.25
W = 1.4 CM + 1.7 CV
Wu= 1.4 (2595.15) +1.7 (1106.25)
Wu= 5513.84
NIVEL 02:Azotea
CARGA MUERTA

Peso de la viga: 2400x0.3x0.6=432
Peso de la losa: 300x4.4125=1323.75
Peso de piso terminado: 100x4.425=442.5
CM: 2198.25
CARGA VIVA
S/C: 100x4.425=442.5
CV: 442.5
W = 1.4 CM + 1.7 CV
Wu=1.4 (2198.25) + 1.7 (442.5)
Wu=3829.8
2. Calculo de los momentos últimos
ENVOLVENTE FINAL

Los momentos máximos serán:
 M a(-)=16360.33kgm
 M ab(+)=12025.85kgm
 M b (-)=20399.23kgm
 Mbc(+)=12025.85kgm
 Mc(-)=16360.33kgm

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