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7/26/2019 Pag 21 Terry Jose Diseo Edificios Concreto Armado Sotano

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PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATLICA DEL PER

FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERA

DISEO DE TRES EDIFICIOS DE CONCRETO ARMADO, DOSDE 5 PISOS Y UNO DE 12 PISOS MS UN STANO

Tesis para optar el Ttulo de INGENIERO CIVIL,que presenta el bachiller:

Jos Antonio Terry Rajkovic

ASESOR: Ing. Csar Huapaya

Lima, mayo de 2014


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RESUMEN DE TESIS

La presente tesis ha sido realizada por la modalidad de experiencia profesional y

comprende del diseo estructural de los 3 edificios que conforman el complejo MacGregor, ubicados dentro del campus de la Pontificia Universidad Catlica del Per

en la avenida Universitaria, distrito de San Miguel.

Dos de los edificios (el Edificio A y el Edificio B) tienen 5 pisos y son destinados a

aulas, mientras el tercer edificio (Edificio C) tiene 12 pisos y un stano y est

dedicado a aulas y oficinas. Estos edificios se encuentran cimentados sobre la

grava tpica de Lima, con una capacidad admisible de 5 kg/cm2.

El anlisis y diseo estructural de estas edificaciones fue realizado por el autor

como parte de la empresa Antonio Blanco Blasco Ingenieros EIRL, entre enero y

marzo del ao 2007.

En esta tesis se describen los procedimientos y criterios adoptados para las

distintas etapas del proceso de diseo estructural de los edificios:

- Estructuracin y predimensionamiento

- Anlisis estructural por cargas de gravedad- Anlisis ssmico de la edificacin

- Diseo de los elementos estructurales

- Diseo de las cimentaciones

- Diseo de anclajes, empalmes y detalles de refuerzo

Se comenta acerca de la experiencia adquirida durante la construccin de la obra,

luego de culminado el diseo estructural Tambin se incluyen las conclusiones y

recomendaciones obtenidas a partir del aprendizaje adquirido, resaltando la

importancia de las etapas iniciales del proyecto donde se recomienda buscar en

coordinacin con arquitectura para obtener una estructura simple, regular y que

tenga elementos estructurales con dimensiones adecuadas.


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TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIN 2

2. NORMAS UTILIZADAS 2

3. ESTRUCTURACIN Y PREDIMENSIONAMIENTO 3

4. ANLISIS ESTRUCTURAL 12

5. DISEO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES 18

6. DISEO DE LAS CIMENTACIONES 30

7. ANCLAJES, EMPALMES Y DETALLES DE REFUERZO 34

8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 38


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1. INTRODUCCIN

Esta tesis comprende la descripcin del proceso de anlisis y diseo estructural de

los 3 edificios que conforman el complejo Mac Gregor en relacin con la

experiencia aprendida tanto durante la etapa de diseo como durante la etapa deconstruccin de la obra. Estos edificios se encuentran ubicados dentro del campus

de la Pontificia Universidad Catlica del Per en la avenida Universitaria, distrito de

San Miguel.

Dos de los edificios (el Edificio A y el Edificio B) tienen 5 pisos y son destinados a

aulas, mientras el tercer edificio (Edificio C) tiene 12 pisos y un stano y est

dedicado a aulas y oficinas.

Los tres edificios estn cimentados sobre la grava tpica de Lima, con una

capacidad admisible de 5 kg/cm2.

El anlisis y diseo estructural de estas edificaciones fue realizado por el autor

como parte de la empresa Antonio Blanco Blasco Ingenieros EIRL, entre enero y

marzo del ao 2007.

Durante la construccin, realic algunas visitas a obra en coordinacin con la

empresa supervisora de la construccin.

2. NORMAS UTILIZADAS

El diseo estructural de estas edificaciones fue realizado considerando las

siguientes normas del Reglamento Nacional de Edificaciones:

Norma E.020 Cargas

Norma E.030 Diseo Sismorresistente

Norma E.050 Suelos y Cimentaciones

Norma E.060 Concreto Armado


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El techo en la zona central tiene una luz de 7.00m de longitud, entre ejes 2-3, la

cual conforma las zonas de aulas, y luego un voladizo de 2.20m que conforma el

corredor. Para cubrir esta luz importante, se consider un techo aligerado de

concreto armado de 30cm de espesor, con viguetas pretensadas prefabricadas de

la empresa Firth.

Hacia el extremo de la edificacin, entre ejes A-C, se tiene la zona de baos,

donde se tendrn tuberas embebidas dentro del espesor de la losa. Por tanto, se

ha considerado una losa maciza de 20cm de espesor.

Hacia el otro extremo, entre ejes G-H, se tiene el ascensor y las escaleras. Como

estos elementos representan aberturas importantes en la losa, se ha considerado

una losa maciza de 20cm de espesor.

Las vigas principales de la edificacin corren a lo largo de los ejes 2 y 3, y tienen

luces de entre 7.20m de hasta 9.60m de longitud. Considerando que es

recomendable tener peraltes de vigas entre 1/10 y 1/12 de la luz, se decidi utilizar

vigas de 75cm de peralte y 30cm de ancho para cubrir estas luces. Tambin se

tienen vigas en los extremos de la edificacin, entre los ncleos de placas, que

mantienen el mismo peralte uniforme de 75cm.

La viga del eje 3 se apoya sobre columnas alargadas de 30cm x 120cm. En el eje

2, la viga se apoya sobre los muros de corte que existen sobre este eje, los cuales

tienen 30cm de espesor y 2.40m de longitud.

En los extremos de la edificacin, que conforman por un lado los ncleos de baos

y por el otro la escalera y el ascensor, se han utilizado muros de corte de 25cm de

espesor, en ambas direcciones. Adicionalmente, en el eje E, se ha utilizado un

muro de corte de 20cm de espesor que divide dos aulas. En el eje-2, se han

utilizado muros de corte adicionales que soportan la viga principal entre las aulas yel corredor.

Estos muros, junto con los prticos conformados por las vigas y columnas,

proporcionan a la edificacin la rigidez y resistencia ante las acciones laterales de

sismo.


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Se tuvo como requerimiento de la arquitectura del proyecto que todos los muros

fueran de concreto expuesto. Todos los tabiques de este edificio fueron de drywall.

Este edificio tiene la caracterstica especial de tener una forma alargada. Debido a

esto, luego de realizar el anlisis ssmico se realiz una verificacin de las fuerzas

cortantes que actan en los diafragmas de entrepiso, trasmitiendo las cargas

laterales ssmicas de las losas hacia las placas de concreto que son las que les

sirven de apoyo lateral. Con este anlisis se verific que la losa superior del

aligerado de 5cm de espesor tiene capacidad para tomar estos esfuerzos ssmicos

del diafragma.


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corredor. Para cubrir esta luz importante, se consider un techo aligerado de

concreto armado de 30cm de espesor, con viguetas pretensadas prefabricadas de

la empresa Firth.

Hacia el extremo de la edificacin, entre ejes A-C, se tiene la zona de baos,

donde se tendrn tuberas embebidas dentro del espesor de la losa. Por tanto, se

ha considerado una losa maciza de 20cm de espesor.

Hacia el otro extremo, entre ejes G-H, se tiene la escalera y ductos de dimensiones

importantes para el pase de instalaciones. Como estos elementos representan

aberturas, se ha considerado una losa maciza de 20cm de espesor.

Las vigas principales de la edificacin corren a lo largo de los ejes 2 y 3, y tienen

luces de entre hasta 5.70m de longitud. Para mantener la uniformidad con eledificio A, se decidi utilizar vigas de 75cm de peralte para cubrir estas luces.

Tambin se tienen vigas en los extremos de la edificacin, entre los ncleos de

placas, que mantienen el mismo peralte uniforme de 75cm.

Las vigas de los ejes 2 y 3 se apoyan sobre columnas alargadas de 30cm x

120cm.

En los extremos de la edificacin, que conforman por un lado los ncleos de baos

y por el otro la escalera y el ascensor, se han utilizado muros de corte de 25cm de

espesor, en ambas direcciones. Adicionalmente, en los ejes E y F, se han utilizado

muros de corte de 30cm de espesor que dividen las aulas. Este espesor mayor a la

placa central del edificio A se determin debido a los ductos embebidos que

deban existir dentro del espesor de estos muros.

Estos muros, junto con los prticos conformados por las vigas y columnas,

proporcionan a la edificacin la rigidez y resistencia ante las acciones laterales de

sismo. Se tuvo como requerimiento de la arquitectura del proyecto que todos losmuros fueran de concreto expuesto. Todos los tabiques de este edificio fueron de

dryall.


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3.3. Edifi io C

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Este edificio tiene 12 pisos y cuenta con una planta aproximadamente rectangular

con longitud variable entre 34.68m y 34.15m, y ancho variable entre 13.20m y

11.31m.

El techo en la zona central del edificio (entre ejes B-E) tiene luces de 6.00m. Por

tanto, se decidi utilizar un techo aligerado de concreto armado de 25cm de

espesor. Hacia las zonas extremas, entre ejes F-G, se tienen los ncleos de baos

de la edificacin. Como se tendrn tuberas embebidas en la losa, se eligi utilizar

una losa maciza de 20cm de espesor. Entre ejes A-B se tienen las escaleras, el

ascensor y los ductos para instalaciones. Por tanto, se decidi utilizar una losa

maciza de 20cm de espesor.

Las losas se apoyan sobre vigas de concreto armado. En la zona central del

edificio, donde se tienen vigas con luces de 7.20m, se decidi utilizar vigas de40cm de ancho y 75cm de peralte en los ejes C, D y E. En el resto de casos se

tienen vigas con luces ms cortas o vigas que no soportan techo, por lo cual se

mantuvo el peralte pero se eligi utilizar vigas de menor ancho.

En los extremos del edificio (por un lado el ncleo de escalera y ascensor y por

otro lado el ncleo de baos) se tienen placas de dimensiones importantes, que

junto con los prticos formados por vigas y columnas proporcionan al edificio de la

rigidez y resistencia necesaria ante acciones laterales de sismo. En este caso,

tambin se tuvo el requerimiento de arquitectura que todos los muros fueran de

concreto expuesto, por tanto, todos los muros de la edificacin fueron utilizados

como placas. Todos los tabiques de este edificio fueron de dryall.

Las columnas de la edificacin en la zona central del edificio son de 40cm de

ancho y 1.00m de peralte. Estas columnas fueron predimensionadas con estas

dimensiones, de la siguiente manera:

rea tributaria de una columna en un piso tpico: 41 m2

Asumiendo un peso por metro cuadrado de techo de 1.2 TonCarga sobre la columna por piso = 41 m2 x 1.2 Ton/m2 = 49.2 Ton

Carga en el primer piso = 49.2 Ton/Piso x 12 Pisos = 590 Ton

Considerando fc=350 kg/cm2 y un esfuerzo sobre la columna de 0.45 fc

rea = 590 000 kg / (0.45 x 350 Kg/cm2) = 3746 cm2


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3.4. Escaleras Exteriores y Puentes Metlicos de Conexin

Esquema de escaleras exteriores y puentes

En la zona exterior del edificio existen tambin una escalera inclinada de concreto

armado, que sube 5 pisos. Esta escalera es un elemento que fue calculado por

estabilidad en voladizo considerando las fuerzas ssmicas de volteo. A partir de

este clculo de estabilidad se hallaron las dimensiones de la zapata, considerando

asimismo los momentos generados por la inclinacin del elemento. Esta escalera

se encuentra aislada de los edificios, para lo cual se consider un apoyo en los

puentes metlicos de acceso que permitiera el deslizamiento sobre una de las

vigas del edificio de 10 pisos.

Detalle de apoyo mvil del puente de concreto que llega al edificio-C


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Tambin se tienen puentes metlicos que unen las losas en voladizo de los dos

edificios de 5 pisos. Estas escaleras estn conformadas por vigas metlicas

tubulares que tienen un apoyo fijo en uno de los edificios y un apoyo deslizante

sobre el otro, de tal manera que se permita el movimiento ssmico distinto entre los

dos edificios de 5 pisos. Estos puentes tienen como piso una plancha estriada de

6mm de espesor. En obra, se realiz la definicin de realizar un vaciado de 4cm de

espesor sobre esta plancha, con una malla de y se verific que los elementos

tenan capacidad para soportar este peso adicional.

Detalle de apoyo mvil de los puentes metlicos entre los edificios A y B


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4. ANLISIS ESTRUCTURAL

El anlisis estructural de las edificaciones fue realizado utilizando el programa

ETABS. El modelo utiliz elementos tipo prtico para vigas y columnas. Para lasplacas, se utilizaron elementos tipo muro. Para el modelamiento de la losa, se

utilizaron elementos tipo membrana, que proveen la rigidez de las losas para el

efecto de diafragma, y asimismo trasmiten las cargas muertas y vivas de las losas

hacia las vigas, columnas y placas. Estos elementos no proveen rigidez a flexin,

sino que sirven nicamente para proveer el efecto de diafragma y trasmitir las

cargas de gravedad a las vigas y elementos verticales.

Para efectos del anlisis ssmico, se consider un mdulo de elasticidad del

concreto como:

Concreto fc=210 kg/cm2 E = 2170000 Ton/m2



Esto correspondE a lo establecido por la Norma E.060 de Concreto Armado, donde

se indica que el mdulo de elasticidad del concreto armado se puede idealizar

como 15000 veces la raz de fc (en kg/cm2).

Se consider una inercia reducida para columnas, muros y vigas de la siguiente

manera:

Columnas Ief = 0.70 Ig

Vigas Ief = 0.35 Ig

Muros Ief = 0.35 Ig

Este mdulo de inercia reducido se utiliz para considerar el efecto de la reduccinde inercia debido a la fisuracin en los elementos de concreto armado en la etapa

de cargas ltimas, de acuerdo a las recomendaciones de la Norma E.060 de

Concreto Armado.


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El modelo sirvi para realizar el anlisis por cargas de gravedad y el anlisis

ssmico, y tambin fue utilizado para determinar las combinaciones de cargas para

efectos de determinar los efectos crticos sobre los elementos estructurales.

4.1. Anlis is por Cargas de Gravedad

El anlisis por cargas de gravedad fue realizado considerando las cargas

establecidas por la Norma E.020 de Cargas del Reglamento Nacional de

Edificaciones.

Las cargas consideradas fueron las siguientes:

Concreto armado: 2400 kg/m3

Piso terminado: 100 kg/m2Aligerado h=.30: 420 kg/m2

Aligerado h=.25: 350 kg/m2

Sobrecarga: 250 kg/m2 (Zonas de Aulas)

400 kg/m2 (Zonas de Corredores y Escaleras)

En las zonas de aulas se consider una sobrecarga adicional de 50 kg/m2 para

tomar en cuenta la posibilidad que existan tabiques ligeros mviles, sumando una

carga total de 300 kg/m2.

Las cargas consideradas del peso propio de los elementos de concreto armado

fueron determinadas por el programa, de acuerdo a la informacin establecida del

peso especfico del material. Las cargas que corresponden al piso terminado y

sobrecarga fueron asignadas a las losas, para que se distribuyeran a las vigas y

elementos verticales de la edificacin.

Para las losas aligeradas, se definieron elementos planos especiales que

distribuyen las cargas en una direccin. Para estos elementos los pesos fueronasignados a las losas directamente.

El anlisis de las losas aligeradas en una direccin fue realizado

independientemente, modelando una vigueta en el programa ETABS, con las

cargas asignadas de acuerdo al rea tributaria de esta vigueta. A partir de esto, se

obtuvieron los momentos y fuerzas cortantes para el diseo de estos elementos.


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Este anlisis consider un empotramiento en los bordes continuos con losas

macizas, y una articulacin en los bordes discontinuos.

Las losas macizas armadas en dos direcciones fueron diseadas por el mtodo de

coeficientes de la Norma E.060 de Concreto Armado. Para los extremos continuos

con otros paos de losa o con las viguetas del aligerado se consider un

empotramiento, y para los extremos discontinuos de consider una articulacin. En

base a esto, se determinaron los momentos y fuerzas cortantes requeridas para el

diseo, con redistribucin de los momentos negativos en los casos donde fue

necesario.

Para realizar el modelo de las vigas y columnas, se consideraron brazos rgidos a

todos los elementos, determinados automticamente por el programa en base a

las dimensiones y ubicacin de los elementos estructurales. A estos brazos rgidosse les asign una rigidez infinita.

El anlisis realizado para la condicin de cargas muertas consider el proceso

constructivo. Esto fue realizado utilizando el anlisis no-lineal provisto por el

programa para este tipo de cargas, el cual consiste en asignar cargas al primer

nivel, y luego definir el segundo nivel sin considerar los esfuerzos originados por

las deformaciones de cargas del primer nivel, y as sucesivamente. Utilizando este

proceso se evita considerar los efectos originados por la deformacin de las

columnas debido a las cargas muertas totales, que no son totalmente reales, pues

cada piso que se va construyendo no se ve afectado por las deformaciones

existentes de los ya construidos.

Este efecto no es importante para los edificios de 5 pisos, pues las deformaciones

de las columnas son pequeas, y esto se pudo verificar en el anlisis. Para el

edificio de 10 pisos tambin estos efectos fueron pequeos, con variaciones

menores al 10% en los momentos ltimos de cargas de gravedad.

La sobrecarga fue asignada a las losas de piso. Se consideraron varios casos de

cargas vivas, para tomar en cuenta los efectos de la alternancia de cargas sobre

los momentos positivos y negativos de las losas y vigas y para obtener los

momentos mximos aplicados sobre las columnas de los edificios.


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4.2. Anlisis Ssmico

El anlisis ssmico consider los siguientes parmetros para las 3 edificaciones, de

acuerdo a las indicaciones de la Norma E.030 de Diseo Sismorresistente del

Reglamento Nacional de Construcciones:

Factor de Zona, Z = 0.4 Costa del Per

Este factor determina las aceleraciones horizontales a las que estar sujeto el

terreno de cimentacin, dependiendo de la zona donde estar ubicada.

Factor de Uso, U = 1.5 Edificaciones esencialesEste factor depende del uso de la edificacin. Se consideran edificaciones

convencionales con un factor U=1.0, edificaciones importantes con U=1.3 y

edificaciones esenciales con un factor U=1.5. Para el presente caso, que es

una universidad, se consider el factor mximo U=1.5.

Factor de amplificacin ssmica, C = 2.5 x T / Tp, mximo 2.5

Este factor depende de los periodos de vibracin fundamentales de la

edificacin en relacin con los periodos del suelo. De acuerdo al estudio de

suelos que se tuvo, se defini un periodo Tp=0.4 para el suelo, correspondiente

a los suelos rgidos tipo S1. El terreno de cimentacin es la grava tpica de

Lima, que corresponde a esta catalogacin.

Factor de Suelos, S=1.0, Suelo Tipo S1

Este parmetro corresponde a una amplificacin adicional que considera el

efecto del tipo de suelos que se tiene. En este caso, se tiene la grava tpica de

Lima, que es un suelo rgido y corresponde a un suelo Tipo S1.

Factor de Reduccin Ssmica, R=6.0, para muros de concreto armado

Este factor depende del sistema estructural sismorresistente utilizado, que

determina la ductilidad o capacidad de deformacin inelstica que puede

tenerse. Para el presente caso, las edificaciones fueron estructuradas en base

a muros de concreto armado principalmente, por lo que estos son los


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elementos que toman las fuerzas principales de sismo. De acuerdo a la Norma

E.030 de Diseo Sismorresistente, este tipo de edificaciones tiene R = 6.

Las masas fueron obtenidas por el programa, considerando el 100% de las cargas

muertas y el 50% de las cargas vivas, de acuerdo a lo indicado por la Norma E.030

de Diseo Sismorresistente, para edificaciones esenciales (Tipo A).

Se determin el espectro de pseudo-aceleraciones de acuerdo a lo indicado por la

Norma E.030 de Diseo Sismorresistente, utilizando la frmula:

Sa = ZUCS / R x g

Este espectro fue hallado, considerando valores de periodos de entre 0 y 1.5

segundos, verificndose que todos los periodos de vibracin de las edificacionesestuvieran en ese rango.

Para considerar los efectos de la incertidumbre en la ubicacin de los centros de

masa de la edificacin, se consider una excentricidad accidental del 5% en

relacin a la dimensin total del edificio en ambas direcciones. Esto fue realizado

para ambas direcciones y se tomaron los efectos ms desfavorables en cada caso.

Este espectro fue aplicado en las dos direcciones de manera independiente,

hallndose las fuerzas cortantes totales de la superposicin modal, los momentos,

fuerzas cortantes y fuerzas axiales sobre los elementos, y los desplazamientos

elsticos.

Los desplazamientos fueron amplificados por el valor de 0.75 x R = 0.75 x 6 = 4.5,

para estimar los desplazamientos inelsticos.

Con los resultados de desplazamientos inelsticos, se determin que las 3

edificaciones pueden ser catalogadas como edificaciones regulares, al no tenerdiscontinuidades verticales u horizontales y no presentar efectos de torsin

significativa, de acuerdo a los requerimientos de la Norma E.030 de Diseo

Sismorresistente.

Asimismo, se verific que las derivas de entrepiso halladas con los

desplazamientos de entrepiso fueran menores en todos los casos a la mxima


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deriva permitida por la Norma E.030, que corresponde al valor de 0.007 para

edificaciones de concreto armado.

Asimismo, se verific en todos los casos que las fuerzas cortantes totales halladas

del anlisis dinmico fueran mayores o iguales al 90% de las fuerzas cortantes

halladas por el mtodo esttico. Las fuerzas halladas para los tres edificios fueron

mayores a este valor, por lo cual no fue necesario realizar esta amplificacin.

4.3. Resultados de los Anlisis Ssmicos

Para los edificios A y B, se obtuvieron periodos bajos, menores a 0.4seg, debido a

que estas edificaciones son muy rgidas debido a la alta densidad de muros de

concreto armado. Los desplazamientos fueron pequeos, obtenindose

desplazamientos de entrepiso mximos del orden de 0.5cm para el edificio A y0.4cm para el edificio B y desplazamientos mximos en el nivel superior del orden

de 2.2cm para el edificio A y 2.1cm para el edificio C.

Para el edificio C, se obtuvo un periodo de vibracin de 1.1 segundos en la

direccin larga del edificio, donde se tienen menores placas, y de 0.64 segundos

en la direccin corta de la edificacin, donde se tienen las placas ms largas. Los

desplazamientos obtenidos en la direccin desfavorable fueron de 15.4cm como

desplazamiento absoluto y 1.6cm como desplazamientos mximos de entrepiso.

Se verific que estos desplazamientos fueron menores a los mximos permitidos

por la Norma E.020 de Diseo Sismorresistente, de 0.007 veces la altura del

entrepiso.


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5. DISEO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES

El diseo de los elementos estructurales de concreto armado fue realizado

considerando los lineamientos de la Norma E.060 de Concreto Armado vigente. A

continuacin se describe el procedimiento utilizado para el diseo de las losasaligeradas, losas macizas, vigas, muros de corte, columnas y escaleras de

concreto armado de la edificacin.

El diseo de los elementos que conforman las cimentaciones se describe en un

captulo aparte.

Las combinaciones utilizadas para el diseo fueron las siguientes:

1.4 CM + 1.7 CV

1.25 (CM + CV) +/- CSx

1.25 (CM + CV) +/- CSy

0.9 CM + CSx

0.9 CM + CSy

Donde: CM = Carga muerta

CV = Carga viva

CSx = Carga de sismo en la direccin X-X

CSy = Carga de sismo en la direccin Y-Y

Estas combinaciones fueron utilizadas para determinar los mximos momentos

flectores, fuerzas cortantes y fuerzas axiales en cada seccin de los elementos

estructurales. Luego se hall la envolvente de momentos, fuerzas cortantes y

fuerzas axiales para realizar el diseo de los elementos.

Para realizar el diseo, se utiliz el mtodo de resistencia, segn el cual se hallan

los efectos (fuerzas axiales, momentos flectores y fuerzas cortantes) amplificados.

Estos efectos se comparan con la resistencia de diseo de los elementos, que

corresponde a la resistencia nominal reducida por un factor . Este factor depende

del tipo de efecto:

Para elementos con estribos sometidas a flexocompresin: = 0.7

Para elementos sometidos a flexin y flexitraccin: = 0.9


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Para elementos sometidos a fuerzas cortantes: = 0.85

El diseo por flexin fue realizado considerando las hiptesis indicadas en la

Norma E.060 de Concreto Armado, que son las siguientes:

- Hiptesis de Navier, las deformaciones en el refuerzo y en el concreto son

directamente proporcionales a la distancia del eje neutro.

- La resistencia a la traccin del concreto se desprecia.

- La deformacin unitaria mxima del concreto en la fibra extrema es 0.003.

- Se consider el bloque rectangular de presiones para el concreto, con un

esfuerzo de 0.85 fc y una longitud de 1 x c, donde c es la distancia de la

fibra extrema en compresin al eje neutro y 1 es una constante que depende

del fc del concreto (0.85 hasta 280 kg/cm2 y 0.05 menos por cada 70 kg/cm2

de aumento en el fc, con un mnimo de 0.65).

- Existe adherencia completa entre el concreto y el acero.

- El esfuerzo en el refuerzo puede tomarse como Es veces la deformacin

unitaria, donde Es = 2000000 kg/cm2 y hasta alcanzar fy=4200 kg/cm2.

En base a estas hiptesis, para las vigas y losas de concreto armado (elementos

sometidos a flexin nicamente), utilizando un ancho b y un peralte efectivo d

(distancia desde la fibra extrema en compresin hasta el centroide del refuerzo en

traccin), se hall un valor de rea de acero para el momento ltimo en las

secciones crticas. Se verific que el acero colocado estuviera dentro de los

rangos mximos y mnimos considerados por la Norma E.060 de Concreto

Armado.

Para los elementos sometidos a flexocompresin (columnas, muros de corte) se

hall un diagrama de interaccin Pn Mn en caso tuvieran momentos en una

direccin nicamente y una superficie de interaccin Pn Mn - My en caso

tuvieran momentos importantes en las dos direcciones. Estos diagramas de

interaccin fueron hallados por el programa utilizado para el anlisis, tanteando

para diversos valores de refuerzo hasta hallar el acero que cumpliera con todas

las combinaciones de cargas analizadas.

El diseo por fuerzas cortantes fue realizado de acuerdo a los lineamientos de la

Norma E.060 de Concreto Armado, a partir de la cual se tienen las siguientes

frmulas.


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Resistencia de Diseo de la Seccin Vn = Vc + Vs

Vc = Resistencia de Diseo del Concreto = x 0.53 x fc^0.5 x b x d

Vs = Resistencia de Diseo del Acero = x fy x Asv x d / s

Donde: = 0.85 (para fuerzas cortantes)

fc = Resistencia caracterstica del concreto (kg/cm2)

b = Ancho del alma de la seccin

d = Peralte efectivo de la seccin

fy = 4200 kg/cm2 = Esfuerzo de fluencia del acero

Asv = rea del refuerzo por cortante

S = Espaciamiento del refuerzo por cortante

Tambin se consideraron los requerimientos para la etapa de servicio de las

edificaciones. Esto fue realizando considerando peraltes de vigas y espesores de

losas tales que no fuera necesaria una verificacin de las deformaciones. S se

realiz un anlisis de deformaciones en el caso de las vigas en voladizo mayores

del edificio-C. Asimismo, para el detallado de refuerzo, se tomaron en cuenta los

requerimientos de la Norma E.060 para el refuerzo mnimo de losas y

espaciamientos mximos y mnimos de refuerzo.

5.1. Diseo de Losas Al igeradas y Macizas

El diseo de los aligerados fue realizado considerando los momentos flectores y

fuerzas cortantes, para una vigueta. Para las fuerzas cortantes, se verific la

resistencia del concreto a d de la cara, siendo d el peralte efectivo de la

seccin. En los casos en que las fuerzas cortantes ltimas obtenidas fueron

mayores a la resistencia del concreto, se consideraron ensanches alternados. En

estos casos se calcul la longitud de los ensanches hasta que alcanzaran la

seccin donde ya no son requeridos.

Para el diseo por flexin se utiliz un ancho de 10cm y un peralte igual a la altura

de la losa menos 3cm. Con el ancho, el peralte efectivo y la resistencia

caracterstica del concreto, se hall el refuerzo requerido en las secciones con

mximo momento positivo y negativo.


24/43

- 21 -

Los techos de los edificios A y B son similares, siendo losas aligeradas de 30cm de

espesor que cubren una luz libre de 7m en la zona donde se conformarn las aulas

y tienen un voladizo de 2.20m libres hacia la zona del corredor. Las sobrecargas

utilizadas fueron de 300 kg/m2 para las zonas de aulas y 400 kg/m2 para las zonas

de corredores y escaleras.

Luego de realizado el diseo de estos techos aligerados, se coordin con el

constructor el uso de viguetas prefabricadas pretensadas Firth, espaciadas cada

50cm. El uso de estas viguetas reemplaza el acero inferior de la losa. Para esto, se

realiz un reclculo del acero superior de la losa, debido a que las viguetas se

encuentran espaciadas cada 50cm en lugar de cada 40cm con se usa en los

techos aligerados convencionales. Asimismo, se volvieron a calcular los

requerimientos por cortante y se actualiz el diseo. Para el refuerzo positivo, seseleccionaron las viguetas Firth considerando los momentos resistentes que

figuran en las tablas de diseo de Firth proporcionadas por la empresa, as como

las luces mximas que puede tener cada tipo de vigueta prefabricada y se

utilizaron las viguetas V105 (viguetas ms resistentes). En las zonas de voladizos,

se utilizaron las viguetas V101 (viguetas menos resistentes).

Hacia los extremos de los edificios A y B, donde se tienen las placas que

conforman los ncleos de baos y escaleras, se consideraron losas macizas de

20cm de espesor, teniendo luces cortas de entre 3 y 4m. Dentro de estas losas

iran embebidas todas las tuberas de agua y desage de los baos, por esto se

consider un espesor mnimo de 20cm. En estas zonas se utilizaron mallas de

3/[email protected] superior e inferior, con bastones adicionales en las zonas donde se

requiri de ms refuerzo.


25/43

d

u

z

c

c

Planta m

n el edifi

rientados

e ancho y

na luz libr

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e aprecia

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- 22 -

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26/43

c

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Plant

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5.2. Dise

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- 23 -

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27/43

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- 24 -

momento

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28/43

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5.3. Dise

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- 25 -

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cero


29/43

- 26 -

longitudinal de mayor dimetro es de 1 o menor, se utilizaron estribos de 3/8 de

dimetro. En el nudo se opt por un espaciamiento de estribos de 15cm mientras

que en la parte central de la columna se utiliz un espaciamiento de 25cm.

Refuerzo Transversal de Columnas

Las fuerzas cortantes obtenidas del anlisis para las columnas fueron bajas y no

fueron crticas en ningn caso. Se consideraron los momentos nominales para

determinar el cortante mximo de sismo, a partir del cual se realiz la verificacin

del espaciamiento de estribos en la zona central del entrepiso.

Para los edificios A y B se consider una resistencia caracterstica del concreto de

fc=210 kg/cm2 para todos los elemento .Para el edificio C, de 12 pisos, se

consider un concreto de mayor resistencia para las columnas principales P1:

fc=350 kg/cm2 del stano al tercer piso, fc=280 kg/cm2 del 4 al 6 piso y fc=210

kg/cm2 para los pisos superiores. Para el resto de elementos se consider el uso

de concreto fc=280 kg/cm2 del primer al tercer piso y fc=210 kg/cm2 para el resto

de pisos. Este uso de concreto de mayor resistencia permiti tener cuantas

medianas para el refuerzo de las columnas principales y que no fuera necesario

aumentar las dimensiones de las columnas en los pisos inferiores.


30/43

d

t

l

r

g

s

l

ara los edi

lementos

omentos

ara el dise

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- 27 -

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31/43

l

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r

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5.4. Dise

ara el dis

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- 28 -

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32/43

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- 29 -

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ABS,

e los

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33/43

- 30 -

6. DISEO DE LAS CIMENTACIONES

Las cimentaciones de las 3 edificaciones estn constituidas por zapatas aisladas y

cimientos corridos de concreto armado, apoyadas sobre la grava densa tpica de

Lima, con una capacidad admisible de 5 kg/cm2 y una profundidad de cimentacinde 1.50m.

El proceso de diseo de las cimentaciones se inici con el metrado de cargas

muertas y vivas del elemento en consideracin. Luego, se tomaron en cuenta las

fuerzas axiales de sismo y los momentos de cargas de gravedad y de sismo

obtenidas de acuerdo al anlisis estructural realizado.

Con estos momentos y fuerzas axiales, se realizaron las combinaciones de cargas

en servicio de acuerdo a la Norma E.020 de Cargas. Se tantearon con diversas

dimensiones de zapatas, considerando voladizos similares en ambas direcciones y

considerando el peso propio de estos elementos, hasta obtener un esfuerzo menor

al mximo admisible del terreno.

Con las dimensiones de la zapata o cimiento ya obtenida, se realiz la verificacin

por fuerzas cortantes y punzonamiento para determinar el peralte requerido de la

cimentacin. Una vez definido el peralte, se procedi al diseo del elemento por

flexin para determinar el refuerzo. Se utiliz para estas verificaciones y diseos el

esfuerzo mximo amplificado obtenido de las distintas combinaciones de cargas

amplificadas.

En algunos casos las cimentaciones de las placas en los extremos de los edificios

deban unirse, generando zapatas combinadas complicadas. Para poder analizar

esto, se modelaron estas cimentaciones considerando parrillas formadas por

elementos lineales apoyadas sobre resortes. En las zonas donde coincidieron con

las placas, se consideraron elementos rgidos, y en las zonas donde no haba

placas, se consideraron elementos con la seccin de los cimientos corridos. Luegose asignaron los momentos y fuerzas axiales sobre las placas, y se obtuvieron las

fuerzas resultantes en los resortes que representaran los esfuerzos en el terreno.

A partir de esto se obtuvieron los esfuerzos actuantes sobre el terreno y los

momentos generados en los segmentos de cimientos que unen las placas, para

poder disear el refuerzo y verificar el peralte.


34/43

Cimentacin de las placas

- 31 -

del edificio A hacia el xtremo de ejes G-H


35/43

Cimenta in de las

- 32 -

Columnas rincipales del Edificio C


36/43

- 33 -

Las cimentaciones de la escalera inclinada fueron un caso especial, pues se

calcularon considerando el factor de seguridad al volteo usando las fuerzas

laterales de sismo y los momentos originados por la inclinacin de la escalera.

Cimentacin de las la escalera exterior


37/43

- 34 -

7. ANCLAJES, EMPALMES Y DETALLES DE REFUERZO

Los detalles de anclajes, empalmes y dobleces de refuerzo se indicaron en los planos

de acuerdo a las especificaciones de la Norma E.060 de Concreto Armado. A

continuacin se describen los detalles de refuerzo indicados en los planos.

7.1. Anclaje de Vigas Peraltadas en Placas

Para las vigas peraltadas que anclan en placas se consider un anclaje con gancho

estndar a 90. Para esto se incluy el detalle que se muestra a continuacin, vlido

para varillas de 5/8 y que son los casos que se tienen en el presente proyecto. La

diferencia de longitud de anclaje entre el acero superior e inferior se debe al

reconocimiento que el concreto en la zona superior de la viga es de menor calidad y

por lo tanto de adherencia disminuida. Esto se consider como un margen de

seguridad adicional, puesto que la norma no considera esta diferencia para anclajes

con gancho estndar a 90.

Anclaje de Vigas Peraltadas en Placas

7.2. Anclaje de Vigas Chatas y Peraltadas en Columnas

Para el caso de las vigas chatas, se consider que las barras de acero anclen en el

elemento de apoyo hasta llegar a 3cm del extremo del elemento de apoyo para luego

doblar a 90 con un doblez de 15cm. Esto se consider tanto en el acero superior

como en el inferior.


38/43

- 35 -

Para el caso de las vigas peraltadas, se consider que las barras de acero superiores

e inferiores anclen en hasta dentro de la columna y doblen con gancho estndar a 90,

como se muestra en el siguiente detalle:

Anclaje Tpico de Vigas

7.3. Empalmes de Vigas Chatas y Peraltadas

En el proyecto de estructuras se consideraron empalmes por traslape en todos los

casos, para vigas, columnas y placas.

En el caso de las vigas, losas y aligerados se opt por realizar el empalme de las

barras de acero superior dentro del tercio central de la luz del elemento para evitar las

zonas de esfuerzos altos.

En los aligerados y las vigas chatas se opt por realizar el empalme de las barras de

acero inferior sobre los apoyos, alejndose de la zona central del elemento donde

ocurren los momentos mximos. Como estos elementos no tienen fuerzas ssmicas,

en esta zona no se producen tracciones importantes en el acero.

Como las vigas peraltadas del proyecto estn sometidas a momentos de sismo, se

opt por realizar el empalme del refuerzo inferior en la zona intermedia entre la zona

central y el apoyo del elemento. De esta manera se intenta evitar zonas de esfuerzos

altos de traccin en el centro debido a las cargas de gravedad y en los apoyos debido

a las cargas de sismo.


39/43

- 36 -

Empalmes Traslapados para Vigas

Se consider que en caso no se empalme en las zonas indicadas la longitud de

empalme se aumente en un 70% para considerando que el empalme se produce en

zonas de esfuerzos altos. La longitud de empalme a depender del dimetro de la

barra y variar dependiendo si se trata de un empalme en el refuerzo superior o

inferior. Adems de esto se especific que no se debe empalmar ms del 50% del

rea total en una misma seccin.

Longitud de Empalme para Vigas

7.4. Empalmes de Columnas

En cuanto a las columnas, para evitar la congestin generada por empalmar en la

zona de confinamiento y alejarse de la zona de mayores momentos se opt por

realizar el empalme en la zona central de la columna. Al igual que en el caso de las

vigas, losas y aligerados, la longitud de empalme Levariar dependiendo del dimetro

de la barra a empalmar.


40/43

- 37 -

Detalle de Empalme de Columnas

Para el caso de las columnas principales P1 del edificio C que lleva paquetes de 2

barras de acero de 1 se hizo un detalle que indica que se debe utilizar una tercera

barra de una pulgada de 2.40m, centrndola en el punto de empalme y que no se

debe empalmar ambas barras en el mismo punto.

Detalle de Empalme para Paquetes de 2 barras de 1 pulgada


41/43

- 38 -

8. CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES Y EXPERIENCIA

GANADA EN LAS VISITAS REALIZADAS A OBRA

Se adjunta a este documento los planos de estructuras que fueron el resultado final del

proceso de diseo descrito y son los siguientes:

E-1 Edificio-A Cimentacin

E-2 Edificio A Techos

E-3 Edificio A Vigas

E-4 Edificio-B Cimentacin

E-5 Edificio B Techos

E-6 Edificio B Vigas

E-7 Edificio C Cimentacin

E-8 Edificio C Columnas y Placas

E-9 Edificio C Techos Stano y 1 Piso

E-10 Edificio C Techos 2-11 Piso

E-11 Edificio C Techo 12 Piso

E-12 Edificio C Vigas

E-13 Puentes Metlicos

E-14 Escalera ExteriorE-15 Puentes Metlicos, Detalles

E-16 Escalera Anexa Edificio C

En la presente tesis se han descrito los procedimientos utilizados para el diseo

estructural de las tres edificaciones principales que componen el Complejo Mac

Gregor de la Pontificia Universidad Catlica del Per. Estos criterios han estado

basados en los requerimientos de las normas tcnicas de estructuras del Reglamento

Nacional de Edificaciones para garantizar la seguridad estructural de la edificacin y el

buen funcionamiento en las condiciones de servicio.

Tambin se consider en la etapa de la estructuracin, donde se define la forma

estructural de la edificacin, buscar una estructura simple, regular y con dimensiones

de elementos razonables para las luces y dimensiones que se tienen.


42/43

- 39 -

Esta simplicidad se refiere al comportamiento estructural y usualmente va de la mano

con la facilidad constructiva de la edificacin y permite optimizar el diseo. Esto,

debido a que si se tiene un comportamiento estructural simple esto permite ser menos

conservador que si se tiene un comportamiento ms complejo y por lo tanto ms

incierto.

Asimismo, se busc tener una estructura regular desde el punto de vista estructural. A

partir de la experiencia que se tiene con el comportamiento estructural de las

edificaciones ante acciones ssmicas en el mundo, se reconoce que una estructura

regular se comporta mejor que una estructura irregular. Es por esto que se busc

evitar irregularidades estructurales en la medida en que la arquitectura de la

edificacin lo permiti.

En la etapa de la estructuracin se busc tener dimensiones de elementosestructurales razonables. De esta forma, se evitan tener cuantas muy altas en vigas,

columnas, losas que generen congestin de refuerzo en la obra y mayores costos. En

las vigas y losas, tambin es importante tener peraltes adecuados para evitar

deformaciones excesivas.

En el transcurso de la etapa de diseo y desarrollo de los planos se pudo apreciar las

ventajas de seguir estos criterios desde las etapas iniciales del proyecto,

especialmente las coordinaciones con arquitectura para obtener una estructura simple

y libre de irregularidades. Esto implic un mayor trabajo de coordinacin con el

arquitecto en las etapas iniciales del proyecto, al buscar soluciones para integrar una

estructura simple con los requerimientos arquitectnicos del proyecto. Sin embargo, al

final este mayor trabajo inicial se ve compensado con un mejor proyecto y

construccin.

En la etapa de construccin se realizaron una serie de visitas a obra. Estas tuvieron

como motivo principal ver el tema de algunas cangrejeras pequeas en el inicio de la

obra. Result que estas eran ms un tema esttico que estructural, pero por el hechode tener concreto expuesto con un acabado especial donde se vea el reflejo de las

tablas de madera utilizadas como encofrado, esta situacin no fue afectable y fue

necesario demoler algunos elementos que no podan resanarse manteniendo la

esttica requerida.


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Otra experiencia que se tuvo en obra fue la relacionada a la escalera exterior de

concreto, cuyo diseo arquitectnico se modific ya durante la etapa de obra,

originando que se requiriera un aumento importante de las dimensiones de la zapata al

haber aumentado la inclinacin.

El complejo Mac Gregor fue inaugurado en el ao 2008 y se encuentra actualmente en

funcionamiento.

pag 21 terry jose diseño edificios concreto armado sotano

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