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UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL MACHALA 2016 TEJEDOR SANCHEZ CARLOS MIGUEL ANALISIS SISMO RESISTENTE DE UNA VIVIENDA DE HORMIGON ARMADO DE DOS PLANTAS ALTAS SITUADO AL OESTE EN LA PARROQUIA JAMBELI

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UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

MACHALA2016

TEJEDOR SANCHEZ CARLOS MIGUEL

ANALISIS SISMO RESISTENTE DE UNA VIVIENDA DE HORMIGONARMADO DE DOS PLANTAS ALTAS SITUADO AL OESTE EN LA

PARROQUIA JAMBELI

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UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

MACHALA2016

TEJEDOR SANCHEZ CARLOS MIGUEL

ANALISIS SISMO RESISTENTE DE UNA VIVIENDA DEHORMIGON ARMADO DE DOS PLANTAS ALTAS SITUADO AL

OESTE EN LA PARROQUIA JAMBELI

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UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

MACHALA2016

TEJEDOR SANCHEZ CARLOS MIGUELINGENIERO CIVIL

ANALISIS SISMO RESISTENTE DE UNA VIVIENDA DE HORMIGON ARMADO DEDOS PLANTAS ALTAS SITUADO AL OESTE EN LA PARROQUIA JAMBELI

Machala, 19 de octubre de 2016

PANTOJA AGUACONDO DAVID ELOY

TRABAJO DE TITULACIÓNANÁLISIS DE CASOS

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Urkund Analysis Result Analysed Document: CARLOS MIGUEL TEJEDOR SANCHEZ.pdf (D21759071)Submitted: 2016-09-14 23:39:00 Submitted By: [email protected] Significance: 5 %

Sources included in the report:

construcciones cap2nec.pptx (D10690740) Tesis de grado Rodrigo Lazo.pdf (D14907027) JARAMILLO PARRAGA GEOVANNY FERNADO.pdf (D21650078) JARAMILLO PARRAGA GEOVANNY FERNADO.docx (D21637568) final exposicion.docx (D12894424) https://law.resource.org/pub/ec/ibr/ec.cpe.5.1.c12.2001.pdf http://www.inti.gob.ar/cirsoc/pdf/publicom/ACI_318-05_Espanhol.pdf http://www.mopc.gob.do/media/1447/r-033-reglamento-hormigon.pdf

Instances where selected sources appear:

16

U R K N DU

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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MACHALA

UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

TITULO:

ANÁLISIS SISMO RESISTENTE DE UNA VIVIENDA DE HORMIGÓN ARMADO DE

DOS PLANTAS ALTAS SITUADO AL OESTE DE LA PARROQUIA JAMBELÍ

TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE

INGENIERÍA CIVIL

AUTOR:

TEJEDOR SÁNCHEZ CARLOS MIGUEL

TUTOR:

PANTOJA DAVID

MACHALA – EL ORO

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II

DEDICATORIA

El presente trabajo está dedicado a Dios por brindarme sabiduría, salud e inteligencia

para culminar este proceso de titulación y por ser pilar fundamental en mi hogar.

A mi hermano Víctor Tejedor por enseñarme matemáticas desde muy pequeño, sus

conocimientos hicieron que me gustaran los cálculos matemáticos, los cuales los uso

en mi vida diaria.

A Mariela De La O la mujer con la que comparto mi vida y a mis hijas Ashley Julieth

y Nathaly Franchezca las cuales son mi inspiración para lograr obtener el título

profesional.

Y de manera especial se la dedico a quien me crio desde muy pequeño, mi padre

Wilson Flores por estar siempre allí y ser un ejemplo de vida a seguir, a ti papá que

con tu amor y dedicación me hiciste ver que Padre es el que cría, el que enseña y el

que educa.

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III

AGRADECIMIENTO

Principalmente a Dios, ya que él ha sido mi guía en este largo tramo de mi vida.

A la Universidad Técnica de Machala por fórmame profesionalmente como Ingeniero

Civil, a mis compañeros con los que compartimos momentos inolvidables, cultivando

así una amistad sincera, los aprecio mucho y siempre los recordare.

Agradezco de manera especial a los profesores de esta facultad por haber impartido

sus conocimientos a lo largo de mi trayectoria académica, a los ingenieros Master en

Estructuras ENRIQUE REBOLLEDO por haber dedicado su tiempo y disposición en

la guía del presente trabajo y así lograr alcanzar mi meta deseada.

A mis padres, Eva Sánchez y Wilson Flores porque con sus sabios consejos han

logrado hacer de mi un hombre de bien, responsable y con ganas de superación.

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IV

RESUMEN

“ANÁLISIS SISMO RESISTENTE DE UNA ESTRUCTURA DE DOS PLANTAS ALTAS

DE HORMIGÓN ARMADO SITUADO AL OESTE DE LA PARROQUIA JAMBELÍ”

Carlos Miguel Tejedor Sánchez

CI 070344488-5

En el presente trabajo se realizó un análisis inicial, llamado ANÁLISIS SÍSMICO

ESTÁTICO, para luego hacer una comprobación con el ANÁLISIS DINÁMICO

ESPECTRAL, usando el método del diseño basado en fuerzas DBF, se empezó

conociendo el área que tendrá la edificación, así como las luces libres entre los apoyos

y las alturas de cada entrepiso, con ello se procedió a pre dimensionar las secciones

de los elementos estructurales, losas, columnas y vigas, con este pre

dimensionamiento se procede a cuantificar las cargas de cada piso así como de la

estructura total.

Esta cuantificación será por cargas verticales, las cuales son transmitidas a la

cimentación, y a su vez hacia el suelo, las cargas verticales nos sirven para poder

controlar asentamientos y deformaciones que se van a producir en cada uno de los

elementos estructurales.

La cuantificación de cargas que se utiliza para este análisis, será por cargas debido al

sismo, en las dos direcciones, en este procedimiento se empieza calculando el

cortante basal que se distribuirá en todos los pisos de la edificación, la cual tiene una

altura de 5,90 metros, es una estructura regular, tanto en planta como en elevación,

con columnas de 30 x 30 centímetros, vigas de 30 x 25 centímetros y la losa cuya

altura es de 20 centímetros, un hormigón con resistencia a la compresión de 210

kg/cm² y un acero con un esfuerzo a fluencia de 4200 kg/cm².

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V

Para hallar el cortante basal se debe empezar calculando el periodo fundamental de

vibración de la estructura (T), el cual se lo determina conociendo la zona sísmica y el

tipo de suelo en el que se implanta la edificación, en este análisis es de 0,272 seg,

para con ello poder conocer el espectro de respuesta elástico de aceleración (Sa), el

cual es de 0,72.

El periodo fundamental de la estructura se lo calculo por el primer método usando la

expresión T=Ct*hαn.

Para el análisis de la vivienda se utilizó el software de análisis y diseño estructural

SAP 2000 V15 en tres dimensiones, considerando las normativas que rigen en la

norma ecuatoriana de la construcción NEC 15, para edificaciones sismo resistentes.

Uno de los criterios para el modelado estructural cuando se hace un análisis sísmico,

es el denominado brazo rígido, el cual es la unión rígida entre dos elementos de

conexión, caso columna – viga, también se trabaja con los diafragmas rígidos, se

tiene un centro de masas en el cual se aplica: para el caso del análisis estático

acciones de fuerza, y en el caso del análisis dinámico acciones de masas.

Este centro de masas tiene tres grados de libertad, dos de traslación y uno de

rotación, ya que ese centro de masas debe inducir el movimiento de la estructura,

porque es allí donde esta aplicada la fuerza o las masas.

También es importante recordar que la norma ecuatoriana establece, que para el

cálculo de rigideces y derivas máximas se debe utilizar los valores de las inercias

agrietadas, 0,8 Ig en el caso de columnas y 0,5 Ig para el caso de vigas, además el

control de las deformaciones se lo hará a través de las derivas inelásticas máximas de

piso. Para este control se tomara el valor de la respuesta máxima inelástica en

desplazamiento de la estructura ΔM, la cual la calculamos usando la combinación

0,75RΔE.

En este análisis se comprobó que las derivas de piso son inferiores a lo establecido

en la norma ecuatoriana de la construcción NEC 15 cuyo valor es de 0,02, con esta

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VI

comprobación se determina que la estructura es competente para resistir fuerzas

laterales debidas al sismo de diseño. Siendo estas de 8,04 Ton para el primer nivel y

de 9,85 Ton para el segundo nivel.

Palabras claves: Análisis sísmico, cuantificación, cortante basal, inercias agrietadas,

derivas inelásticas.

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VII

SUMMARY

“ANALYSIS SEEMS EARTHQUAKE RESISTANT STRUCTURE OF TWO HIGH

CONCRETE PLANT LOCATED WEST OF THE PARISH JAMBELI”

Carlos Miguel Tejedor Sánchez

CI 070344488-5

In this paper an initial analysis, called ANALYSIS SEISMIC STATIC, and then make a

check with the DYNAMIC ANALYSIS SPECTRAL using the method based design

forces DBF, it began knowing the area that will have the building and the lights made

free between the supports and the heights of each mezzanine, thus proceeded to pre

sizing sections of structural elements, slabs, columns and beams, with this pre sizing is

necessary to quantify the loads of each floor and the whole structure.

This quantification is for vertical loads, which are transmitted to the foundation, and in

turn to the ground, the vertical loads help us to control settlements and deformations

that will occur in each of the structural elements.

Quantification of loads used for this analysis , be batch due to the earthquake , in both

directions , in this procedure begins by calculating the base shear to be distributed on

all floors of the building, which has a height of 5 , 90 meters, is a regular structure ,

both in plan and elevation , with columns of 30 x 30 cm , beams 30 x 25 cm and the

slab whose height is 20 cm , a concrete with compressive strength of 210 kg / cm² and

steel with a yield stress of 4200 kg / cm².

To find the base shear should start by calculating the fundamental period of vibration of

the structure (T ), which is determined by knowing the seismic zone and soil type in

which the building is implanted , this analysis is 0.272 sec to thereby be able to know

the elastic response spectrum acceleration (Sa ) , which is 0.72 .

The fundamental period of the structure is the calculation by the first method using the

expression T=Ct*hαn.

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VIII

For the analysis of housing and analysis software SAP 2000 V15 structural design was

used in three dimensions, considering the regulations governing the Ecuadorian norm

of construction NEC 15 for earthquake resistant buildings.

One of the criteria for structural modeling when a seismic analysis is done, is called

rigid arm, which is the rigid connection between two connecting elements, column case

- beam, also works with rigid diaphragms, it has a center mass in which it applies: in

the case of static analysis actions of force, and in the case of dynamic analysis mass

actions.

This center of mass has three degrees of freedom, two of translation and one rotation,

since the center of mass should induce movement of the structure, because that is

where this applied force or the masses.

It is also important to remember that the Ecuadorian rule states that for calculating

maximum drift rigidities and to use the values of the cracked inertias, 0.8 Ig in the case

of 0.5 Ig columns and beams for the case, plus control of deformations will through the

maximum inelastic drifts floor. For this control the value of the maximum inelastic

response displacement Dm structure which calculate using the 0,75RΔE combination

was taken.

In this analysis it was found that drifts floor are lower than established in the

Ecuadorian norm of construction NEC 15 whose value is 0.02 , with this check it is

determined that the structure is competent to resist lateral forces due to earthquake

design. As these Ton 8,04 for the first level and 9,85 Ton to the second level

Keywords: Seismic analysis, quantification, base shear, cracked inertias, inelastic

drifts.

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IX

INDICE GENERAL

pág.

CARATULA……………………………………………………………………………….……I

DEDICATORIA ............................................................................................................. II

AGRADECIMIENTO .....................................................................................................III

RESUMEN .................................................................................................................. IV

SUMMARY ................................................................................................................. VII

INDICE GENERAL ...................................................................................................... IX

INDICE DE FIGURAS ............................................................................................... XIII

INDICE DE TABLAS ................................................................................................. XIII

INTRODUCCION ........................................................... ¡Error! Marcador no definido.

CAPITULO I ................................................................................................................. 2

GENERALIDADES DEL OBJETO DE ESTUDIO ......................................................... 2

1.1 Definición y Contextualización del Objeto de Estudio ..................................... 2

1.1.1 Los Sismos en Ecuador. . ...................................................................... 2

1.1.2 Riesgo Sísmico. .................................................................................... 3

1.1.3 Definición de Peligrosidad Sísmica. ...................................................... 4

1.1.4 Vulnerabilidad sísmica de edificaciones. ................................................. 4

1.1.5 Sismicidad Histórica del Ecuador. ......................................................... 5

1.1.6 Sismicidad a nivel del Ecuador. ............................................................. 6

1.2 Hechos de Interés .......................................................................................... 6

1.2.1 Filosofía de Diseño sísmico. ................................................................. 6

Resistencia lateral. . ........................................................................ 6

Ductilidad. ........................................................................................ 6

1.3 Efectos estructurales del sismo ...................................................................... 6

1.4 Zonificación sísmica y factor de zona Z .......................................................... 7

1.5 Objetivos De La Investigación ........................................................................ 8

1.5.1 Objetivo General. .................................................................................. 8

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X

1.5.2 Objetivo Especifico .................................................................................. 8

CAPITULO II ................................................................................................................ 9

FUNDAMENTACION TEORICO –EPISTEMOLOGICA DEL ESTUDIO ....................... 9

2.1 Descripción del Enfoque Epistemológico de Referencia ................................. 9

2.1.1 Importancia del Diseño Sismo resistente. . ............................................. 9

2.1.2 Importancia de los espectros de Respuesta. ..........................................10

Tipos de Espectros. . .....................................................................10

Espectros de respuesta elástica. .....................................................10

Espectros de respuesta inelástica. ..................................................11

Espectros de diseño. .......................................................................11

2.2 Base Teórica De La Investigación .................................................................12

2.2.1 Sistema de Variables.: ...........................................................................12

2.2.2 Importancia de las Normas (NEC 15). ....................................................13

2.2.3 Sistemas Estructurales de hormigón armado. ......................................13

2.2.4 Diseño Estructural. ...............................................................................15

2.2.5 Análisis Estructural. ..............................................................................15

2.2.6 Plan Nacional del Buen Vivir. .............................................................15

2.2.7 Ordenamiento territorial. .......................................................................15

2.2.8 Vivienda. ................................................................................................15

CAPITULO III ..............................................................................................................16

PROCESO METODOLOGICO ....................................................................................16

3.1 Diseño o Tradición de Investigación Seleccionada ........................................16

3.2 Proceso de Recopilación de Datos de la Investigación .................................16

3.2.1 Estructuración. .....................................................................................16

3.2.2 Descripción General. ..............................................................................17

3.2.3 Propiedades de los materiales. . ...........................................................17

3.2.4 Módulo de elasticidad estático (Ec). .....................................................17

3.2.5 Descripción geométrica. . ......................................................................17

3.2.6 Cargas actuantes. ................................................................................18

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XI

3.3 Sistema De Categorización en Análisis De Los Datos...................................18

3.3.1 Pre dimensionamiento de losa. . ...........................................................18

3.3.1.1 Calculo de cargas por metro cuadrado en losa. ..............................18

3.3.2 Pre dimensionamiento de vigas. . .........................................................19

3.3.3 Pre dimensionamiento de columnas. ....................................................21

3.3.4 Secciones de elementos estructurales.. .................................................22

3.3.5 Análisis de la estructura. ......................................................................22

3.3.6 Cortante basal de diseño. ......................................................................22

3.3.7 Problemas de configuración en planta. ................................................23

3.3.8 Problemas de configuración vertical. ...................................................23

3.3.9 Determinación del Periodo fundamental de vibración T. .......................23

3.3.10 Carga símica reactiva W. .....................................................................24

3.3.11 Calculo del cortante basal de diseño. ....................................................25

3.3.12 Distribución vertical de fuerzas sísmicas laterales. .................................25

3.3.13 Calculo del centro de masa. .................................................................25

3.3.14 Calculo del centro de rigidez.. ................................................................25

3.3.15 Momentos torsionales horizontales y torsión accidental. ......................26

3.3.16 Modelación de la estructura con el programa SAP 2000 V15. ................26

CAPITULO IV .............................................................................................................37

RESULTADOS DE LA INVESTIGACION ...................................................................37

4.1 Descripción y Argumentación Teórica de Resultados ...................................37

CONCLUSIONES .......................................................................................................46

RECOMENDACIONES ...............................................................................................47

CITAS BIBLIOGRAFICAS ...........................................................................................48

ANEXOS .....................................................................................................................51

ANEXO 1 Planos arquitectónicos ................................................................................51

ANEXO 2 Pre Dimensionamiento de Losa .................................................................53

ANEXO 3 Determinación de la carga muerta de la losa. ............................................70

ANEXO 4 Cargas cooperantes de la losa ....................................................................73

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XII

ANEXO 5 expresiones para transformar cargas por m² en uniformemente distribuidas

....................................................................................................................................73

ANEXO 6 Cálculo de cargas actuantes en el pórtico B ..............................................74

ANEXO 7 Cargas actuantes uniformemente distribuidas para pree-diseño ................75

ANEXO 8 Cálculo de momentos y dimensión de la viga.............................................75

ANEXO 9 Distribución de cargas cooperantes en columnas ......................................76

ANEXO 10 diagrama de interacción Carga - momento ..............................................77

ANEXO 11 Pre dimensionamiento de Columnas ........................................................77

ANEXO 12 Determinación del periodo de vibración T y del espectro de respuesta Sa

....................................................................................................................................79

ANEXO 13 Espectro de diseño ...................................................................................81

ANEXO 14 Cálculo del cortante basal .........................................................................82

ANEXO 15 Distribución Vertical de Fuerzas Laterales ...............................................82

ANEXO 16 Cálculo del centro de masa por piso ........................................................82

ANEXO 17 Cálculo del centro de rigidez por piso.......................................................83

ANEXO 18 Momentos torsionales horizontales ...........................................................86

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XIII

INDICE DE FIGURAS

Fig. 1 Mapa de peligrosidad sísmica de Ecuador, PGA para un periodo de retorno: 500

años ............................................................................................................................. 4

Fig. 2 Ecuador, zonas sísmicas para propósitos de diseño y valor del factor de zona Z.

..................................................................................................................................... 7

Fig. 3 Espectro de respuesta elástica ..........................................................................11

Fig. 4. Conformación del espectro ..............................................................................12

INDICE DE TABLAS

Tabla 1. Valores del factor Z en función de la zona sísmica adoptada ......................... 8

Tabla 2. Coeficiente R para sistemas estructurales dúctiles ........................................13

Tabla 3. Coeficiente R para sistemas estructurales dúctiles ........................................14

Tabla 4. Coeficiente R para sistemas estructurales dúctiles ........................................14

Tabla 5 secciones de elementos estructurales ............................................................22

Tabla 6 Simbología usada para el cortante basal ........................................................23

Tabla 7 Coeficientes para el cálculo de T ....................................................................24

Tabla 8 Combinaciones de carga según NEC 15 ........................................................30

Tabla 9 cargas distribuidas en vigas ...........................................................................31

Tabla 10 control de derivas inelásticas máximas con R=8 ..........................................37

Tabla 11control de derivas inelásticas con R=5 ..........................................................38

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INTRODUCCIÓN

Nuestro país se encuentra ubicado dentro del llamado anillo de fuego del Pacifico, el

cual reposa sobre varias capas tectónicas, las que se desplazan a gran velocidad,

varios centímetros por año, acumulando grandes cantidades de tensión, la cual al ser

liberada provocan los terremotos.

Ecuador ha venido soportando terremotos de gran magnitud, como los ocurridos en los

años 1906 en Esmeraldas, 1949 en Ambato, 1961 en Chimborazo, 1964 en Manabí,

1987 en Napo, 1995 en Morona Santiago, 1998 en Bahía de Caraquez y el más

reciente acontecido el 16 de abril del presente año, cuya magnitud alcanzo los 7,8

grados en la escala de Richter, dejando un aproximado de 668 muertos y 7000

edificaciones destruidas, entre las colapsadas y las que tienen daños irreparables

causados por el fenómeno sísmico.

El país tiene grandes problemas en su planificación urbana, además por encontrarse

en una zona de alta peligrosidad sísmica, se hace indispensable la necesidad de

analizar las estructuras más rigurosamente, ya que la gran mayoría están construidas

con métodos de diseño que no toman en cuenta las normas sismo resistentes las

cuales ayudan a prevenir el colapso de las edificaciones en caso de que ocurra un

desastre natural de tal magnitud y así tratar de minimizar la cantidad de personas

muertas que en estos desastres ocurren.

Con este análisis se comprobará, si los desplazamientos máximos de la estructura,

están dentro del rango permitido por la norma ecuatoriana de la construcción NEC 15.

En el presente trabajo se aplicara la metodología planteada por las normas

ecuatorianas de la construcción vigentes en nuestro país, normas que sustentan el

análisis realizado a la estructura en estudio por el método del diseño basado en

fuerzas DBF.

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2

CAPITULO I

GENERALIDADES DEL OBJETO DE ESTUDIO

1.1 Definición y Contextualización del Objeto de Estudio

1.1.1 Los Sismos en Ecuador. El Ecuador vivió momentos de incertidumbre el

pasado 16 de abril del 2016 al sufrir uno de los peores terremotos de américa latina

con una escala de 7,8 grados en la escala de Mw, con una duración de 42 segundos,

en el cual se perdieron vidas humanas y edificaciones destruidas la mayoría de ellas

quedando inoperativas. Este desastre sísmico nos muestra lo vulnerable que están

expuestas nuestras edificaciones al no contar con un órgano regulador de

edificaciones que sea exigente con el cumplimiento de las Normas de Construcción

Ecuatorianas (NEC-15) las cuales se encuentran vigentes en nuestro país.

“Estos terremotos pueden ser excedidos por los sismos de plataforma Submarina

como el ocurrido el 31 de enero de 1906, con magnitud Ms=8.7 frente a las costas de

Esmeraldas, este sismo está considerado como uno de los más fuertes del mundo; o

el sismo del 12 de diciembre de 1979 con magnitud Ms= 7.8 en la misma región, frente

a la frontera Ecuador Colombia; ambos generaron tsunamis que afectaron las costas

cercanas y fueron registrados en otros muchos lugares de la cuenca del pacifico[1].”

“El día 16 de abril del año 2016 a las 6:58 p.m. hora local (2016-04-16 23:58 hora

UTC), se presentó un sismo de magnitud Mw 7.8 en Ecuador, con epicentro cerca de

la ciudad de Pedernales. El Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional de

Ecuador (IGEPN) localizó el evento en las coordenadas 0.40°N y 80.17°W, con una

profundidad de 20 km[2].”

“Debido a la magnitud momento de 8.8 del terremoto que sacudió la zona centro sur

de Chile el 27 de febrero del año 2010, muchas estructuras de hormigón armado

sufrieron deformaciones que sobrepasaron el límite elástico de varios de sus

elementos estructurales. Deformaciones irreversibles se evidenciaron por medio de la

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3

aparición de fisuras, grietas e incluso desprendimiento del hormigón y falla del acero

de refuerzo[3].”

“El panorama de riesgo que representan los sismos para la vida y bienes de los

habitantes latinoamericanos promedio, especialmente los que habitan la costa del

pacifico y partes de la región del Caribe, es sin lugar a dudas preocupante[4].”

“La mayor parte de las pérdidas tanto económicas como de vidas humanas

ocasionadas por un terremoto, se deben a un comportamiento inadecuado de algunas

estructuras al ser sometidas al movimiento del terreno en sı, ocasionando colapsos

parciales e incluso totales[5].”

1.1.2 Riesgo Sísmico. “Evaluación de la vulnerabilidad y pérdidas que se podrían

producir en un edificio o grupo de edificios por el peligro sísmico existente en el sitio de

emplazamiento de las estructuras. La evaluación incluye el cálculo de pérdidas para

un escenario específico (SL), pérdida probable (PL), pérdida anualizada promedio

(AAL) o todas las anteriores[6].”

Riesgo Sísmico = Peligrosidad ** Vulnerabilidad ** Costo.

En el ecuador se tiene registros de una alta sismicidad acompañada de fallas

geológicas y geotécnicas que han impactado en el medio físico costero del país en

sobre manera. Estos eventos sísmicos que han afectado la parte física con

consecuencias naturales, provienen de estructuras sismogénicas en la corteza,

vinculadas a sistemas de fallas que pertenecen a diferentes dominios tectónicos. De

modo que estos eventos suelen ir acompañados de fenómenos geológicos

considerables y a veces catastróficos inducidos durante o inmediatamente después del

sismo.

“Aunque la ocurrencia de grandes terremotos interplaca es relativamente infrecuente,

comparada con los sismos asociados a límites de placas, estos eventos ocasionales

pueden resultar extremadamente devastadores. Esto se debe a que la mayoría de las

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4

ciudades localizadas en el interior de los continentes han sido edificadas sin tomar en

cuenta criterios de diseño sísmico[7].”

1.1.3 Definición de Peligrosidad Sísmica. “Se define como Peligrosidad Sísmica, la

probabilidad de ocurrencia, dentro de un período específico de tiempo y dentro de una

región determinada, movimientos del suelo cuyos parámetros: aceleración, velocidad,

desplazamiento, magnitud o intensidad son cuantificados[8].”(Ver fig. 1)

Fig. 1 Mapa de peligrosidad sísmica de Ecuador, PGA para un periodo de retorno: 500 años

Fuente:

Cabe mencionar que cuando los terremotos ocurren en el mar, por movimientos

súbitos de la corteza submarina, estos generan ondas de energía que recorren miles

de kilómetros por el mar a velocidades de hasta 800 km/h, que al llegar a las costas,

pueden provocar olas de varios metros de altura que pueden arrasar con la zona

costera. Este fenómeno se lo conoce como tsunami.

1.1.4 Vulnerabilidad sísmica de edificaciones. “La evaluación de la vulnerabilidad

sísmica debe iniciarse con un método cualitativo y de no cumplirse este, entonces usar

el método cuantitativo, el cual va acompañado de un análisis más completo, ya que

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5

puede contemplar tanto un análisis estructural Lineal o No Lineal, para la

determinación del Reforzamiento o no de la edificación[9].”

Esto nos lleva a citar lo relacionado en el caso de estudio de daños de edificios, sismo

de Bahía de Caraquez, en el cual nos menciona sobre las posibles causas de

vulnerabilidad por las que colapsaron algunas edificaciones.

“La práctica convencional del diseño y la evaluación de la vulnerabilidad sísmica de

estructuras, comúnmente ha sido utilizar procedimientos simplificados basados

principalmente en los conceptos de resistencia[10].”

Por lo tanto, el comportamiento de las edificaciones independientemente de su

sistema constructivo puede clasificarse, en más, o en menos vulnerable ante una

eventualidad sísmica, sin embargo esta respuesta sísmica puede o no tener un buen

diseño sismo resistente, por lo que todo depende de la ubicación geográfica que se

vaya a edificar porque no es lo mismo construir en una zona costera en donde el

riesgo sísmico es mayor como el construir en el oriente ecuatoriano en donde el riesgo

sísmico es mínimo.

“Una función de vulnerabilidad es una relación matemática que expresa de forma

continua el daño que puede sufrir un tipo específico de estructura, cuando se somete a

una solicitación sísmica de determinado nivel[11].”

“Para mejorar el diseño de las estructuras hay que comenzar por realizar estudios de

riesgo sísmico en zonas urbanas, los cuales permiten evaluar la vulnerabilidad sísmica

en dichas zonas y estimar el daño probable que se puede sufrir a causa de un evento

sísmico[12].”

1.1.5 Sismicidad Histórica del Ecuador. Desde 1541 hasta el 2008, el catálogo de

sismicidad histórica del Ecuador registra 128 terremotos (I=MM, desde VI hasta XI) y

987 observaciones de efectos físicos de daños en edificaciones y en el terreno (Egred,

1975, 2002). El catálogo describe los parámetros de: (1) distancia de hipocentros

inferior a 40 Km, (2) intervalo de magnitudes comprendida entre 5.9≤Mw≤8.8, e (3)

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6

intensidad macrosísmica comprendida entre VIII≤MM≤XI, MM=escala macrosísmica de

Mercalli[13].“

1.1.6 Sismicidad a nivel del Ecuador. “La sismicidad a nivel del Ecuador es

consecuencia de la convergencia entre la placa de Nazca y la placa Sudamericana. La

subducción de la primera bajo la segunda ha sido ya bien descrita en la bibliografía

científica, aunque su historia geológica no se haya definido con exactitud. El Ecuador

se ve afectado a la vez por sismos originados en la zona de subducción y por sismos

superficiales relacionados con la deformación andina actual[14].”

1.2 Hechos de Interés

1.2.1 Filosofía de Diseño sísmico. Existen dos conceptos de gran importancia en el

diseño sismo-resistente: la resistencia lateral y la ductilidad

Resistencia lateral. Se refiere a la capacidad resistente horizontal que es

capaz de desarrollar una estructura antes de colapsar.

“Durante el análisis se aplica una distribución de cargas laterales que mantienen un

valor relativo o proporcional a la altura de la estructura pero varían en magnitud[15].”

Ductilidad. “La ductilidad efectiva puede verse como la ductilidad estructural

modificada por interacción tal que la resistencia del oscilador de reemplazo para la

ductilidad Q es igual a la requerida por la estructura apoyada elásticamente para la

ductilidad Q[16].”

1.3 Efectos estructurales del sismo

“La magnitud M del sismo usualmente esta medida en la escala de Richter. Esta

escala es logarítmica, no tiene límite superior y es una medida de la energía que se

libera en el lugar donde se produce el sismo (la llamada energía en el epicentro). La

escala de intensidad I de Mercalli está subdividida en 12 grados. En ella, se indica

como intensidad la perceptibilidad y la fuerza local de destrucción de un sismo. La

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7

fuerza local de destrucción de un sismo y con ello sus efectos dependen

principalmente de los siguientes parámetros: - Magnitud - Profundidad del foco y

distancia al lugar - Geología, topografía - Suelo y subsuelo local - Duración y

frecuencia en el lugar. Por consiguiente, la magnitud es solamente uno de los muchos

factores que influyen en las con- secuencias de un sismo[17].”

1.4 Zonificación sísmica y factor de zona Z

“El mapa de zonificación sísmica para diseño de la Figura 1 en la sección 3.1 proviene

del resultado del estudio de peligro sísmico para un 10% de excedencia en 50 años

(período de retorno 475 años), que incluye una saturación a 0.50 g de los valores de

aceleración sísmica en roca en el litoral ecuatoriano que caracteriza la zona VI[18].”

“Con ello se reconoce que los verdaderos resultados de peligro sísmico para un

período de retorno de 475 años para la zona VI son en realidad mayores a 0.50 g y

que han sido saturados a dicho valor para ser utilizados en estructuras de edificación

de uso normal, por razones de tipo económico[18].” (Ver fig. 2)

Fig. 2 Ecuador, zonas sísmicas para propósitos de diseño y valor del factor de zona Z.

Fuente: Nec-15

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8

De acuerdo a la ciudad donde se vaya a implantar la estructura, el diseñador debe

tomar el valor de factor Z que corresponde a la zona sísmica donde se encuentre de

acuerdo con la característica del peligro sísmico. (Ver tabla 1)

Tabla 1. Valores del factor Z en función de la zona sísmica adoptada

Fuente: Nec-15

En definitiva, al poder observar la tabla de caracterización nos muestra un país con

una amenaza sísmica alta, para facilidad de la zonificación la NEC-15 propone una

tabla de poblaciones en donde indica el valor del factor Z. Al diseñar en algún sector

en donde no consten en esta tabla podrán asumir el valor de Z de la población más

cercana.

1.5 Objetivos De La Investigación

1.5.1 Objetivo General. Analizar la estructura de una vivienda de dos plantas altas

de hormigón armado ubicada en la parroquia Jambelí, utilizando el software de análisis

y diseño estructural SAP 2000.V15 para comprobar si la estructura existente cumple

con los requerimientos sismo resistentes establecidos en la norma ecuatoriana de la

construcción NEC 15, considerando para su análisis los reglamentos del ACI.

1.5.2 Objetivo Especifico

Analizar el comportamiento estructural de la vivienda por medio de un

programa computarizado en este caso el SAP-2000.15

Obtener las derivas inelásticas de piso.

Comparar los coeficientes del cortante basal de la norma NED 15 con los del

código ecuatoriano de la construcción CEC 2000.

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9

CAPITULO II

FUNDAMENTACIÓN TEÓRICO –EPISTEMOLÓGICA DEL ESTUDIO

2.1 Descripción del Enfoque Epistemológico de Referencia

2.1.1 Importancia del Diseño Sismo resistente. La importancia del Diseño Sismo

resistente es evitar la pérdida de vidas ocurridas al colapsar las estructuras, también

adicional a esto se trata de minimizar los daños materiales, estos objetivos dependen

de un buen diseño estructural, de los estudios de suelo y la supervisión de los

materiales utilizados en el proceso constructivo.

Para ello, las Normas actuales nos presentan un abanico de opciones para que sus

estructuras sean las más adecuadas desde el punto de vista sismo-resistente, el

Código sísmico utilizado por proyectistas, es el ACI 318-14, desarrollado por el

American Concrete Institute y está vigente desde el año 2005, además la norma NEC-

15 (Norma Ecuatoriana de Construcción 2015), con la cual los diseños no presentan

discrepancias.

“Es lamentable que en nuestro país no se aplique el diseño sismo-resistente en

muchas construcciones, esto es porque las entidades que regulan y permiten las

construcciones no aplican una ordenanza que sea estricta en el diseño sismo-

resistente de las edificaciones. El construir sin estas normas eleva el grado de

vulnerabilidad de las estructuras. Si analizamos el comportamiento de la estructura

luego del evento sísmico nos daremos cuenta la importancia del diseño sismo-

resistente, ya que aquellas estructuras que fueron diseñadas bajo estas normas

sufrieron un daño menor que las que fueron construidas sin utilizar estas normas.

Cabe recalcar que las normas sismo-resistente por si solas no es garantía de

inexistencia de daño ante un terremoto de gran magnitud, el daño severo o colapso se

debe a la falla de uno o varios elementos cuya ductilidad y resistencia no es la

adecuada [19],”

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10

“En el caso de las estructuras de hormigón armado, es común que se produzcan

daños estructurales en pilares durante los sismos muy fuertes, tales como grietas

diagonales, causadas por cortante y/o torsión, o grietas verticales, desprendimiento del

recubrimiento, aplastamiento del hormigón y pandeo de las barras longitudinales por

exceso de esfuerzos de flexión y compresión. En vigas se producen grietas diagonales

y rotura de estribos por causa del cortante y/o de la torsión y grietas verticales, rotura

del refuerzo longitudinal y aplastamiento del hormigón por la flexión debida a cargas

alternativas[20].”

2.1.2 Importancia de los espectros de Respuesta. “Los espectros son la herramienta

básica para el diseño sismo resistente de las estructuras, ya que a partir de ellos se

obtienen las fuerzas estáticas equivalentes debido al sismo, que se convierten en la

demanda sísmica. Se definen los espectros de respuesta como la respuesta máxima

de un conjunto de osciladores de un grado de libertad que tienen el mismo

amortiguamiento, sometidos a una historia de aceleraciones dadas. Aguiar (2008).

Para las estructuras de hormigón armado se considera un factor de amortiguamiento

del 5%[21].”

Tipos de Espectros. Por su gran importancia en los diseños sismo resistentes

se han desarrollado otros tipos de espectros los cuales cumplen otras características

que entre si son diferentes.

Entre estos tipos de espectros podemos anotar, el espectro de respuesta elástica, el

espectro de respuesta inelástica y el espectro de diseño.

Espectros de respuesta elástica. “Debido a su fácil aplicación, el método de

las fuerzas se incluye en la mayoría de las últimas versiones de las normas y códigos

de diseño alrededor del mundo. Los códigos presentan detalles específicos para la

elaboración de los espectros elásticos de aceleraciones en función de la aceleración

en roca y las condiciones geotécnicas locales[22].”

Para nuestro análisis el espectro de respuesta elástica será el mostrado en la figura 3

y cuyos valores se encuentran en el Anexo 13

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11

Fig. 3 Espectro de respuesta elástica

Fuente propia

Espectros de respuesta inelástica. “A partir del espectro elástico que

caracteriza el nivel de diseño sísmico correspondiente al ELPC, se calcula su espectro

inelástico de resistencia por unidad de masa correspondiente a los valores de μ1, α1, y

a una fracción de amortiguamiento crítico, ξ=5%[23].”

“El espectro inelástico de diseño se obtuvo a partir de la reducción de las ordenadas

del espectro elástico mediante el factor de reducción de respuesta (R)[24].”

Espectros de diseño. “Los espectros de diseño son muy usados para estimar

las fuerzas laterales durante el diseño de la construcción, para proponer este tipo de

espectro se pueden emplear los espectros de respuesta[25].”

El presente artículo nos indica claramente que el espectro de diseño que empleamos

para el cálculo y verificación de estructuras no es el mismo, que el espectro de

respuesta obtenido en un terremoto dado, ya que el espectro de diseño representa la

sismicidad probable del lugar.

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

0,700

0,800

0,000 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000

espectro de respuesta elastica

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12

ParaExaminar

Fig. 4. Conformación del espectro

Fuente: (Civilgeeks, 2014)

2.2 Base Teórica De La Investigación

Para realizar mi base teórica de la investigación es necesario plantear las variables;

tanto independientes como dependientes.

2.2.1 Sistema de Variables. Es un conjunto de características cambiantes que

relacionan su dependencia en donde para nuestro estudio se los ha denominado de la

siguiente manera:

Variable Independiente Variable dependiente

1•Nec 15

2•Sistemas Estructurales

3•Diseño Estructural

4•Analisis sismorresitente

1

•Plan Nacional del Buen Vivir

2•Ordenamiento Territorial

3•Miduvi

4•Vivienda

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13

2.2.2 Importancia de las Normas (NEC 15). “La Norma Ecuatoriana de la

Construcción pretende dar respuesta a la demanda de la sociedad en cuanto a la

mejora de la calidad y la seguridad de las edificaciones, persiguiendo a su vez,

proteger al ciudadano y fomentar un desarrollo urbano sostenible[26].”

“Las Normas Técnicas Complementarias para Diseño por Sismo del RCDF tratan el

problema como una condición de irregularidad estructural, limitándose a reducir el

factor de comportamiento sísmico que controla las resistencias de diseño[27].”

Constructor responsable: Es la persona natural (ingeniero civil o arquitecto) o jurídica

(que nombra a un ingeniero civil o arquitecto responsable de la obra) que se hace

responsable de la observancia y cumplimiento de esta norma, de un reglamento u

ordenanza, relacionadas con la ejecución del proyecto de construcción.

2.2.3 Sistemas Estructurales de hormigón armado. “Para los cuales la NEC 15 los ha

clasificado en grupos de acuerdo con el facto R de la siguiente manera: Sistemas

Estructurales Dúctiles (sistemas duales y pórticos resistentes a momentos), Sistemas

Estructurales de Ductilidad Limitada (pórticos resistentes a momento y muros

estructurales portantes) con su respectivo coeficiente de reducción R[18]”( tabla 2-3)

Tabla 2. Coeficiente R para sistemas estructurales dúctiles

Fuente: NEC 15

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14

Tabla 3. Coeficiente R para sistemas estructurales dúctiles

Fuente: NEC 15

Tabla 4. Coeficiente R para sistemas estructurales dúctiles

Fuente: NEC 15

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15

2.2.4 Diseño Estructural. “El diseño estructural es el proceso creativo mediante el

cual el ingeniero estructurita determina la forma y las características de la estructura

de una construcción; comprende las etapas de estructuración, análisis y

dimensionamiento[29].”

Para el diseño preliminar de la estructura, se estiman los tamaños de los distintos

elementos del sistema estructural seleccionándolos basados en un análisis

aproximado de experiencias pasadas e implementando los requisitos de la Normativa

NEC 15. Luego se debe estimar el peso de la estructura con los elementos ya

seleccionados.

2.2.5 Análisis Estructural. “Para el análisis estructural se utilizan los valores de las

cargas para llevar a efecto un análisis de la estructura en donde se determinarán los

esfuerzos o las resultantes de esfuerzos en los miembros, y las deflexiones en los

diversos puntos de la estructura[30].”

2.2.6 Plan Nacional del Buen Vivir. “La Constitución del Ecuador supera la visión

reduccionista del desarrollo como crecimiento económico y establece una nueva visión

en la que el centro del desarrollo es el ser humano y el objetivo final es el alcanzar el

sumak kawsay o buen vivir[31].”

2.2.7 Ordenamiento territorial. “Para Organización Territorial Autonomía

Descentralización (COOTAD) el Art. 299.- Obligación de coordinación dice: Para el

ejercicio del ordenamiento territorial, los gobiernos regionales y provinciales deberán

observar los lineamientos y directrices técnicas de los planes de ordenamiento

territorial de los cantones que pertenecen a su respectiva circunscripción territorial,

particularmente el planeamiento físico, las categorías de uso y gestión del suelo, su

tratamiento y su regulación[32].”

2.2.8 Vivienda. “En nuestro país, con el desarrollo de la ciencia y la técnica, la

vivienda ha llegado a ser cada vez más amplia y confortable, desarrollando, desde la

década de los ochenta hasta la actualidad bellos y variados proyectos urbanísticos que

sin duda han modernizado nuestras principales ciudades, sin embargo su elevado

costo ha impedido a sectores mayoritarios acceder a estas, creando una polaridad

significativa entre el habitat de unos y otros[33].”

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16

CAPITULO III

PROCESO METODOLOGICO

3.1 Diseño o Tradición de Investigación Seleccionada

El presente trabajo según el diseño de la investigación es documental y bibliográfico,

con un nivel o grado de profundidad explicativo, donde la investigación se sustenta en

los artículos científicos que se han empleado para su realización.

3.2 Proceso de Recopilación de Datos de la Investigación

Este proceso constara de todas las características de la vivienda como:

Estructuración.

Descripción general.

Propiedades de los materiales

Descripción geométrica

Cargas actuantes

3.2.1 Estructuración. “Esta etapa define el sistema o sistemas estructurales que, de

manera global, darán a la construcción resistencia y rigidez para que responda

satisfactoriamente ante las acciones (cargas) a las que previsiblemente pueda

someterse[34].”

La vivienda construida es de uso privado, con planta baja, planta alta y terraza.

La estructura tiene una altura total de 5,90 m, la primera altura es de 2,80 más

losa de 0,2m y la segunda altura es de 2,70m mas losa de 0,2m.

Las medidas de los elementos estructurales son:

Columnas 0,3 x 0,3 metros

Vigas 0,3 x 0,20 metros

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17

Se encuentra ubicada en parroquia Jambelí, Barrio 19 de Noviembre, calles

Marcel Laneado y 10ma oeste.

3.2.2 Descripción General. Los datos proporcionados en este inciso fueron tomados

de la norma ecuatoriana de la construcción NEC 15 SE DS (Peligro Sísmico).

La zona sísmica que corresponde a esta ciudad es V con un factor Z = 0,4

El tipo de perfil de suelo donde se implantara la edificación es tipo E. perfil que

contiene un espesor total H mayor a 3 m de arcillas blandas.

Es una residencia de uso particular, con un coeficiente de Importancia I = 1

Factor de reducción de respuesta sísmica R = 5 [18]

3.2.3 Propiedades de los materiales. Las propiedades de los materiales en este

análisis deberán ser empleados responsablemente ya que de esto depende la

resistencia que tenga la estructura.

Hormigón con una resistencia a la compresión de 210 kg/cm²

El acero con refuerzo a la fluencia de 4200 kg/cm²

3.2.4 Módulo de elasticidad estático (Ec). “El Módulo de elasticidad estático del

concreto se determina a través de la prueba estándar de compresión definida en la

“Norma ASTM C469”, preparando especímenes cilíndricos de 150 mm de diámetro y

300 mm de altura, los cuales son sometidos a una carga axial incrementada

gradualmente hasta que el cilindro del concreto falla[35].”

Módulo de elasticidad Ec=15100*√f’c

3.2.5 Descripción geométrica. Para el análisis de peso de la estructura se tomaran

las medidas descritas en los planos arquitectónicos.

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18

Revisar planos arquitectónicos. Ver Anexo 1

3.2.6 Cargas actuantes. Las cargas de la estructura son todas aquellas que actúan

de forma vertical sobre cada uno de los elementos estructurales sean estas vivas o

muertas.

Se consideró un valor de 200 kg/m² para la carga viva.

Para la carga muerta se considera el peso de cada uno de los elementos

estructurales.

3.3 Sistema De Categorización en Análisis De Los Datos

Para realizar este análisis se empezó con el pre dimensionamiento de los elementos

estructurales, dicho pre dimensionamiento se realiza partiendo de los planos

arquitectónicos donde tenemos las áreas de losa y de paredes.

3.3.1 Pre dimensionamiento de losa. Para el pre dimensionamiento de la losa se ha

considerado el paño más crítico, el cual tomamos del plano arquitectónico de la

vivienda, que para nuestro análisis es el comprendido entre los ejes, 1B-1C.2B-2C,

con este paño procedemos a calcular las inercias de las vigas y de la losa para poder

calcular la altura de la losa, este pre dimensionamiento se lo realiza utilizando las

formulas del código ACI, (ver Anexos 2) las cuales nos garantizan que no hayan

deformaciones excesivas.

3.3.1.1 Calculo de cargas por metro cuadrado en losa. Este cálculo de cargas

verticales por piso de la estructura nos permite hacer el pre dimensionamiento

de las vigas y columnas, para ello se usa el plano arquitectónico de la

vivienda el cual contiene las medidas de las paredes y el área de la losa.

La carga muerta por metro cuadrado de la primera planta es de 0,81 Ton/m² y de la

segunda planta de 0,58 Ton/m², resultando un peso por carga muerta total de la

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19

estructura de 116,98 Ton. El peso total de la estructura que se considerara para el

cálculo del cortante basal será de 124,24 Ton, ya que se considera además del peso

por metro cuadrado de losas y paredes, el peso de las columnas.

Los pesos por metro cuadrado están especificados en el Ver Anexo 3.

3.3.2 Pre dimensionamiento de vigas. Para el pre dimensionamiento de las vigas se

aplicara de los criterios establecidos en el código ACI 318.

Se procede haciendo un diagrama de las áreas cooperantes en la losa, tal como se

muestra en el (Anexo 4), lo cual nos permite calcular el peso que será distribuido a lo

largo de la viga, luego para nuestro cálculo se debe asumir una de las dos secciones,

en este caso se asumirá el valor de la sección b = 0,3 m para las dos losas y en las

direcciones X y Y.

Las fórmulas para calcular los momentos, tanto positivos como negativos, están

expresadas en función de ωu que es la carga mayorada total y en ln que es la luz libre,

para el momento positivo de cara a cara de los apoyos, y para los momentos

negativos el promedio de las dos luces adyacentes, como lo establece el capítulo 8 del

ACI pag.111

Como alternativa al análisis estructural, se puede utilizar en el diseño de vigas, los

siguientes momentos y fuerzas cortantes aproximadas, siempre y cuando:

a) Haya dos o más vanos.

b) Los vanos son aproximadamente iguales, sin que el mayor de los vanos

adyacentes exceda de 20 por ciento al menor.

c) Las cargas estén uniformemente distribuidas.

d) La carga viva no mayorada L no exceda en 3 veces la carga muerta no

mayorada D

e) Los elementos sean prismáticos.

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20

Se deberá transformar las cargas cooperantes, sean estas triangulares o

trapezoidales, en cargas uniformemente distribuidas con las expresiones descritas en

el Ver Anexo 5

Donde:

ω Es la carga equivalente

q Es la carga por m²

m Es la relación entre lado corto y el lado largo

s Es el lado corto

l Es el lado largo

Para el pre dimensionamiento de las vigas analizaremos el pórtico B, considerando el

vano 1-2 el cual recibe el peso de dos cargas trapezoidales y su luz libre es la mayor

en ese pórtico, con una longitud de 3,75m, por esta razón se asumirá que es el pórtico

más crítico de la estructura. Para este proceso de cálculo estático se empleara la

siguiente combinación de cargas 1,3*(1,4D+1,7L), donde consideramos una

mayoracion del 30% debido a la acción sísmica. (Ver Anexo 6)

Este procedimiento para calcular las cargas uniformemente distribuidas se lo realiza

para el resto de vanos teniendo en cuenta los tipos de cargas que correspondan y las

luces libres en cada tramo, luego se procede a calcular los momentos flectores con los

coeficientes dados por el código ACI, como se lo muestra en el (Ver Anexo 7), con

estos valores, para el pre dimensionamiento de la viga, tomamos el momento mayor

de todos. (Ver Anexo 8).

NOTA: después de hacer el análisis para el pre dimensionamiento de la viga de

acuerdo como lo establece el código ACI, la viga que se plantea para que sea

competente para soportar las fuerzas debidas a las cargas de servicio es la viga de

secciones 30 x 25 cm en las dos direcciones, para una luz de 4 metros, con eso se

minimizaran las deflexiones producidas por las cargas de la estructura.

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21

3.3.3 Pre dimensionamiento de columnas. Para este pre dimensionamiento, se debe

tomar en cuenta las áreas cooperantes en cada columna, esto se consigue dividiendo

la longitud del tramo entre dos, en cada dirección (X – Y), (ver Anexo 9), con estas

áreas se procede a calcular la carga axial que soporta cada columna, se recomienda

no reducir la sección de estas, mínimo hasta dos pisos consecutivos, también se debe

considerar que esta reducción no debe ser brusca ya que al hacerlo pueden existir

concentraciones significativas de esfuerzos por variar la rigidez.

Para el cálculo de las dimensiones de las columnas utilizaremos las relaciones que

nos permitan determinar la carga máxima de las columnas, para ello existen algunas

alternativas, en nuestro caso de análisis emplearemos la siguiente.

Partiendo de la expresión dada en el código ACI capítulo 10.3.6.2 se presenta

la alternativa que tiene su fundamento en criterios de ductilidad, en la cual se

establece una relación entre la carga balanceada Pbal y la carga nominal Po.

En la mayoría de diagramas de interacción (carga-momento) el punto

balanceado está localizado aproximadamente a (1/3)*Po. o sea que cuando el

hormigón alcanza una deformación de 0,003 el acero de refuerzo fluye como

lo muestra la gráfica (Ver Anexo 10)

Para este pre dimensionamiento consideramos el 30 % de la carga sísmica y

analizaremos la columna central B2 la cual recibe en nuestra vivienda la mayor carga,

en el análisis de las secciones de la columna se utilizara una cuantía igual a 1% como

lo establece el código ACI.

Nota: para este pre dimensionamiento se usara una cuantía de acero igual al 1% con

esta cuantía de acero las dimensiones de la columna en estudio es de 25 x 25 cm,

como el código ACI establece que la dimensión mínima para columnas en

edificaciones de dos o más pisos será 30 x 30 cm, se adoptara estas dimensiones

para nuestro análisis.

Las expresiones utilizadas así como el procedimiento del pre diseño están

especificadas en el (Ver Anexo11)

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22

3.3.4 Secciones de elementos estructurales. En la tabla 5 se muestra las secciones

de los elementos estructurales existentes en la vivienda y las secciones calculadas

con el código ACI 318.

Tabla 5 secciones de elementos estructurales

ELEMENTO

SECCIONES EXISTENTES SECCIONES CALCULADAS

B (cm) H (cm) B (cm) H (cm)

Losa

20 20

columna

30 30 30 30

vigas

30 20 30 25

Fuente propia

3.3.5 Análisis de la estructura. “En este capítulo de las Normas Ecuatorianas de

Construcción, se presentan los requerimientos y metodologías que deben ser

aplicados al diseño sismo resistente de edificios principalmente, y en segundo lugar, a

otras estructuras; complementadas con normas extranjeras reconocidas[18].”

“Este capítulo pone a disposición de los calculistas, diseñadores y profesionales del

sector de la construcción, las herramientas de cálculo, basándose en conceptos de

Ingeniería Sísmica y que les permiten conocer las hipótesis de cálculo que están

adoptando para la toma de decisiones en la etapa de diseño[18].”

3.3.6 Cortante basal de diseño. “La fuerza cortante en la base utilizada en el diseño

de un edificio se suele estipular en las normas en función del peso (W) del edificio[36].”

Fuerza total de diseño por cargas laterales, aplicada en la base de la estructura,

resultado de la acción del sismo de diseño con o sin reducción, de acuerdo con las

especificaciones de la presente norma.

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23

El cortante basal total de diseño V, a nivel de cargas últimas, se puede determinar con

la siguiente expresión:

𝑉 =𝐼 ∗ 𝑆𝑎(𝑇𝑎)

𝑅 ∗ Ф𝑝 ∗ Фᴇ∗ W

Tabla 6 Simbología usada para el cortante basal

Sa (Ta) Espectro de diseño en aceleración ФP y ФE Coeficiente de configuración en planta y elevación I Coeficiente de importancia R Factor de reducción de respuesta sísmica V Cortante Basal de diseño W Carga reactiva sísmica Ta Periodo de Vibración

Fuente: Nec-15

3.3.7 Problemas de configuración en planta. “Son problemas referentes a la

distribución del espacio y la forma de la estructura en el plano horizontal[19].”

Una de las recomendaciones para evitar este tipo de irregularidad es que la relación

entre la longitud larga y la longitud corta sea igual o menor que 2,3.

3.3.8 Problemas de configuración vertical. “Son problemas referentes a las

irregularidades verticales que al estar presentes en las edificaciones, ocasionan

cambios bruscos de rigidez y masa entre pisos consecutivos, lo que se traduce en

fuertes concentraciones de esfuerzos[19].”

3.3.9 Determinación del Periodo fundamental de vibración T. “El valor del período

fundamental de vibración de las edificaciones varía con tipo de suelo en que se apoya.

Un edificio cimentado sobre roca o suelo duro se comportará como un voladizo

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perfectamente empotrado en la base y tendrá su menor período de vibración, pero

cuando el suelo es blando se deforma con las vibraciones, el conjunto suelo-edificio se

torna más flexible y el período se incrementa al comportarse como parcialmente

empotrado debido a la deformación del empotramiento[37].”

“El período de vibración aproximativo de la estructura T, para cada dirección principal,

será estimado a partir de uno de los 2 métodos descritos a continuación. El valor de T

obtenido al utilizar estos métodos es una estimación inicial razonable del período

estructural que permite el cálculo de las fuerzas sísmicas a aplicar sobre la estructura

y realizar su dimensionamiento[18].”

Para el cálculo del periodo de vibración se empleara el primer método, usando la

expresión T = Ct ∗ hαƞ , para el cual se tomara los datos que nos facilita la norma

ecuatoriana para tipo de estructura de pórticos especiales de hormigón armado.

Tabla 7 Coeficientes para el cálculo de T

TIPO DE ESTRUCTURA Ct α

Pórticos especiales de hormigón armado

Sin muros estructurales ni diagonales rigidizadoras 0,55 0,9

Fuente: Nec-15

El valor calculado del periodo de vibración T, el cual es de 0,272seg, nos permite

conocer el espectro de respuesta en aceleración (Sa), que para nuestro análisis es de

0,72 como se muestra en el (Ver Anexo 12), según lo establecido por la NEC 15.

3.3.10 Carga símica reactiva W. “En cuanto a la carga sísmica, se llevó a cabo un

análisis modal espectral considerando una combinación direccional sobre la vivienda

de 100% del sismo en dirección Este-Oeste aplicado simultáneamente con el 30 % del

sismo en dirección Norte-Sur y viceversa[38].”

La norma ecuatoriana de la construcción establece en la NEC SE DS (peligro sísmico),

sección 6.1.7, que la carga reactiva por sismo será representada por W y es la carga

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25

muerta D total de la edificación, la edificación en estudio tiene una carga de 124,24

Ton.

3.3.11 Calculo del cortante basal de diseño. Para este cálculo, una vez que hemos

determinado el periodo fundamental de vibración de la estructura T, con este se ha

obtenido el espectro de diseño en aceleración Sa, tomando en cuenta los coeficientes

que establece la NEC 15 para análisis sismo resistente y conociendo la carga sísmica

reactiva W, se procederá a calcular l cortante basal V según la expresión dada por la

misma norma. (Ver Anexo 14)

3.3.12 Distribución vertical de fuerzas sísmicas laterales. “La distribución de fuerzas

verticales se asemeja a una distribución lineal (triangular), similar al modo fundamental

de vibración, pero dependiente del período fundamental de vibración Ta. En ausencia

de un procedimiento más riguroso, basado en los principios de la dinámica, las fuerzas

laterales totales de cálculo deben ser distribuidas en la altura de la estructura,

utilizando la siguiente expresión[18].”

𝐹𝑥, 𝐹𝑦 =𝑊𝑖𝐻𝑖ᴷ

𝛴𝑊𝑖𝐻𝑖ᴷ 𝑉

Donde K se lo determina a partir del valor de T, cuando T es igual o menor que 0.5, K

será igual a 1, que es el caso en este análisis. El cortante basal ya calculado, se debe

distribuir en el centro de masa de cada nivel, desplazado un 5%. Siendo para el primer

nivel una fuerza de 8,04 Ton, y el segundo nivel de 9,85 Ton. (Ver Anexo 15)

3.3.13 Calculo del centro de masa. Para todo análisis de una estructura se debe

calcular el centro de masa, ya que, en ese punto se aplicara para el caso del análisis

estático equivalente acciones de fuerza, y para el caso del análisis seudo-dinámico

acciones de masa, cabe recordar que este punto estará desplazado un 5%.(Ver Anexo

16)

3.3.14 Calculo del centro de rigidez. Para este cálculo se debe conocer que la rigidez

de un elemento estructural es una medida cualitativa de la resistencia a las

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deformaciones elásticas causadas por un material, que ve la facultad de dicho

elemento para resistir esfuerzos sin tener considerables deformaciones.

La rigidez al cortante se la determina como la relación entre los desplazamientos

verticales y el esfuerzo cortante producido por dicho desplazamiento y su expresión

es:

𝐾 =𝑉

𝛿=

12𝐸𝐼

ℎ3

El proceso de cálculo para el centro de rigidez esta detallado en el Anexo 17

3.3.15 Momentos torsionales horizontales y torsión accidental. “El momento torsional

de diseño en un piso determinado debe calcularse como el momento resultante de las

excentricidades entre las cargas laterales de diseño en los pisos superiores al piso

considerado y los elementos resistentes a cargas laterales en el piso, más la torsión

accidental (asumiendo el centro de masas desplazado[18]”. (Ver Anexo 18)

3.3.16 Modelación de la estructura con el programa SAP 2000 V15. Una vez hecho el

pre dimensionamiento de los elementos estructurales y los cálculos tanto de centro de

masa como de rigidez, se procede a realizar el análisis estático equivalente para luego

hacer una comprobación con el análisis dinámico espectral, para dichos análisis se

utilizara el programa de análisis y diseño SAP 2000 V15, incorporando en el análisis

los reglamentos que rigen en la norma ecuatoriana de la construcción NEC 15.

Primero se define en el programa las unidades de medida, el modelo que se utilizara

para el análisis así como las grillas que se emplearan para la modelación.

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27

Luego se establece el material a utilizar, en este caso es hormigón de 210 kg/cm² y

las secciones de los elementos estructurales, para definir estos elementos

estructurales se debe tomar en cuenta que la norma ecuatoriana nos habla de las

secciones agrietadas tanto en vigas como en columnas, siendo:

Inercia agrietadas en vigas …………………………0,5

Inercia agrietada en columnas………………….…..0,8

Cabe mencionar que esta inercia agrietada se la aplicara en material multiplicando el

módulo de elasticidad del hormigón E por el coeficiente correspondiente.

Una vez seleccionado el material como las secciones, procedemos a diseñar nuestra

estructura, dar las restricciones a los nodos, crear los diafragmas rígidos, los estados

de carga y el punto donde estará ubicado el centro de masa, en el cual se aplicaran

las fuerzas laterales repartidas en cada piso y el cual podrá desplazarse en tres

direcciones.

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29

Para la revisión de las derivas de piso se utilizará el valor de la respuesta máxima

inelástica en desplazamientos ΔM de la estructura, causada por el sismo de diseño

[18].

En esta sección la norma ecuatoriana establece que el control de desplazamiento se lo

debe realizar atreves del cálculo de la deriva inelástica máxima de piso ΔM, en la cual

se debe comprobar que la estructura presentara deformaciones inelásticas

controlables, con esto se mejorara sustancialmente el diseño de la misma.

Para el control de desplazamiento la norma ecuatoriana nos pide que debemos

efectuar una combinación para desplazamiento máximo inelástico tanto en X como en

Y, con un factor de escala igual a 0,75R

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30

Se debe poner en la estructura las cargas distribuidas que se calcularon previamente,

estas cargas son vivas y muertas, las cuales nos servirán para obtener momentos,

axiales y cortantes, según las combinaciones de carga establecidas en las normas

ecuatorianas de la construcción NEC 15.

Tabla 8 Combinaciones de carga según NEC 15

Combinación 1

1,4 D

Combinación 2

1,2 D + 1,6 L + 0,5 max {Lr ; S ; R}

Combinación 3

1,2 D + 1,6 max {Lr ; S ; R} + max {L ; 0,5W}

Combinación 4

1,2 D + 1,0 W + L +0,5 max {Lr ; S ; R}

Combinación 5

1,2 D + 1 E + L + 0,2 S

Combinación 6

0,9 D + 1 W

Combinación 7

0,9 D + 1 E

Fuente NED 15 cargas

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31

Para el cálculo de los cortantes, momentos y cargas axiales, debemos colocar la carga

distribuida en cada una de las vigas de la estructura en estudio.

Tabla 9 cargas distribuidas en vigas

Cargas vivas

1 - 2 0,94 1,94 1,00 1 3,71 4,37

2 - 3 0,81 1,62 0,81 2 3,71 4,37

3 - 4 0,83 1,67 0,84 3 3,71 4,37

volado 0,27 0,541 0,27 4 1,85 2,19

1 - 2 0,67 1,38 0,71 1 2,88 3,40

2 - 3 0,58 1,15 0,58 2 2,88 3,40

3 - 4 0,60 1,19 0,59 3 2,88 3,40

volado 0,192 0,384 0,192 4 1,44 1,70

1 - 2 0,25 0,52 0,27 1 0,43 0,50

2 - 3 0,22 0,44 0,22 2 0,43 0,50

3 - 4 0,23 0,45 0,23 3 0,43 0,50

volado 0,067 0,133 0,067 4 0,21 0,25

CARGAS LINEALES EN VIGAS DEL SEGUNDO PISO MUERTA

TRAMOA

Tn/m

B

Tn/m

C

Tn/mTRAMO

A-B

Tn/m

B-C

Tn/m

CARGAS LINEALES EN VIGAS DEL PRIMER PISO MUERTA

TRAMOA

Tn/m

B

Tn/m

C

Tn/mTRAMO

A-B

Tn/m

B-C

Tn/m

CARGAS LINEALES EN VIGAS DEL PRIMER PISO VIVA

TRAMOA

Tn/m

B

Tn/m

C

Tn/mTRAMO

A-B

Tn/m

B-C

Tn/m

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32

Cargas muertas en pórticos de la estructura

Pórtico eje A

Pórtico eje B

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33

Pórtico eje C

Pórtico eje 1

Pórtico eje 2

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34

Pórtico eje 3

Pórtico eje 4

Una vez realizado todo este proceso se procede a correr el programa para obtener los

resultados con los cuales analizaremos este proyecto.

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35

Una vez corrido el programa verificaremos los desplazamientos generados en el

centro de masas, con estos desplazamientos calcularemos las derivas inelásticas de la

estructura en estudio y comprobaremos si es competente para resistir fuerzas laterales

provocadas por el sismo de diseño.

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36

Comprobación del cortante basal con el análisis dinámico, aquí se establece que el

cortante basal calculado con este análisis no es menor que el 80% del cortante basal

obtenido en el análisis estático.

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37

CAPITULO IV

RESULTADOS DE LA INVESTIGACION

4.1 Descripción y Argumentación Teórica de Resultados

Los resultados obtenidos en el presente análisis de la vivienda han permitido

comprobar el buen funcionamiento de la estructura, bajo condiciones normales de

operación y ante eventuales cargas sísmicas.

De los datos estructurales de la vivienda se logró acceder a la memoria técnica de la

misma, comprobando que dicho análisis se los realizo con las normativas del código

ecuatoriano de la construcción CEC 2000 y no con las normativas vigentes del año en

que fue analizada las cuales son las NEC 15. Cabe recalcar que se le ha realizado un

análisis estático equivalente como lo determina la normativa para este tipo de

estructuras regulares y de baja altura.

El factor de reducción de respuesta para pórticos sismo-resistentes con vigas bandas

en el CEC 2000 es de 8, en las normas actuales este factor tiene un valor de 5, en el

presente análisis se comprobó que este factor amplifica el cortante basal haciendo

más riguroso su diseño, pero para el control de las derivas inelásticas no incide en su

resultado ya que los análisis el valor de los desplazamientos es igual. (ver tabla 10–

11).

Tabla 10 control de derivas inelásticas máximas con R=8

CONTROL DE LAS DERIVAS INELASTICAS DE PISO

ENTREPISO COMP ALTURA

cm DESP X

cm DESP Y

cm

CONTROL DERIVAS

X

CONTROL DERIVAS

Y

DERIVA MAXIMA

INELASTICA ok ok

PRIMERO DESP X

280 1,8619 0,49 0,01 0,00

0,02

SI

DESP Y 0,465 1,779 0,00 0,01 SI

SEGUNDO DESP X

270 4,2726 1,128 0,01 0,00 SI

DESP Y 1,059 4,0425 0,00 0,01 SI

Fuente: Propia

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38

Tabla 11control de derivas inelásticas con R=5

CONTROL DE LAS DERIVAS INELASTICAS DE PISO

ENTREPISO COMP ALTURA

cm DESP X

cm DESP Y

cm

CONTROL DERIVAS

X

CONTROL DERIVAS

Y

DERIVA MAXIMA

INELASTICA ok ok

PRIMERO DESP X

280 1,8619 0,49 0,01 0,00

0,02

SI

DESP Y 0,465 1,779 0,00 0,01 SI

SEGUNDO DESP X

270 4,2726 1,128 0,01 0,00 SI

DESP Y 1,059 4,0425 0,00 0,01 SI

Fuente: Propia

Una vez que comprobamos que la estructura es competente para soportar cargas

sísmicas, se procede a colocar los diagramas de cargas axiales, momentos y

cortantes los cuales servirán para el diseño de cada uno de los elementos de la

estructura.

CARGAS AXIALES

EJE 1 (A-B-C)

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39

EJE 2 (A-B-C)

EJE 3 (A-B-C)

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40

EJE 4 (A-B-C)

DIAGRAMA DE MOMENTOS ENVOLVENTE SÍSMICA

EJE 1 (A-B-C)

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41

EJE 2 (A-B-C)

EJE 3 (A-B-C)

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42

EJE 4 (A-B-C)

EJE A (1-2-3-4)

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43

EJE B (1-2-3-4)

EJE C (1-2-3-4)

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44

DIAGRAMA DE FUERZAS CORTANTES

EJE A (1-2-3-4)

EJE B (1-2-3-4)

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45

EJE C (1-2-3-4)

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46

CONCLUSIONES

El presente análisis esta realizado bajo criterios sismo-resistente, cumpliendo

con los requisitos de la Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC 15 y por el

código ACI

Por ser una estructura simétrica y estar ubicados sus elementos estructurales

de tal manera que el centro de masa y de rigidez no estén muy distantes, se

puede concluir luego de observar los resultados, que es muy importante la

simetría para que los efectos torsionales se reduzcan considerablemente.

Por la rigidez de la estructura, los resultados de los desplazamientos han dado

valores 4,27 cm en X y 4,04 cm en Y. Cabe recordar que para el control de los

desplazamientos debemos tomar en cuenta que se lo realizara mediante el

cálculo de las derivas inelásticas máximas de la estructura, que no deben ser

mayores que 0,02, en nuestro análisis tenemos derivas de 0,012, con esto

comprobamos que no hay desplazamientos excesivos dando mayor rigidez a

la misma, para evitas problemas mayores ante un eventual terremoto.

Una vez obtenidos los resultados de los diagramas de cortantes del análisis

con los dos factores de reducción de respuesta, se concluye que, la norma

ecuatoriana de la construcción NEC 15 es más rigurosa que la del código

ecuatoriano de la construcción CEC 2000 con la que fue analizada la

estructura. .

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47

RECOMENDACIONES

Se debe tener especial cuidado con la calidad del material a utilizarse, debido

a la mala calidad de estos han sufrido deterioro algunas obras civiles.

También se debe recalcar que el proceso constructivo de toda edificación se

debe llevar a cabo mediante un control técnico calificado, ya que el análisis y

el diseño de la estructura, no es nada si en el proceso constructivo no se

cumplen con las especificaciones técnicas recomendadas.

Los gobiernos locales deben realizar y exigir verdaderas supervisiones

técnicas en el proceso constructivo para que se cumplan las normas vigentes

en nuestro país.

Se debe realizar un buen metrado de cargas ya que el cortante basal es

directamente proporcional a esta, influyendo en los resultados de los

desplazamientos y diagramas de cortantes para su diseño.

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48

CITAS BIBLIOGRAFICAS

[1] J. Espinoza, “Terremotos tsunamigenicos en el Ecuador,” Acta Ocean. del

Pacífico, vol. 7, no. 1, pp. 1–8, 1992.

[2] “INFORME DEL SISMO DEL 16 DE ABRIL DE 2016 EN PEDERNALES,

ECUADOR, SENTIDO AMPLIAMENTE EN EL TERRITORIO COLOMBIANO

Aspectos Sismológicos Y Movimiento Fuerte,” 2016.

[3] D. Herrera, “Desarrollo de una herramienta numérica de análisis para losas de

hormigón armado sometidas a aceleraciones verticales sísmicas Deni Herrera

Introducción,” pp. 4–14, 2011.

[4] L. O. S. T. Una and A. Natural, “LOS TERREMOTOS : UNA AMENAZA

NATURAL LATENTE The earthquakes : a natural latent threat,” 2010.

[5] U. D. C. Rica, A. Ojeda, G. Soberón, G. López, U. D. C. Rica, S. José, C. Rica,

and A. A. Ojeda, “´ N De Una Metodolog ´ Elaboraci O Ia Para La ´ N De La

Vulnerabilidad S ´ Evaluaci O Ismica,” vol. 15, no. 1, pp. 41–48, 2008.

[6] CAMICON and MIDUVI, Norma Ecuatoriana de la Construcción - NEC: NEC-

SE-RE - Riesgo Sísmico, Evaluación, Rehabilitación de Estructuras. 2014.

[7] J. C. M. Arrieta, L. G. R. Zuñiga, I. N. de León, and J. A. R. Fernández, “Una

aproximación a la regionalización sísmica del estado de Nuevo León, basada en

velocidades de propagación de ondas de corte y geología,” Bol. la Soc. Geol.

Mex., vol. 63, no. 2, p. 218, 2011.

[8] Nicola Tarque Ruiz and C. Loaiza, Análisis sísmico de edificios. 2003.

[9] J. D. Benjamín, L. Castro, and S. Antonio, “Metodología para la evaluación de la

vulnerabilidad sísmica de edificaciones de hormigón armado existente,” 2011.

[10] J. Carrillo, “Evaluación de la vulnerabilidad sísmica de estructuras utilizando un

diseño por desempeño,” Dyna, vol. 155, pp. 91–102, 2008.

[11] E. Maldonado Rondón, N. M. Jasbón Carvajal, and G. Chio Cho, “Funciones de

vulnerabilidad calculadas para edificaciones en muros de hormigón reforzado,”

Rev. Ing. construcción, vol. 25, no. 1, pp. 63–82, 2010.

[12] “Fragility Curves To Assess the Seismic Risk,” vol. 25, pp. 61–71, 2010.

[13] K. Chunga, C. Martillo, and N. Pazmiño, “Estimación de máximos niveles de

sismicidad para el Litoral Ecuatoriano a través de la integración de datos

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49

geológicos y sismotectónicos,” Rev. Científica y Tecnológica UPSE, vol. 1, no.

2, pp. 1–13, 2013.

[14] H. Yepez, J. L. Chatelain, and B. Guillier, “Estudio del riesgo sismico en el

Ecuador,” no. 3, pp. 161–164, 1994.

[15] M. Alcocer, B. Hernández, R. Sandoval, and others, “Envolvente de resistencia

lateral de piso para estructuras de mamposter{í}a confinada,” Ing. s{í}smica, vol.

54, no. 89, pp. 25–54, 2013.

[17] G. Minke, “Manual de construcción para viviendas antisísmicas de tierra,” Man.

construcción para viviendas antisísmicas tierra, vol. 1, p. 52, 2014.

[18] CAMICON and MIDUVI, Norma Ecuatoriana de la Construcción - NEC: NEC-

SE-DS - Peligro Sísmico/Diseño Sismo Resistente. 2014.

[19] M. Blanco, “Criterios fundamentales para el dise??o sismorresistente,” Rev. la

Fac. Ing., vol. 27, no. 3, pp. 71–84, 2012.

[20] A. H. Barbat and L. Pujades, “Evaluación de la Vulnerabilidad y del riesgo

sísmico en zonas urbanas. Aplicación a Barcelona,” SÍSMICA 2004 - 6o Congr.

Nac. Sismol. e Eng. Sísmica, no. 1977, pp. 229–252, 2004.

[21] R. A. Falconí, “FORMAS ESPECTRALES PARA SlSMOS INTERPLACA TIPO

THRUST EN ECUADOR Dr. Roberto Aguiar Falconí.”

[22] D. Basado, E. N. Desplazamientos, and A. P. D. E. Puentes, “Aplicado a Pilas

De Puentes,” 2012.

[23] J. E. Barradas Hernández and A. G. Ayala Milián, “Procedimiento de diseño

sismico multinivel basado en desplazamiento para estructuras a base de marcos

de concreto reforzado,” Ing. sísmica, vol. 101, no. 91, pp. 75–101, 2014.

[24] R. I. Herrera, J. Carlos, R. Ugel, and Y. Mart, “Evaluaci ´ on del comportamiento

sismorresistente y dise ˜ no o edificio existente de concreto armado de baja

altura Seismic performance evaluation and optimal design of reinforced concrete

existing building of low height,” 2012.

[25] “Disponible en: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=12018104,” 2000.

[26] CAMICON and MIDUVI, Norma Ecuatoriana de la Construcción - NEC-SE-

VIVIENDA. 2014.

[27] C. O. N. Planta and B. Blanda, “Efectos De Interacción Suelo-Estructura En

Edificios,” vol. 90, no. 79, pp. 71–90, 2008.

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50

[28] NEC, Norma Ecuatoriana de la Construcción - NEC: NEC-SE-HM - Estructuras

de Hormigón Armado. 2014.

[29] J. de la Colina Martínez and H. Ramírez de Alba, “Ciencia Ergo Sum,” p. 176,

2000.

[30] I. C. Cusco, “Papel del Análisis Estructural en los proyectos de Ingeniería

estructural,” pp. 1–2.

[31] A. Larrea, “El Buen Vivir como contrahegemonía en la Constitución,” Utopía y

Prax. Latinoam., p. 11, 2011.

[32] H. E. del P. Barrezueta, “CODIGO ORGANICO DE ORGANIZACION

TERRITORIAL, COOTAD,” p. 96, 2015.

[33] J. Ochoa, María Teresa; Toirac Corral, “Materiales de bajo costo para la

construcción de viviendas económicas.,” Rev. Cienc. y Soc., vol. 30, no. 1, pp.

196–231, 2005.

[34] “Disponible en: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=10401812,” 2000.

[35] F. Serrano-guzm and D. Dar, “Del Concreto,” vol. 2, pp. 17–30, 1998.

[36] O. A. López, “Indicadores De Riesgo Sísmico En Edificios Escolares De

Venezuela,” pp. 17–46, 1933.

[37] C. Domínguez, “Redalyc.Períodos de vibración de las edificaciones.,” Rev.

Arquit. e Ing., vol. 8, no. 2, pp. 1–13, 2014.

[38] L. Olaya, D. Rubio, D. Ruiz, and A. Torres, “Evaluación del comportamiento

sísmico de viviendas de estratos marginales con cubiertas verdes: Estudio de

caso del municipio de Soacha, Colombia,” Rev. Ing. Constr., vol. 29, no. 1, pp.

98–114, 2014.

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51

ANEXOS

ANEXO 1 Planos arquitectónicos

3.4

3.3

4.0

5

10.7

5

3.2 3.72

6.92

PLANTA BAJA

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52

3.4

3.3

4.0

5

10.7

5

3.2 3.72

6.92

PLANTA ALTA

0.7

7

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53

ANEXO 2 Pre Dimensionamiento de Losa

LOSA (1-2 Eje C)

LOSA (1-2 EJE C)

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54

Cálculo de Áreas de las figuras geométricas.

A₁ = b x h A₂ = b x h

A₁ = (2 x 0,05)m A₂ = (0,6 x 0,15)m

A₁ = 0,1m² A₂ = 0,09m²

Cálculo del EJE NEUTRO tomando de referencia el eje X

ỹ =A₁Y₁ + A₂Y₂

A₁ + A₂

ỹ =0,1x0,175 + 0,09x0,075

0,1 + 0,09

ỹ = 0,127m

Cálculo de los momentos de inercia

I₁ =bh3

12 I₂ =

bh3

12

I₁ =2x0,053

12 I₂ =

0,6x0,153

12

I₁ = 0,000021m⁴ I₂ = 0,00017m⁴

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55

Medimos la distancia que existe entre el Eje neutro y los centros de gravedad

de cada figura geométrica.

d1 = y1 − ỹ d₂ = y₂ − ỹ

d1 = 0,18 − 0,127 d₂ = 0,127 − 0,075

d1 = 0,053m d₂ = 0,052m

Cálculo del Momento de Inercia de la Losa.

I = ∑ I̅ + A1d12 + A2d2

2

∑ I̅ = 0,000021 + 0,00017

∑ I̅ = 0,00019m4

A₁d₁² = 0,1x0,0532 A₂d₂² = 0,09x0,052

A₁d₁ = 0,00028m⁴ A₂d₂ = 0,00024m4

I = (0,00019 + 0,00028 + 0,00024)m⁴

Inercia Losa = 0,00071m⁴

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56

VIGA (1-2 Eje C)

Se divide en áreas para la aplicación de la fórmula de Steiner y calcular la

inercia.

Calculamos el áreas de cada figura geométrica y luego su eje neutro.

A₁ = 0,50x0,05 A₂ = 0,15x0,30

A₁ = 0,025m2 A₂ = 0,045m²

EJE NEUTRO

ỹ =A₁Y₁ + A₂Y₂

A₁ + A₂

ỹ =0,025x0,175 + 0,045x0,075

0,025 + 0,045

ỹ = 0,11m

Cálculo del momento de inercia de cada área.

Ī₁ =bh3

12 Ī₂ =

bh3

12

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57

Ī₁ =0,50x0,053

12 Ī₂ =

0,30x0,153

12

Ī₁ = 0,000005m4 Ī₂ = 0,00008m⁴

d₁ = y₁ − ỹ d₂ = ỹ − y₂

d₁ = (0,18 − 0,11)m d₂ = (0,11 − 0,075)m

d₁ = 0,07m d₂ = 0,035

I = ∑ Ī + A₁d₂₁ + A₂d

²₂

∑ Ī = 0,000005 + 0,00008

∑ Ī = 0,000085m⁴

A₁d²₁

= 0,025x0,07² A₂d₂₂ = 0,045x0,035²

A₁d²₁

= 0,0001m⁴ A₂d²₂

= 0,000055m⁴

I = (0,000085 + 0,0001 + 0,000055)m⁴

INERCIA DE LA VIGA I = 0,00024m⁴

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58

LOSA (B-C Eje 2)

CORTE b-b’

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59

Cálculo de áreas de las secciones geométricas.

A₁ = 3,68x0,05 A₂ = 0,90x0,15

A₁ = 0,184m2 A₂ = 0,135m²

Cálculo del Eje neutro con respecto al eje X

.

ỹ =A₁Y₁ + A₂Y₂

A₁ + A₂

ỹ =0,184x0,175 + 0,135x0,075

0,184 + 0,135

ỹ = 0,134m

Cálculo de inercia de las secciones.

I₁ =bh3

12 I₂ =

bh3

12

I₁ =3,68x0,053

12 I₂ =

0,9x0,153

12

I₁ = 0,000038m4 I₂ = 0,00025m⁴

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60

Cálculo de la distancia existente entre el Eje neutro y los Centros de Gravedad.

d₁ = y₁ − ỹ d₂ = ỹ − y₂

d1 = (0,175 − 0,134)m d₂ = (0,134 − 0,075)m

d₁ = 0,041m d₂ = 0,059m

Cálculo del momento de inercia del tramo de losa.

I = ∑ Ī + A₁d²₁

+ A₂d²₂

∑ Ī = 0,000038 + 0,00025

∑ Ī = 0,000288m⁴

A₁d²₁

= 0,184x0,041² A₂d²₂

= 0,135x0,059²

A₁d²₁

= 0,0003m⁴ A₂d²₂

= 0,00047m⁴

I = (0,000288 + 0,0003 + 0,00047)m⁴

Inercia de losa I = 0,00105m⁴

VIGA D-C Eje 2

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61

Cálculo del área de las secciones geométricas.

A₁ = 0,70x0,05 A₂ = 0,30x0,15

A₁ = 0,035m2 A₂ = 0,045m²

Cálculo del eje neutro tomando como referencia el eje X

ỹ =A₁Y₁ + A₂Y₂

A₁ + A₂

ỹ =0,035x0,175 + 0,045x0,075

0,035 + 0,045

ỹ = 0,12m

Cálculo de inercia de las secciones.

I₁ =bh3

12 I₂ =

bh3

12

I₁ =0,70x0,053

12 I₂ =

0,3x0,153

12

I₁ = 0,0000073m4 I₂ = 0,000084m⁴

Cálculo de la distancia existente entre el eje neutro y el centro de gravedad

d₁ = y₁ − ỹ d₂ = ỹ − y₂

d₁ = 0,175 − 0,12 d₂ = 0,12 − 0,075

d₁ = 0,055m d₂ = 0,045m

Cálculo del momento de inercia de la viga.

I = ∑ Ī + A₁d²₁

+ A₂d²₂

∑ Ī = (0,0000073 + 0,000084)m⁴

∑ Ī = 0,000091m⁴

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62

A₁d²₁

= (0,035x0,055²)m⁴ A₂d²²

= (0,045x0,045²)m⁴

A₁d²₁

= 0,000105m⁴ A₂d²₂

= 0,000091m⁴

I = (0,000091 + 0,000105 + 0,000091)m⁴

INERCIA DE LA VIGA I = 0,000287m⁴

LOSA (1-2 Eje B)

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63

Cálculo de áreas de las secciones geométricas.

A₁ = 2,70x005 A₂ = 0,70x0,15

A₁ = 0,135m2 A₂ = 0,105m²

Cálculo del eje neutro considerando el eje X.

ỹ =A₁Y₁ + A₂Y₂

A₁ + A₂

ỹ =0,135x0,175 + 0,105x0,075

0,135 + 0,105

ỹ = 0,13m

Cálculo de la inercia de las secciones.

I₁ =bh3

12 I₂ =

bh3

12

I₁ =2,70x0,053

12 I₂ =

0,70x0,153

12

I₁ = 0,000028m4 I₂ = 0,000196m⁴

Cálculo de la distancia existente entre el eje neutro y los centros de gravedad.

d₁ = y₁ − ỹ d₂ = ỹ − y₂

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d₁ = (0,175 − 0,13)m d₂ = (0,13 − 0,075)m

d₁ = 0,045m d₂ = 0,055m

Cálculo del momento de Inercia de la losa.

I = ∑ Ī + A₁d²₁

+ A₂d²₂

∑ Ī = (0,000028 + 0,000196)m ⁴

∑ Ī = 0,000225m⁴

A₁d²₁

= (0,135x0,045²)m⁴ A₂d²²

= (0,105x0,055²)m⁴

A₁d²₁

= 0,000273m⁴ A₂d²₂

= 0,000317m⁴

I = (0,000225 + 0,000273 + 0,000317)m⁴

INERCIA DE LA LOSA I = 0,000815m⁴

*siendo este eje continuo tomamos la inercia igual al tramo B-C Eje 2.

INERCIA DE LA VIGA I = 0,000287m⁴

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LOSA (B-C Eje 1)

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66

Cálculo de las áreas de las secciones geométricas.

A₁ = 2,91x0,05 A₂ = 0,8x0,15

A₁ = 0,145m2 A₂ = 0,12m²

Cálculo del eje neutro considerando el eje X.

ỹ =A₁Y₁ + A₂Y₂

A₁ + A₂

ỹ =0,145x0,175 + 0,12x0,075

0,145 + 012

ỹ = 0,13m

Calculo de la inercia de las secciones.

I₁ =2,91x0,053

12 I₂ =

0,80x0,153

12

I₁ = 0,000030m4 I₂ = 0,000225m⁴

Cálculo de la distancia existente entre el eje neutro y los centros de gravedad.

d₁ = y₁ − ỹ d₂ = ỹ − y₂

d₁ = (0,175 − 0,13)m d₂ = (0,13 − 0,075)m

d₁ = 0,045m d₂ = 0,055m

Cálculo del momento de inercia de la Losa.

I = ∑ Ī + A₁d²₁

+ A₂d²₂

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67

∑ Ī = (0,000030 + 0,000225)m⁴

∑ Ī = 0,000255m⁴

A₁d²₁

= (0,145x0,045²)m⁴ A₂d²²

= (0,045x0,045²)m⁴

A₁d²₁

= 0,00029m⁴ A₂d²₂

= 0,000091m⁴

I = (0,000255 + 0,00029 + 0,000091)m⁴

INERCIA DE LA LOSA I = 0,00063m⁴

*siendo este eje continuo tomamos la inercia del tramo B-C Eje 2.

INERCIA DE LA VIGA I = 0,000287m⁴

CÁLCULO DE α PARA EL PAÑO MAS CRITICO, SIENDO α IGUAL A.

α =EIb

EIs

TRAMO 1-2 Eje C

α₁ =0,00024m4

0,00071m4

α₁ = 0,338

TRAMO B-C Eje 2

α₂ =0,000287m4

0,00105m4

α₂ = 0,273

TRAMO 1-2 Eje B

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68

α₃ =0,000287m⁴

0,000828m4

α₃ = 0,346

TRAMO B-C Eje 1

α₄ =0,000287m4

0,00063m⁴

α₄ = 0,455

α𝔪 =α1 + α2 + α3 + α4

4

α𝖒 =𝟎, 𝟑𝟑𝟖 + 𝟎, 𝟐𝟕𝟑 + 𝟎, 𝟑𝟒𝟔 + 𝟎, 𝟒𝟓𝟓

𝟒

α𝖒 = 𝟎, 𝟑𝟓𝟑

Cálculo de la relación entre la luz libre en la dirección larga y la luz libre en la

dirección corta.

β =luz libre larga

luz libre corta

β =3,75m

3,40m

β = 1,10

Calculo de la altura

h =

ln (0,8 + (fy

1400))

36 + 5β(αfm − 0,2)

h =

3,75x (0,8 + (4200

14000))

36 + 5x1,1(0,353 − 0,2)

h =3,75x(0,8 + 0,3)

36 + 0,84

altura equivalente de la losa nervada h = 0,11m

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69

Se debe verificar que la altura de la losa alivianada sea mayor que la propuesta por el

código,

Calculamos el área de cada figura con las medidas indicadas.

A₁ = b₁ x h₁ A₂ = b₂ x h₂

A₁ = 0,50x0,05 A₂ = 0,1x0,15

A₁ = 0,025m² A₂ = 0,015m²

Calculamos el eje neutro con respecto a nuestro eje X.

ỹ =A₁Y₁ + A₂Y₂

A₁ + A₂

ỹ =0,025x0,175 + 0,015x0,075

0,025 + 0,015

ỹ = 0,1375m

Calculamos la distancia existente entre el eje neutro y los centros de gravedad.

d₁ = y₁ − ỹ d₂ = ỹ − y₂

d₁ = 0,175 − 0,1375 d₂ = 0,1375 − 0,075

d₁ = 0,04m d₂ = 0,06m

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70

Ahora se calculará el momento de inercia de la losa alivianada usando el

teorema de los ejes paralelos.

I = ∑ Ī + A₁d²₁

+ A₂d²₂

I =0,50x0,053

12+ 0,025x0,042 +

0,1x0,153

12+ 0,015x0,062

INERCIA DE LA LOSA ALIVIANADA I = 0,000127m⁴

Calculamos la altura equivalente de una losa maciza:

I =bh3

12 = 0,000127m4

Despejamos el valor de h y tendremos:

h = √

0,000127x12

0,503

h = 0,145m

Chequeamos que la altura equivalente de la losa nervada propuesta sea mayor que la

altura de la losa calculada mediante la fórmula del código ACI, para hallar la altura

mínima de la losa.

hequi=0,145m ˃0,11m ok

Vemos que la losa de 20cm es adecuada para nuestro caso.

ANEXO 3 Determinación de la carga muerta de la losa.

DETERMINACION DE CARGAS MUERTAS EN LOSA

Material Peso específico

Ton/m³ Espesor m

Peso sobre área Ton/m²

hormigón 2,4 0,2 0,48

bloque 1,3 0,15 0,195

mortero 2,1 0,03 0,063

mortero 2,1 0,02 0,042

cerámica 2 0,015 0,03

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71

PESO EN M² DE PAREDES

Material Peso específico Ton/m³ Espesor m Peso sobre área

Ton/m²

bloque 1,3 0,065 0,08

mortero 0,02

mortero 2,1 0,03 0,06

Peso de pared + enlucido en m² 0,17

CALCULO DE AREA DE PAREDES PLANTA ALTA

PARED DISTANCIA

m ALTURA

m AREA VENT

m² AREA T

1X 2,5 0,45 1,125

2X 0,35 2,8 0,98

3X 2,94 2,8 3,2 5,032

4X 0,35 2,8 0,98

5X 0,49 2,8 1,372

6X 0,49 2,8 1,372

7X 2,1 2,8 3,52 2,36

8X 2,9 2,8 8,12

9X 2,9 2,8 8,12

10X 2,4 2,8 6,72

11X 3,3 2,8 9,24

12X 0,6 2,8 1,68

13X 1,02 2,8 1,6 1,256

14X 2,9 2,8 8,12

15X 3,42 2,8 2,56 7,016

63,493

1Y 3,75 2,8 10,5

1'Y 1 0,45 0,45

2Y 3 2,8 2,24 6,16

3Y 3,1 2,8 8,68

4Y 1,78 2,8 4,984

5Y 0,6 2,8 1,68

6Y 1,07 2,8 2,996

6'Y 0,2 2,8 0,56

6''Y 0,23 2,8 0,644

7Y 2,68 2,8 7,504

8Y 3 2,8 1,6 6,8

9Y 3,1 2,8 3 5,68

10Y 2,3 2,8 6,44

11Y 0,77 2,8 2,156

11'Y 0,23 2,8 0,644

11''Y 0,2 2,8 0,56

12Y 3,75 2,8 10,5

13Y 3 2,8 8,4

14Y 3,1 2,8 8,68

94,018

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72

Área total 157,511

CALCULO DE AREA DE PAREDES TERRAZA

PARED DISTANCIA m ALTURA m AREA T

1X 2,5 1 2,5

2X 0,35 1 0,35

3X 2,94 1 2,94

4X 0,45 1 0,45

5X 0,49 1 0,49

6X 0,49 1 0,49

7X 1,3 1 1,3

8X 2,3 1 2,3

9X 2,9 1 2,9

10X 3,42 1 3,42

17,14

1'Y 1 1 1

1Y 3,75 1 3,75

2Y 3 1 3

3Y 3,1 1 3,1

4Y 1,78 1 1,78

5Y 0,23 1 0,23

6Y 0,2 1 0,2

7Y 0,23 1 0,23

8Y 0,23 1 0,23

9Y 0,2 1 0,2

10Y 0,77 1 0,77

11Y 2,78 1 2,78

12Y 3,75 1 3,75

13Y 3 1 3

14Y 3,1 1 3,1

27,12

Área total 44,26

METRADO DE CARGAS ACTUANTES EN LA VIVIENDA

entrepiso unidad 1º Planta Alta Terraza

DIMENCIONES DE LOSA

longitud X m 12,05 12,05

longitud y m 7,22 7,22

espesor m 0,20 0,2

Área de boquete m² 5,94 5,94

DATOS DE BLOQUES EN LOSA

cantidad nº 520,00 520,00

peso de uno Ton 0,01 0,01

volumen de uno m³ 0,01 0,01

Área de la losa sin boquetes m² 81,06 81,06

volumen total de losa m³ 16,21 16,21

volumen total de bloques m³ 6,24 6,24

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73

volumen del hormigón m³ 9,97 9,97

peso del hormigón Ton 23,93 23,93

peso del bloque Ton 4,39 4,39

área de paredes m² 157,51 44,26

peso de pared Ton 26,47 7,44

peso propio de la losa Ton 28,33 28,33

Peso por m² de losa Ton/m² 0,35 0,35

Peso por m²de pared terminada Ton/m² 0,33 0,09

Peso de cerámica Ton/m² 0,03 0,03

Peso por m²de enlucido de losa Ton/m² 0,04 0,04

Peso por m²de nivelado de losa Ton/m² 0,06 0,06

Peso por carga muerta Ton/m² 0,81 0,58

Peso por carga viva Ton/m² 0,2 0,2

W POR PISO 70,27 46,71

Wt 116,98

ANEXO 4 Cargas cooperantes de la losa

ANEXO 5 expresiones para transformar cargas por m² en uniformemente

distribuidas

Para cargas trapezoidales

ωι = (q ∗ s

3) [

3 − m2

2]

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74

Para cargas triangulares

ωs = (q ∗ s

3)

ANEXO 6 Cálculo de cargas actuantes en el pórtico B

Vano 1-2 B

DATOS

Carga permanente 0,81 Ton/m²

Carga viva 0,2 Ton/m²

carga ultima q 1,92 Ton/m²

Lado largo L 3,75 m

lado corto 1 S 3,42 m

lado corto 2 S 2,9 m

relación "m" 1 S/L 0,91 relación "m" 2 S/L 0,77 tipo de carga trapezoidal

WL1= 2,37 Ton/m

WL2= 2,23 Ton/m

Wt= 4,60 Ton/m

Vano 2-3 B

DATOS

Carga permanente 0,81 Ton/m²

Carga viva 0,2 Ton/m²

carga ultima q 1,92 Ton/m²

Lado largo L 3 m

lado corto 1 S 3,42 m

lado corto 2 S 2,9 m

relación "m" S/L 0,97 tipo de carga triangular

tipo de carga trapezoidal

WL1= 1,92 Ton/m

WL2= 1,91 Ton/m

Wt= 3,83 Ton/m

𝑊𝑙

= (𝑞 ∗ 𝑠

3) 𝑥 (

3 − 𝑚2

2)

𝑊𝑠

= (𝑞 ∗ 𝑠

3)

𝑊𝑙

= (𝑞 ∗ 𝑠

3) 𝑥 (

3 − 𝑚2

2)

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75

Vano 3-4 B

DATOS

Carga permanente 0,81 Ton/m²

Carga viva 0,2 Ton/m²

carga ultima q 1,92 Ton/m²

Lado largo L 3,1 m

lado corto 1 S 3,42 m

lado corto 2 S 2,9 m

relación "m" S/L 0,94 tipo de carga triangular

tipo de carga trapezoidal

WL1= 1,98 Ton/m

WL2= 1,97 Ton/m

Wt= 3,95 Ton/m

ANEXO 7 Cargas actuantes uniformemente distribuidas para pree-diseño

CARGAS LINEALES EN VIGAS DEL PRIMER PISO MUERTA

TRAMO A

Ton/m B

Ton/m C

Ton/m TRAMO

A-B Ton/m

B-C Ton/m

1 - 2 2,23 4,60 2,37 1 3,71 4,37

2 - 3 1,92 3,83 1,91 2 3,71 4,37

3 - 4 1,97 3,95 1,98 3 3,71 4,37

0,27 0,541 0,27 4 1,85 2,19

CARGAS LINEALES EN VIGAS DEL SEGUNDO PISO MUERTA

TRAMO A

Ton/m B

Ton/m C

Ton/m TRAMO

A-B Ton/m

B-C Ton/m

1 - 2 1,73 3,57 1,84 1 2,88 3,40

2 - 3 1,49 2,98 1,49 2 2,88 3,40

3 - 4 1,54 3,07 1,53 3 2,88 3,40

0,192 0,384 0,192 4 1,44 1,70

ANEXO 8 Cálculo de momentos y dimensión de la viga

MOMENTOS POSITIVOS Y NEGATIVOS SEGÚN DISPOSICIÓN DEL ACI

MOMENTOS 1-2 2-3 3-4 1 2 3 4

W Ton/m 4,6 3,8 4,0

L² m 3,75 3,0 3,1 3,38 3,05

FACTOR 14 16 14 16 11 11 10

M Ton.m 4,62 2,2 2,71 4,0 4,8 3,2 3,8

4,0 3,3

𝑊𝑠

= (𝑞 ∗ 𝑠

3)

𝑊𝑠

= (𝑞 ∗ 𝑠

3)

𝑊𝑙

= (𝑞 ∗ 𝑠

3) 𝑥 (

3 − 𝑚2

2)

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76

Se cambiara las unidades de ton.m a Kg.cm multiplicando por 105 para facilidad de

cálculo

Mn=Ru*b*d²

Mu=ф*Mn

Mmax= 4,8

Ru= 37,04

b asumido = 30

ф = 0,9

d² 475,98

d= 24,817 ASUMIMOS d = 25 cm

ANEXO 9 Distribución de cargas cooperantes en columnas

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77

ANEXO 10 diagrama de interacción Carga - momento

ANEXO 11 Pre dimensionamiento de Columnas

DATOS COLUMNA CENTRAL B2

Carga muerta 811,06 Kg/m²

Carga viva 200 Kg/m²

# de pisos 2

f'c 210 Kg/cm²

fy 4200 Kg/cm²

área tributaria 12,73 m²

ρ 0,01

acción sísmica 1,3

U= 1,3*(1,4D + 1,7 L)

U= 1918,12

Pu= U*Área Tributaria* # Pisos

Pu= 1918,12

12,73 2

Pu= 48846,10 Kg

𝐾𝑔

𝑚2

𝐾𝑔

𝑚2 * m2 *

𝑷𝒐 = 𝟎, 𝟖𝟓𝒇´𝒄 𝑨𝒈 + 𝑨𝒔 𝒇𝒚

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78

Diseño Dúctil

Ag= 664,57

b=h= 25,78

30 cm

Cuadro de secciones de las columnas.

columna Área coop.

# de pisos

Pu kg Ag=0,0136*P

kg/cm²

sección (cm) b

* h asumido

A1 2,75 2 10557,34 143,5798 12,0 12,0 30*30

A2 2,88 2 11048,38 150,2579 12,3 12,3 30*30

A3 5,36 2 20562,26 279,6467 16,7 16,7 30*30

A4 2,72 2 10434,58 141,9103 11,9 11,9 30*30

B1 8,75 2 33581,69 456,7110 21,4 21,4 30*30

B2 12,73 2 48846,10 664,3069 25,8 25,8 30*30

B3 11,59 2 44465,88 604,7359 24,6 24,6 30*30

B4 5,88 2 22564,77 306,8809 17,5 17,5 30*30

C1 5,09 2 19508,44 265,3148 16,3 16,3 30*30

C2 7,40 2 28375,91 385,9124 19,6 19,6 30*30

C3 6,73 2 25831,33 351,3061 18,7 18,7 30*30

C4 3,42 2 13108,44 178,2748 13,4 13,4 30*30

𝑃𝑢 =1

3Po

𝑃𝑢 =1

3 f´c Ag + As fy ; As= 𝜌 𝑓𝑦

𝐴𝑔 =3 𝑃𝑢

0,85 𝑓´𝑐 + 𝜌 𝑓𝑦

𝑐𝑚2

b = h = √𝑨𝒈

cm ≈

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79

ANEXO 12 Determinación del periodo de vibración T y del espectro de

respuesta Sa

Ct = 0,055

h = 5,9

α = 0,9

T= 0,272

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80

Condición a utilizar

Datos de zona y suelo

z= 0,4

Fa= 1

Fd= 1,6

Fs= 1,9

Datos de la estructura

I= 1

Фp= 1

Фᴇ= 1

R= 5

hn= 5,9

W en Tn= 124,24

DATOS DEL PROYECTO

Tipo de suelo E

ƞ= 1,8

Sa= 0,72

K= 1,5

Tc= 1,672 To= 0,304

𝑇𝑐 = 0,55𝐹𝑠𝐹𝑑

𝐹𝑎 𝑇𝑜 = 0,1𝐹𝑠

𝐹𝑑

𝐹𝑎

𝑆𝑎 = ƞ𝑍𝐹𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 0 ≤ 𝑇≤ 𝑇𝑐

𝑆𝑎 = ƞ𝑍𝐹𝑎(𝑇𝑐/𝑇)ʳ Para T > Tc

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81

ANEXO 13 Espectro de diseño

0,000 0,400

0,050 0,453

0,127 0,534

0,200 0,611

0,304 0,720

0,800 0,720

1,000 0,720

1,200 0,720

1,400 0,720

1,672 0,720

1,800 0,669

2,000 0,602

2,200 0,547

2,400 0,502

2,600 0,463

2,800 0,430

3,000 0,401

3,200 0,376

3,400 0,354

3,600 0,334

3,800 0,317

4,000 0,301

4,200 0,287

4,400 0,274

4,600 0,262

4,800 0,251

5,000 0,241

5,200 0,232

5,400 0,223

5,600 0,215

5,800 0,208

6,000 0,201

6,200 0,194

6,400 0,188

6,600 0,182

6,800 0,177

7,000 0,172

Sa=

ƞ*

Z*Fa

(Tc/

T)r

Sa

(g)

Sa=

zFa(

1+

(ƞ-

1)T

/Tₒ

Sa=ƞ

*Z*

Fa

T

seg

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82

ANEXO 14 Cálculo del cortante basal

ANEXO 15 Distribución Vertical de Fuerzas Laterales

FUERZAS HORIZONTALES

Nivel hi (m)

Peso Wi (Ton)

Wi * hi (Ton-m)

Fx , Fy (Ton)

2,9 77,53 224,84 8,04

5,9 46,71 275,59 9,85

Σ total 124,24 500,43 17,89

ANEXO 16 Cálculo del centro de masa por piso

CENTRO DE MASA PRIMER PISO

Nivel (m) figura x y

Área

(m²) Xi (m) Yi

(m) Área*Xi Área*Yi

2,9 1 6,92 11,90 82,35 3,46 5,95 284,92 489,97

2 2,60 2,78 7,23 1,30 1,39 9,40 10,05

total 75,12 275,53 479,92

3,67 m

6,39 m

CENTRO DE MASA SEGUNDO PISO

Nivel (m) figura a b

Área

(m²) Xi (m) Yi

(m) Área*Xi Área*Yi

5,9 1 6,92 11,90 82,35 3,46 5,95 284,92 489,97

2 2,60 2,78 7,23 1,30 1,39 9,40 10,05

total 75,12 275,53 479,92

V= 17,89 Tn

𝑋𝑐𝑚

=𝛴𝐴𝑖 ∗ 𝑋𝑖

𝛴𝐴𝑖

𝑋𝑐𝑚=

𝑌𝑐𝑚

=𝛴𝐴𝑖 ∗ 𝑌𝑖

𝛴𝐴𝑖

𝑌𝑐𝑚=

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83

3,67 m

6,39 m

CUADRO DE UBICACIÓN DEL CENTRO DE MASAS

Nivel Coordenadas

X cm Y cm

2,9 3,67 6,39

5,9 3,67 6,39

ANEXO 17 Cálculo del centro de rigidez por piso

Momento de inercia de la columna

Columna nivel +280:

a= 0,3 m b= 0,3 m I= 0,0007 m⁴ h= 2,8 m Determinación de la rigidez en columnas

218820 Kg/m²

80,742 Kg/m

𝑋𝑐𝑚

=𝛴𝐴𝑖 ∗ 𝑋𝑖

𝛴𝐴𝑖

𝑋𝑐𝑚=

𝑌𝑐𝑚

=𝛴𝐴𝑖 ∗ 𝑌𝑖

𝛴𝐴𝑖

𝑌𝑐𝑚=

𝐼

=𝑎 ∗ 𝑏3

12

𝐾

=12 ∗ 𝐸 ∗ 𝐼

ℎ3

𝐾=

𝐸=

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84

En el siguiente cuadro se nuestra la rigidez de las columnas del nivel +2,90, el cual

nos servirá para calcular la posición el centro de rigidez.

Calculo de rigidez Kx-x Nivel +2,80

nivel eje

columna tipo dist b h inercia rigidez

rigidez T rigidez eje

# ubicación Y m m m⁴ kg/m kg/m kg/m

2,8

1 3 A1,B1,C1 0 0,3 0,3 0,00068 80,74 242,22 0,00

2 3 A2,B2,C2 4,1 0,3 0,3 0,00068 80,74 242,22 981,01

3 3 A3,B3.C3 7,4 0,3 0,3 0,00068 80,74 242,22 1780,35

4 3 A4,B4,C4 11 0,3 0,3 0,00068 80,74 242,22 2603,92

Σ= 322,97 968,90 5365,28

Calculo de rigidez Ky-y Nivel +2,80

nivel eje columna tipo dist b h inercia rigidez rigidez

T rigidez eje

# ubicación X m m m⁴ kg/m kg/m kg/m

2,8

A 4 1A,2A,3A,4A 0 0,3 0,3 0,00068 80,74 322,97 0

B 4 1B,2B,3B,4B 3,2 0,3 0,3 0,00068 80,74 322,97 1033,493

C 4 1C,2C,3C,4C 6,9 0,3 0,3 0,00068 80,74 322,97 2234,928

Σ= 242,2 968,9 3268,421

5,54

3,37

Columna nivel +590:

a= 0,3 m b= 0,3 m I= 0,0007 m⁴ h= 2,7 m Determinación de la rigidez en columnas

𝑌𝑟𝑖𝑔

=(𝛴𝑅𝑖𝑥 ∗ 𝑌𝑖)

𝛴𝑅𝑖𝑥

𝑋𝑟𝑖𝑔

=𝛴𝑅𝑖𝑦 ∗ 𝑋𝑖

𝛴𝑅𝑖𝑦

𝑌𝑟𝑖𝑔

=(𝛴𝑅𝑖𝑥 ∗ 𝑌𝑖)

𝛴𝑅𝑖𝑥

𝑌𝑟𝑖𝑔=

𝑋𝑟𝑖𝑔

=𝛴𝑅𝑖𝑦 ∗ 𝑋𝑖

𝛴𝑅𝑖𝑦

𝑋𝑟𝑖𝑔=

𝐾

=12 ∗ 𝐸 ∗ 𝐼

ℎ3

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218820 Kg/m²

90,049 Kg/m

Calculo de rigidez Kx-x Nivel +590

nivel eje columna tipo dist b h inercia rigidez ΣRix ΣRix*Yi

# ubicación Y m m m⁴ kg/m kg/m kg/m

2,8

1 3 A1,B1,C1 0 0,3 0,3 0,00068 90,05 270,15 0

2 3 A2,B2,C2 4,1 0,3 0,3 0,00068 90,05 270,15 1094,099

3 3 A3,B3.C3 7,4 0,3 0,3 0,00068 90,05 270,15 1985,587

4 3 A4,B4,C4 11 0,3 0,3 0,00068 90,05 270,15 2904,09

Σ= 360,2 1080,6 5983,776

Calculo de rigidez Ky-y Nivel +590

nivel eje columna tipo dist b h inercia rigidez ΣRix ΣRix*Xi

# ubicación X m m m⁴ kg/m kg/m kg/m

2,8

A 4 1A,2A,3A,4A 0 0,3 0,3 0,00068 90,05 360,2 0

B 4 1B,2B,3B,4B 3,2 0,3 0,3 0,00068 90,05 360,2 1152,631

C 4 1C,2C,3C,4C 6,9 0,3 0,3 0,00068 90,05 360,2 2492,565

Σ= 270,1 1080,6 3645,195

5,54

3,37

CUADRO DE CENTRO DE RIGIDEZ

NIVEL COORDENADAS

Xrig (m) Yrig (m)

2,9 3,37 5,54

5,9 3,37 5,54

COMPARACION ENTRE CENTRO DE MASA Y CENTRO DE RIGIDEZ

NIVEL m

COORDENADAS COORDENADAS DISTANCIAS

Xcm (m) Ycm (m) Xrig (m) Yrig (m) ex (m) ey (m)

2,9 3,67 6,39 3,37 5,54 0,29 0,85

5,9 3,67 6,39 3,37 5,54 0,29 0,85

𝐾=

𝐸=

𝑌𝑟𝑖𝑔

=(𝛴𝑅𝑖𝑥 ∗ 𝑌𝑖)

𝛴𝑅𝑖𝑥

𝑌𝑟𝑖𝑔=

𝑋𝑟𝑖𝑔

=𝛴𝑅𝑖𝑦 ∗ 𝑋𝑖

𝛴𝑅𝑖𝑦

𝑋𝑟𝑖𝑔=

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ANEXO 18 Momentos torsionales horizontales

MOMENTOS TORSIONALES

MT i = Fi * ei

NIVEL m

FUERZA ton

DISTANCIA LONGITUD EXCENTRICIDAD TORSION

ex (m)

ey (m) m m ei x (m) ei y (m)

XX Ton.m

YY Ton.m

2,9 5,74 0,29 0,85 11,9 6,92 0,64 1,45 3,68 8,30

5,9 7,04 0,29 0,85 11,9 6,92 0,64 1,45 4,51 10,18

𝑒𝑖= 𝑒𝑥 + 0,05 ∗ 𝐿𝑖