UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

TRABAJO DE TITULACIÓN

PREVIO A OBTENER EL TÍTULO DE

INGENIERO CIVIL

ESTRUCTURAS

TEMA:

ANÁLISIS DE UNA PLATEA DE CIMENTACIÓN PARA UNA

EDIFICACIÓN DE 5 PLANTAS UTILIZANDO EL SOFWARE

SAP2000

AUTOR

SAMUEL ESTEBAN MOSQUERA ARROYO

TUTOR

ING. MARCELO MONCAYO MSc.

2017 - 2018

GUAYAQUIL – ECUADOR

ii

DEDICATORIA

Dedico esta tesina a mis amados padres, ya que su apoyo incondicional fue un

motor importante en mis momentos de debilidad y de tristeza, y como olvidar a mi

familia que ha estado con migo en este camino y a mi amado Dios el que me

fortaleció cada día con nuevas fuerzas.

Ustedes han estado a mi lado en todo este camino dándome el aliento necesario

para seguir luchando cada día y seguir adelante sin mirar atrás, para todos

ustedes esta dedicatoria con mucho cariño

iii

AGRADECIMIENTO

Al finalizar el presente trabajo agradezco a la Universidad de Guayaquil, Facultad

de Ciencias Matemáticas y Físicas, carrera de Ingeniería Civil, que me abrió sus

puertas y me formo como profesional.

Al Ing. Msc. Marcelo Moncayo quien con su conocimiento, dedicación y paciencia

ha sabido orientarme, guiarme y asesorarme en la elaboración y culminación de

la investigación presentada.

A los docentes que en el transcurso de mi carrera me brindaron sus

conocimientos y experiencias las cuales han sido herramientas fundamentales y

muy favorables para mi desarrollo profesional.

iv

TRIBUNAL DE GRADUACIÓN

--------------------------------------------------- -------------------------------------------------- Ing. Eduardo Santos Baquerizo, M. Sc. Ing. Pablo Lindao Tomalá, M.Sc Decano Tutor --------------------------------------------------------- Vocal

v

DECLARACIÓN EXPRESA

Art.XI.- del reglamento de graduación de la Facultad de Ciencias

Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil.

La responsabilidad por los hechos, ideas y doctrinas expuestos en el proyecto le

corresponde exclusivamente al autor, y al patrimonio intelectual del proyecto de

titulación corresponderá a la Universidad de Guayaquil.

---------------------------------------------------

Samuel Esteban Mosquera Arroyo

0927110387

vi

RESUMEN

El actual proyecto de titulación tiene como propósito darnos a

conocer la calidad que se debe tener al diseñar plateas de

cimentación, donde se conocerán las deformaciones y

deslizamientos que poseería una edificación por razón de la

interacción suelo-estructura modelada en el software SAP2000.

El reciente proyecto sujeta el análisis de una platea de

cimentación para una edificación de 5 plantas, pensando las

posibles variaciones del nivel freático y su resultado en la

capacidad portante del suelo de cimentación.

Internamente en este análisis se va a localizar todo lo relacionado

con la hipótesis que gobierna el diseño de cimentaciones

superficiales, especialmente lo referente con losas de cimentación y

la determinación de la capacidad portante del suelo el cual se va a

colocarse las cimentaciones sobre el cual se va a instalarse a la

cimentación a la estructura deseada.

En el cual se profundizaron otros factores significativos para el

educado diseño de dicha estructura de cimentación, en el cual se

vii

reflexionó que en la cimentación no corresponden existir fallas por

cortante, ni se deben presentar asentamientos en el suelo de

cimentación, no debe prevalecer lo admisible para de ese modo

impedir el fallo en las estructuras.

La forma normal que se ha estimado, es que el diseño se obliga

traspasar idéntica presión admisible, eso es lo recomendado por el

ingeniero de suelos. Cimentado en ese valor se dimensionó la

platea de cimentación.

viii

ix

x

xi

ÍNDICE GENERAL

AGRADECIMIENTO ..................................................................................................................... iii

TRIBUNAL DE GRADUACIÓN .................................................................................................. iv

DECLARACIÓN EXPRESA .........................................................................................................v

RESUMEN ..................................................................................................................................... vi

ÍNDICE GENERAL ....................................................................................................................... xi

ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................................. xv

ÍNDICE DE TABLAS ................................................................................................................ xviii

Introducción ................................................................................................................................ xx

Capítulo I ..................................................................................................................................... 22

1.1 Planteamiento del problema ................................................................................... 22

1.2 Objetivos de la investigación ................................................................................. 23

1.2.1 Objetivo general. ................................................................................................ 23

1.2.2 Objetivo específicos. ........................................................................................ 23

1.3 Justificación ............................................................................................................... 23

1.4 Limitación del problema .......................................................................................... 24

1.5 Hipótesis ...................................................................................................................... 25

1.6 Objeto y campo de estudio de la investigación ................................................. 26

CAPÍTULO II ............................................................................................................................... 27

2.1 Antecedentes de la investigación ......................................................................... 27

2.2 Marco Teórico ............................................................................................................. 27

2.2.1 Reseña histórica ................................................................................................ 27

2.3 Marco Contextual....................................................................................................... 29

2.4 Marco legal .................................................................................................................. 30

2.5 Marco Conceptual ..................................................................................................... 30

2.5.1 Cimentaciones .................................................................................................... 30

2.5.2 Cimentaciones profundas ............................................................................... 31

2.5.2.1 Muros pantalla. .......................................................................................................... 34

2.5.2.2 Cimentación por sustitución. ................................................................................. 35

2.5.2.3 Cimentaciones por pilotaje. .................................................................................... 36

2.5.3 Cimentaciones superficiales........................................................................... 38

2.5.3.1 Cimentaciones ciclópeas ........................................................................................ 39

2.5.3.2 Plintos o zapatas. ...................................................................................................... 40

2.5.3.3 Zapata aislada. ........................................................................................................... 41

2.5.3.4 Zapata corrida. ........................................................................................................... 43

2.5.3.5 Zapata combinada. ................................................................................................... 45

xii

2.5.3.6 Losa de cimentación (plateas). .............................................................................. 47

2.5.3.7 Uso de las plateas. .................................................................................................... 51

2.6 Interacción suelo - estructura ................................................................................ 52

2.6.1 Interacción inercial ............................................................................................ 58

2.6.2 Interacción cinemática ..................................................................................... 59

2.7 Capacidad de carga (qu) .......................................................................................... 60

2.8 Reacciones .................................................................................................................. 62

2.9 SUCS............................................................................................................................. 62

2.9.1 Suelo ..................................................................................................................... 63

2.9.2 Condiciones del Suelo de Cimentación ...................................................... 63

2.9.3 Tipos de Suelo en el Ecuador ........................................................................ 64

2.9.4 Suelo grueso ....................................................................................................... 65

2.9.4.1 Grupos GW y SW ...................................................................................................... 65

2.9.4.2 Grupos GP y SP......................................................................................................... 66

2.9.4.3 Grupos GC y SC ........................................................................................................ 66

2.9.5 Suelos Finos ....................................................................................................... 67

2.9.6 Módulo de elasticidad de suelo. .................................................................... 69

2.9.7 Relación de poisson. ........................................................................................ 70

2.9.8 Factor de rigidez. ............................................................................................... 71

2.7 Geología local ............................................................................................................. 71

2.7.1 Tipos de perfiles de suelo para diseño sísmico ........................................ 71

2.7.2 Coeficientes de perfil de suelos Fa, Fd, y Fs .............................................. 72

2.7.2.1 Fa: Coeficiente de ampliación de suelo en zona de periodo corto ................ 72

2.7.2.2 Fd: Ampliación de las ordenadas del espectro elástico ................................... 73

2.7.2.3 Fs: comportamiento no lineal de los suelos ....................................................... 74

2.8 Sísmica norma ecuatoriana de la construcción................................................. 74

2.8.1 Zonificación si sísmica y factor de zona Z. ................................................. 74

2.9 Fuerza Sísmica ........................................................................................................... 76

2.9.1 Suelo grueso ....................................................................................................... 76

2.9.1.1 Fuerza estática equivalente .................................................................................... 76

2.9.1.2 Consideraciones energéticas ................................................................................. 77

2.9.2 Espectro de diseño ........................................................................................... 78

2.10 Aceleración Sísmica ................................................................................................. 79

2.11 Campo de esfuerzo. .................................................................................................. 80

2.12 Módulo de Balastro ................................................................................................... 82

2.12.1 Comportamiento Esfuerzo – Deformación del suelo. ............................... 83

xiii

2.12.2 Determinación del Coeficiente de Sulzberger por el Ensayo de Placa

de Carga. ............................................................................................................................. 85

2.12.3 Relación del Coeficiente de Resorte con la Resistencia Máxima de

suelo. 87

2.12.4 Análisis de las gráficas de Relación del Coeficiente de Resorte con la

Resistencia Máxima del suelo para los rangos determinados en la Tabla 1 ...... 87

2.12.5 Comparación de la Formula General con las Formulas para cada

Clasificación de Arcillas. ................................................................................................. 90

CAPÍTULO III ............................................................................................................................. 91

3.1 Marco Metodológico ................................................................................................. 91

3.2 Tipo y diseño de investigación .............................................................................. 91

3.2.1 Técnicas de recolección de datos. ................................................................ 91

3.3 Técnicas de recolección de datos ......................................................................... 92

3.4 Pruebas realizadas ................................................................................................... 92

3.5 Faces de la metodología .......................................................................................... 92

3.5.1 Descripción de la cimentación ....................................................................... 92

3.5.2 Cuantificación de la carga muerta ................................................................. 95

3.5.3 Cuantificación de la carga viva. ..................................................................... 96

3.5.4 Determinación de la carga sísmica NEC-15. ............................................... 96

Ecuación 7: Período de Vibración T ........................................................................................ 97

3.5.5 Determinación de la carga sísmica Método Moncayo. ............................. 99

3.5.6 Cálculo de cargas actuantes en la platea de cimentación. ................... 101

3.1 Método de Montecarlo ............................................................................................ 102

CAPÍTULO IV............................................................................................................................ 104

RESULTADOS Y PROPUESTA ............................................................................................. 104

4.1 Análisis, interpretación y discusión de resultados ......................................... 104

4.2 Propuesta .................................................................................................................. 104

4.2.1 Beneficiarios. .................................................................................................... 104

4.2.2 Alcance. ............................................................................................................. 104

4.2.3 Análisis de factibilidad. .................................................................................. 104

4.2.4 Análisis sísmico NEC-15 ................................................................................ 105

4.2.8 Análisis Sísmico Método Moncayo NEC-15 .............................................. 106

4.2.6 Modelación estructural ................................................................................... 107

4.2.7 Análisis de resultados .................................................................................... 119

Conclusiones: .......................................................................................................................... 133

Recomendaciones .................................................................................................................. 134

Bibliografía ............................................................................................................................... 135

xiv

Eyzaguirre Acosta, I. (2011). Programacion de Obras con Project (Primera ed.). Lima, Peru: Macro.

135

Anexos ....................................................................................................................................... 136

xv

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1: Losa de cimentación ................................................................................................ 25 Figura 2: Ubicación de la edificación....................................................................................... 26 Figura 3: Perfil de una cimentación e un muro macizo mediante zapata. ................................. 31 Figura 4: Cimentación profunda sobre pilote .......................................................................... 31 Figura 5: Cimentación profunda armada in situ ...................................................................... 32 Figura 6: Muro de pantalla .................................................................................................... 34 Figura 7: Proceso constructivo de un muro de pantalla ........................................................... 35 Figura 8: Mejoramiento del suelo ........................................................................................... 36 Figura 9: Incado de pilote ....................................................................................................... 37 Figura 10: Cimentación superficial sobre zapata ..................................................................... 38 Figura 11: Cimentación superficial sobre zapata ..................................................................... 40 Figura 12: Zapata aislada....................................................................................................... 42 Figura 13: Zapata corrida ....................................................................................................... 43 Figura 14: Detalle estructural de una zapata corrida ............................................................... 44 Figura 15: Detalle estructural de Zapata combinada ............................................................... 45 Figura 16: Losa de cimentación. ............................................................................................. 48 Figura 17: Diferentes tipos de losa de cimentación.................................................................. 50 Figura 18: Rigidez finita en la base de cimentación. ................................................................ 53 Figura 19: Edificación base rígida. .......................................................................................... 53 Figura 20: Edificación base flexible ......................................................................................... 54 Figura 21: Cargas actuantes en el fenómeno de interacción. ................................................... 54 Figura 22: Fuerza inercial ....................................................................................................... 55 Figura 23: Desplazamiento entre campo libre y fundación (Ѳf). ............................................... 56 Figura 24: Rotación relativa entre campo libre y la fundación (Ѳf). ......................................... 56 Figura 25: Adsorción de ondas sísmicas a la edificación. ......................................................... 57 Figura 26: La fundación (Ѳf) actúa como generador de ondas. ................................................ 57 Figura 27: Amortiguamiento histérico del suelo. ..................................................................... 58 Figura 28: análisis de desplazamiento en terreno extenso. ...................................................... 59 Figura 29: Análisis de desplazamiento en excavaciones profundas .......................................... 60 Figura 30: Mapa de suelos del Ecuador ................................................................................... 64 Figura 31: Zonificación sísmica y factor Z ................................................................................ 75 Figura 32: Espectro de diseño ................................................................................................. 78 Figura 33: Campo de esfuerzo ................................................................................................ 80 Figura 34: Esfuerzo compresivo mayor y menor ...................................................................... 81 Figura 35: Coeficiente de resorte ............................................................................................ 83 Figura 36: Diagrama idealizado de esfuerzo-deformación. ...................................................... 84 Figura 37: Gráfica Coeficiente De Resorte vs Resistencia Máxima del suelo ............................ 88 Figura 38: Gráfica Coeficiente De Resorte vs Resistencia Máxima del suelo para Arcillas Blandas. ............................................................................................................................................. 88 Figura 39: Gráfica Coeficiente De Resorte vs Resistencia Máxima del suelo para Arcillas M. Compactadas. Fuente: Ing. Marcelo Moncayo.................................................................. 89 Figura 40: Gráfica Coeficiente De Resorte vs Resistencia Máxima del suelo para Arcillas Compactadas......................................................................................................................... 89 Figura 41: Descripción de la cimentación (vista en planta). ..................................................... 93 Figura 42: Descripción de la cimentación (vista lateral). .......................................................... 94 Figura 43: Cargas actuantes de cada columna. ..................................................................... 102

xvi

Figura 44: Selección de nuevo modelo y dimensiones de la platea ......................................... 108 Figura 45: Definición de materiales ...................................................................................... 108 Figura 46: Dimensionamiento de la platea. .......................................................................... 109 Figura 47: Asignación de aéreas de la platea. ....................................................................... 110 Figura 48: Ingreso el coeficiente de Balastro. ........................................................................ 110 Figura 49: Asignación de aéreas de la platea. ....................................................................... 111 Figura 50: Discretización de los elementos de Área. .............................................................. 111 Figura 51: Discretización de los elementos a sus mínima expresión. ...................................... 112 Figura 52: elementos discretizados. ...................................................................................... 112 Figura 53: Definición de los estados de carga. ....................................................................... 113 Figura 54: Estados de carga ................................................................................................. 113 Figura 55: Asignación de carga ............................................................................................ 114 Figura 56: Ingreso de cargas de cada columna ..................................................................... 114 Figura 57: Detalle de cargas actuantes de cada columnas. .................................................... 115 Figura 58: Asignación de la carga de Tabiquería ................................................................... 116 Figura 59: vista en planta del ingreso de carga ..................................................................... 116 Figura 60: Ingreso al menú opciones de análisis. ................................................................... 117 Figura 61: Selección de análisis tridimensional ..................................................................... 117 Figura 62: Definición de Casos de carga ................................................................................ 118 Figura 63: Corremos el programa ......................................................................................... 118 Figura 64: Modelación a analizar. ........................................................................................ 119 Figura 65: Deformada de la estructura Carga P. .................................................................... 120 Figura 66: Ingreso al Menú de combinación de cargas. ......................................................... 120 Figura 67: Efectúo combinación de carga (SERVICIO) ............................................................ 121 Figura 68: Efectúo combinación de carga (SERVICIO) ............................................................ 121 Figura 69: Selecciono carga de servicio. ................................................................................ 122 Figura 70: Visualización de resultados (reacciones en los resortes). ....................................... 122 Figura 71: Visualización de resultados (momentos y cortantes) ............................................. 123 Figura 72: Ventana de visualización diagramas. ................................................................... 124 Figura 73: Visualización de grafica s11, s12 y deformación para arcillas blandas Terzaghi ..... 128 Figura 74: Visualización de grafica s11, s12 y deformación, para arcillas medianamente compactadas por método Tipo de Suelo .............................................................................. 129 Figura75: Visualización de grafica s11, s12 y s22 para arcillas blandas por método NEC – 15 carga mayoradas. (Tipo de Suelo). ....................................................................................... 130 Figura 76: Visualización de grafica s11, s12 y deformación para arcillas blandas por método Moncayo (Terzaghi). ........................................................................................................... 131 Figura 77: Visualización de grafica s11, s12 y deformación para arcillas medianamente compactadas por método Moncayo (Formula General). ....................................................... 132 Figura 78: Análisis sísmico NEC-15 Diagrama de Esfuerzos S11 para Suelo Arcillosos Blandas (Formula General). .............................................................................................................. 137 Figura 79: Análisis Sísmico NEC 15, diagrama cortante S12 para Suelo Arcilloso compactado (Formula General). .............................................................................................................. 138 Figura 80: Análisis Sísmico NEC-15, Diagrama de Esfuerzos S11 para Suelo Arcilloso medianamente compactado (Formula general). ................................................................... 139 Figura 81: Análisis Sísmico NEC-15, Diagrama de Cortante S12 para Suelo medianamente compactado (F. General). .................................................................................................... 140 Figura 82: Diagrama de Esfuerzo S11 para Suelo Arcillas BLANDA (FORMULA GENERAL). MONCAYO ........................................................................................................................... 141 Figura 83: Diagrama de Cortante S12 para Suelo Arcilla blanda (F. GENERAL). MONCAYO .... 142 Figura 84: Diagrama de Esfuerzo S11 para Suelo Arcillas Blanda (Terzhagui). CARGA MAYORADA ......................................................................................................................... 143

xvii

Figura 85: Diagrama de Cortante S12 para Suelo Arcillas Blanda (Terzhagui). CARGA MAYORADA ......................................................................................................................... 144

xviii

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1: Significado de las letras. ................................................................................... 62 Tabla 2: Sistema clasificación del USCS. ....................................................................... 67 Tabla 3: Sistema de Clasificación USCS para suelos. .................................................. 68 Tabla 4: Símbolo de grupo y significado ........................................................................ 69 Tabla 5: Modulo de elasticidad ........................................................................................ 69 Tabla 6: Interacción de valores de Poisson. .................................................................. 70 Tabla 7: Factores de forma o rigidez. ............................................................................. 71 Tabla 8: Clasificación de los perfiles de suelos ............................................................ 72 Tabla 9: Tipos de suelo y factores de tipo Fa ................................................................ 73 Tabla 10: Tipos de suelo y factores de tipo Fd .............................................................. 73 Tabla 11: Tipos de suelo y factores de tipo Fs .............................................................. 74 Tabla 12: Valores del factor Z en función de la zona sísmica adoptada. ................... 75 Tabla 13: Ecuación para el cálculo del espectro ........................................................... 78 Tabla 14: Coeficiente de resorte ...................................................................................... 86 Tabla 15: Valores propuestos por el análisis de ensayos de compresión simple aplicados a suelos arcillosos de Guayaquil. ................................................................. 86 Tabla 16: Cuantificación de la carga muerta .................................................................. 95 Tabla 17: Sobrecargas mínimas uniformemente distribuidas ..................................... 96 Tabla 18: Datos para realizar el espectro. ...................................................................... 97 Tabla 19: Valores para realizar el espectro. ................................................................... 98 Tabla 20: Espectro de respuesta Elástica NEC-15. ....................................................... 98 Tabla 21: Datos para realizar el espectro método Moncayo. ....................................... 99 Tabla 22: Valores para realizar el espectro. ................................................................. 100 Tabla 23: Formula General y las Formulas para Arcillas Blandas, Medianamente Compactas y Compactas. ......................................................................................................................... 101 Tabla 24: Fuerzas sísmicas NEC-15. ............................................................................. 106 Tabla 25: Tabla para el Factor de ampliación de suelo (FAS). .................................. 106 Tabla 26: Datos Método Moncayo ................................................................................. 107 Tabla 27: Fuerza Sísmica Método Moncayo. ................................................................ 107 Tabla 28: Tabla de valores obtenidos del análisis de la platea por método Nec-15.

........................................................................................................................................... 126 Tabla 29: Tabla de valores obtenidos del análisis de la platea por método Moncayo. ........................................................................................................................................... 126 Tabla 30: Tabla de valores obtenidos del análisis de la platea solo Carga de Servicio sin considerar carga sísmica.......................................................................... 127

xix

xx

Introducción

A través de los desastres naturales que se han presentado en el mundo, tales

como: lluvias intensas, sismos y la presencia de grandes asentamientos de

edificaciones debido a la mala calidad del suelo, el ingeniero constructor se vio en

la necesidad de ir creciendo en conocimientos y así tratar de mejorar y buscar

soluciones para estos problemas que se presentan en las construcciones.

El ser humano en sus inicios construía viviendas hechas de paja, madera y

piedra, ahora en la actualidad podemos notar un avance muy notorio en el ámbito

constructivo ya que se han logrado perfeccionar nuevas técnicas de construcción

y lo podemos apreciar visualmente en grandes y excelentes edificaciones en todo

el mundo.

Es importante recordar y tener presente que toda estructura que es apoyada

en el suelo tales como: puentes, represas, edificios; básicamente están formados

en dos aspectos muy importantes. Tenemos la parte superior (súper estructura) y

la parte inferior (cimentación). Cabe mencionar que la ingeniería de cimentación

es la que trata de resolver los problemas de cimentaciones, utilizando

conocimientos de mecánica de suelos y criterios muy firmes de Ingeniería.

Las plateas de cimentación (losas de cimentación) están dentro de la

clasificación de las zapatas combinadas, su uso es general cuando se presentan

casos de edificios con alturas a considerar, cuando se nos presentan casos con

suelos compresibles y en ciertos sistemas de estructuras.

Generalmente, si se nos presenta el caso de que el área para cimentar una

estructura resultara ocupar más del 50% del área de la planta del edificio, en ese

caso como alternativa se debe cimentar sobre una platea de cimentación.

xxi

Las cimentaciones tienen una función importante la cual es transmitir

directamente las cargas de la estructura al suelo, con el fin de distribuirlas y así

lograr evitar que el suelo en el cual es apoyada la estructura no sea

sobrecargada, esto ayuda en gran manera a q no se generen asentamientos

diferenciales o asentamientos mayores a los permitidos por el análisis estructural.

Teniendo presente las edificaciones al momento de apoyarse sobre el suelo,

directamente transmiten las cargas que generan, y lo generan a través mediante

estructuras de transición (cimentaciones).

En pocas palabras las cimentaciones son las llamadas a soportar estas cargas

y distribuirlas de manera correcta y en la profundidad necesaria, de esa manera

el suelo podrá soportar sin molestia excesivas durante toda su vida de la obra.

En pocas palabas podríamos mencionar que construir una platea de

cimentación de excavar un terreno para luego sustituirlo con otro elemento más

resistente o firme en el lugar de concentración de cargas.

El presente proyecto como objetivo principal tiene el análisis de una platea de

cimentación o losa de cimentación, la información está orientada a incrementar el

conocimiento de conceptos básicos fundamentales que faciliten la elaboración del

proyecto.

22

Capítulo I

1.1 Planteamiento del problema

El presente proyecto tiene como objetivo principal realizar el análisis de una

platea de cimentación o losa de cimentación, la información está orientada a

incrementar el conocimiento de conceptos básicos fundamentales que faciliten

la elaboración de este proyecto.

Es importante tener presente que nuestro país consta con un Nivel Friático

a muy poca profundidad, dado a esa razón en muchos casos se ha optado

por utilizar pilotes (cimentaciones profundas); pero para el caso de nuestro

análisis se ha considerado utilizar platea o losa de cimentación, cabe recalcar

que a esta selección se debe tener mucha consideración el Nivel Freático para

su diseño.

En la actualidad las losas de cimentación son muy utilizadas en un sin

número de estructuras, tomando como base dos casos muy básicas, uno de

estos casos es cuando se presentan dimensiones de las estructuras muy

grandes, y el otro caso es cuando los estratos de suelo de cimentación tienen

tales características, lo cual generaría asentamientos muy elevados; es por

esa razón que al tomar la decisión de diseñar este tipo de cimentaciones lo

que se va a obtener es que nuestra estructura no tenga un asentamiento

excesivo lo cual evitaría el colapso de la estructura.

23

1.2 Objetivos de la investigación

1.2.1 Objetivo general.

Realizar el análisis de una platea de cimentación de una edificación de

cinco plantas utilizando el software sap2000.

1.2.2 Objetivo específicos.

Determinar dos modelos de losa de cimentación en el cual se

efectuará dos tipos de análisis sismicos; modelo uno análisis sísmico

mediante la NEC-15 y modelo dos análisis sísmico por el método

Moncayo.

Considerar para nuestro análisis el uso de arcillas blandas, arcillas

compactadas y arcillas medianamente compactadas y determinar

cuál es el tipo de arcilla que presenta mayor esfuerzo y deformación

mediante graficas.

Elaborar un manual de usuario para la aplicación y manejo del

programa estructurado “SAP2000” de la losa de cimentación.

1.3 Justificación

La construcción de las plateas de cimentación (losas de cimentación) en

nuestro país se ha incrementado notablemente, por aquella razón se debería

tomar mucha importancia en el análisis de las posibles fallas que podrían

llegar a presentarse durante el diseño de la estructura.

Debido a esto es necesario, que se realice el análisis correspondiente ya

que al no tomarse las respectivas consideraciones mediante su diseño se

podrían presentar sub-presiones, lo que generaría que la estructura soportante

24

colapse; razón por la cual se desea verificar si la variación de la capacidad

portante del terreno de la cimentación con respecto a la profundidad del Nivel

Freático es grande y así tener una mayor consideración al momento de su

diseño.

Además de esta manera poder aplicar los conocimientos obtenidos en el

transcurso de la carrera de una forma práctica a todos los conflictos que se

puedan presentar durante el análisis del diseño de este tipo de cimentaciones.

Con este análisis veremos cómo es el comportamiento de la cimentación al

soportar dichas cargas en diferentes tipos de suelo, se observaran graficas de

deformaciones y esfuerzos en donde visualizaremos el comportamiento

sísmico por el Método de la NEC-2015 y el Método Moncayo.

La presente investigación tendrá relevancia social, ya que de esta manera

se contribuirá con el diseño estructural que reduzca los asentamientos en las

edificaciones.

1.4 Limitación del problema

Parte de las limitaciones en el presente proyecto o trabajo de investigación

es la escasa información que se ha podido encontrar, ya que libros

relacionados sobre este tema no se disponen en la biblioteca, por aquella

razón se ha recurrido a fuentes externas consultando a expertos en el tema,

información en páginas de internet y verificación de resultados mediante

programas de diseño estructural (SAP2000).También se ha encontrado

limitación por la falta de recursos económicos, debido a la crisis que presenta

el país actualmente.

25

1.5 Hipótesis

Los daños en las estructuras de cimentación se originan por deficiencia del

diseño; diseños mal compactados, ataque agresivo por sustancias químicas

en el agua y suelo.

Las características geométricas y estructurales son incompatibles a la

capacidad de carga del suelo de cimentación.

Los materiales empleados en rellenos para cimentaciones son materiales

inadecuados lo cual produce asentamientos en las cimentaciones.

La magnitud de sustancias químicas encontradas en el agua y suelo de

fundación atacan a las estructuras de concreto de las cimentaciones afectando

su durabilidad.

En casos de rellenos deficientemente compactados o suelos de baja

capacidad de carga, originan inevitablemente asentamientos diferenciales en

casos de zapatas aisladas y por consiguiente agrietamientos en estructuras de

concreto, por lo cual el uso de losa de cimentación se proyecta como una

mejor opción.

Figura 1: Losa de cimentación

26

Fuente: wikypedia.com

1.6 Objeto y campo de estudio de la investigación

El objeto principal de este trabajo es de analizar una platea de cimentación

para una edificación de cinco niveles, la edificación estará destinada al uso de

departamentos, teniendo en cuenta los requerimientos impuestos por la

Norma Ecuatoriana de la Construcción (NEC 15). Otra cosa importante a

tener en cuenta es, verificar si la platea de cimentación soportará las cargas

generadas por dicha edificación.

Además detallaremos a través de tablas y gráficas los esfuerzos y las

deformaciones que se presentaran en la platea, utilizando tres tipos de suelo

para el respectivo análisis, los cuales serán arcillas compactadas,

medianamente compactadas y arcillas blandas.

Esta investigación se desarrollara en los predios de la Universidad de

Guayaquil, sector norte de la ciudad, Avenida Juan Tanca Marengo y Avenida

Las Aguas y será una contribución para los alumnos de la misma.

Figura 2: Ubicación de la edificación Fuente: googlemap.com

27

CAPÍTULO II

2.1 Antecedentes de la investigación

Actualmente las losas de cimentación son muy utilizadas en un sin número

de estructuras, fundamentada a dos necesidades muy básicas, el más común

de los casos se presenta cuando se nos presentan casos en que las

dimensiones de la estructura son muy grande y otro de los casos que también

se presentan es de los estratos de suelo de cimentación que tienen tales

características que generan asentamientos muy elevados; de ese modo al

diseñar este tipo de cimentaciones se tendrán asentamientos diferenciales de

igual magnitud lo que nos ayudará a que nuestra estructura no colapse.

2.2 Marco Teórico

2.2.1 Reseña histórica

Reconociendo que muchas edificaciones construidas en épocas

anteriores se hayan mantenido en pie hasta los tiempos actuales lo cual

nos muestra que, a través de la historia, ha existido algún modo de

“Ciencia de Cimentaciones”, desarrollo que a la vez se ha perfeccionado

en las técnicas de cimentación usadas en la actualidad. Sin embargo, los

informes de nuestras cimentaciones no son muy conocidos ya que,

entrando en el siglo XVIII, hay poca doctrina acerca de la teoría y

procedimientos constructivos aplicados al dimensionamiento y ejecución

de cimientos.

Acerca de estos argumentos, solo se hallan unas escasas medidas

dispersas e inconexas, comprendidas en la normativa interna de unas

disposiciones religiosas medievales y en los pactos de construcción

28

propagados por Europa en el siglo XV. También, tales reglas

perpetuamente han sido reflexionadas como simples hechos históricos y

nunca han sido examinadas como lo que realmente son, esto es, como

resultados de sucesivos ensayos realizados por el Hombre con el

propósito de corregir los inconvenientes que le ha trazado el conjunto

estructura-cimiento-terreno.

También se ha considerado adecuado analizar el origen y el progreso

de las habilidades de exploración del terreno así como el

perfeccionamiento de los métodos para el aprendizaje de la propiedad

geotécnica, por cuanto la fase de los conocimientos en estos dos campos

es uno de los factores principales de dominio sobre las soluciones de

cimentación que han sido acogidas en cada una de las zonas geográficas

y para cada uno de las etapas de tiempo.

Partiendo de este análisis del cúmulo de antecedentes detallados, se ha

hecho una recapitulación apoyada en razones críticas y se han conseguido

unas conclusiones que no simplemente examinan el perfeccionamiento

cronológico de las cimentaciones en el contorno geográfico en que nace y

se despliega nuestra cultura, sino también las comprensiones que forjan

germinar cada una de las soluciones de cimentación y los condicionantes

que se interponen sobre el comienzo y el perfeccionamiento de las

mismas.

29

2.3 Marco Contextual

Diseño Sismo resistente.- Son mecanismos y características que precisan

la estructura antisísmica de una edificación.

Estructura.-Distribución de las porciones de un cuerpo, aunque igualmente

consigue usarse en sentido abstracto.

Esfuerzos de tracción.- se designa como tracción al esfuerzo interno que

está sometido un cuerpo por la aplicación de dos potencias que operan en

sentido opuesto, y tienden a estirarlo.

Esfuerzos de compresión.- resultante de las tensiones o presiones que

están dentro de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque

tiende a una reducción de volumen del cuerpo, y a un acortamiento del cuerpo

en determinada dirección (coeficiente de poisson), en piezas estructurales

suficientemente esbeltas los esfuerzos de compresión pueden producir

además abolladura o pandeo.

Punzonamiento.- esfuerzo cortante elevado, debido a la reacción de la

fuerza que desarrolla un pilar sobre una losa de hormigón armado.

Deformación.- Se conoce como deformación cuando un cuerpo cambia de

tamaño y de forma a través de un esfuerzo interno producido o a través de

fuerzas efectuadas.

30

2.4 Marco legal

Normas y códigos que emplearemos en la cimentación.

ACI 318-14 (América Concrete Institute) 2014.

NEC-15 (Norma Ecuatoriana de la Construcción).

2.5 Marco Conceptual

2.5.1 Cimentaciones

Se entiende por cimentación a la base que sirve de aguante o soporte de la

edificación y que transmite las cargas de la estructura al suelo; se consideran

varios factores para su cálculo tales como la compaginación y soporte del

terreno, las cargas propias de la edificación.

La finalidad de las cimentaciones es resistir estructuras para de esa manera

asegurar su estabilidad y de la misma manera prevenir daños a los materiales

ya sean estructurales o no estructurales.

La cimentación es muy elemental debido a que es el conjunto de elementos

estructurales que resisten a la superestructura. Además cabe mencionar que

la permanencia de un edificio se juega en gran medida del tipo de terreno

sobre el que se asienta.

En el ejercicio práctico se utilizan las cimentaciones profundas o

cimentaciones superficiales, las cuales a su vez tienen mucha diversidad en

su geometría, a su cumplimiento estructural, a la conducta del suelo y

además a su esquema constructivo.

31

Figura 3: Perfil de una cimentación e un muro macizo mediante zapata. Fuente: www.academia.edu

2.5.2 Cimentaciones profundas

Las cimentaciones profundas son estructuras de sección transversal

reducida con respecto a la elevación (altura), que tiene como función

trasportar las cargas de la edificación a profundidades entre los 4 metros

a 40 metros.

Podríamos considerar a las cimentaciones profundas como un tipo de

cimentación que tiene como utilidad resolver la transmisión de cargas a

los sustratos consistentes (duros) des suelo.

Figura 4: Cimentación profunda sobre pilote Fuente: www.academia.edu

32

Las cimentaciones profundas muestran reacciones de compresión en

los extremos inferiores y laterales del elemento. A su vez, las

cimentaciones profundas pueden estar sujetas a momentos y fuerzas

horizontales, en cuyo caso, se elaborará una repartición de esfuerzos en

el extremo inferior y lateral del elemento, con la conclusión de equilibrar las

fuerzas aplicadas. Cabe reiterar que el proceder estructural que presenta

una cimentación profunda se puede relacionar al comportamiento de una

columna.

Este tipo de cimentaciones es recomendado utilizar cuando la

capacidad portante del suelo es reducida, razón por la cual el objetivo

principal en casos como estos es hallar el suelo resistente escavando a

una profundidad considerable. De igual manera este tipo de cimentaciones

están orientados para ser diseñados para edificaciones de altura o algún

tipo de edificación donde se requieren barios sótanos.

Figura 5: Cimentación profunda armada in situ Fuente: wikypedia.com

33

Tenemos dos tipos de cimentaciones profundas, tales como: Pilotes o

Pilas.Es recomendable tener presente, que los pilotes que presentan 0,8 m

de diámetro como máximo, son mucho más flexibles que las pilas que

presentan un diámetro superior a 0,80m.

Debido a las limitaciones de carga de un pilote individual, es muy

necesario que se utilice varios elementos para el mismo apoyo de la

estructura.

A diferencia al utilizar pilas para la cimentación, se emplea

generalmente un elemento por apoyo. Las pilas estas relacionadas a

cargas muy elevadas, en condiciones del suelo desfavorable

superficialmente.

Es importante tener presente que las cimentaciones profundas se las

puede elegir en distintos casos como: cuando los esfuerzos que son

transmitidos por la edificación no pueden ser repartidos (distribuidos) al

utilizar una cimentación superficial, y en la solución se sobrepasa la

capacidad portante del terreno, en edificios que se deseen construir sobre

el agua, etc.

Las cimentaciones profundas son las mencionadas a continuación:

Muros Pantalla

Sustitución

Pilotes

34

2.5.2.1 Muros pantalla.

Constituyen un tipo de cimentación profunda es muy utilizada en

edificaciones altas, que a su vez actúa como muro de retención

dando muchas ventajas en lo económico y mejor desarrollo en

superficies.

El muro pantalla es considerado un muro de contención el cual

se lo edifica antes de realizar la excavación o vaciado de tierra,

además de transmitir los esfuerzos al terreno. Son muy utilizados

estos elementos estructurales subterráneos para retener y soportar

paredes. El muro pantalla en si es un muro (pared) de contención

que es edificado antes de realizar la excavación del suelo.

Figura 6: Muro de pantalla Fuente: wikypedia.com

Estos muros pantalla son muy aprovechados en el diseño de

edificios que desean ganar más espacio para su ocupación, por lo

35

cual se idean sótanos o subsuelos que en muchas circunstancias

llegan a 20 m de hondura.

Figura 7: Proceso constructivo de un muro de pantalla Fuente: wikypedia.com

2.5.2.2 Cimentación por sustitución.

Este tipo de cimentaciones se lo ejecuta a través de la excavación

del terreno, en el cual el peso del material excavado y extraído será

equivalente o proporcional al peso de la construcción a efectuar;

conociendo las cualidades del suelo y según las cualidades de la

estructura q resistirá y las cargas que se ejercen sobre el suelo.

36

Figura 8: Mejoramiento del suelo Fuente: wikypedia.com

El procedimiento a seguir es efectuar una excavación hasta llegar

al suelo competente para sustituirlo por un suelo mejorado y

compactado. En caso de espesores uniformes y pequeños resultaría

una solución muy válida.

Se recomienda utilizar un procedimiento de drenaje bueno en

caso de presencia de agua en el terreno, ya que debido a estos

sucesos podría provocarse alteraciones considerables en el

material.

2.5.2.3 Cimentaciones por pilotaje.

El sistema de pilotaje, es otro tipo de cimentaciones profundas de

tipo puntual, que se introduce en el suelo (terreno) con el propósito

de encontrar siempre el estrato de suelo duro (resistente) que sea

capaz de soportar las cargas transmitidas.

37

En pocas palabras el pilote es un elemente constructivo que es

muy empleado en las obras civiles, la función que desempeña el

pilote es trasportar las cargas hasta un estrato del suelo más

resistente.

Figura 9: Incado de pilote Fuente: wikypedia.com

Cuando en una cimentación superficial no puede repartir

adecuadamente las cargas que son transportadas por el edificio

excediendo la capacidad portante. Puede darse que produzcan

asientos improvistos los estratos inmediatos a los cimientos.

Un pilote es una columna que es diseñada con la intención de

que sostenga y transmita cargas a estratos más consistente o de

roca. Universalmente, el diámetro que muestra no es mayor de 60

centímetros. En general todos los pilotes pueden introducirse desde

una hondura de 3 metros a 40 metros; en el caso de que se necesite

38

pilotear a una hondura mayor a los 40 m, se le puede soldar otro

tramo de 1 m.

2.5.3 Cimentaciones superficiales

Las cimentaciones superficiales son componentes estructurales cuya

sección transversal posee medidas grandes referentes a su altura y que

tiene como labor desplazar las cargas del edificio a honduras más cortas

de 0,5m a 4 m con respecto a la superficie del suelo.

En las cimentaciones superficiales el enlace que presenta el suelo

nivela las cargas que son producidas por las estructuras.

Figura 10: Cimentación superficial sobre zapata Fuente: www.academia.edu

Las cimentaciones superficiales, cuyo procedimiento de construcción no

presente una dificultad superior y puede ser de distintos tipos, según su

función: zapatas aisladas, zapatas combinadas, zapata corrida o losa de

cimentación.

39

Las cimentaciones superficiales se sostienen en las capas superficiales

o a poca profundidad del terreno, en este tipo de cimentaciones las cargas

se dividen en un plano de apoyo horizontal.

Este tipo de cimentación sin duda alguna es el más aprovechado en el

ámbito de la construcción. Las cimentaciones superficiales se reparten en

tres tipos básicos: plintos o zapatas, vigas de cimentación y losa de

cimentación.

Conviene considerarce como viable que en el mismo solar se hallen

diferentes prototipos de terrenos para una semejante edificacion; esto

puede incitar asentamientosdiferenciales comprometidos sin embargo los

valores de los asentamientos totales proporcionen como admisible.

Se hallan diversos tipos de cimentaciones superficiales, los cuales se

los puntualiza a continuacion:

Plintos o zapatas

Cimentaciones ciclópeas

Losa de cimentación

2.5.3.1 Cimentaciones ciclópeas

Son aplicados en terrenos cohesivos donde la cuneta consiga crearse

con paramentos verticales y sin desprendimientos de tierra, la cimentacion

de concreto ciclópeo es espontáneo y mercantil (barato). Su edificación

radica en ir completando la cuneta con piedras de desiguales dimensiones

al tiempo que se esparce la mezcla de concreto, gestionando mezclarlo

intachablemente, de tal forma que se evite la prolongación en sus juntas.

40

Figura 11: Cimentación superficial sobre zapata Fuente: www.academia.edu

2.5.3.2 Plintos o zapatas.

Se puede definir a una zapata como una cimentación superficial

(normalmente aislada), la cual puede ser utilizada en suelos

normalmente homogéneos de resistencia a compresión altas o

medianas. Tiene como función transmitir al suelo las tensiones a las

cueles está sometida el resto de la estructura y anclarla.

En caso de que no sea posible utilizar zapata se debe recurrir a

cimentación por pilotaje o losa de cimentación.

Entre los tipos de zapatas tenemos:

Zapatas Aisladas

Zapatas Corrida

Zapatas Combinada

41

2.5.3.3 Zapata aislada.

Podemos denominara a las zapatas aislada como un tipo de

cimentación superficial la cual sirve como base a los elementos

estructurales como son los pilares; de algún modo las zapatas

aisladas amplían la superficie de apoyo para de esa manera lograr

que las cargas que son transmitidas por la estructura sean

soportadas por el suelo sin problema alguno.

Se le da el término de zapata aislada debido a que su uso está

diseñado para asentarse en un solo pilar, de ahí proviene el nombre

de zapata aislada. Este tipo de zapatas son las más simples, pero

no es adecuado su uso cuando el momento flector en la base de la

columna es excesivo por lo cual se debe diseñar o emplear ya sean

zapatas corridas o zapatas combinadas, en la parte que se asienten

más de una columna.

Para diseñar un correcto dimensionamiento de la zapata aislada

se debe requerir la comprobación de la capacidad que tiene el

terreno para soportar las cargas sobre él (capacidad portante),

comprobación de la resistencia del terreno, como la comprobación

de los estados de equilibrio (deslizamientos).

42

Figura 12: Zapata aislada

Fuente: www.academia.edu

Este tipo de zapatas son muy utilizadas para pilares aislados, en

suelos de buena calidad y cuando la excentricidad de la carga que

presenta el pilar es baja. Los pilares no perimetrales son los

presentan excentricidades bajas.

Para la construcción de una zapata aislada es importante

independizar los cimientos y las estructuras de las edificaciones

ubicadas en suelos discontinuos de esa manera las diferentes

partes de la edificación tengan cimentaciones estables.

La profundidad es figada basándose al informe geotécnico, sin

alterar el comportamiento del suelo bajo el cimiento. Conviene

mucho trabajar a una profundidad entre los 50 cm hasta los 80 cm

en zonas en las cuales se presentan variaciones del nivel freático.

La información geotécnica da a conocer la resistencia a la

compresión de los diferentes estratos de suelo, y a partir del informe

43

geotécnico es posible decidir el estrato de suelo más conveniente y

el costo de construcción de los diferentes tipos de cimientos.

2.5.3.4 Zapata corrida.

Normalmente se emplea este tipo de cimentación para cimentar

muros de carga, o pilares alineados, en terrenos de resistencia alta,

media o baja. Funcionan estructuralmente como viga flotante

recibiendo cargas lineales o puntuales.

Podríamos mencionar que una zapata corrida o continua es la

ampliación de la parte inferior de un muro, que tiene como finalidad

distribuir de una manera correcta y adecuada las cargas

transmitidas sobre el suelo de la cimentación. También es

importante mencionar que las zapatas continuas normalmente se

usan en el perímetro de la edificación y ciertas ocasiones bajo los

muros interiores.

Figura 13: Zapata corrida Fuente: www.academia.edu

44

Las zapatas de muros más comunes están formadas por una

franja rectangular, colocada de una forma simétrica con respecto al

muro. La dimensión más crítica de la zapata con respecto al

esfuerzo en el terreno, el ancho de la base de la zapata es la parte

más crítica, la cual es medida perpendicularmente a la cara del

muro. En muchos casos las zapatas son utilizadas como plataforma,

por lo cual se establece un mínimo para el ancho de la zapata según

el espesor que presente el muro, por lo general se diseña un poco

más ancha que el muro.

Estas zapatas continuas son cimentaciones de longitudes granes

en comparación con su sección transversal. Tipo de cimentación

Además este tipo de cimentación tiene la capacidad de reducir la

presión sobre el suelo. También resultan ser muy útiles las zapatas

continuas cuando se requieren muchas zapatas aisladas para la

cimentación lo cual sería más beneficioso diseñar las zapatas

continuas.

Figura 14: Detalle estructural de una zapata corrida

Fuente: wikipedia.com

45

Las zapatas corridas normalmente son aplicadas en muros.

Pueden presentar secciones rectangulares, escalonadas o

estrechada cónicamente. Su dimensionamiento está relacionada

directamente con la carga que va a soportar, como también la

resistencia a la compresión del material y la carga admisible sobre el

suelo.

2.5.3.5 Zapata combinada.

Se puede considerar a las zapatas combinadas como un

elemento que tiene la funcionalidad de cimentar dos o más pilares,

son muy utilizadas cuando tenemos una distancia entre las

columnas muy cortas o si la capacidad portante del suelo es baja.

En pocas palabras podríamos acotar que las zapatas combinadas

se usan con el fin de unir la columna exterior con la interior para esa

manera reducir la excentricidad y así lograr que sea uniforme la

reacción del suelo.

Figura 15: Detalle estructural de Zapata combinada Fuente: www.academia.edu

46

Las zapatas combinadas las cuales son utilizadas cuando las

columnas de una edificación se presentan a una distancia pequeña.

Son consideradas como zapatas superficiales que sostienen más de

dos pilares o muros. A su vez estas pueden clasificarse el dos: como

las que soportan a dos columnas y las que soportan más de dos

columnas.

Entre las zapatas que soportan dos columnas estas son el tipo de

zapatas que se utilizan en edificaciones donde la presión admisible

del suelo es grande para que puedan utilizarse zapatas individuales

en la mayor parte de las columnas, estas zapatas para dos

columnas son muy necesarias para ser utilizadas en dos

situaciones:

Si las columnas se encuentran demasiado cercanas al límite

de la propiedad y q no se puede construir zapatas individuales

sin tener que sobrepasar este límite.

Si las columnas adyacentes se encuentran muy cercanas

entre sí que sus zapatas traslapan.

Las zapatas que soportan más de dos columnas son del tipo de

zapatas que se utilizan cuando la capacidad de carga del subsuelo

es considerablemente baja de modo alguno que es necesario optar

por aéreas de contacto grandes. Las zapatas individuales son

reemplazadas por zapatas en franjas continuas las cuales sostienen

más de dos columnas y por lo general las columnas de toda una fila.

47

Las cimentaciones por franjas pueden desarrollarse en un área de

contacto mayor, lo cual a su vez resulta más económico que utilizar

zapatas individuales.

Es importante considerar que la presión del terreno puede ser

insuficiente para prevenir el vuelco de la cimentación cuando una

columna no puede apoyarse en el centro de la zapata o cuando se

trata de una columna perimetral con momentos flectores grandes.

Uno de los casos frecuentes para la utilización de zapatas

combinadas son las zapatas de medianería (zapata de lindero), que

debido a las limitaciones de espacio suelen ser zapatas excéntricas.

Este tipo de zapatas por su forma propia para su uso adecuado

requieren una viga centradora para un correcto equilibrio.

2.5.3.6 Losa de cimentación (plateas).

Las plateas de cimentación, también conocidas como placas de

cimentación o cimentaciones por losa, son cimentaciones

superficiales afirmadas claramente arriba del terreno, que se

disponen en plataforma, que tiene como función principal traspasar

las cargas del edificio al suelo o terreno distribuyendo de una

manera equivalente los esfuerzos.

Como losa está somentida especialmente a esfuerzos de flexcion.

El grosor de la losa se hallará equilibrado a los elementos flectores

actuamntes arriba del mismo.

48

Figura 16: Losa de cimentación. Fuente: wikypedia.com

Este tipo de cimentaciones en la parte superior llevan una

armadura principal para de esa manera contrarrestar la precisión q

pueda sufrir el terreno y el empuje de agua subterránea, y en la

parte inferior una armadura debajo de las paredes portantes y

columnas, para excluir posiblemente la producción de flechas

desiguales. En casos donde se presenten terrenos de poca

resistencia para cimentar ósea cuando la capacidad admisible del

suelo sea menor a 1kg/cm2, lo que podría ocurrir que al diseñar

zapatas de los pilares aislados pueden estar demasiado unidas, en

lo cual convendría diseñar una losa de cimentación.

El uso de este tipo de cimentación es muy general en casos de

edificios de alturas a considerar, cuando tenemos casos con suelos

compresibles y en ciertos sistemas estructurales, especialmente en

muros de carga.

Generalmente podríamos argumentar como un pequeño criterio

que si el área en el cual se va a cimentar una estructura abarca el

49

50% del área de la planta de la edificación o estructura, en ese se

debería cimentar sobre una platea de cimentación como alternativa.

Las losas de cimentación tienen la capacidad de eliminar

notablemente la posibilidad de asentamientos diferenciales, ya que

tiene un comportamiento muy bueno en terrenos poco homogéneos

a diferencia que al utilizar otro tipo de cimentación se podría sufrir

asentamientos diferenciales.

Este tipo de cimentación son muy útiles y recomendables cuando

se presentan casos en la que las cargas de la edificación son muy

pesadas o cuando la carga admisible del suelo es demasiado

pequeña que al utilizar una zapata aislada cubriría más de la mitad

de la edificación.

Es importante mencionar que cuando es necesario transmitir al

suelo esfuerzos de poca magnitud, se puede emplear las losas de

cimentaciones, por ejemplo, cuando nos encontramos con casos de

suelos muy blandos o deformables con alto contenido de agua que

si se presentaran esfuerzos altos en el suelo ocasionarían

hundimientos importantes.

Como se mencionó anterior mente si el terreno en donde se va a

construir la edificación es de poca resistencia para cimentación en

pocas palabras que sea menor que 1 kg/cm2, lo cual generaría que

las zapatas de las columnas tiendan a juntarse.

50

Las plateas de cimentación se las puede diseñar y construir de

diversas formas, tales como:

Cajón: presenta diafragma superior e inferior (contacto), a

demás de ser aligerada. Su construcción es exigida por

etapas: se inicia construyendo la placa de contacto, el cuerpo

de las vigas y finalmente el diafragma inferior.

Maciza: presenta refuerzos en dos lechos. En este caso la

losa exige un volumen de hormigón mayor y de refuerzos, no

requiere aligeramiento, responde bien a grandes esfuerzos de

cortante.

Figura 17: Diferentes tipos de losa de cimentación. Fuente: wikypedia.com

51

Como dato general debe de tomarse mucho en cuenta para el

diseño de losas de cimentación evitar que sean muy alargadas ya

que mediante a ese detalle se generarían momentos muy altos.

También es importante argumentar que para disminuir los

momentos se pueden incluir articulaciones.

2.5.3.7 Uso de las plateas.

En toda construcción los terrenos (suelos) corresponden estar

“iguales y firmes” en el tiempo, particularmente cuando se exhiben

diferenciaciones de humedad y cuando por falta de confinamiento se

socavan.

Las plateas de cimentación (losa de cimentación) se muestran

como una buen procedimiento cuando:

Se tiene una superficie corta o pequeña en la construcción en

relación al volumen.

Al calcular la base los cimientos implicara la transferencia de

cargas a 45º y se presentará una enorme profundidad.

Las caracteristicas del suelo son muy malas y son notables

asentamientos irregulares.

Es inactivo el terreno de asiento con un gran espesor y que al

colocar pilotes implicarían enormemente extensos para el

diseño del mismo.

52

2.6 Interacción suelo - estructura

La interacción suelo - estructura es el efecto que tienen en la respuesta

dinámica y estática de la estructura, las propiedades del suelo que da apoyo

a la edificio, incrementándole a las propiedades de rigidez de la cimentación

(Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica).

Podríamos mencionar que la interacción-suelo radica en un método de

reacciones que empleadas a la estructura de cimentación y al suelo originan

una idéntica proporción de deslizamientos entre los dos elementos, es decir,

implantar expresiones de semejanza para el cálculo de los esfuerzos de

contacto entre la cimentación y el suelo. (Zeevaert, 1980).

Se ha comprobado a través de diversos estudios que el suelo no es

totalmente rígido y que su comportamiento no es totalmente elástico. Por esa

razón, la interacción del suelo con la estructura ha sido un factor o fenómeno

que en los últimos tiempos se ha tomado mucha consideración e importancia,

debido a esto se ha buscado entender lo que ocurre en el plano entre la

cimentación y el suelo del soporte, en busca de encontrar la reacción o la

presión de contacto del suelo, cabe recalcar que existe una gran dificultad

debido a las condiciones de frontera o de contorno, se expresan en tensiones

y de formaciones y no es posible resolverse por los métodos usuales (Santos

Miñón 1980).

La interacción suelo-estructura considera simplemente que las bases de un

edificio ya no es una base rígida, si no, que se entiende que existe una rigidez

en la base de la edificación, y a su vez existen fenómenos de amortiguamiento

que dependen del suelo y dependen del movimiento de la cimentación.

53

Figura 18: Rigidez finita en la base de cimentación. Fuente: sísmicadiestramiento.com

Entonces puede ser importante considerar los efectos de la interacción

suelo-estructura en el análisis de edificaciones cuando: tenemos una

edificación de base rígida la respuesta lateral ante la acción sísmica es más

resistente como vemos en la figura 19. Si la base rígida la transformo en una

base flexible se incrementan los desplazamientos y se generan dos

conclusiones importantes ya que se evidencia la flexibilidad de la cimentación

y por lo tanto se evidencia el desplazamiento. Se ve entonces que hay una

reducción de fuerzas por lo tanto hay un incremento importante de

desplazamiento lateral.

Figura 19: Edificación base rígida. Fuente: sísmicadiestramiento.com

54

Figura 20: Edificación base flexible Fuente: sísmicadiestramiento.com

De forma que los desplazamientos laterales a la hora de chequear derivas

(chequear la concentración de esfuerzos) se pueden manifestar problemas de

diseño.

Este es un caso típico donde definitivamente se evidencia el fenómeno de

interacción y puede traducirse en grandes beneficios en el análisis, es decir, al

no tenerlo en cuenta puede ocurrir que cuando se manifieste el proceso de

deformación debido a la acción sísmica como se detalla en la figura 20,

podríamos tener daños importantes en nuestros miembros estructurales. Este

sería un caso en donde los fenómenos de interacción suelo jugarían un papel

importante.

Figura 21: Cargas actuantes en el fenómeno de interacción. Fuente: sísmicadiestramiento.com

55

En el fenómeno interacción suelo participa el desplazamiento del terreno en

campo libre y la amplitud de desplazamiento del terreno que cuando incide

con la edificación va a sumar el desplazamiento de la edificación que se

genera a través de la cimentación y se suma a lo que sería el desplazamiento

del terreno. Estos dos desplazamientos determinan de forma conjunta la

respuesta de la edificación, esto quiere decir que en el fenómeno va a

participar la propia estructura, la cimentación y el terreno.

La Inercia que determina la presencia de cortante basal (v) y momento de

volamiento (M), vemos que la fuerza inercial está determinada por la masa de

la edificación y por la aceleración que para este caso sería la aceleración del

terreno.

Figura 22: Fuerza inercial Fuente: sísmicadiestramiento.com

En el caso que la cimentación posea una rigidez limita se va a evidenciar en

la cimentación un desplazamiento relativo entre el campo libre y la fundación.

(Ѳf) y relación relativa entre campo libre y la fundación (Ѳf), es decir, se va a

obtener translación y rotación.

56

Figura 23: Desplazamiento entre campo libre y fundación (Ѳf). Fuente: sísmicadiestramiento.com

Figura 24: Rotación relativa entre campo libre y la fundación (Ѳf). Fuente: sísmicadiestramiento.com

En algunas edificaciones la interacción genera mayores fenómenos de

traslación y en otros mayores fenómenos de rotación. Obviamente estos

fenómenos de desplazamiento serán mayores en función de los posibles

efectos de seudoresonancia que existan entre el movimiento del edificio y la

frecuencia de vibración. Lo que ocurre es que acá ahora participa la

cimentación, esas hondas que se visualizaron en la figura 25 van a exhibir en

lo que sería la base de la edificación y eso generaría un efecto cinemático que

se puede traducir en adsorción de ondas sísmicas a la edificación y a su vez

va a ver un proceso de reflexión de refracción de botas sobre los cimientos.

57

Figura 25: Adsorción de ondas sísmicas a la edificación.

Fuente: sísmicadiestramiento.com

Si vemos entonces que estas cimentaciones se desplazan lateralmente y

rotan, podemos asegurar que la rotación se transforma en una fuente de

amortiguamiento para el sistema. Obviamente al haber amplitudes de

deformación, la base del edificio se transforma en un gran aislante basal de la

edificación.

Figura 26: La fundación (Ѳf) actúa como generador de ondas. Fuente: sísmicadiestramiento.com

Cuando ocurren estas relaciones y desplazamientos, se genera un proceso

de amortiguamiento debido al desplazamiento y la rotación. Pero también

existe un proceso de amortiguamiento debido al comportamiento histérico del

58

suelo, es decir, que la cimentación va a poder disipar ondas sísmicas debido a

los desplazamientos que se evidencia por ser la cimentación de rigidez finita, y

debido al proceso histérico del suelo que se produce tras el paso de ondas

sísmicas.

Figura 27: Amortiguamiento histérico del suelo. Fuente: sísmicadiestramiento.com

Entre los tipos de interacción tenemos los siguientes:

Interacción inercial.

Interacción cinemática.

2.6.1 Interacción inercial

Esta interacción es una fuerza inercial de la vibración de la estructura y de

la cimentación. Esta interacción produce translación y rotación de la

cimentación (uf + Ѳf) afecta directamente a la flexibilidad del sistema y las

formas modales, obviamente el edificio se va a mover de una manera

diferente a lo contrario que si fuese una edificación de base rígida.

59

2.6.2 Interacción cinemática

Esta interacción es importante cuando ya existe una extensión de terreno

importante como vemos en la figura 28. Si se analiza en los tres puntos se va

a notar una incoherencia en los diferentes movimientos que se generan en la

base de la edificación, eso es consecuencia de los fenómenos cinemáticas.

Figura 28: análisis de desplazamiento en terreno extenso. Fuente: sísmicadiestramiento.com

La interacción cinemática se la puede ver como la que se genera tras el

chequeo de ondas sobre la base del edificio o sobre la cimentación.

Otra razón de interacción cinemática importante que es la presencia del

empotrado o por la presencia de grandes excavaciones por ejemplo sótanos.

En este caso el movimiento es un movimiento diferente al de la superficie, es

decir que la interacción cinemática favorece a la reducción de

desplazamientos por la profundidad de excavación y eso también afecta a la

respuesta de la edificación.

60

Figura 29: Análisis de desplazamiento en excavaciones profundas Fuente: sísmicadiestramiento.com

La interacción cinemática es importante para estructuras de periodos

bajos, grandes extensiones en planta y edificios con sótanos.

2.7 Capacidad de carga (qu)

La capacidad carga en cimentaciones es conocida como la resistencia que

tiene el suelo para trasladar las cargas asignadas sobre él. De una manera

técnica podríamos argumentar que la capacidad de carga del suelo es la

máxima presión media de contacto entre lo q conocemos como cimentación y

el suelo con el objetivo de que no se produzcan fallos por cortante del suelo o

un posible asentamiento excesivo.

Según la norma NEC-SE-GC-Geotecnia-Cimentación nos argumenta que la

capacidad de carga última qu simboliza a la fuerza en su totalidad que puede

ser empleado a nivel de la cimentación para llegar al requisito de falla del

método suelo cimentación, tomando en cuenta que si se efectúa una

profundización a nivel de la cimentación la fuerza en exceso a la fuerza

geotécnico singular al nivel de la cimentación es el que contribuye a la falla, en

donde: qnet = qu – qob

61

𝑞u = 𝐶.𝑁𝑐 + 𝑔𝑠𝑢𝑝. 𝐷𝑓. 𝑁𝑞 + (1

2) . Ƴ′. 𝐵. 𝑁Ƴ

qnet = capacidad de carga neta

qu = capacidad de carga ultima

qob = esfuerzo geoestático total removido nivel del desplante de la

cimentación.

La capacidad de carga o capacidad portante del suelo en si es la

característica que presenta cada tipo de suelo de cimentación. La variedad de

tipos de suelos influyen en la capacidad de carga, cabe recalcar además que

la capacidad de carga puede variar dependiendo del tipo, la forma, el tamaño

y la profundidad del componente de cimentación que asigna la presión.

Ecuación de la capacidad del suelo (qu):

Ecuación 1: Capacidad del suelo.

Donde:

C = cohesión del suelo

gsup = peso especifico del suelo

Df = profundidad del nivel de cimentación

B = ancho de la cimentación

Nc, Nq, Ng = son factores de capacidad de carga, estos dependen

solamente del ángulo de fricción (f).

62

2.8 Reacciones

La noción de reacción de un terreno o suelo de cimentación, que ya se ha

definido, está basado en la hipótesis que argumente que en todo punto de la

superficie de contacto entre la estructura y el suelo que lo carga, los

desplazamientos verticales son proporcionales a las tensiones.

2.9 SUCS

Sucs (Sistema Unificado de Clasificación de Suelos), es un método en la

cual se divide los suelos para personificar la textura y el tamaño de las

partículas de un suelo. Este sistema puede ser usado a la mayoría de los

materiales sin consolidar y es representado a través de un signo con dos

letras. Para registrar los suelos se ejecuta anticipadamente una granulometría

del suelo utilizando tamizado u otros.

El SUCS abriga los suelos gruesos y los finos, separando el uno del otro

por el cribado a través de la malla Nº 200. Si más del 50% de las partículas de

un suelo son gruesas, es apreciado como suelo grueso, y si más de la mitad

de las partículas en peso son finas, se aprecia como suelo fino.

Tabla 1: Significado de las letras.

Fuente: métodos de planificación y control de obras.

63

2.9.1 Suelo

El suelo se precisa en ingeniería como cualquier material no

solidificado combinado de diferentes granos sólidos con gases

líquidos contenidos.

2.9.2 Condiciones del Suelo de Cimentación

Uno de los factores que concierne tomar en cuenta ya sea para

el diseño como para el sustento futuro de edificaciones, es

comprobar si la zona en el cual se va a cimentar la edificación

muestra movimiento sísmica a considerar. Debido a que diversos

tipos de suelo pueden llegar a disolverse al sufrir movimientos y

convertirse en arenas movedizas. Los suelos con alto calidad

orgánica llegan a comprimirse a través del tiempo bajo el peso del

edificio, reduciendo su volumen inicial y incitando así la inmersión de

las estructuras.

Por aquella razón, los análisis geológicos y del suelo son

obligatorios para estar al tanto si una edificación programada se

puede defender apropiadamente y para hallar los procedimientos

más fuertes y económicos.

64

2.9.3 Tipos de Suelo en el Ecuador

En el Ecuador existen diversos tipos de suelos, dependiendo de

la zona en el que se halle exhibiendo otras particularidades en los

mismos. En la figura 30 podemos visualizar un plano en el cual se

detalla los tipos de suelo que se localizan en el Ecuador como en las

zonas en el cual estos se encuentran localizados.

Figura 30: Mapa de suelos del Ecuador Fuente: Instituto Geográfico Militar del Ecuador

A continuación se presentaran los distintos grupos de suelo:

Suelo grueso

Suelo fino

65

2.9.4 Suelo grueso

Como antes se mencionó cada grupo está constituido por una

personificación (símbolo) simbolizado por dos letras mayúsculas, dichas

letras son las primeras letras de los nombres ingleses de los suelos más

característico de ese grupo. La significación es:

Gravas y suelos. signo genérico, G

Arenas y suelos arenosos. signo genérico, S

Las gravas y las arenas son apartadas con la malla Nº 4, de esa forma

un suelo puede corresponder al grupo genérico G, siempre y cuando más

del 50% de su fragmento grueso no pase la malla Nº 4, caso de que no

pase sería del grupo genérico S.

Las gravas y arenas se agrupan en los siguientes grupos:

Grupos GW y SW

Grupos GP y SP

Grupos GC y SC

2.9.4.1 Grupos GW y SW

Este es un material regularmente limpio de finos, bien graduado.

Símbolo genérico W. En la experiencia es respaldado que la suma

de partículas finas no debe de ser mayor a un 5% en peso.

A través de los coeficientes de uniformidad y curvatura la

graduación se juzga. Para verificar una grava bien graduada es

solicitado que su coeficiente de uniformidad debe ser superior a

cuatro; mientras que el de curvatura debe estar ubicado entre uno y

66

tres. Para el caso de las arenas bien graduadas, su coeficiente de

uniformidad será superior a seis, en tanto el de curvatura debe estar

en el mismo límite anterior.

2.9.4.2 Grupos GP y SP

Material usualmente limpio de finos, mal graduado. Símbolo

genérico P.

Estos presentan aspecto uniforme, debe tener un 5% de

partículas finas, dentro de estos grupos están abarcadas las gravas

uniformes, tales como se consignan en los lechos de los ríos.

2.9.4.3 Grupos GC y SC

Este es un material que presenta una cifra estimable de finos

plásticos su figura genérica es la letra C (clay).

En este caso volumen de finos tiene que ser superior al 12%, en

peso, en estos casos la plasticidad de los finos va de media alta,

como peculiaridad el índice plástico debe ser menor a siete.

El sistema unificado estima casos de frontera a los suelos

gruesos con contenido de finos que abarcan entre el 5% y el 12%.

Es importante citar que en el caso de que un material no callera

rotundamente dentro de un grupo, se tendría que usar signos

dobles, referentes a casos de frontera.

67

Tabla 2: Sistema clasificación del USCS.

Fuente: métodos de planificación y control de obras.

2.9.5 Suelos Finos

En este caso también el procedimiento examina a los suelos acoplados,

formándose el signo de cada grupo por dos letras mayúsculas,

clasificadas por un discernimiento parecido al de los suelos gruesos y se

dividen en las siguientes:

Limos inorgánicos, simbología M

Arcilla inorgánica, simbología C

Limos y arcillas orgánicas, simbología O

Estos tres tipos de suelos se subdividen en dos grupos según su límite

líquido. En casos de suelos de compresibilidad baja o media, en sí que sea

menor al 50%, se añade el signo L. Los suelos finos de alta

compresibilidad o sea con límite líquido superior al 50%, su signo genérico

seria la letra H.

68

Mencionando los suelos altamente orgánicos, usualmente fibrosos, tales

como turbas y suelos pantanosos, extremadamente compresibles, forman

un grupo independiente de signo Pt (turba).

Tabla 3: Sistema de Clasificación USCS para suelos.

Fuente: métodos de planificación y control de obras.

Grupos CL y CH. Este grupo CL abarca a la zona sobre la línea A de la

carta de plasticidad, precisada por LL < 50% e IP > 7%. En donde: LL

(Límite líquido) e IP (índice de plasticidad).

El grupo CH pertenece a la zona arriba de la línea A, precisado por LL>

50%.Grupos ML y MH. Este grupo ML abarca a la zona debajo de la línea

A, su precisa LL < 50% y la cantidad sobre la línea A con IP < 4. En

cambio el grupo MH está precisa por LL > 50%. Grupos OL y OH. Estos

grupos son los mismos que los grupos ML y MH.

69

Tabla 4: Símbolo de grupo y significado

Fuente: métodos de planificación y control de obras.

2.9.6 Módulo de elasticidad de suelo.

El modulo de elasticidad del suelo establece la analogía del esfuerzo a

la deformación, esto nos proporciona a deducir que es una cuantificación

que determina el procedimiento de un cuerpo elástico.

Tabla 5: Modulo de elasticidad

Fuente: transcrito de notas de interacción suelo estructura de Manuel Delgado Vargas/Tabla 3.3-Cap.3

70

2.9.7 Relación de poisson.

“Esta relación se da cuando un cuerpo se somete a una fuerza, este

constantemente se desfigurara en orientación a esa fuerza. A su vez,

continuamente que se ocasionen deformaciones en orientación a la fuerza

empleada, de la misma manera se ocasionan imperfecciones adyacentes.

Las deformaciones adyacentes poseen una dependencia firme con las

deformaciones axiales, por lo que esta dependencia es invariable,

constantemente que el material se halle en la condición elástica de

esfuerzos, o sea que no supere el esfuerzo del límite de proporción; la

analogía es la consiguiente:

Ecuación 2: Relación de poissón.

Tabla 6: Interacción de valores de Poisson.

Fuente: Transcrito de notas de interacción suelo estructura de Manuel Delgado Vargas/Tabla 3.4-Cap.3

.

71

2.9.8 Factor de rigidez.

Aquí en este factor es posible considerar la disposición de la

cimentación y la fuerza saliente empleada.

Tabla 7: Factores de forma o rigidez.

Fuentes: Poulos, H. G. and David, E. H (1979) Elastic Solutions for Soil and Rock Mechanics. /Table 5.3-Cap.5.

2.7 Geología local

2.7.1 Tipos de perfiles de suelo para diseño sísmico

Según la NEC-15 nos detalla seis tipos de perfil de suelo los cuales los

logramos representar en la tabla 4.

Los parámetros a utilizar en la clasificación son los adecuados a los 30

metros superiores del perfil para los perfiles de tipo A, B, C, D y E aquellos

perfiles que tengan estratos visiblemente distintos corresponden

subdividirse, estableciéndoles un subíndice i que va desde 1 en la

superficie, hasta n en la fracción menor de los 30 metros superior del perfil.

72

Tabla 8: Clasificación de los perfiles de suelos

Fuente: NEC-15

2.7.2 Coeficientes de perfil de suelos Fa, Fd, y Fs

2.7.2.1 Fa: Coeficiente de ampliación de suelo en zona de

periodo corto

En la tabla 5 podemos considerar los valores del coeficiente Fa, este

coeficiente nos da el valor que amplifica las ordenadas del espectro de

contestación elástica de aceleraciones para diseño en roca, asumiendo

en cuenta las consecuencias de sitio.

73

Tabla 9: Tipos de suelo y factores de tipo Fa

Fuente: NEC-15

2.7.2.2 Fd: Ampliación de las ordenadas del espectro

elástico

En la tabla podemos apreciar los valores del coeficiente Fd, el cual

amplifica las ordenadas del espectro elástico de respuesta de

desplazamiento para diseño en roca, discurriendo los efectos de sitio.

Tabla 10: Tipos de suelo y factores de tipo Fd

Fuente: NEC-15

74

2.7.2.3 Fs: comportamiento no lineal de los suelos

Como podemos apreciar en la tabla se muestran los valores del

coeficiente Fs, los cuales razonan la conducta no lineal de los suelos, la

degradación del periodo del sitio que depende de la intensidad y

contenido de frecuencia de la excitación sísmica y los desplazamientos

relativos del suelo, para los espectros de aceleraciones y

desplazamientos.

Tabla 11: Tipos de suelo y factores de tipo Fs

Fuente: NEC-15

2.8 Sísmica norma ecuatoriana de la construcción

2.8.1 Zonificación si sísmica y factor de zona Z.

Según la (Norma Ecuatoriana de la construcción 2015) sugiere que para

edificaciones de uso normal, se utiliza el factor de zona Z, el cual

personifica a la aceleración máxima en roca esperada y según el peligro

sísmica en el lugar de localización del inmueble, este factor esta

expresado como parte de la aceleración de la gravedad, estos factores

75

varían desde 0.15 hasta 0.5, los cuales están enunciados de intermedio

hasta muy alta peligrosidad sísmica según el sitio de construcción.

Figura 31: Zonificación sísmica y factor Z Fuente: NEC-15

El plano de zonificación sísmica para bosquejo resulta de la presunción

del estudio de inseguridad sísmica para un 10% de reserva en 50 años, que

inmoviliza una saturación a 0.5 grados de los importes de aceleración sísmica

en roca en el litoral ecuatoriano que instituye a la zona VI.

Tabla 12: Valores del factor Z en función de la zona sísmica adoptada.

Fuente: NEC-2015

76

2.9 Fuerza Sísmica

La potencia sísmica es una percepción empleada en la ingeniería sísmica

que constriñe los sucesos que un sismo provoca sobre la estructura de una

edificación y que incumben ser mantenidas por esta. Se transporta a través

del suelo, las estructuras adyacentes o el deterioro de las ondas de los

maremotos.

2.9.1 Suelo grueso

Las estructuras de una construcción corresponden sobrellevar al mismo

tiempo acciones desiguales como es el tema del peso conveniente, el

sobrepeso (carga) de la ocupación, el viento. Las especialidades de un

sismo hacen dificultoso relacionar un cálculo con todas las acciones al

mismo tiempo, por lo que en el cálculo del suelo a manejar como carga

sísmica unas cargas convencionales que originarían sobre el inmueble, los

mismos perjuicios que el terremoto. Conseguimos calcula las fuerzas

sísmicas de dos métodos desiguales tales como:

Fuerzas estáticas equivalentes

Consideración energética.

2.9.1.1 Fuerza estática equivalente

En la fuerza estática equivalente se instituye sobre la estructura

un régimen de fuerzas puras que son semejantes a sobrellevar un

sismo. Estas fuerzas estáticas son colectivamente fuerzas

horizontales que están emplazadas en el centro de masa de cada

planta. Este procedimiento es el más sencillo y el más utilizado.

77

2.9.1.2 Consideraciones energéticas

En este argumento se instituye sobre la estructura una

transferencia que es correspondiente a sobrellevar un sismo. Este

se exhibe como un cálculo más complicado y poco utilizado, pero

cabe reiterar que admite el cálculo de sistemas estructurales y otros

tipos de sismo cuyo procedimiento no se adecúa bien a métodos de

fuerza estática.

El dimensionamiento de las cargas sísmicas para una estructura

establecida depende principalmente de:

El terremoto de propósito como el que se espere en la

zona en el cual está situado el edificio. Uniformemente las

normativas precisan el terremoto de propósito a través de

su aceleración sísmica.

El ejemplo de suelo sobre el cual se sitúa la edificación.

Los terremotos demasiado fofos (blandos) amplían las

oscilaciones del suelo.

La repartición de masas de la edificación. Al tratarse de un

sismo en esencia un movimiento, los perjuicios en la

edificación se constituyen debido a la inercia que intenta

conservar al edificio en su estado original. La inercia estar

en manos de la masa, debido a que a mayor masa

superiores cargas sísmicas.

Las particularidades de las frecuencias de gravedad del

maremoto esperable en la zona de la edificación.

78

2.9.2 Espectro de diseño

Según la NEC-15 (Norma Ecuatoriana de la Construcción) menciona

que el espectro de diseño de aceleraciones Sa, está pronunciado como

fracción de la aceleración de la gravedad, hacia el nivel del sismo de

diseño, lo cual lo podemos imaginar en la figura 32.

Factor de zona sísmica

Tipo de suelo de emplazamiento de la estructura

Consideración de los valores de los coeficientes de ampliación de suelo Fa, Fd, Fs.

Figura 32: Espectro de diseño Fuente: NEC-15

El espectro se consigue a través de las ecuaciones siguientes:

Tabla 13: Ecuación para el cálculo del espectro

Fuente: NEC-2015

79

2.10 Aceleración Sísmica

Entendemos por aceleración sísmica a una medida utilizada en terremotos

que consiste en una medición directa de las aceleraciones que sufre la

superficie del suelo. Es una medida de mucha importancia en la ingeniería

sísmica. Normalmente la unidad de aceleración utilizada es la intensidad del

campo gravitatorio (g = 9,81 m/s2).

A diferencias de otras medidas que cuantifican terremotos, como la escala

Richter o la escala de magnitud de momento, no es una medida de la energía

total liberada del terremoto, por lo que no es una medida de magnitud sino de

intensidad. Se puede medir con simples acelerómetros y es sencillo

correlacionar la aceleración sísmica con la escala de Mercalli.

La aceleración sísmica es la medida de un terremoto más utilizada en la

ingeniería, y es el valor utilizado para establecer normativas sísmicas y zonas

de riesgo sísmico. Durante un terremoto, los daños que se generan en los

edificios y las infraestructuras están íntimamente relacionados con la velocidad

y la aceleración sísmica y no con la magnitud del temblor. La aceleración es

un indicador preciso del daño en terremotos moderados, mientras que en

terremotos muy severos la aceleración sísmica adquiere una importancia

mucho mayor.

80

2.11 Campo de esfuerzo.

Los esfuerzos son el resultado de las fuerzas que actúan en alguna parte

del medio. El concepto de esfuerzo constituye una forma apropiada para

describir la manera en que las fuerzas que actúan sobre las fronteras del

medio se transmitan a través de él.

Puesto que tanto la fuerza como el área son cantidades vectoriales,

podemos prever que un campo de esfuerzo no resulta un campo vectorial:

veremos que, en general, se necesita nueve cantidades para especificar el

estado de esfuerzos en un fluido.

Figura 33: Campo de esfuerzo Fuente: Geologiaestructural.com

El esfuerzo es una cantidad tensorial de segundo orden.

El esfuerzo es un conjunto de tracciones en un punto determinado sobre el

cual se dirigen las posibles superficies.

81

Figura 34: Esfuerzo compresivo mayor y menor Fuente: Geologiaestructural.com

La ecuación que describe el campo de esfuerzo en la dirección y, en un

punto cualquiera situado delante de la punta de la grieta, es:

Ecuación 3: Ecuación del campo de esfuerzo.

A lo largo del eje x (θ = 0), el esfuerzo es:

Ecuación 4: Ecuación 2 campo de esfuerzo.

De este modo el parámetro KI describe el esfuerzo σy en la dirección y,

para cualquier valor de r, excepto r = 0. De nuevo, KI es el factor de intensidad

del esfuerzo que describe el campo de esfuerzo delante de la grieta (es decir

en muchos puntos) y no solo en un punto, como Kt.

Las ecuaciones 1 y 2 describen el campo de esfuerzo local exactamente

delate de una grieta aguda cualquiera en un elemento estructural grande.

Obsérvese que la unidades de KI deben ser esfuerzo por longitud 1/2 (klb/pul2

82

* pul1/2 ó MPa * m1/2). Se ha demostrado que KI está relacionada con el

esfuerzo nominal σ y con la raíz cuadrada de la longitud total de la grieta, a, en

un elemento. En efecto, se han desarrollado numerosas ecuaciones para

factores de intensidad del esfuerzo para geometrías específicas de grietas en

elementos particulares, tales como barras, placas y vigas.

Se dan ejemplos de los valores de KI más comúnmente usados:

Ecuación 5: Grieta a través de todo el espesor.

Ecuación 6: Grieta en un borde.

Ecuación 7: Grieta en una viga.

2.12 Módulo de Balastro

El módulo de balastro es una capacidad asociada a la rigidez del suelo. Su

interés práctico se localiza sobre todo en el campo de la ingeniería civil ya

que su utilidad está asociada en saber cuál es el asentamiento de una

edificación en el terreno, así como la colocación o distribución de esfuerzos en

diversos elementos de cimentación.

Este coeficiente de resorte es un parámetro importante en la comprobación

de la deformación del suelo. Este parámetro se lo identifica generalmente con

la letra “K”, en donde asocia la tención transferida por una placa rígida al

83

terreno representada por la letra “q”, y con la deformación experimentada por

la masa del suelo la cual la representamos con la letra “y”.

Este parámetro es importante ya que a través de él podemos resolver

diversos problemas de fundación sustituyendo la interface suelo estructura por

resortes cuya constan elástica toma el valor de “K”.

Figura 35: Coeficiente de resorte Fuente: Geologiaestructural.com

Este coeficiente de resorte o coeficiente de Balastro se lo puede detallar o

resolver mediante el ensayo de placa de carga “in situ” ensayo que fue

propuesto por Terzhaguie, en donde se va analizar el esfuerzo y la

deformación del suelo.

2.12.1 Comportamiento Esfuerzo – Deformación del

suelo.

Es notable saber que el suelo presenta o está conformado por propiedades

mecánicas las cuales permite al ingeniero realizar un pre diseño de la obra

civil en la etapa de estudio, teniendo como consideración los tres grandes

problemas que comúnmente se enfrenta como son:

84

1. Los estados límite de falla (la cual trata sobre la estabilidad de las

estructuras).

2. Los estados límites de servicio (se refiere a los asentamientos totales y

asentamientos diferenciales que soportará la cimentación y la

superestructura).

3. El flujo de agua que a través de los suelos que influye en la conducta de

los mismos.

Es necesario para analizar los diversos problemas que se empleen modelos

que se nutran de los parámetros obtenidos ya sea de pruebas de campo o por

los ensayos de laboratorio.

Figura 36: Diagrama idealizado de esfuerzo-deformación. Fuente: Geologiaestructural.com

85

2.12.2 Determinación del Coeficiente de Sulzberger por

el Ensayo de Placa de Carga.

Lo que permite determinar las características de resistencia-deformación

de un terreno son los ensayos de placa de carga. El cual consiste en

estacionar una placa sobre el suelo natural, y aplicar una serie de cargas y así

poder medir las deformaciones que presente.

Estos resultados son presentados mediante un diagrama llamado tensión

deformación. A través de este ensayo podemos obtener diversos datos entre

los que se destacan:

a) Obtener la capacidad de carga del suelo para un asentamiento

determinado.

b) Determinar el módulo de reacción del suelo o coeficiente de resorte (k).

c) Determinar las características de la curva carga contra deformación del

suelo, obtener el coeficiente de elasticidad del suelo de tipo (E).

Es importante mencionar que el tamaño de la placa influye en la

profundidad afectada, en donde a menor sea el tamaño de placa menor será

la aplicación de presiones y con ello menor profundidad de los estratos

estudiados.

Este tipo de análisis usa la técnica de la viga elástica la cual define la

relación entre la presión de la placa y la deformación en el cual se utilizará el

módulo de reacción del subsuelo “in situ”.

86

La cual se la determinará de la siguiente forma:

𝑲𝒆=𝒒

𝜹 Dónde: q =Carga (kg/cm2).

δ =Deformación (cm).

El coeficiente de resorte o coeficiente de Balasto se define como: La

equivalencia entre la tensión capaz de generar una penetración de la placa en

el terreno de unos 0,05” que equivale a una deformación de unos 0,127 cm, es

decir que este coeficiente es la pendiente de la recta que une el principio de

coordenadas con el punto de la curva “tensión–deformación” que forja un

asentamiento de la placa de unos 0,127cm.

Tabla 14: Coeficiente de resorte

Fuente: Adaptada del libro “Geotecnia y Cimientos III Primera Parte” por Giménez Salas

Tabla 15: Valores propuestos por el análisis de ensayos de compresión simple aplicados a

suelos arcillosos de Guayaquil.

Fuente: Ing. Marcelo Moncayo.

87

2.12.3 Relación del Coeficiente de Resorte con la

Resistencia Máxima de suelo.

Una vez calculado el coeficiente de resorte y apreciado la resistencia

máxima que se aplicó al suelo, se procede a detallar en una grafica, para

analizar la relación de estos dos parámetros en lo cual se comprobó, que el

coeficiente de resorte es directamente proporcional a la resistencia máxima

del suelo, esto nos da a conocer que entre más esfuerzo reciba el suelo o

entre más alta sea su resistencia el coeficiente de resorte del suelo será

mayor, lo cual nos daría una arcilla compacta.

Al igual que, entre más pequeño sea la resistencia máxima del suelo

tendríamos un coeficiente de resorte bajo, y el efecto sería una arcilla blanda.

2.12.4 Análisis de las gráficas de Relación del

Coeficiente de Resorte con la Resistencia Máxima del suelo

para los rangos determinados en la Tabla 1

Realizamos gráficas para los rangos determinados en la tabla 1.En las

cuales proyectamos una línea de tendencia recta para el planteamiento de una

fórmula para cada clasificación de arcillas como en las Fig. 7, Fig. 8 y Fig. 9.

Este análisis nos ayudará a determinar el coeficiente de resorte de suelos

teniendo una comprensión previa del terreno natural.

88

Figura 37: Gráfica Coeficiente De Resorte vs Resistencia Máxima del suelo

Fuente: Ing. Marcelo Moncayo

Figura 38: Gráfica Coeficiente De Resorte vs Resistencia Máxima del suelo para Arcillas Blandas. Fuente: Ing. Marcelo Moncayo

89

Figura 39: Gráfica Coeficiente De Resorte vs Resistencia Máxima del suelo para Arcillas M. Compactadas. Fuente: Ing. Marcelo Moncayo

Figura 40: Gráfica Coeficiente De Resorte vs Resistencia Máxima del suelo para Arcillas Compactadas. Fuente: Ing. Marcelo Moncayo

90

2.12.5 Comparación de la Formula General con las

Formulas para cada Clasificación de Arcillas.

Una vez obtenidas las formulas procederemos a obtener unas tablas con

los valores de resistencia máxima “qu” para de esa manera poder determinar

el coeficiente de resortes de suelo “ke”.

Como se observa en la tabla 23 se obtuvo datos similares entre la Formula

General de Arcillas y las Formulas para cada tipo de arcilla que se analizó..

El propósito de este análisis es poder hallar el coeficiente de resorte

conociendo el tipo de suelo a estudiarse.

91

CAPÍTULO III

3.1 Marco Metodológico

Esta exploración se efectuará y estudiará de carácter cuali-cuantitativa, que se

precisa apropiadamente en resultados de cantidades o dimensiones de cada una

de las porciones que consienten el designio que se especula elaborar, esto

debido a que actualmente solo se localiza debidamente precisada en los planos.

Del mismo modo se tendrá en consideración la exploración bibliográfica con la

intención de opinar y obtener discernimientos para lograr hacer una buena

proyección y programación.

3.2 Tipo y diseño de investigación

En el presente proyecto de investigación serán exploratorios y explicativos,

tendremos en cuenta los ejemplos de investigación que se manejarán para el

avance de este propósito, los cuales serán: Experimental, Descriptivo y

Explicativo, para este estudio se tendrá en cuenta las bases hipotéticas

esenciales con la intención de estar al tanto y derivar desiguales orientaciones

y discernimientos.

3.2.1 Técnicas de recolección de datos.

Para este análisis los datos iníciales que se recolectaron fueron los planos

arquitectónicos para de ese modo saber el uso para el cual estará

destinada la edificación y ubicar el sitio de la edificación.

92

3.3 Técnicas de recolección de datos

Para poder realizar este proyecto, se procede a obtener los planos

arquitectónicos y estructurales, otra información importante para poder cumplir

con los objetivos propuestos en esta investigación, es saber a qué tipo de uso

va a estar sometida la edificación.

3.4 Pruebas realizadas

La platea de cimentación se sometió a barias pruebas realizadas con el

software SAP2000, para obtener un correcto análisis y una mejor visualización

de los resultados arrojados y así obtener el mejor resultado idóneo y de esta

manera poder cumplir con las normas vigentes actuales.

3.5 Faces de la metodología

3.5.1 Descripción de la cimentación

En la presente investigación se llevara a cabo el análisis de una platea de

cimentación para una edificación de 5 niveles, destinado para uso de

departamento; siendo el área de implantación de 128 m².

La planta del edificio consta de 4 vanos en la dirección “x”, es decir que

la estructura estará conformada por 3 pórticos en esta dirección.

La planta del edificio consta de 2 vanos en la dirección “Y”, es decir que

la estructura estará conformada por 5 pórticos en esta dirección.

Las dimensiones de las columnas son de 50 x 50 cm.

93

Figura 41: Descripción de la cimentación (vista en planta).

Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo.

94

Esc : 1:50

PORTICO X

A

Acera

B C D E

Figura 42: Descripción de la cimentación (vista lateral). Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo.

95

3.5.2 Cuantificación de la carga muerta

Para obtener estas cargas se tiene que conocer las características de los

materiales utilizados en la edificación, a continuación se procede a calcular

dicha carga por m² para poder obtener la descarga total actuante que

soportara la platea de cimentación.

Tabla 16: Cuantificación de la carga muerta

CUANTIFICACIÓN DE LA CARGA MUERTA

POR PAREDES

SUBTOTAL 377,8 kg/m²

POR CONCEPTO DE BALDOSA

SUBTOTAL 96,67 kg/m²

POR CONCEPTO DE TUMBADO

SUBTOTAL 30,00 kg/m²

CONCEPTO DE LOSA

SUBTOTAL 302,20 kg/m²

WD entre piso 1 – 4 = 807,00 kg/m²

WD planta baja = 343,00 kg/m²

WD terraza = 428,00 kg/m²

Fuente: Samuel Mosquera

96

3.5.3 Cuantificación de la carga viva.

La carga viva está en función al uso para el cual será destinada la

edificación, estas cargas ya están normadas en la Norma Ecuatoriana de la

Construcción (NEC-15). Para nuestro proyecto esta carga será 200 Kg/m²

como se observa en la siguiente tabla:

Tabla 17: Sobrecargas mínimas uniformemente distribuidas

Fuente: NEC-15

3.5.4 Determinación de la carga sísmica NEC-15.

Para el análisis sísmico tenemos el espectro elástico de diseño, el cual

se utiliza para realizar un análisis dinámico lineal, el cual se lo realizo bajo el

criterio de la NEC-15. Se procederá a realizar los espectros respectivos al

sitio de emplazamiento de la edificación.

97

Tenemos el periodo de vibración de la estructura T, para cada dirección

principal, será apreciado a partir del primer método de la NEC-15. El valor

del periodo T conseguido al utilizar este método es una apreciación inicial

acertado del periodo estructural que accede el cálculo de fuerzas sísmicas

estáticas.

Ecuación 8: Período de Vibración T

Datos:

𝑪𝒕= Coeficiente que depende del tipo de edificio

Hn= Altura máxima de la edificación de n pisos, medida

desde la base de la estructura, en metros.

T= Período de vibración

Con los siguientes datos:

Tabla 18: Datos para realizar el espectro.

Fuente: NEC-15

98

Tabla 19: Valores para realizar el espectro.

Fuente: Samuel Mosquera

Tabla 20: Espectro de respuesta Elástica NEC-15.

Fuente: Samuel Mosquera

99

3.5.5 Determinación de la carga sísmica Método Moncayo.

Para el análisis sísmico en el método Moncayo tenemos unas tablas para

diferentes tipos de suelos (duro, suave e intermedios). En este método

encontraremos nueve amenazas sísmicas que pueden afectar a diversas

ciudades de la costa, en las cuales encontraremos las aceleraciones para

calcular el cortante basal y las cargas sísmicas con las que puede afectar a

la cimentación.

Fuente: Método Moncayo

Ecuación 9: Formula del Cortante Basal Método Moncayo.

Tabla 21: Datos para realizar el espectro método Moncayo.

Fuente: Ing. Marcelo Moncayo

100

Tabla 22: Valores para realizar el espectro.

Fuente: Ing. Marcelo Moncayo

101

Para el coeficiente de Balastro utilizado en el Método Moncayo se lo

obtiene de las siguientes formulas propuestas por el Ing. Marcelo Moncayo.

Tabla 23: Formula General y las Formulas para Arcillas Blandas, Medianamente Compactas y Compactas.

Fuente: Ing. Marcelo Moncayo

3.5.6 Cálculo de cargas actuantes en la platea de

cimentación.

Para poder calcular las cargas actuantes de la platea de cimentación se

procedió a calcular las cargas actuantes con la ayuda del software

SAP2000. Esta carga actuante es obtenida de la combinación 2 = 1,2 D +

1,6 L dada por la NEC -15.

102

Figura 43: Cargas actuantes de cada columna. Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo

3.1 Método de Montecarlo

El método Montecarlo es un método numérico que permite resolver

problemas físicos y matemáticos mediante la simulación de variables

aleatorias.

El método de Montecarlo es un método de simulación que permite

calcular estadísticamente el valor final de una secuencia de sucesos no

deterministas (sujetos a variabilidad), como es el caso del plazo o el coste

de un proyecto. Por la complejidad de esta tarea, esta simulación se realiza

103

por computador con alguno de los programas que se detallan al final de este

artículo.

Los métodos de Montecarlo abarcan una colección de técnicas que

permiten obtener soluciones de problemas matemáticos o físicos por medio

de pruebas aleatorias repetidas. En la práctica, las pruebas aleatorias se

sustituyen por resultados de ciertos cálculos realizados con números

aleatorios.

104

CAPÍTULO IV

RESULTADOS Y PROPUESTA

4.1 Análisis, interpretación y discusión de resultados

Los análisis e interpretación de resultados se aclararán por medio de tablas

e imágenes gráficas, de esta manera se podrá obtener una perspectiva más

clara y descifrable de cada uno de los sucesos y actividades a los cuales

estarán expuestos en cada una de ellos.

4.2 Propuesta

4.2.1 Beneficiarios.

Con el análisis de este proyecto, “Platea de cimentación” se

beneficiaran los de estudiantes de la Universidad de Guayaquil, en

especial los de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas.

4.2.2 Alcance.

El alcance de este análisis es entender cómo se comporta una platea de

cimentación al recibir diversas cargas, considerando tres tipos de suelos

(duro, suave e intermedio), en la cual consideraremos cargas no sísmicas

y cargas sísmicas por el método de la NEC-15 y por el método Moncayo.

4.2.3 Análisis de factibilidad.

El proyecto es factible de realizar, ya que se cuenta con los planos

arquitectónicos. Siendo así necesario considerar como motivo de estudio

para el desarrollo del proyecto propuesto.

105

4.2.4 Análisis sísmico NEC-15

Continuamos con el análisis sísmico conociendo los valores de los

factores Fd, Fs, Fa, los cuales se obtuvieron de acuerdo a lo propuesto por

la NEC-15 por lo cual se obtuvo el espectro elástico como se lo detalla en

la tabla 19.

106

Tabla 24: Fuerzas sísmicas NEC-15.

Fuente: Samuel Mosquera

4.2.8 Análisis Sísmico Método Moncayo NEC-15

Calculo de la Carga Viva

L = 16,00 x 8,00 x 0,20 = 25,6 Tn

202,03 + 0,25 ( 25,6 ) = 208,435 Tn

Tabla 25: Tabla para el Factor de ampliación de suelo (FAS).

Fuente: Método Moncayo

107

6,34

Ecuación 10: Formula de la Aceleración.

Tabla 26: Datos Método Moncayo

Tabla 27: Fuerza Sísmica Método Moncayo.

Fuente: Samuel Mosquera.

4.2.6 Modelación estructural

Procederemos analizar el pre-dimensionamiento detallado anteriormente

modelándolo la platea de cimentación en el software SAP2000, teniendo sus

dimensiones y las cargas actuantes de cada columna obtenidas a través del

SAP2000, detallaremos a continuación los pasos más importantes

realizados en el software. Dimensionamiento de la platea de cimentación:

Comenzaremos con la modelación de la estructura de nuestra platea de

a: Aceleración (gals)

g: Gravedad.

Fas: Factor de amplificación del suelo.

RM: Factor de reducción de resistencia sísmica.

VM: Cortante Basal total de diseño.

W: Carga sísmica reactiva.

108

cimentación, para ello ingresaremos a la opción NEW MODEL (nuevo

modelo) donde seleccionaremos también las unidades con las cuales vamos

a modelar nuestra estructura.

Figura 44: Selección de nuevo modelo y dimensiones de la platea

Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo

Definición de materiales:

Calidad de concreto a utilizar f’c = 210 kg/cm²

Módulo de elasticidad de hormigón = 15000√f´c

Figura 45: Definición de materiales Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo

109

Dimensionamiento de la platea:

Comenzaremos a dimensionar las secciones de la platea, para lo cual

procederemos a utilizar la opción DEFINE > SECTION PROPERTIES >

AREA SECTIONS, se presentara una nueva ventana en la cual se tendrá

que ingresar las secciones de

nuestra platea como la calidad del

concreto con el que vamos a trabajar

para efectuar nuestro análisis.

Figura 46: Dimensionamiento de la platea. Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo

Asignación de áreas a la platea:

Para realizar la asignación de las áreas, utilizaremos la herramienta

Quick Draw Área, en el cual tendremos una pequeña ventana la cual nos

ayudará a seleccionar el dimensionamiento creado anteriormente, véase

figura 42. Luego de esto seleccionaremos cada tramo de la platea como

vemos en la figura 43.

110

Figura 47: Asignación de aéreas de la platea. Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo

Ingreso del coeficiente de Balastro.

Para ingresar el coeficiente de Basalto, comenzaremos seleccionando

toda el área de la platea y luego nos dirigiremos al menú ASSING, AREA,

AREA SPRING, en la cual se mostrara ventana en la cual se nos permitirá

ingresar el valor del coeficiente de Balastro que para nuestro caso es

2400T/m3 (obtenido mediante el estudio de suelos).

Figura 48: Ingreso el coeficiente de Balastro. Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo

111

Asignación de restricción

En el siguiente paso vamos a seleccionar todas las estructuras para

poder asignarles las restricciones.

Figura 49: Asignación de aéreas de la platea. Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo

Discretización de los elementos de área:

Es de mucha importancia la Discretización de la malla en elementos más

pequeños; como primer paso seleccionaremos los elementos Área y a

continuación nos dirigiremos al muna Assign > Área > Automatic Área

Mesh… para definir la división automática de los elementos Área.

Figura 50: Discretización de los elementos de Área. Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo

112

Figura 51: Discretización de los elementos a sus mínima expresión. Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo

Figura 52: elementos discretizados. Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo

Definición de los estados de carga:

Los datos de carga que utilizaremos en el proyecto actual corresponden

al sistema de carga muerta DEAD véase tabla 14, sistema de carga viva

LIVE esta carga la dada por la norma véase tabla 15, sistema de carga de

TABIQUERIA y el sistema de carga P que corresponden a las cargas

provenientes de las columnas las cuales están detalladas en la figura 39.

113

Figura 53: Definición de los estados de carga. Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo

Para comenzar a definir este sistema de carga, partimos a optar el menú

DEFINE > LOAD PATTERNS… en la cual se abrirá una ventana de

definición de cargas, en el que se puede observar el tipo de carga muerta

(DEAD), la misma que considera adicionalmente el peso propio de la

estructura. Para agregar el estado de carga viva (LIVE), en la casilla Load

Name escriba LIVE, y en Type elegimos Live para añadirlo a la lista damos

clic en Add New Load. De igual modo integraremos los otros estados de

carga, una vez ingresado los estados de carga daremos clic en OK para que

quede procesado.

Figura 54: Estados de carga Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo

114

Asignación de cargas:

Nuestra platea de cimentación va a estar sujeta a las cargas procedentes

de cada una de las columnas las cuales se considerarán como cargas

puntuales; cabe mencionar que la carga de tabiquería del primer nivel, la

cual será una carga uniforme asignada en los elementos Área con un valor

de 0,16 tn/m²; y la sobrecarga sobre el mismo nivel, que es de 0,25 tn/m².

Figura 55: Asignación de carga Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo

Primero ingresaremos las cargas procedentes de las columnas; para lo

cual, se deben escoger las columnas que transmiten la misma carga y luego

ir al menú Assign > Joint Loads > Forces…en donde se nos abrirá la

siguiente ventana en la cual ingresaremos las fuerzas procedentes de la

superestructura. Cabe mencionar que se debe ingresar paso a paso cada

una de las descargas de cada columna.

Figura 56: Ingreso de cargas de cada columna Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo

115

Figura 57: Detalle de cargas actuantes de cada columnas. Fuente: A Samuel Esteban Mosquera Arroyo

Ahora vamos a ingresar las cargas aplicadas en los elementos de Área;

para lo cual aremos lo siguiente: primero seleccionaremos toda el área de la

platea y a continuación iremos al menú Assign > Joint Loads > Uniform

(Shell)… una vez ingresado a este menú seleccionaremos el estado de

carga TABIQUERIA, donde tendremos que ingresar en valor de 0,16 tn/m².

Damos clic en OK. De igual manera ingresaremos también las cargas

restantes.

116

Figura 58: Asignación de la carga de Tabiquería Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo.

Figura 59: vista en planta del ingreso de carga Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo

Análisis de la estructura

Una vez ya definido el modelo, el paso a seguir será el análisis de la

estructura; para el respectivo análisis iremos al menú Analyze > Set

Analysis Options como podemos apreciar en la figura 56.

117

Figura 60: Ingreso al menú opciones de análisis. Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo

Veremos a continuación una nueva ventana de opciones en donde

seleccionaremos la opción Space Frame, debido a que se está realizando

un análisis tridimensional

Figura 61: Selección de análisis tridimensional Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo

118

Nos dirigiremos nuevamente al menú Analyze > Set Analysis Cases to

Run; el programa nos mostrara una nueva ventana en donde definiremos los

casos de carga que se desea ejecutar en el análisis, una vez definido los

casos de carga damos clic en RUN NEW.

Figura 62: Definición de Casos de carga Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo.

Figura 63: Corremos el programa Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo

119

4.2.7 Análisis de resultados

En esta etapa se procederá a ejecutar el primer análisis de la platea de

cimentación para comprobar y corroborar el pre dimensionamiento

propuesto.

Figura 64: Modelación a analizar. Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo.

Visualización de resultados (deformación de la estructura):

La deformación de la estructura debido a los estados de carga la

podemos visualizar ingresando al menú Display > Show Deformed

Shape…; al ingresar a este menú el programa nos mostrara una ventana en

la cual se deberá indicar la opción del cual se desea observar la deformada

entre otras opciones de visualización.

120

Figura 65: Deformada de la estructura Carga P.

Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo

Definición de combinaciones de carga:

La combinación de cargas es un paso importante para poder observar los

resultados que necesita el análisis y diseño, se debe definir una carga que

represente el estado de servicio de la estructura; para ello aremos lo

siguiente: ingresaremos al menú Define > Load Combinations… En la

ventana que se abrirá a continuación definiremos una combinación llamada

SERVICIO, esta carga que crearemos va a contener todos los estados de

carga anteriormente definidos.

Figura 66: Ingreso al Menú de combinación de cargas. Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo

121

Figura 67: Efectúo combinación de carga (SERVICIO) Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo

Visualización de resultados (reacciones en los resortes):

Para poder visualizar las fuerzas en los resortes asignados a los

elementos área, iremos al menú Display > Show Forces/Etresses >

Joints… en la ventana siguiente indicaremos lo que se desea visualizar,

para este caso seria las reacciones debido a las combinación SERVICIO, tal

como vemos en la figura 64 podemos observar las fuerzas en la parte

central de la estructura.

Figura 68: Efectúo combinación de carga (SERVICIO) Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo

122

Figura 69: Selecciono carga de servicio. Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo

Figura 70: Visualización de resultados (reacciones en los resortes).

Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo

123

Visualización de resultados (Momentos en la platea):

Ahora vamos a visualizar los resultados de momentos en la platea de

forma gráfica, nos dirigiremos al menú Display > Show Forces/Etresses >

Shell… se nos presentara una nueva ventana de diagramas de fuerzas en

los elementos Shell, en la que presenta diversas opciones de resultados de

fuerza cortante (V13, V23), fuerzas (F11, F 22) y momentos (M11, M22),

debido a un estado de carga. Cabe mencionar que se puede seleccionar

una opción a la vez para visualizar los resultados, los cuales presentaran en

forma grafica los diagramas de fuerza, cortante o momentos

correspondientes. Tal como vemos en la figura 68 los diagramas de

momentos (M11, M22), debido al estado de carga P. los momentos de

diseño se calculan con las combinaciones; por lo tanto, se debe definir

combinaciones de diseño de acuerdo al código a utilizar.

Figura 71: Visualización de resultados (momentos y cortantes) Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo

124

Figura 72: Ventana de visualización diagramas. Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo

125

Método de Montecarlo En este método vamos a detallar de una manera más estadística los

resultados obtenidos del análisis realizado en el sap2000, en donde se

detallara los resultados de los esfuerzos conocidos en el SAP2000 como

S11, también los cortantes con su simbología S12 y los valores de las

deformaciones.

Realizaremos un análisis practico de los distintos resultados adquiridos

anteriormente en los procesos realizados con cargas mayoradas sin incluir

carga sísmica y los análisis sísmicos por medio del método de la NEC-15 y

por el método Moncayo.

Se detallaran resultados en el cual detallaremos cual es la variación que

obtendremos al considerar estos diversos factores incluyendo cargas

sísmicas y no incluyendo carga sísmica.

126

Método de Montecarlo

Tabla 28: Tabla de valores obtenidos del análisis de la platea por método Nec-15.

ANALISIS PLATEA CARGA SISMICA NEC 15

ANALISIS NO SISMICO CARGA MAYORADA

ESFUERZOS S11 ( cm ) CORTANTE S12 ( cm ) DEFORMACION S22 ( cm )

SUELO BLADO SUELO M.

COMPACTADO SUELO

COMPACTADO SUELO BLADO

SUELO M. COMPACTADO

SUELO COMPACTADO

SUELO BLADO

SUELO M. COMPACTADO

SUELO COMPACTADO

TERZHAGUI -2345,52 -2251,46 -2144,89 -1036,29 -1026,23 -950,28 -0,100 -0,056 -0,036

FORMULA GENERAL -2335,16 -2243,48 -2176,28 -1054,51 -1023,24 -997,67 -0,093 -0,053 -0,040

TIPO DE SUELO -2326,97 -2253,79 -2175,87 -1052,02 -1027,09 -997,51 -0,088 -0,056 -0,0399

Fuente: SAMUEL ESTEBAN MOSQUERA ARROYO

Tabla 29: Tabla de valores obtenidos del análisis de la platea por método Moncayo.

ANALISIS PLATEA CON CARGA SISMICA METODO MONCAYO

ANALISISO SISMICO METODO MONCAYO

ESFUERZOS S11 ( cm ) CORTANTE S12 ( cm ) DEFORMACION S22 ( cm )

SUELO BLADO SUELO M.

COMPACTADO SUELO

COMPACTADO SUELO BLADO

SUELO M. COMPACTADO

SUELO COMPACTADO

SUELO BLADO

SUELO M. COMPACTADO

SUELO COMPACTADO

TERZHAGUI -6064,98 -5821,02 -5583,49 -2884,42 -2833,12 -2713,66 -0,302 -0,168 -0,109

FORMULA GENERAL -6038,25 -5800,40 -5661,11 -2920,53 -2824,08 -2748,21 -0,281 -0,162 -0,162

TIPO DE SUELO -6017,04 -5827,02 -5660,19 -2912,79 -2835,74 -2747,75 -0,265 -0,170 -0,121

Fuente: SAMUEL ESTEBAN MOSQUERA ARROYO

127

Tabla 30: Tabla de valores obtenidos del análisis de la platea solo Carga de Servicio sin considerar carga sísmica.

ANALISIS PLATEA CON CARGA DE SERVICIO

ANALISIS SISMICO NEC 2015

ESFUERZOS S11 ( cm ) CORTANTE S12 ( cm ) DEFORMACION S22 ( cm )

SUELO BLADO

SUELO M. COMPACTADO

SUELO COMPACTADO

SUELO BLADO

SUELO M. COMPACTADO

SUELO COMPACTADO

SUELO BLADO

SUELO M. COMPACTADO

SUELO COMPACTADO

TERZHAGUI -1505,97 -1659,96 -1581,28 -566,36 -549,77 -528,47 -0,054 -0,029 -0,030

FORMULA GENERAL

-1718,10 -1583,54 -1422,20 -564,73 -521,99 -534,72 -0,077 -0,045 -0,0336

TIPO DE SUELO

-1712,66 -1516,32 -1604,27 -563,42 -524,14 -534,63 -0,073 -0,047 -0,034

Fuente: SAMUEL MOSQUERA ARROYO

128

Graficas obtenidas del análisis de losa con Cargas de Servicio

Figura 73: Visualización de grafica s11, s12 y deformación para arcillas blandas Terzaghi Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo

129

Figura 74: Visualización de grafica s11, s12 y deformación, para arcillas medianamente compactadas por método Tipo de Suelo Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo

130

Graficas obtenidas del análisis de platea con carga mayoradas NEC 15

Figura75: Visualización de grafica s11, s12 y s22 para arcillas blandas por método NEC – 15 carga mayoradas. (Tipo de Suelo). Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo

131

Graficas obtenidas del análisis de platea con carga mayoradas Método Moncayo

Figura 76: Visualización de grafica s11, s12 y deformación para arcillas blandas por método Moncayo (Terzaghi). Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo.

132

Figura 77: Visualización de grafica s11, s12 y deformación para arcillas medianamente compactadas por método Moncayo (Formula General). Fuente: Samuel Esteban Mosquera Arroyo

133

Conclusiones:

Mediante el análisis se consideraron diferentes tipos de arcillas tales

como: arcillas blandas, arcillas compactadas y arcillas medianamente

compactadas. En las cuales se visualizaron diversos resultados obtenidos

mediante el software SAP2000, a través del cual se logro obtener esfuerzos,

cortantes y deformaciones, y se pudo comprobar que los suelos blandos son

los que presentan mayores esfuerzos, deformaciones y cortantes por lo cual

se recomienda tener mayor consideraciones a la hora del diseño de la losa

de cimentación.

De acuerdo al análisis que se realizo por medio de los dos modelos de

losa de cimentación se pudo demostrar que el método Moncayo nos

presenta esfuerzos, cortantes y deformaciones mayores con respecto con el

modelo diseñado con el analisis de la NEC-15, lo cual a criterio de diversos

ingenieros proponen que a mayor presencia de esfuerzos y deformaciones

en el análisis resulta mas provechoso debido a que se tendrá mayor

consideración a la hora de diseñar.

134

Recomendaciones

Se recomienda que mediante este análisis, aplicando las normas de

construcción como son la NEC – 15, método Moncayo, analizar el

comportamiento de los suelos tanto compactados así como los blandos y

medianamente compactados, tomando en cuenta los resultados de los

coeficiente de resorte para una platea de cimentación, recibirá diversas

cargas, considerando tres tipos de suelos (duro, suave e intermedio), en la

cual consideraremos cargas no sísmicas y cargas sísmicas por el método de

la NEC-15 y por el método Moncayo.

135

Bibliografía

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Ecuador: Mendieta.

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Gonzalez Forero, H. (2006). Presupuesto y su Control en un Proyecto Arquitectonico (Tercera ed.). Bogota: ECOE.

Lopez De Ortigosa, C. (2010). Ingenieria de Costos en la Construccion (Primera ed.). Mexico, Mexico: Trillas.

Ramos Salazar, I. J. (2015). Costos y presupuestos en edificaciones (Primera ed.). Lima, Peru: Macro.

136

Anexos

137

Análisis sísmico NEC 2015 formula general

Figura 78: Análisis sísmico NEC-15 Diagrama de Esfuerzos S11 para Suelo Arcillosos Blandas (Formula General).

Fuente: Samuel Mosquera

138

Figura 79: Análisis Sísmico NEC 15, diagrama cortante S12 para Suelo Arcilloso compactado (Formula General). Fuente: Samuel Mosquera

139

Figura 80: Análisis Sísmico NEC-15, Diagrama de Esfuerzos S11 para Suelo Arcilloso medianamente compactado (Formula general).

Fuente: Samuel Mosquera

140

Figura 81: Análisis Sísmico NEC-15, Diagrama de Cortante S12 para Suelo medianamente compactado (F. General). Fuente: Samuel Mosquera

141

ANÁLISIS SÍSMICO MONCAYO FORMULA

Figura 82: Diagrama de Esfuerzo S11 para Suelo Arcillas BLANDA (FORMULA GENERAL). MONCAYO

Fuente: Samuel Mosquera

142

Figura 83: Diagrama de Cortante S12 para Suelo Arcilla blanda (F. GENERAL). MONCAYO Fuente: Samuel Mosquera

143

ANÁLISIS NO SÍSMICO CARGA MAYORADA

Figura 84: Diagrama de Esfuerzo S11 para Suelo Arcillas Blanda (Terzhagui). CARGA MAYORADA

Fuente: Samuel Mosquera

144

Figura 85: Diagrama de Cortante S12 para Suelo Arcillas Blanda (Terzhagui). CARGA MAYORADA

Fuente: Samuel Mosquera

145

ANEXO 10