UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

TRABAJO DE TITULACIÓN

PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE

INGENIERO CIVIL

ESTRUCTURAS

TEMA

EVALUACIÓN DE LA CIMENTACIÓN DE UNA EDIFICACIÒN PARA

EL CONTROL DEL PUNZONAMIENTO.

AUTOR

GÉNITO LENIN PROAÑO VEGA

TUTOR

ING. CHRISTIAN ALMENDÁRIZ R, MSc.

Año

2018

GUAYAQUIL ECUADOR

ii

Agradecimiento

Le agradezco a Dios por ser el guía de mi vida y haberme dado la fuerza

necesaria para vencer cada uno de los problemas y obstáculos que se presentaron

a lo largo de mi camino.

A mis padres por haberme dado la confianza y el apoyo necesario a pesar de sus

limitaciones, las cuales me fortalecieron día a día, me enseñaron a no rendirme, a

luchar para alcanzar mi meta propuesta, gracias por los valores inculcados, valores

que me hicieron una buena persona, con buenos principios los cuales me sirvieron

no solo para culminar mi carrera universitaria sino también en mi diario vivir.

A mis hermanos que pese a las discusiones y problemas que se nos presentaron,

supimos brindarnos el apoyo mutuo para salir adelante.

A mi novia Rafaela, que durante estos años juntos, ha sabido apoyarme para

continuar y nunca renunciar a mi meta, gracias por su amor incondicional y por ser

un pilar fundamental en mi vida.

Al Ing. Christian Almendáriz por su valiosa guía durante la elaboración de todo

este proyecto.

A mis compañeros que de una u otra manera hemos compartido penas y tristezas

a lo largo de nuestra carrera universitaria y a aquellos profesores, que compartieron

sus conocimientos y enseñanzas a lo largo de esta maravillosa carrera universitaria.

iii

Dedicatoria

Dedico el presente trabajo a mi padre celestial que me ha dado la fortaleza

necesaria para continuar, cuando a punto de caer eh estado, por ello con toda la

humildad que puede emanar mi corazón, dedico este trabajo en primer lugar a Dios.

A mis padres y hermanos, quienes fueron piezas de un valor incontable para que

hoy pueda tener la satisfacción de encontrarme culminando mi carrera universitaria.

A mi novia Rafaela, a quien amo infinitamente. A mi familia, que de una u otra

manera me dieron sus palabras de aliento para culminar mi carrera universitaria. A

mis profesores, por su tiempo, por su apoyo y sabiduría brindada a lo largo de mi

formación profesional.

iv

Declaración expresa

Articulo XI.- del Reglamento de graduación de la Facultad de Ciencias

Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil.

La responsabilidad de los hechos ideas y doctrinas expuestas en este trabajo de

titulación corresponden exclusivamente al autor y al patrimonio intelectual de la

Universidad de Guayaquil.

GÉNITO LENIN PROAÑO VEGA

CI. 120591095-1

v

Tribunal de graduación

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

Ing. Eduardo Santos Baquerizo, MSc. Ing. Adalberto Vizconde C, MSc

Decano Tutor revisor

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

.

Miembro del tribunal

vi

Índice general

Agradecimiento................................................................................................................. ii

Dedicatoria ........................................................................................................................ iii

Declaración expresa .......................................................................................................iv

Tribunal de graduación...................................................................................................v

Resumen ...........................................................................................................................xii

Abstract............................................................................................................................xiii

Introducción................................................................................................................... xiv

CAPITULO I ........................................................................................................................1

1.1. Planteamiento del problema. 1

1.2. Objetivos: 1

1.2.1. Objetivo general. ......................................................................................1

1.2.2. Objetivos específicos. ............................................................................1

1.3. Justificación del tema. 2

1.4. Delimitación del proyecto. 2

1.5. Ubicación del proyecto. 2

CAPITULO II 4

Marco teórico 4

2.1. Antecedentes. 4

2.2. Cimentación. 5

2.3. Tipos de cimentación. 6

vii

2.3.1 Cimentaciones superficiales....................................................................6

2.3.1.1. Plintos aislados. ..................................................................................6

2.4. Asentamiento. 6

2.5. Presión de contacto. 7

2.6. Criterios a seguir para la evaluar los plintos aislados o zapata

aislada 8

2.6.1. Comprobación por carga axial.............................................................9

2.6.1.1. Definir carga de servicio P. ..............................................................9

2.6.1.2. Definir carga de servicio P. ..............................................................9

2.6.2. Comprobación por cortante unidireccional. ....................................9

2.6.3. Comprobación por cortante bidireccional o punzonamiento... 10

2.6.4. Comprobación por flexión. ................................................................ 11

2.7. Cargas 11

2.8. Combinaciones de cargas .11

2.9. Espectro elástico horizontal de diseño en aceleración .12

2.10. Coeficiente de importancia I ..14

2.11. Marco legal .....16

2.11.1. Normas y códigos empleados .16

CAPÍTULO III 18

3. Marco Metodológico. 18

3.1. Variables. 18

viii

3.1.1. Variables Independientes. .................................................................. 19

3.1.2. Variable Dependiente........................................................................... 19

3.2. Operacionalización de variable. 20

3.3. Métodos. 21

3.3.1. Método descriptivo 21

3.4. Metodología 21

CAPITULO IV 23

4. Análisis y Resultados. 23

4.1. Planos y modelación de la estructura en el software SAP2000

v.16 23

4.2. Cálculo de la carga muerta y carga viva de la losa y terraza. 35

4.3. Cálculo de Peso de vigas y columnas de la estructura. 37

4.4. Cálculo de la descarga de servicio y las reacciones de cada

columna 41

4.4.1. Área de aportación y reacción cada columna 41

4.5. Evaluación del diseño estructural de los plintos de la cimentación

44

4.5.1. Parámetros generales que serán tomados a consideración para

la evaluación. .............................................................................................................. 44

4.5.2. Determinar la reacción neta del suelo ............................................ 45

4.5.3. Comprobación por cortante unidireccional .................................. 47

ix

4.5.4. Comprobación por el cortante bidireccional punzonamiento

48

4.5.5. Comprobación del diseño por flexión............................................. 50

4.6. Resultados obtenidos. 52

CAPITULO V 54

5. Conclusiones y recomendaciones. 54

5.1. Conclusiones 54

5.2. Recomendaciones 54

BIBLIOGRAFÍA

ANEXOS

x

Lista de tablas

Tabla 1: Tipo de uso, destino e importancia. .............................................................. 15

Tabla 2: Determinación de las variables. .................................................................... 20

Tabla 3: Datos y reacciones modelo 1......................................................................... 24

Tabla 4: Datos y reacciones modelo 2......................................................................... 30

Tabla 5: Cálculo carga muerta de las losas de 1º y 2º nivel. ................................... 36

Tabla 6: Cálculo carga muerta de la losa del 3º nivel - terraza. .............................. 36

Tabla 7: Peso de vigas. .................................................................................................. 37

Tabla 8: Peso columnas. ................................................................................................ 37

Tabla 9: Peso de la estructura. ..................................................................................... 41

Tabla 10: Área de aportación y reacción por cada columna .................................... 43

Tabla 11: Dimensiones de plintos................................................................................. 44

Tabla 12: Parámetros generales de plintos. ............................................................... 44

Tabla 13: Reacción neta del suelo para cada plinto aislado. ................................... 47

Tabla 14: Cortante bidireccional - punzonamiento. ................................................... 50

Tabla 15: Por flexión. ...................................................................................................... 52

Tabla 16: Tabla de resultados - comprobaciones. ..................................................... 53

xi

Lista de ilustraciones

Ilustración 1: Modelo 1 sin modificaciones.................................................................. 23

Ilustración 2: Modelo 2 aumento nivel. ........................................................................ 29

Ilustración 3: Dimensiones de vigas y columnas. ...................................................... 38

Ilustración 4: Área de losa del 1º y 2º nivel ................................................................. 39

Ilustración 5: Área de losa 3º nivel o terraza. ............................................................. 40

Ilustración 6: Área de aportación para cada columna. .............................................. 42

Ilustración 7: Detalle de plinto aislado. ........................................................................ 45

xii

Resumen

El presente proyecto de titulación tiene como objeto principal evaluar la

cimentación de una edificación, mediante un análisis para el control del

punzonamiento, para ello se utiliza un programa computacional especializado tanto

para el análisis de la estructura como para la cimentación.

Basados en los planos estructurales de dicha residencia y memoria técnica del

estudio de suelo, se modelo en el programa y se aumentó una planta con las

mismas características que la anterior, para hallar las reacciones del nuevo modelo

de la estructura, definimos las dimensiones de la cimentación las cuales son plintos

aislados o conocidos como zapatas aisladas, tomando como referencia los datos de

los planos estructurales. Se realiza una comprobación del cumplimiento de diseño

de la zapata aislada por medio de las cortantes unidireccional, bidi reccional o

punzonamiento y el diseño a flexión.

Se concluye que el diseño estructural de los plintos aislados de la cimentación de

la residencia cumple con los parámetros y requisitos dentro de la norma ACI 318-14,

estos resultados lo podrán observar en las conclusiones.

xiii

Abstract

The main objective of the present titling project is to evaluate the foundation of a

building, through an analysis for the control of the punching, for which a specialized

computer program is used for the analysis of the structure as well as for the

foundation.

Based on the structural plans of this residence and technical memory of the study

of soil, we model the program and increase a plant with the same characteristics as

the previous one, to find the reactions of the new model of the structure, we define

the dimensions of the foundations which are isolated plains or known as isolated

footings, taking as reference the data of the structural planes. A design compliance

check of the insulated shoe is performed by means of unidirectional, bidirectional or

punching shears and the design is flexed.

It is concluded that the structural design of the plinth isolated from the foundation

of the residence meets the parameters and requirements within the standard ACI

318-14, these results can be observed in the conclusions.

xiv

Introducción

La presente investigación se enfoca en la cimentación de la residencia de la

familia Altamirano Fonseca que está destinada a ser utilizado como una vivienda

familiar, la cual busca abordar los principios de cómo se están diseñando las

cimentaciones en nuestro país mediante la evaluación de un diseño ya existente

que ha sido aprobado por un Ing. con experiencia en el campo estructural, para

aumentar una planta a dicha residencia y revisar que cumpla los parámetros

establecidos en los reglamentos de la construcción como lo es el ACI 318-14.

Este estudio tiene como factores en primer lugar el análisis de los datos

geotécnicos obtenidos de un estudio de suelos previamente realizado para de este

modo determinar parámetros importantes como lo son el tipo de falla que presente

el suelo y su capacidad portante.

La segunda etapa se enfocará en la evaluación del diseño estructural de la

cimentación a partir de los conceptos básicos del diseño de cimentaciones desde el

enfoque estructural.

1

CAPITULO I

1.1. Planteamiento del problema.

La deficiencia en la cimentación de la residencia produce punzonamiento en la

parte estructural de dicha cimentación, el problema radica en no realizar ensayos

para el control del punzonamiento de una estructura ya que eso garantiza que

nuestra edificación se comporte de una manera adecuada a lo largo de su vida útil,

este pequeño descuido por parte de los diseñadores está dado no solamente en la

superestructura sino también en la subestructura.

1.2. Objetivos:

1.2.1. Objetivo general.

Evaluar la Cimentación de una edificación, mediante un análisis de

punzonamiento, para poner parámetros de control.

1.2.2. Objetivos específicos.

1) Identificar la resistencia de los plintos, mediante un análisis de

punzonamiento, para conocer cuanta carga adicional soporta.

2) Describir las dimensiones adoptadas en el plinto aislado, mediante los

criterios para el diseño de zapatas aisladas, para soportar el

punzonamiento en la cimentación.

3) Analizar la cimentación probando con carga adicional para conocer qué

uso se le puede dar al último piso.

2

1.3. Justificación del tema.

Debido al peligro constante en el que se encuentra nuestro país a ser afectado

por movimientos telúricos de gran magnitud es que surge la necesidad de tomar una

edificación, de las que se están construyendo comúnmente en nuestro medio para

ser usada como residencia familiar, y realizar una evaluación a los diseños

estructurales de su cimentación con el fin de verificar que cumpla con las normas y

códigos de la construcción, sobre todo que soporte el punzonamiento en la

cimentación para evitar futuros desastres en la estructura y pérdidas humanas.

1.4. Delimitación del proyecto.

El presente proyecto se enfocará en la evaluación de la cimentación de una

residencia, para comprobar si las dimensiones dadas a los plintos soportan un piso

más en la estructura cumpliendo las especificaciones estipuladas en el ACI-318-14 y

la Nec-15, con el fin de controlar el punzonamiento de la estructura.

Cabe reiterar que la residencia cuenta con un diseño estructural y estudio de

suelo el cual se respetara, lo que se realizara es un aumento de piso con las

mismas características de los demás pisos y la evaluación de la cimentación (plintos

aislados) basándonos en los parámetros de diseño como lo son: verificación por

cortante y por flexión.

1.5. Ubicación del proyecto.

Este proyecto de evaluación de cimentación se lo realizará en una residencia

familiar de tres plantas, proyecto llamado

Barrio San

Francisco, Calle D (Galápagos E14) Lote N.-3, en la ciudad de Quito, ver figura 1.

3

Figura 1: Ubicación del terreno a construir (Zoom in).

Fuente: Google Earth de Google Inc. Versión 7.1.2.2041

4

CAPITULO II

Marco teórico

2.1. Antecedentes.

Según Serrano, (2017). Menciona sobre el desarrollo de una aplicación basada

en MATLAB para el cálculo de cimentaciones superficiales aisladas la cuál planteó

los parámetros tanto para el cálculo y diseño de zapatas aisladas obteniendo las

dimensiones tales como la base, lado, altura, peralte del plinto, además del esfuerzo

máximo, mínimo y el área de acero necesaria para su diseño. Se investigó fórmulas

acorde al tema, las mismas permitieron dar solución a los distintos problemas de

zapatas aisladas, elaborando 18 casos, a los que una zapata puede estar sometida,

de acuerdo a la ubicación de la zapata en el terreno, se presentan zapatas

centrales, medianeras y esquineras, las cuales pueden estar sometidas a: carga

axial, flexión uniaxial y flexión biaxial; sin olvidar que las zapatas aisladas pueden

presentar cierto grado de excentricidad, por lo que se resolvió de forma manual para

su posterior validación con la aplicación desarrollada. Se investigó las principales

funciones de Matlab, tales como el comando while, for, if, break, entre otros. Los

mismos ayudaron a dar solución a las iteraciones encontradas durante el cálculo. El

objetivo principal de este trabajo fue llegar al diseñó del interfaz gráfico de tal

manera que su entorno sea amigable con el usuario. Durante la comprobación entre

el método manual y la aplicación desarrollada se encontró un margen de error

menor al 3%, lo que es válido su manejo para los diferentes tipos de casos de

cálculo a presentarse, permitiendo simplificar las horas de cálculo al momento del

diseño, ahorrando tiempo y dinero.

5

Según Suarez, (2016). Menciona que realizó la evaluación del diseño estructural

de las zapatas de la cimentación del edificio Torre C de los condominios Bosques de

la Costa, basándonos en los parámetros de diseño como lo son las verificaciones

por cortante y las Verificaciones por flexión, para verificar que cada una de sus

partes estructurantes cumplan con las sugerencias y especificaciones estipuladas

en el ACI-318-14 y la Nec-15. Los estudios y diseños de edificaciones, en nuestro

país muchas veces se realizan sin tomar en cuenta las sugerencias y disposiciones

estipuladas en las normativas de la construcción vigentes como lo son el ACI-318-

14 y la Nec-15 las cuales son Fundamentales para garantizar que nuestra

edificación se va a comportar de una manera adecuada a lo largo de su vida útil.

Debido al peligro constante en el que se encuentra nuestro país a ser afectado por

movimientos telúricos de gran magnitud es que surge la necesidad de tomar una

edificación

2.2. Cimentación.

Se comprende por cimentación a la parte estructural que transmite las cargas al

suelo. Las edificaciones requieren la necesidad de solucionar un problema de

cimentación. Se emplean cimentaciones superficiales o cimentaciones profundas,

estas muestran considerables diferencias en cuestión a su geometría, conducta del

suelo, funcionalidad estructural y a sus métodos constructivos.

Las cargas que se transmiten por medio de las cimentaciones generan

compresiones en el suelo, por lo que éste tiende a deformarse produciendo

asentamientos. Las cimentaciones esta conformadas por elementos estructurales,

es por esto que las cimentaciones juegan un papel muy importante dentro de la

construcción ya que distribuyen los efectos producidos y así soportan la estructura.

6

2.3. Tipos de cimentación.

Existen dos tipos de cimentaciones: las superficiales, donde se contemplan los

plintos aislados, zapatas combinadas, zapatas corridas y las losas de cimentación, y

las cimentaciones profundas, donde se encuentran clasificados los pilotes.

2.3.1 Cimentaciones superficiales.

Son las que descansan en las capas superficiales o poco profundas del suelo, por

poseer suficiente capacidad portante y relativamente ligeras. En estas

cimentaciones, la carga se distribuye en un plano de apoyo horizontal, éstas pueden

ser:

2.3.1.1. Plintos aislados.

Son empleados para resistir una columna, o algunas cercanas es decir como un

elemento de complementación. Pueden utilizar una zapata de hormigón armado, o

un macizo de hormigón simple o de hormigón ciclópeo.

Las zapatas de hormigón armado deberían tener al menos 40 cm de peralte en

edificaciones de varios pisos, para asegurar una mínima rigidez a la flexión. Se

pueden admitir espesores inferiores en el caso de estructuras livianas no superiores

a dos pisos como viviendas unifamiliares con entramados de luces pequeñas, como

pasos cubiertos, etc. (Ver anexo 1)

Fuente: Temas de hormigón armado, (M.Sc. ROMO PROAÑO MARCELO, 2008),

Escuela Politécnica del Ejército-Ecuador.

2.4. Asentamiento.

Los suelos se comprimen al estar expuesto a cargas considerables y producen

asentamientos en la estructura. Aunque el suelo o roca de soporte pueda no fallar,

7

los asentamientos pueden ser grandes que perjudican a la estructura produciendo

agrietamientos y daños severos. A estos asentamientos se los denominan

asentamiento perjudicial y por lo general se los evita.

Hay dos requisitos esenciales en el diseño de cimentación: en primer lugar, el

asentamiento total de una estructura permanece limitado a una parte soportable

pequeña y segundo lugar el asentamiento diferencial de las diferentes partes de una

estructura se suprima en lo posible.

Asentamiento permisible, se somete a cada estructura y de su actividad;

escasos edificios de concreto resisten un asentamiento diferencial entre columnas

adyacentes mayores a 2cm, sin presentar signos de daño.

Asentamiento irregular, es muy peligroso para estructuras de cualquier clase

que el de igual distribución.

Para el presente proyecto, se analizará el asentamiento elástico que soporta el

suelo bajo cargas aplicadas. Este asentamiento se origina después de la aplicación

de las cargas, se debe a las deformaciones elásticas de los suelos. Esta clase de

asentamiento se somete a la flexibilidad de los cimientos y al tipo de suelo.

2.5. Presión de contacto.

De la carga que la zapata transmite al suelo, se obtiene presión hacia arriba por

parte del suelo sobre el cual reposa. Esta presión se denomina presión de contacto

y se considera igual distribución para su cálculo, aunque esta distribución de esta

presión varía de acuerdo al suelo.

Frecuentemente las zapatas deben cargar de manera concéntrica para evitar

inclinación no anhelada. Lo que significa que estas zapatas se deben situar

8

concéntricamente bajo las columnas o muros. Las zapatas cargadas

excéntricamente se ejecutan en suelos demasiados compactados o en rocas, la

presión que actúa no estará igualmente distribuida, la cual poseerá un valor qmax y

qmin.

(Ver anexo 2), nos muestra diagramas de presiones para los incidentes en que se

posee una excentricidad pequeña y excentricidad grande. También presenta valores

que obtienen las presiones qmax y qmin para cada incidente.

El concepto de presión de contacto unido con el concepto de carga ùltima y

capacidad portante al suelo, definen el dimensionamiento de zapatas.

Con este principio, se calcula la presión de contacto admisible, este se calcula en

el plano de contacto entre el suelo y la zapata.

2.6. Criterios a seguir para la evaluar los plintos aislados o

zapata aislada.

Para evaluar el plinto aislado o zapata aislada en ACI- 318- 14 nos proporciona

pautas para especificar la ubicación de las secciones críticas de momento, cortante

y desarrollo del refuerzo de los plintos (zapatas), aprobándonos que para plintos

aislados cuadrados se considere que trabaja como losa en una dirección

inicialmente, ya determinado el acero de refuerzo se emplee el mismo en la otra

dirección.

De acuerdo a las fuerzas actuantes sobre la zapata concéntrica podemos

clasificarla de la siguiente manera:

Zapata aislada Concéntrica sometida solo a carga axial.

Zapata aislada concéntrica sometida a flexión uniaxial.

9

Zapatas aisladas concéntricas sometidas a flexión biaxial.

2.6.1. Comprobación por carga axial.

Se debe de tener en cuenta los siguientes aspectos: (ver anexo 3)

2.6.1.1. Definir carga de servicio P.

La carga de servicio se la consigue aplicando el combo de diseño dispuesta en el

ACI-318-14: P=1.2 D + 1.6 L, con esta carga de servicio y la capacidad admisible

del suelo procedemos a obtener las dimensiones de la cimentación.

2.6.1.2. Definir carga de servicio P.

Para obtener el ancho de la zapata aislada o plinto aislado utilizaremos la

siguiente fórmula:

Con el dimensionamiento del plinto aislado se procede a determinar la reacción

neta del suelo, aplicando la siguiente fórmula

:

2.6.2. Comprobación por cortante unidireccional.

Según el ACI-318-14-13.3.2.2 en zapatas en una dirección, el refuerzo debe

distribuirse uniformemente a lo largo del ancho total de la zapata (ver anexo 4).

Para realizar esta revisión se emplea la siguiente formula:

10

Se calcula cada uno de sus componentes sabiendo que de acuerdo al reglamento

ACI 318-14 que el Ø a emplearse en este caso será Ø = 0.85.

2.6.3. Comprobación por cortante bidireccional o

punzonamiento.

En zapatas cuadradas en dos direcciones, el refuerzo debe distribuirse

uniformemente a lo largo del ancho total de la zapata en ambas direcciones. (Ver

anexo 5) (ACI 318-14-13.3.3.2).

Para comprobar el punzonamiento el Código ACI 318-14 establece que se debe

plantear:

Donde Vu se calcula por medio de:

Vc será el menor valor que se obtenga de las siguientes ecuaciones:

11

2.6.4. Comprobación por flexión.

Para el momento último del análisis usaremos la fórmula: (ver anexo 6).

Se debe tener en cuenta al acero mínimo dado por la siguiente expresión:

2.7. Cargas

De acuerdo a las cargas que indica la (NEC-SE-CG). Las cargas se han definido

de la siguiente forma:

Entrepiso

(CM) = 0.70 t/m2 (6.87kN/m2) y carga viva (CV)= 0.2 t/m2 (2.00 kN/m2)

Cubierta

(CM) = 0.50 t/m2 (4.91kN/m2) y carga viva (CV)= 0.15 t/m2 (1.50 kN/m2)

2.8. Combinaciones de cargas

Las combinaciones de cargas a implementarse son las siguientes:

12

Combinación 1: 1,4 D

Combinación 2: 1,2 D + 1,6 L

Combinación 3: 1,2 D + L

Combinación 4: 1,2 D + L

Combinación 5: 1,2 D + 1 E + L

Combinación 6: 0,9 D

Combinación 7: 0,9 D + 1 E

2.9. Espectro elástico horizontal de diseño en aceleración

Según la (NEC-SE-DS 2015), para este espectro elástico horizontal se facilita una

ilustración (ver anexo 7), consiste con:

El factor del sector sísmico Z,

La clase de suelo del sitio a ubicarse la estructura,

Respetar los valores de suelo Fa, Fd, Fs.

Este espectro, se logra obtener con la ayuda de las siguientes ecuaciones:

13

Según la norma (NEC-SE-DS 2015), valores de (Sa/Z, en roca), son los

siguientes:

Los valores de los periodos de vibración y , se logran obtener de acuerdo a

la NEC-SE-DS 2015 por las siguientes fórmulas:

14

2.10. Coeficiente de importancia I

El objetivo principal es aumentar el requerimiento sísmico de diseño para

estructuras, que por el uso o de importancia deberían sufrir daños mínimos durante

el sismo y después del mismo.

15

Tabla 1: Tipo de uso, destino e importancia.

Categoría Tipo de uso, destino e importancia Coeficiente I

Edificaciones

esenciales

Hospitales, clínicas, Centros de

salud o de emergencia sanitaria. Instalaciones militares, de policía,

bomberos, defensa civil. Garajes o estacionamientos para vehículos y aviones que atienden emergencias.

Torres de control aéreo. Estructuras de centros de telecomunicaciones u

otros centros de atención de emergencias. Estructuras que albergan equipos de generación y

distribución eléctrica. Tanques u otras estructuras utilizadas para

depósito de agua u otras substancias anti-incendio. Estructuras que albergan depósitos

tóxicos, explosivos, químicos u otras substancias peligrosas.

1.5

Estructuras

de ocupación especial

Museos, iglesias, escuelas y

centros de educación o deportivos que albergan más de trescientas personas. Todas las estructuras que

albergan más de cinco mil personas. Edificios públicos que

requieren operar continuamente.

1.3

Otras estructuras

Todas las estructuras de edificación y otras que no clasifican

dentro de las categorías anteriores.

1.0

Fuente: NEC-SE DS 2015

Elaboración: NEC-SE DS 2015

El diseño de las estructuras con factor de importancia 1.0 cumplirá con todos los

requisitos establecidos en la norma. (NEC-SE-DS 2015)

16

2.11. Marco legal

2.11.1. Normas y códigos empleados

La presente investigación se basará en normas y especificaciones técnicas para

la elaboración de diseño edificaciones dentro del territorio ecuatoriano, estas

normas son obligatorias para cumplir con los requerimientos básicos para la

construcción de edificaciones, siendo necesario las siguientes consideraciones:

1) American Concrete Institute (Instituto Americano del Concreto), Código ACI

318 S14.

2) Norma Ecuatoriana de la Construcción 2015, (NEC-15).

NEC-SE-CG: Cargas (no sísmicas)

NEC-SE-DS: Cargas Sísmicas: Diseño Sismo Resistente

NEC-SE-AC: Estructuras de acero

NEC-SE-VIVIENDA: Viviendas de hasta 2 pisos con luces de hasta 5 m.

NEC-SE-GM: Geotecnia y Diseño de Cimentaciones

NEC-SE-HM: Estructuras de Hormigón Armado

NEC-SE-MP: Estructuras de Mampostería Estructural

Es necesario mencionar que dentro de las normas de la construcción se debe

considerar el sistema de clasificación AASHTO (American Association of State

Highway and Transportation Officials) (Designación ASTM D-3282; método

AASHTO M145), que es uno de los primeros sistemas de clasificación de suelos,

desarrollado por Terzaghi y Hogentogler en 1928.

El sistema de clasificación AASHTO presenta las siguientes características:

Características del sistema de clasificación AASHTO (ASTM D-3282).

17

Procedimiento de clasificación AASHTO

Cálculo del índice de grupo

18

CAPÍTULO III

3. Marco Metodológico.

En este proyecto de efectuó un modelo cuali-cuantitativo, es decir los datos ya

obtenidos se analizaron para dar con sus respectivas comprobaciones del

cumplimiento con las códigos y normas de la construcción.

Este proyecto se está basada en la evaluación de la cimentación de una

residencia de 3 niveles, se realizó en el software SAP2000 v.16 un modelamiento de

la estructura tomando como referencia datos de los planos estructurales de la

residencia y su respectivo estudio de suelo.

3.1. Variables.

Son discusiones que pueden darse entre individuos y conjuntos. El término

variable significa características, aspecto, propiedad o dimensión de un fenómeno y

puede asumir distintos valores.

Para operativizar variables, se requiere precisar su valor, traduciéndolas a

conceptos susceptibles de medir, por tanto, conviene considerar su definición

nominal, real, operativa: lo que significa el término, la realidad y la práctica. (Behar,

2008)

En este proyecto se presentan las siguientes variables:

Carga viva

Carga muerta

Carga sísmica

Reacciones

Punzonamiento

19

Desplazamiento

3.1.1. Variables Independientes.

Una variable independiente es aquella cuyo valor no depende de otra variable. Es

aquella característica o propiedad que se supone es la causa del fenómeno

estudiado. En investigación experimental se llama así a la variable que el

investigador manipula. (Behar, 2008)

En este proyecto se presentan las siguientes variables independientes:

Carga viva

Carga muerta

Carga sísmica

3.1.2. Variable Dependiente.

Una variable dependiente es aquella cuyos valores dependen de los que tomen

otra variable. La variable dependiente en una función que suele representar por y.

La variable dependiente se representa en el eje ordenadas. Son las variables de

respuesta que se observan en el estudio, y que podrían estar influidas por los

valores de las variables independientes. (Behar, 2008)

Las variables dependientes en este proyecto son las siguientes:

Reacciones

Punzonamiento

https://es.wikipedia.org/wiki/Ceteris_paribus

20

3.2. Operacionalización de variable.

Tabla 2: Determinación de las variables.

VARIABLE CONCEPTO

INSTRUMENTO DE

MEDICION

Carga de viva

Para la residencia se

considera a las personas y

movimiento.

Reglamento y planos

estructurales NEC.15

Carga muerta

Se considera como el peso

propio de la estructura calculado

automáticamente por el

programa.

Reglamento y planos

estructurales NEC.15

Carga sísmica

Para efectuar la evaluación de

la cimentación se usó un

espectro de diseño.

Reglamento y planos

estructurales NEC-15

Reacciones

Se producen en determinados

puntos de la estructura debido a

ligaduras que se originan cuando

actúan fuerzas activas.

Análisis estructural

Punzonamiento

Fuerza cortante elevado,

debido a la reacción de la fuerza

Análisis estructural

21

que genera un pilar sobre una

losa de hormigón armado.

Fuente: Propia.

Elaboración: Autor.

3.3. Métodos.

Método es el camino para llegar a un fin u objetivo determinado.

3.3.1. Método descriptivo.

Mediante la recopilación de datos, planos estructurales, folletos de diseños,

textos de cimentación, normas nacionales e internacionales, se establecerá las

formulaciones para comprobar los parámetros exigidos por los códigos y normas de

la construcción.

3.4. Metodología

1) Revisión de los planos estructurales de la residencia.

2) Modelación de la estructura en el software Sap 2000.

3) Aumento de un nivel a la residencia en el software Sap 2000.

4) Cálculo de las cargas (muerta, viva y sísmica).

5) Cálculo de cargas vivas y muertas.

6) Cálculo de las reacciones de la estructura.

7) Cálculo del espectro de diseño.

8) Cálculos de reacciones.

9) Análisis matemático de la cimentación superficial (plinto).

22

10) Comprobación del cumplimiento de diseño la cimentación superficial

(plinto).

11) Análisis y detalles de la estructura en el software SAP 2000.

12) Comparación de datos obtenidos.

13) Normas a emplearse (NEC-15, ACI-14).

14) Evaluación de la cimentación.

15) Conclusiones y Recomendaciones.

16) Anexos y Bibliografía.

23

CAPITULO IV

4. Análisis y Resultados.

4.1. Planos y modelación de la estructura en el software

SAP2000 v.16

Con la ayuda de los planos estructurales de la edificación y su respectivo estudio

de suelo (ver anexo 8 y 9), se efectuó el modelamiento de dicha estructura en el

software SAP2000 v.16 como se lo puede observar el antes y el después de

aumentar 1 nivel al modelo planteado.

Modelo del plano estructural sin modificaciones y sus reacciones generadas.

Ilustración 1: Modelo 1 sin modificaciones.

Fuente: SAP2000 v.16

24

Tabla 3: Datos y reacciones modelo 1.

25

26

27

28

Fuente: SAP2000 v.16

29

Modelo del plano estructural de la residencia con el aumento de 1 nivel con las

mismas caracteristicas de los demas niveles y sus reacciones generadas.

Ilustración 2: Modelo 2 aumento nivel.

Fuente: SAP2000 v.16

30

Tabla 4: Datos y reacciones modelo 2.

31

32

33

34

Fuente: SAP2000 v.16

35

4.2. Cálculo de la carga muerta y carga viva de la losa y terraza.

A continuación, presentaremos los respectivos planos arquitectónicos para

efectuar el cálculo de las cargas vivas y cargas muertas de la estructura del

proyecto. (Ver anexo 13).

Para efectuar este cálculo se realizó una tabla de excel con el cálculo de la losa

del 1º, 2º y 3º nivel (terraza) a continuación se lo presenta:

36

Tabla 5: Cálculo carga muerta de las losas de 1º y 2º nivel.

Elaboración: Génito Lenin Proaño Vega.

Tabla 6: Cálculo carga muerta de la losa del 3º nivel - terraza.

Elaboración: Génito Lenin Proaño Vega.

De acuerdo a la norma NEC-15 según la ocupación que se le asigna a la

estructura se le da la carga viva en este caso como es una residencia es de

200Kg/cm2 y para la terraza asumimos una carga viva de 50kg/cm2.

37

4.3. Cálculo de Peso de vigas y columnas de la estructura.

Para efectuar el cálculo del peso de vigas y columna elaboramos unas tablas

para mayor facilidad de cálculo, a continuación se presenta las tablas, planos con

las vigas y columnas de cada nivel.

Tabla 7: Peso de vigas.

Elaboración: Génito Lenin Proaño Vega.

Tabla 8: Peso columnas.

Elaboración: Génito Lenin Proaño Vega.

38

A B C

1

2

3

4

2.20 4.20

3.2

04

.50

3.5

0

1.2

0

2.55

A'

2.00

3.6

0

1.00

9.60

12.4

0

Ilustración 3: Dimensiones de vigas y columnas.

Fuente: AutoCAD 2013

39

A continuación, presentamos las áreas de la losa del 1º, 2º y 3º nivel incluido la

terraza y la tabla de la elaboración de peso de toda la estructura de la estructura.

9.60

2.50

3.5

04.8

03.9

5

1.2

0

2.55

12.4

0

1.00

A1 = 116.95 m2

ES

CA

LE

RA

Ilustración 4: Área de losa del 1º y 2º nivel

Fuente: AutoCAD 2013

40

Ilustración 5: Área de losa 3º nivel o terraza.

Fuente: AutoCAD 2013