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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
OBRAS CIVILES
TRABAJO GRUPAL
Grupo # 3
Integrantes:
Gómez Tipantiza Katherine Fernanda Guerrero Nilve Jhonny Fernando Ortega Campaña Brigitte Maricela Pérez Tirado María Isabel Simbaña Vinueza Iván Darío Mena Méndez Pierre Oswaldo
Semestre: VIII Paralelo: 1 Fecha de entrega: 05/04 /
SEMESTRE 2020-
ÍNDICE DE CONTENIDO
1 ANTECEDENTES
El presente informe se realiza con el fin de transmitir lo aprendido en clases mediante la aplicación del diseño estructural de la edificación con la planta arquitectónica asignada. En la carrera de la ingeniería Civil es de suma importancia diseñar una estructura segura y óptima que cumpla con las normas de la construcción, dirigiendo un diseño que brinde eficiencia.
Establecer el estado óptimo de una estructura es decisivo puesto que el objetivo principal en una construcción es que sea confiable y que tras el buen diseño de una obra civil al presentarse algún fenómeno que conlleve a la estructura ser sometida a eventos extremos soporte y brinde a los usuarios seguridad.
El análisis de esta edificación, constituida por 4 pisos, altura de entrepiso de 3.00 metros y un área de constructiva de 256.81 m2 para la cual se plantea el prediseño y diseño de los elementos losa, vigas y columnas. Analizando aspectos como armado, geometría de los elementos y materiales con el fin de establecer un estado óptimo.
2 ALCANCE Se establece el diseño y análisis de una planta tipo para una edificación de 4 pisos con el fin de establecer si la estructura se encuentra en condiciones óptimas de diseño con base en normas de construcción NEC-15 y ACI 318-14.
3 OBJETIVOS 3.1. Objetivo General Realizar el diseño estructural de la edificación con la planta arquitectónica asignada.
3.2. Objetivos específicos Realizar el prediseño de los elementos estructurales losa, vigas y columnas. Realizar el diseño de los elementos losa, vigas y columnas en función de las cargas y momentos últimos. Realizar el modelado de la edificación de 4 pisos, utilizando el Software ETABs,
utilizando un esfuerzo a la compresión del hormigón de f^ ´^ c =^210 cmkg 2 y un límite de
fluencia del acero de refuerzo de Fy =^4200 cmkg 2 , logrando la obtención del momento último en cada sección de la estructura.
4 MARCO TEÓRICO Para la aplicación del análisis de una estructura se deben considerar diversos factores como: tipo de armado, sección transversal y uso de la edificación con el fin de entender el comportamiento y seleccionar con criterio las características de cada uno de los elementos estructurales.
El tipo de armado y la sección transversal de las vigas, columnas y losas que se haya planteado para la construcción se basa en los requerimientos de la obra, normas de la construcción vigentes y al criterio del ingeniero en cuanto a la decisión constructiva para que esta sea óptima, segura y con un enfoque económico no sobreestimado. Así mismo se debe tomar en cuenta que el esfuerzo que realizan las vigas depende de las transmisiones de carga viva y muerta desde la losa por medio de transmisión de cargas.
4.1 Definiciones Generales Losa
Son elementos estructurales de concreto armado o de materiales prefabricados, de sección transversal rectangular llena, o con huecos, de poco espesor y abarcan una superficie considerable del piso. Sirven para conformar pisos y techos en un edificio y se apoyan en las vigas o muros. Pueden tener uno o varios tramos continuos. (Santibañez, 2013)
Losa Nervada en dos sentidos
Losas elaboradas a base de un sistema de trabes cruzadas que forman una retícula, dejando espacios que pueden ser ocupados por bloques huecos comúnmente de polietileno o de otros materiales. Así mismo, es importante que sean capaces de resistir una carga concentrada. (Santibañez, 2013)
Vigas
Una viga es un elemento estructural que normalmente se colocan en posición horizontal, (aunque pueden ser también inclinadas) que se apoyan sobre los pilares, destinados a soportar cargas. (Torres, 2014)
Según las normas que rigen la construcción en el Ecuador, se hacen uso de factores de mayoración con el fin de simular situaciones más críticas sobre la estructura. Además, se encuentra en función de la carga viva y muerta.
Tabla 1. Combinaciones de carga
Combinaciones de carga Ecuaciones Carga primaria U=1.4D 5.3.1a D U=1.2D+1.6L+0.5(Lr ó S ó R) 5.3.1b L U=1.2D+1.6(Lr ó S ó R) + (1.0L ó 0.5W) 5.3.1c Lr ó S ó R U=1.2D+1.0W+1.0L+0.5(Lr ó S ó R) 5.3.1d W U=1.2D+1.0E+1.0L+0.2S 5.3.1e E U=0.9D+1.0W 5.3.1f W U=0.9D+1.0E 5.3.1g E
5 PREDISEÑO DE LA ESTRUCTURA 5.1 Ejes estructurales y ubicación de columnas en la planta arquitectónica
La ubicación de los ejes se la realizo en base a los planos arquitectónicos, aplicando los conocimientos obtenidos en clase.
En cuanto a los voladizos se obtuvo una longitud máxima de 2,66 m con el cual se puede garantizar el diseño de su peralte para evitar deflexiones. En la sección de la sala se colocó una columna E2, siendo este el eje con la cual se evitará deflexiones de la losa, se evitó colocar dos columnas en la sala por motivo arquitectónico. Por motivos arquitectónicos, debido a que se interrumpía el ingreso a la terraza descubierta se movió la puerta 33 cm hacia la derecha, con lo que se consiguió que obtenga una entrada libre y optima, así como también manteniendo una buena estructura.
SALA
COMEDOR COCINA
ESTUDIO
BANO
DORMITORIO
DOR 2 MITORIO
BANO (^) DORMITORIO 3
BANO
VESTIDOR
SALA^ D PRORINMCITIPAORLIO ESTAR
HALL
TERRAZADESCUBIERTA
RECIBIDOR
3 ,2^4
4,7^9
3 ,
5 ,7 9 2 ,3 4 4,7 6
2 ,6^1
3 ,3^2
2 ,6^6
lmagen 1. Colocación de columnas
4 ' 4 ''
4
13 ,3^6 °
(^16) ,4 2 °
5.1.2 Ejes rectos o con ángulo de esviaje 13. 36° ángulo de esviaje de la viga.
lmagen 3. Ángulo de esviaje 16. 42° ángulo de esviaje de la viga. 5.1.3 Configuración estructural inusual
lmagen 4. Ángulo de esviaje
El ángulo de esviaje es menor a 20° con lo se evitara grandes irregularidades a la estructura. Terraza descubierta o la entrada al comedor, se movió 33 cm hacia la derecha, pero manteniendo la misma distancia de entrada o salida de 1.32 m. Para colocar la columna B1 y mantener la trayectoria de los ejes A y B, se disminuyó las dimensiones de la ventana del dormitorio 2 en: 31 cm aproximadamente desde el
eje B a A. Para colocar la columna A3 y mantener la trayectoria de los ejes 3 y 4, se disminuyó las dimensiones de la ventana del dormitorio 3 en: 4 cm aproximadamente desde el eje 3 a 4. Para colocar la columna E1 y mantener la trayectoria de los ejes D y E, se disminuyó las dimensiones de la ventana de la sala en: 5 cm aproximadamente desde el eje D a E. 5.2 Prediseño de una losa nervada en dos direcciones a) Esquema Región tributaria
lmagen 5. Esquema sección de losa - Corte b) Cálculo de la ubicación del centroide de esta región tributaria de losa Figura Área^ y^ Ay (cm2) (cm) (cm3)
- Capa de compresión 250.00 22.50 5625.
- Nervio 200.00 10.00 2000. Total= 450.00 Total= 7625.
y = 7625 c^ m
3 450 c m^2 y =16.94 cm c) Cálculo de la inercia de la sección Se debe considerar el teorema de los ejes paralelos.
y = ∑^ Ay ∑ A
Ixx =∑ (^ I + A d^2 )
lmagen 6. Losa de 1m x 1m
5.3.1 Análisis de la carga muerta de la losa Datos Generales
ALIVIANAMIENTO
Dimensiones Alivianamientos a=0.20 m b=0.40 m c=0.20 m Peso unitario de alivianamientos Bloque hueco de hormigón 12.00 kN/m HORMIGÓN Peso unitario hormigón Hormigón armado 24.00 kN/m
Cálculo Cálculo de la carga muerta de la losa
Parámetro (kN) (kg) Peso de los nervios= 1.73 176. Peso Loseta de compresión= 1.20 122. Peso de los alivianamientos= 1.54 156. Peso total de la Losa= 4.46 455.
5.3.2 Análisis de la carga muerta de los acabados Datos Generales ACABADOS LOSA Espesor enlucido 2.00 cm Peso unitario enlucido Cemento compuesto y arena 1:3 a 1: 5 20.00 kN/m Espesor masillado 2.00 cm Peso unitario masillado Cemento compuesto y arena 1:3 a 1: 5 20.00 kN/m Espesor recubrimiento o acabado final 1.00 cm
Peso unitario acabado final
Baldosa de cerámica, con mortero de cemento: por cada cm, de espesor
0.20 kN/m
Cálculo 4.2 Cálculo de la carga muerta de los acabados de la losa
Parámetro (kN ) (kg) Enlucidos parte inferior de la losa= 0.40 40. Masillado de la superficie de la losa= 0.40 40. Recubrimiento o acabado final= 0.20 20. Peso mampostería= 1.96 200. Carga muerta total de los acabados= 2.96 301.
Carga muerta total de la losa
Carga Muerta total (^) 1.063 T / m^2 Por efecto de losa y acabados Carga Viva (^) 0.204 T / m^2 Viviendas (unifamiliares y bifamiliares) 5.3.6 Combinaciones de carga Para el prediseño se va a utilizar la combinación de carga de U=1.2D+1.6L multiplicado por un factor de 1.2. Este factor se considerar las cargas por fenómenos como variabilidad de las cargas gravitacionales así considerar efectos como cargas gravitacionales y cargas sísmicas.
1.2*(1.2D+1.6L) = 1.92 T/m
5.4 Predimensionamiento de vigas
5.4.1 Áreas tributarias para cada una de las vigas
5.4.2 Determinación de Cargas equivalentes En función de la ACI 318-14 se establecen las siguientes ecuaciones para el cálculo de cargas equivalentes:
- 1 ANTECEDENTES...................................................................................................................
- 2 ALCANCE...............................................................................................................................
- 3 OBJETIVOS............................................................................................................................
- 3.1. Objetivo General..............................................................................................................
- 3.2. Objetivos específicos.......................................................................................................
- 4 MARCO TEÓRICO.................................................................................................................
- 4.1 Definiciones Generales.....................................................................................................
- 5 PREDISEÑO DE LA ESTRUCTURA..................................................................................
- 5.1 Ejes estructurales y ubicación de columnas en la planta arquitectónica.........................
- 5.1.1 Dimensiones entre ejes.............................................................................................
- 5.1.2 Ejes rectos o con ángulo de esviaje..........................................................................
- 5.1.3 Configuración estructural inusual............................................................................
- 5.2 Prediseño de una losa nervada en dos direcciones..........................................................
- 5.3 Definición de cargas........................................................................................................
- 5.3.1 Análisis de la carga muerta de la losa......................................................................
- 5.3.2 Análisis de la carga muerta de los acabados............................................................
- 5.3.3 Carga muerta total....................................................................................................
- 5.3.4 Análisis de la carga viva..........................................................................................
- 5.3.5 Tabla el resumen de todas estas cargas....................................................................
- 5.3.6 Combinaciones de carga..........................................................................................
- 5.4 Predimensionamiento de vigas........................................................................................
- 5.4.1 Áreas tributarias para cada una de las vigas............................................................
- 5.4.2 Determinación de Cargas equivalentes....................................................................
- 5.4.3 Momentos - Uso de método aproximados del código ACI 318-14.........................
- 5.4.4 Cálculo: Prediseño de Vigas....................................................................................
- 5.4.5 Cuadro Resumen: Secciones de vigas adoptadas.....................................................
- 5.5 Predimensionamiento de columnas.................................................................................
- 5.5.1 Áreas tributarias para cada una de las columnas......................................................
- 5.5.2 Método de Predimensionamiento.............................................................................
- 5.5.3 Cálculo: Predimensionamiento de columnas...........................................................
- 6 DISEÑO DE LA ESTRUCTURA.........................................................................................
- 6.1 Definiciones de los materiales........................................................................................
- 6.1.1 Propiedades del hormigón........................................................................................
- 6.1.2 Propiedades del acero de refuerzo...........................................................................
- 6.2 Indicar las definiciones de las secciones.........................................................................
- 6.2.1 Definición de columnas...........................................................................................
- 6.2.2 Definición de losas...................................................................................................
- 6.3 Definición de la fuente de masa......................................................................................
- 6.4 Definiciones de carga......................................................................................................
- 6.4.1 Patrones de carga (Load Patterns)............................................................................
- 6.4.2 Casos de carga (Load Cases)...................................................................................
- 6.4.3 Combinaciones de carga (Load Combinations).......................................................
- 6.5 Modelo estructural..........................................................................................................
- 6.5.1 La planta de la estructura (plano x-y)......................................................................
- 6.5.2 Vista tridimensional de la estructura........................................................................
- 6.6 Diseño de vigas...............................................................................................................
- 6.6.1 Diseño de refuerzo longitudinal...............................................................................
- 6.6.2 Dimensiones de la viga............................................................................................
- 6.6.3 Materiales.................................................................................................................
- 6.6.4 Momentos Últimos según el Código ACI 318-14...................................................
- 6.6.5 Cálculo del acero mínimo........................................................................................
- 6.6.6 Determinación del área requerida de acero de forma directa...................................
- 6.6.7 Cálculo de la cantidad de acero (Armado longitudinal de la viga)..........................
- 6.6.8 Diseñar el refuerzo transversal.................................................................................
- 6.6.9 As provisto...............................................................................................................
- 6.6.10 Corte Ultimo..........................................................................................................
- 6.6.11 Momento Probable (Mpr)......................................................................................
- 6.6.12 Corte Sísmico (Ve).................................................................................................
- 6.6.13 Espaciamientos.......................................................................................................
- 6.6.14 Φ Fuerza Cortante (ΦVs).......................................................................................
- 6.7 Diseño de columnas........................................................................................................
- 6.7.1 Método de cargas reciprocas....................................................................................
- 6.7.1.1 Análisis alrededor del eje x...........................................................................................
- 6.7.1.2 Análisis alrededor del eje y...........................................................................................
- 6.7.1.3 Carga reciproca.............................................................................................................
- 6.7.1.4 Condición de carga reciproca........................................................................................
- 6.7.2 Diseño del refuerzo longitudinal..............................................................................
- 6.7.3 Diseño del refuerzo transversal................................................................................
- 6.7.3.1 Longitud Lo...................................................................................................................
- 6.7.3.2 Disposición de los estribos y ramales de refuerzo transversal......................................
- 6.7.3.3 Espaciamiento "s" de Estribos dentro de Lo.................................................................
- 6.7.3.4 Cuantía de refuerzo transversal para columnas............................................................
- 6.7.3.5 Cuantía de acero transversal.........................................................................................
- 6.7.3.6 Espaciamiento de estribos fuera de Lo.........................................................................
- 6.7.3.7 Fuerza cortante de diseño............................................................................................
- 6.7.3.8 Comparación de cortante Ve y Cortante Vu.................................................................
- 6.7.4 Comprobación Columna Fuerte Viga Débil............................................................
- 6.7.4.1 Análisis de la Columna superior...........................................................................
- 6.7.4.2 Análisis de la columna inferior.............................................................................
- 6.7.4.3 Análisis alrededor del eje x...................................................................................
- 6.7.4.4 Análisis alrededor del eje y...................................................................................
- 6.7.5 Cálculos de diseño de losa.......................................................................................
- 6.7.5.1 Diseño a Flexión Faja 1..................................................................................................
- 6.7.5.2 Diseño a Flexión Faja 2................................................................................................
- 6.7.5.3 Diseño a Flexión Faja 3................................................................................................
- 6.7.5.4 Diseño a Flexión Faja 4................................................................................................
- 6.7.5.5 Diseño a Flexión Faja 5................................................................................................
- 6.7.5.6 Diseño a Flexión Faja 6................................................................................................
- 6.7.5.7 Diseño a Flexión Faja 7................................................................................................
- 6.7.5.8 Diseño a Flexión Faja 8................................................................................................
- 6.7.5.9 Diseño a Flexión Faja 9................................................................................................
- 6.7.5.10 Verificación a corte de losa.......................................................................................
- 6.8 Planos estructurales finales...........................................................................................
- 7 REFERENCIAS...................................................................................................................
- 8 ANEXOS.............................................................................................................................
- Tabla 1. Combinaciones de carga............................................................................................. ÍNDICE DE TABLAS
- Tabla 2. Cálculo de Cargas equivalentes: Eje -1......................................................................
- Tabla 3.Cálculo de Cargas equivalentes: Eje -2.......................................................................
- Tabla 4. Cálculo de Cargas equivalentes: Eje -3......................................................................
- Tabla 5. Cálculo de Cargas equivalentes: Eje -4......................................................................
- Tabla 6.Cálculo de Cargas equivalentes: Eje -4´......................................................................
- Tabla 7. Cálculo de Cargas equivalentes: Eje -A......................................................................
- Tabla 8. Cálculo de Cargas equivalentes: Eje -B......................................................................
- Tabla 9. Cálculo de Cargas equivalentes: Eje -C......................................................................
- Tabla 10. Cálculo de Cargas equivalentes: Eje -D....................................................................
- Tabla 11. Cálculo de Cargas equivalentes: Eje -E....................................................................
- Tabla 12. Cálculo de Cargas equivalentes: Eje -F....................................................................
- Tabla 13. Cálculo de Cargas equivalentes: Viga borde............................................................
- Tabla 14. Momentos Aproximados: Eje 1................................................................................
- Tabla 15. Momentos Aproximados: Eje 2................................................................................
- Tabla 16. Momentos Aproximados: Eje 3................................................................................
- Tabla 17. Momentos Aproximados: Eje 4................................................................................
- Tabla 18. Momentos Aproximados: Eje A...............................................................................
- Tabla 19. Momentos Aproximados: Eje B..............................................................................
- Tabla 20. Momentos Aproximados: Eje C................................................................................
- Tabla 21. Momentos Aproximados: Eje D...............................................................................
- Tabla 22. Momentos Aproximados: Eje E................................................................................
- Tabla 23. Momentos Aproximados: Eje F................................................................................
- Tabla 24. Momentos Aproximados: Viga Borde......................................................................
- Tabla 25. Predimensionamiento de viga: Eje 1.........................................................................
- Tabla 26. Predimensionamiento de viga: Eje 2.........................................................................
- Tabla 27. Predimensionamiento de viga: Eje 3.........................................................................
- Tabla 28. Predimensionamiento de viga: Eje 4.........................................................................
- Tabla 29. Predimensionamiento de viga: Eje A........................................................................
- Tabla 30. Predimensionamiento de viga: Eje B........................................................................
- Tabla 31. Predimensionamiento de viga: Eje C........................................................................
- Tabla 32. Predimensionamiento de viga: Eje D........................................................................
- Tabla 33. Predimensionamiento de viga: Eje E........................................................................
- Tabla 34. Predimensionamiento de viga: Eje F........................................................................
- Tabla 35. Predimensionamiento de viga: Viga borde...............................................................
- Tabla 36. Resumen de secciones adoptadas..............................................................................
- Tabla 37. Prediseño de Columnas.............................................................................................
- Tabla 38.Valores de Momentos Máximo y Mínimos (ETABS)...............................................
- Tabla 39. Losa-Refuerzo transversal........................................................................................
- Tabla 40.Comparación del Cortante Ve VS. Vu.......................................................................
- Tabla 41. Momento de la carga balanceada de la columna superior........................................
- Tabla 42. Momento de la carga axial de la columna superior..................................................
- Tabla 43.Momento de la carga balanceada de la columna inferior...........................................
- Tabla 44.Momento de la carga axial de la columna inferior....................................................
- Tabla 45.....................................................................................................................................
- Tabla 46...................................................................................................................................
- Tabla 47...................................................................................................................................
- Tabla 48...................................................................................................................................
- Tabla 49...................................................................................................................................
- Tabla 50...................................................................................................................................
- Tabla 51...................................................................................................................................
- Tabla 52...................................................................................................................................
- Tabla 53...................................................................................................................................
- Tabla 54...................................................................................................................................
- Tabla 55...................................................................................................................................
- Tabla 56...................................................................................................................................
- Tabla 57...................................................................................................................................
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