Reconocimiento-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional Esta licencia permite a otras combinar, retocar, y crear a partir de su obra de forma no comercial, siempre y cuando den crédito y licencia a nuevas creaciones bajo los mismos términos. http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0 http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ https://v3.camscanner.com/user/download 1 UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” DE ICA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL “ANALISIS SISMICO ESTATICO Y DINAMICO PARA EL DISEÑO ESTRUCTURAL DE LA I.E. Nº 22485 DEL CENTRO POBLADO DE YAURILLA, EN EL DISTRITO DE LOS AQUIJES- ICA” TESIS PARA OPTAR EL TITULO DE INGENIERO CIVIL TEMA: PRESENTADO POR: BACH. DE LA CRUZ OSCCO, ILLICH MIJAIL ASESOR: ING. LUIS ENRIQUE MINA APARICIO ICA – PERÚ 2020 2 INDICE INTRODUCCIÓN DEDICATORIA RESUMEN ABSTRACT CAPITULO I MARCO TEÓRICO. 1.1. Antecedentes del Problema de Investigación. 1.1.1. Antecedentes a nivel internacional. 1.1.2. Antecedentes a nivel nacional. 1.2. Bases Teóricas de la Investigación. 1.2.1. El concreto: Características. 1.2.2. Acero de Refuerzo. 1.2.3. Capacidad Portante. 1.2.4. Albañilería confinada. 1.2.5. Diseño sismorresistente. 1.3. Marco Legal. 1.3.1. NTP E020 (Cargas). 1.3.2. NTP E030 (Diseño Sismorresistente). 1.3.3. NTP E050 (Suelos y Cimentaciones). 1.3.4. NTP E060 (Concreto Armado). CAPITULO II PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN. 2.1. Situación Problemática. 2.2. Formulación de Problemas. 2.2.1. Problema de general. 2.2.2. Problemas específicos. 2.3. Justificación e importancia de la Investigación. 2.3.1. Justificación. 2.3.2. Importancia. 2.4. Objetivos de la Investigación. 2.4.1. Objetivo General. 2.4.2. Objetivos Específicos. 2.5. Hipótesis de Investigación. 2.5.1. Hipótesis General. 2.5.2. Hipótesis Específicos. 2.6. Variables de la Investigación. 2.6.1. Identificación de Variables. CAPITULO III ESTRATEGIA METODOLÓGICA/ METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN. 3 3.1. Tipo y diseño de Investigación. 3.1.1. Tipo de Investigación. 3.1.2. Diseño de Investigación. 3.2. Población y muestra materia de Investigación. 3.2.1. Población de estudio. 3.2.2. Muestra de estudio. CAPITULO IV TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE INVESTIGACIÓN. 4.1. Técnicas de recolección de datos. 4.2. Instrumentos de recolección de datos. 4.3. Técnicas de procesamiento de datos, análisis e interpretación de resultados. CAPITULO V PRESENTACIÓN, INTERPRETACIÓN Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS. 5.1. Presentación e interpretación de resultados. 5.2. Discusión de resultados. CAPITULO VI COMPROBACIÓN DE HIPÓTESIS. 6.1. Constatación de Hipótesis General. 6.2. Constatación de Hipótesis Específicos. CONCLUSIONES. RECOMENDACIONES. FUENTES DE INFORMACIÓN. ANEXOS 4 INTRODUCCIÓN. La tesis consta del realizar un Análisis Sísmico Estático y Dinámico para el diseño estructural de la I.E. 22485, la cual se encuentra en el Centro Poblado de Yaurilla, en el distrito de Los Aquijes. Se procedió a realizar un levantamiento topográfico para la ubicación exacta de los puntos de exploración (calicatas) 03 como mínimo, para su posterior extracción de muestras y en zonas de mayor concentración de esfuerzos, estas zonas de mayor concentración de esfuerzos, se determinó con el metrado cargas de la edificación. Luego se realizó la exploración de campo determinándose el ancho y profundidad de la calicata según el R.N.E. (Reglamento Nacional de Edificaciones) E050 (Suelos y cimentaciones) extrayendo muestras de suelo por estratos, para que, a través de ensayos en laboratorio, determinar la capacidad de soporte (Capacidad Portante) del suelo. Para el Análisis Sísmico Estático y Dinámico de la Edificación se empleó el R.N.E (Reglamento Nacional de Edificaciones), E030 (Diseño Sismorresistente) el cual se desarrollará a través del programa ETABS para la obtención del Periodo fundamental de Vibración (T), Cortante Basal (V) y Desplazamientos Laterales de Entrepiso( 𝜟𝒊 𝒉𝒆𝒊 ). Luego para el diseño de los elementos estructurales se empleó el R.N.E. (Reglamento Nacional de Edificaciones), E060 (Concreto Armado), E020 (Cargas), E070 5 (Albañilería), y que a través del SAP2000 obtendremos el D.M.F. (Diagrama de Momento Flector) y D.F.C. (Diagrama de Fuerza Cortante) para el cálculo de la cuantía de acero a flexión, cortante y flexo-compresión. 6 DEDICATORIA. A Dios, porque es el que nos provee de conocimiento e inteligencia. A mis padres quienes me dieron su apoyo en los momentos del desarrollo del proyecto de investigación. A mi esposa e hija quienes estuvieron conmigo dando su aliento y apoyo a culminar mi proyecto de investigación. 7 RESUMEN. La Tesis “ANALISIS SISMICO ESTÁTICO Y DINÁMICO PARA EL DISEÑO ESTRUCTURAL DE LA I.E. Nº 22485 DEL CENTRO POBLADO DE YAURILLA, EN EL DISTRITO DE LOS AQUIJES- ICA” consiste en analizar la edificación en su conjunto si cumple los requisitos que el Reglamento Nacional de Edificaciones exige. Primero se hicieron exploraciones de campo (Calicatas), con el propósito de obtener muestras del suelo, seguido se procedió a llevar las muestras al laboratorio para su estudio (ver Anexo A), con la finalidad de conocer sus características físicas de suelo (granulometría), su clasificación SUCS y por medio del Ensayo de Corte Directo conocer el ángulo de fricción y la cohesión, datos importantes para el diseño de nuestra cimentación. Se hizo un predimensionamiento de los elementos estructurales como: Losa aligerada, Viga, Columnas, albañilería siguiendo los criterios del Ingeniero Antonio Blanco Blasco. Para el Análisis Sísmico Estático y Dinámico se empleó el Software Etabs 2016, se obtendrá la cortante Basal (V), verificará las irregularidades que puedan presentar, de la misma forma si cumplen los desplazamientos laterales permisibles (derivas). Llegando a la conclusión que los pabellones de la I.E. cumplen con las exigencias del Reglamento Nacional de Edificaciones y se comprobaron las hipótesis planteadas. Palabras claves: Análisis Sísmico Estático y Dinámico, Reglamento Nacional de Edificaciones, Sistema estructural A porticado, Albañilería. 8 ABSTRACT. The Thesis “STATIC AND DYNAMIC SEISMIC ANALYSIS FOR THE STRUCTURAL DESIGN OF THE I.E. Nº 22485 OF THE POBLADO DE YAURILLA CENTER, IN THE DISTRICT OF LOS AQUIJES- ICA ”consists of analyzing the building as a whole if it meets the requirements that the National Building Regulations require. First, field explorations (Calicatas) were carried out, in order to obtain soil samples, followed by taking the samples to the laboratory for study (see Annex A), in order to know their physical characteristics of the soil (granulometry) , its SUCS classification and through the Direct Shear Test to know the friction angle and cohesion, important data for the design of our foundations. A predimensioning of the structural elements was made, such as: Lightened slab, Beam, Columns, masonry following the criteria of Engineer Antonio Blanco Blasco. For the Static and Dynamic Seismic Analysis, the Etabs 2016 Software was used, the Basal shear (V) will be obtained, it will verify the irregularities that may present, in the same way if they comply with the permissible lateral displacements (drifts). Concluding that the pavilions of the I.E. They comply with the requirements of the National Building Regulations and the hypotheses raised were verified. Keywords: Static and Dynamic Seismic Analysis, National Building Regulations, A portico structural system, Masonry. 9 CAPITULO I. MARCO TEÓRICO 1.1. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN. 1.1.1. ANTECEDENTES A NIVEL INTERNACIONAL. ABEL ORDOÑEZ HUAMAN (2013), simposio internacional organizado por CISMID “TECHONOLOGYCAL ADVANCES AND LEARNER LESSONS FROM LAST GREAT EARTHQUAKES AND TSUNAMIS IN THE WORLD”, que traducidos al español sería “ AVANCES TECNOLÓGICOS Y LECCIONES DE APRENDIZAJE DE LOS ÚLTIMOS GRANDES TERREMOTOS Y TSUNAMIS EN EL MUNDO”. ACI 318S-14, Requisitos de Reglamento para Concreto Estructural, Esta investigación busca el afianzamiento de los conocimientos y relacionarlos con el actual R.N.E. (Reglamento nacional de Edificaciones) y el diseño en concreto armado de los elementos estructurales de una edificación. MARIA GRACIELA FRATELLI (1993), Diseño Estructural en Concreto Armado, la publicación de su libro es una fuente de información, a la cual se recurrió para la realización del proyecto de investigación. 10 1.1.2. ANTECEDENTES A NIVEL NACIONAL. HECTOR GALLEGOS, CARLOS CASABONE (2005), Albañilería Estructural, Los grandes aportes que han realizado en conjunto permite el estudio del sistema estructural “Albañilería Estructural”, la cual es muy frecuente este tipo de construcciones en el Perú. Y para nuestro proyecto de investigación fue fundamental la recolección de datos de su publicación. DR. JORGE E. ALVA HURTADO, Cimentaciones Superficiales, En la publicación da a conocer criterios y procedimientos de diseño para zapatas, tanto por Asentamiento como por diseño por capacidad de carga ultima. PORTILLA YUPANQUI VICTOR ARMANDO (2019), Diseño Estructural de un edificio de concreto armado en surco, el principal objetivo de nuestra investigación es el Análisis Sísmico Estático y Dinámico para el Diseño Estructural de la I.E. 22485, y en efecto la investigación del Sr. Portilla tiene fragmentos de un análisis modal de la edificación, la cual será de gran importancia al momento de realizar el modelado de la estructura, conociendo así los modos de vibración, periodo (T), Porcentaje de masa participante (%) y la respuesta dinámica del edificio. 11 GIANFRANCO OTTAZZI PASINO (2004), Materiales de apoyo para la enseñanza de los cursos de diseño y comportamiento del concreto armado, parte importante de su investigación es la Redistribución de Momentos Flectores y las limitaciones que se encuentran en la Norma E060, la cual se encuentra en el Cap. 8 de la norma E060. ANTONIO BLANCO BLASCO, Estructuración y Diseño de Edificaciones de Concreto Armado, En su publicación se destaca el procedimiento que se debe seguir para la estructuración de una edificación, empezando por el predimensionamiento y el buscar la regularidad en planta para evitar problemas torsionales. Ejemplos de estructuraciones y dimensionamientos de edificios de concreto armado. 1.2. BASES TEÓRICAS DE LA INVESTIGACIÓN. 1.2.1. EL CONCRETO: CARACTERÍSTICAS Gianfranco Ottazzi Pasino, (2004). En su forma más simple, el Concreto es un material compuesto constituido por un material cementante, agua y agregado. El cemento, normalmente tipo Portland, una vez hidratado genera la adhesión química entre los componentes. Por lo general el agregado representa entre el 60 al 75% del volumen total del concreto estructural, el cemento entre un 7 a 15% y el aire atrapado entre 1 al 3%. Para ciertos propósitos se puede 12 incorporar hasta un 8% de aire, en forma de pequeñas burbujas en el mortero, agregando sustancias especiales. El concreto tiene una alta resistencia en compresión, pero su resistencia en tracción es baja, de hecho, en los cálculos se suele despreciar la resistencia en tracción. ESFUERZOS A COMPRESIÓN DEL CONCRETO Roberto Morales Morales (Mayo 2002), por lo general la resistencia de a la compresión del concreto se obtiene del ensayo de probetas de 12” de altura por 6” de diámetro. Las probetas se cargan longitudinalmente en una tasa lenta de deformación para alcanzar la deformación máxima en 2 o 3 minutos. La curva esfuerzo- deformación se obtiene de este ensayo, en el cual se relaciona la fuerza de compresión por unidad de área versus el acortamiento por unidad de longitud. El concreto no es un material elástico, sin embargo se puede observar en la curva una porción recta hasta aproximadamente el 40% de la carga máxima. Además el colapso se produce comúnmente a una carga menor a la máxima. La curva que a continuación se muestra Fig. 1 (Roberto Morales Morales) presenta un pico alto seguido de un trazo descendente, produciéndose así la 13 rotura de la muestra. A la carga máxima que sería el pico alto le corresponde una deformación de rotura εc= 0.003. Fig. 1 Deformación de Rotura εc Gianfranco Ottazzi Pasino (2004). Por otra parte, el tipo de cemento determina la velocidad en alcanzar su resistencia máxima, es decir, un cemento tipo III, tiene la propiedad de alcanzar su resistencia máxima mucho más pronto que los tipos I, II, IV, V. El efecto de la edad en la resistencia del concreto, a medida que el concreto siga en un proceso de hidratación el concreto aumenta su capacidad de carga, por lo tanto, la capacidad de carga depende del curado y el tiempo que permanezca curando. 14 ESFUERZOS A TRACCIÓN DEL CONCRETO Gianfranco Ottazzi pasino (2004), Los ensayos a tensión en el concreto no son muy usuales debido a dificultades experimentales, es por ello que se realiza el ensayo Split test fsp. (Ensayo de compresión diametral), O también conocido como ensayo brasileño que consiste en la aplicación de la carga de compresión a lo largo del diámetro vertical, tal y como se muestra en la Fig. 2 El esfuerzo de ruptura viene a ser: 𝒇𝒔𝒑 = 𝟐𝑷 𝝅𝒉𝒅 … (Ec. 1.01) Donde “P” es la carga distribuida, “h” la longitud del cilindro y “d” el diámetro del cilindro. Fig. 2 Ensayo de Split Test “fsp” También es posible realizar la prueba de tensión a flexión, también conocida 15 como (Ensayo de tracción por flexión) módulo de rotura fr, la cual consiste colocar una muestra prismática de concreto simplemente apoyada y por medio de la aplicación de dos cargas concentradas y tiene un valor usual para el módulo de rotura. 𝒇𝒓 = 𝟐√𝒇′𝒄 ( 𝒌𝒈 𝒄𝒎𝟐 ) … (Ec. 1.02) Módulo de elasticidad del concreto. Gianfranco Ottazzi Pasino (2004), Para desarrollar el concepto de Módulo de Elasticidad del concreto, será necesario conocer la variación lineal que existe entre el esfuerzo a tracción y la deformación. La curva esfuerzo-deformación como se conoce no es de forma lineal como si lo es el acero, por lo tanto, se asume que para esfuerzos que varían del 0.4f´c hasta 0.5f´c supone un comportamiento lineal y con muy poco error. El ACI y la Norma Peruana permite estimar el Módulo de Elasticidad para concretos de Peso Normal 2300 kg/m3 de la siguiente manera: 𝑬𝒄 = 𝟏𝟓𝟎𝟎𝟎√𝒇′𝒄 ( 𝒌𝒈 𝒄𝒎𝟐 ) … (Ec. 1.03) NTP E-060 Art.8.5.2. 1.2.2. ACERO DE REFUERZO Oscar M. Gonzales Cuevas (2005), La característica principal del acero de refuerzo es el esfuerzo de fluencia (fy), por lo general existen dos tipos de aceros, uno laminado en caliente y el segundo trabajado en frío. La curva 16 esfuerzo- deformación indica el límite elástico del acero laminado en caliente, por otro lado, el acero trabajado en frío no tiene un límite de fluencia bien definido. Entre estos tipos encontramos los de grado 40, 50 y 60, las cuales corresponden a 2800, 3500 y 4200 kg/cm2. Respectivamente. En la fig. 3 Se muestra a continuación la curva esfuerzo- deformación del acero laminado en caliente (Aspectos fundamentales de concreto reforzado- Gonzales Cuevas) Fig. 3 Curva Esfuerzo- Deformación de aceros laminados en caliente para barras de refuerzo 17 Módulo de elasticidad del Acero. Se toma en cuenta la parte lineal- elástica de la gráfica, y está dada por: 𝑬𝒔 = 𝟐 𝒙 𝟏𝟎𝟔 ( 𝒌𝒈 𝒄𝒎𝟐 ) … (Ec. 1.04) 1.2.3. CAPACIDAD PORTANTE. Juarez Badillo- Rico Rodriguez (2000), Es el límite que alcanza la resistividad del suelo como soporte sin sufrir fallas ni asentamientos considerables. Existen teorías que permiten determinar la capacidad del suelo para soportar cargas, Therzaghi fue el primero en presentar una teoría completa para evaluar la capacidad de carga última de cimentaciones superficiales. - Teoría de Elasticidad Juárez Badillo- Rico Rodríguez (2000), El suelo como cualquier otro material, puede sufrir deformaciones de dos tipos: deformaciones volumétricas y distorsiones. La determinación de los esfuerzos en los puntos de la masa de suelo es un problema teórico para el cual la Teoría de la Elasticidad es útil, aun cuando por la magnitud de las hipótesis que involucra, rinde frecuentemente soluciones que no son muy apropiadas a los problemas que se aplican. Casi todas las aplicaciones clásicas de la Teoría de la Elasticidad a suelos han correspondido a la Teoría Lineal de la Elasticidad, que presupone que el suelo 18 es un material continuo, linealmente elástico (que obedece a la ley de Hooke), homogéneo e isótropo; además, esta teoría es instantánea, es decir, que no toma en cuenta el factor tiempo, o sea presupone la inexistencia de las deformaciones diferidas (tales como, por ejemplo, las debidas a consolidación) - Teoría de Terzaghi Juárez Badillo- Rico Rodríguez (2000), La teoría cubre el caso más general de suelos con “cohesión y fricción”, es posiblemente la teoría más usada para el cálculo de capacidad de carga en los proyectos prácticos, especialmente en el caso de cimientos poco profundos. En estas condiciones Terzaghi despreció la resistencia al esfuerzo cortante arriba del nivel de desplante del cimiento, considerándola sólo de dicho nivel hacia abajo. Fig. 4 Mecanismo de falla de un cimiento continuo poco profundo según Terzaghi 19 (E050- Cap. 4 Art. 18). Se considerará una cimentación superficial siempre y cuando el cociente de Df (Profundidad de cimentación) y la base B es menor o igual a 5 𝑫𝒇 𝑩 ≤ 𝟓 … (Ec. 1.05) Capacidad de Carga última. Braja M. Das (2001), A medida que la carga por unidad de área se incremente q, de la misma forma lo hará el asentamiento, Y llegado a cierto punto cuando la carga q llegue a ser igual a qu (Carga última), se tendrá una falla repentina en el suelo, la cual se extenderá hasta la superficie. A esta carga qu, se le denomina Capacidad de Carga Última. - Falla general por corte Braja M. Das (2001), Generalmente ocurre en suelos con arenas densas o suelo cohesivo firme, como se muestra en la fig. 5. (Naturaleza en suelo por capacidad de carga) Fig. 5 Naturaleza en suelo por capacidad de carga, (a) Falla general por corte 20 - Falla local por corte Braja M. Das (2001), Generalmente ocurre en suelos con arenas sueltas o suelo arcilloso medianamente compactado, como se muestra en la fig. 6 (Naturaleza en suelo por capacidad de carga) Fig. 6 Naturaleza en suelo por capacidad de carga, (b) Falla local por corte. - Factor de seguridad. (E050- Cap. 3 Art. 21) El cálculo de la capacidad de carga admisible qadm es el resultado de el cociente de la capacidad de carga última qu y el factor de seguridad. Los factores de seguridad mínimos que deberán tener las cimentaciones son los siguientes: a) Para cargas estáticas : 3 b) Para solicitación máxima de sismo o viento (La que sea más desfavorable): 2.5 21 - Asentamiento. Dr. Jorge E. Alva Hurtado, El asentamiento es importante por tres razones: aspecto, condiciones de servicio y daños a la estructura. Existen tres tipos de asentamientos:  Asentamiento uniforme  Inclinación  Asentamiento no uniforme ¿Cuál es la relación que existe entre el asentamiento y el daño? La magnitud del asentamiento diferencial depende del suelo y la estructura, generalmente el asentamiento diferencial máximo está relacionado con el asentamiento máximo de una zapata. El asentamiento total admisible para zapatas de edificios comerciales es de 1 pulgada. Los métodos disponibles para obtener el asentamiento admisible se basan en aplicaciones empíricas de la teoría de la elasticidad y aplicando la ley de Hooke. 1.2.4. ALBAÑILERIA CONFINADA. Es un sistema estructural generalmente muy usado en nuestra región, el empleo de este sistema se encuentra normado por nuestro R.N.E. E070. Se caracteriza por el empleo de unidades prismáticas de arcilla cocida, las cuales pueden ser sólidas, huecas, alveolares o tubulares, y su fabricación 22 podrá ser de manera artesanal o industrial, dependiendo de las exigencias de la edificación. Llevan como complemento elementos estructurales de confinamiento, en su caso columnas y vigas. El material que se emplea para unir las unidades de albañilería es el mortero, la cual está compuesto por: Agua, Cemento y Agregado Fino, y en algunas ocasiones material estabilizante como la cal. 1.2.5. DISEÑO SISMORRESISTENTE. RNE E060, El diseño sismorresistente consiste en una serie de pasos que se tienen que seguir para diseñar una edificación capaz de soportar y tener un buen comportamiento ante solicitaciones sísmicas. La norma peruana E030 (DISEÑO SISMORRESISTENTES), nos brinda la información necesaria para nuestro diseño: - ZONIFICACIÓN SISMICA. (Z) La zonificación sísmica es la demarcación de las zonas con mayor riesgo sísmico y con una mayor probabilidad de ocurrencia de sismos. - FACTOR DE SUELO. (S) Es un coeficiente que depende del perfil de suelo, se pueden definir 4 tipos 23 de perfil: o S0 (Roca dura) o S1 (Roca o suelos muy rígidos) o S2 (Suelos intermedios) o S3 (Suelos blandos) - CATEGORÍA DE EDIFICACIÓN Y FACTOR DE USO. (U) Se sabe que todas las edificaciones que existen no tienen el mismo uso, ni están construidas para un mismo propósito, es por ello que las exigencias son diferentes. No es lo mismo diseñar una edificación para un hospital, que diseñar una vivienda multifamiliar. La diferencia que el desempeño sísmico en un hospital debe ser mejor que en una vivienda, ya que las actividades que se realizan en un hospital no deben verse interrumpidas después de un evento sísmico, o en todo caso sirvan de refugio después de pasado el sismo. Existen 4 tipos de categorías: o A (Edificaciones esenciales) Factor: 1.50 o B (Edificaciones importantes) Factor: 1.30 o C (Edificaciones comunes) Factor: 1.00 o D (Edificaciones temporales) 24 - COEFICIENTE DE AMPLIFICACIÓN SÍSMICA. (C) Depende especialmente de los periodos TP (periodo que define la plataforma del factor C) y TL (periodo que define el inicio de la zona del factor C con desplazamiento constante) Fig. 7 Coeficiente de Amplificación Sismica “C” RNE E030 Art. 14 - COEFICIENTE DE REDUCCIÓN SÍSMICA (R0) Cada sistema estructural tiene un comportamiento o reacción diferente ante un sismo, por ello el RNE E030 clasificó los sistemas estructurales con un factor diferente para cada uno. Ahora toma importancia también las irregularidades en planta y en altura de la edificación, ya que, si una edificación fuese irregular se castigará con un factor adicional de reducción. 25 Fig. 8 Coeficiente de Reducción Sismica “R” RNE E030 Art. 14 - PERIODO FUNDAMENTAL DE VIBRACIÓN (T) El periodo fundamental de vibración viene a ser, el tiempo que toma un ciclo de oscilación, además está relacionado a la masa, rigidez y frecuencia fundamental, presenta varias formas modales, de las cuales la más importantes es la primera, porque define el periodo de vibración de la estructura (Bazán y Meli, 2010). 26 Resonancia: Viene a ser un efecto de la estructura, producto de que el periodo fundamental de la estructura (T), alcanza el mismo valor del periodo del suelo (Tp), haciendo que la estructura cree un efecto de resonancia y vibración amplificando los daños. - IRREGULARIDAD. Es la configuración de la edificación con ciertas deficiencias y que no genera un eficaz comportamiento sísmico. Para poder realizar un diseño sismorresistente se debe evitar tener irregularidades en la edificación, existen dos tipos de irregularidad: o Irregularidad en Planta (Ip) o Irregularidad en Altura (Ia) - PESO SISMICO. Se calcula adicionando a la carga permanente (Carga muerta), un porcentaje de la carga viva o sobrecarga. - DESPLAZAMIENTOS LATERALES Producto del sismo se producen desplazamientos en la estructura, estos desplazamientos ocurren en ambas direcciones y tiene un límite admisible dependiendo del tipo de sistema estructural. 27 El RNE E030, nos indica en la tabla Nº11 los Límites para distorsión del entrepiso. Fig. 9 Desplazamientos laterales relativos admisibles RNE E030 Art. 32 1.3. MARCO LEGAL. 1.3.1. NTP E020 (CARGAS). CAPITULO 3 (CARGA VIVA) Las edificaciones y todas sus partes deberán ser capaces de resistir las cargas que les impongan como consecuencia de su uso previsto. Estas actuarán en las combinaciones que excedan los señalados para cada material estructural en su Norma de diseño especifica. En ningún caso las cargas empleadas en el diseño menores que los valores mínimos establecidos en esta Norma. Articulo 6.- Carga viva del piso, (Tabla 1- Cargas vivas mínimas repartidas). 28 ANEXO 1 (PESOS UNITARIOS) 1.3.2. NTP E030 (DISEÑO SISMORRESISTENTE). CAPITULO II (PELIGRO SISMICO) Articulo 10.- Zonificación, (Tabla Nº 1- Factores de Zona “Z”). El territorio nacional se considera dividido en cuatro zonas. La zonificación propuesta se basa en la distribución espacial de la sismicidad observada, las características generales de los movimientos sísmicos y la atenuación de estos con la distancia epicentral, así como la en la información neotectónica. Articulo 12.- Condiciones Geotécnicas, 12.1. Perfiles de suelo Articulo 13.- Parámetros de Sitio S, TP y TL (Tabla Nº 3- Factor de Suelo “S”, Tabla Nº 4- Periodos “TP” y “TL”). Articulo 14.- Factor de Amplificación Sísmica (C). CAPITULO III (CATEGORÍA, SISTEMA ESTRUCTURAL Y REGULARIDAD DE LAS EDIFICACIONES) Articulo 15.- Categoría de las Edificaciones y Factor de Uso “U” (Tabla Nº 5). 29 Articulo 16.-Sistemas Estructurales. Articulo 17.- Categoría y sistemas estructurales. Articulo 18.- Sistemas Estructurales y coeficiente básico de reducción de las fuerzas sísmicas. Articulo 19.- Regularidad Estructural Articulo 20.- Factores de Irregularidad (IP, IA) CAPITULO IV (ANALISIS ESTRUCTURAL) Articulo 26.- Estimación del Peso (P). El Peso (P) se calcula adicionando a la carga permanente y total de la edificación un porcentaje de la carga viva o sobrecarga. Articulo 28.- Análisis Estático o de Fuerzas Estáticas Equivalentes. 28.2 Fuerza Cortante en la Base, 28.3 Distribución de la fuerza Sísmica en Altura, 28.4 Periodo Fundamental de Vibración, 28.5 Excentricidad Accidental. Articulo 29.- Análisis Dinámico Modal Espectral. 29.1 Modos de Vibración, 29.2 Aceleración Espectral, 29.4 Fuerza Cortante Mínima. 30 CAPITULO V (REQUISITOS DE RIGIDEZ, RESISTENCIA Y DUCTILIDAD) Articulo 31.- Determinación de Desplazamientos Laterales. Para estructuras regulares, los desplazamientos laterales se calculan multiplicando por 0.75 R los resultados obtenidos del análisis lineal y elástico con las solicitaciones sísmicas reducidas. Para estructuras irregulares, los desplazamientos laterales se calculan multiplicando por 0.85 R los resultados obtenidos del análisis lineal elástico. Articulo 32.- Determinación Laterales Relativos Admisibles (Tabla Nº 11 Límites para la distorsión del entrepiso) 1.3.3. NTP E050 (SUELOS Y CIMENTACIONES). CAPITULO II (ESTUDIOS) Articulo 13.- Información Previa. 13.5 De la obra a cimentar. Articulo 14.- Técnicas de exploración de Campo para ITS Y EMS 14.1. Técnicas de Exploración de Campo (Tabla 2) 14.3 Correlación entre ensayos y propiedades de los suelos. 14.4 Tipos de Muestras. 14.5 Ensayos de Laboratorio (Tabla 5). CAPITULO III (ANALISIS DE LAS CONDICIONES DE CIMENTACIÓN) Articulo 18.- Asentamientos. 31 Los asentamientos se estiman utilizando las fórmulas aceptadas por la mecánica de suelos a partir de parámetros obtenidos mediante los ensayos in situ o los ensayos de laboratorio. Articulo 19.- Asentamiento Tolerable (Tabla 8). Articulo 20.- Capacidad de carga. Articulo 21.- Factor de seguridad frente a una falla por corte. Articulo 22.- Presión admisible. 1.3.4. NTP E060 (CONCRETO ARMADO). CAPITULO 8 (ANALISIS Y DISEÑO- CONSIDERACIONES GENERALES) Articulo 8.1.- Métodos de diseño. Para el diseño de estructuras de concreto armado se utilizará el Diseño por Resistencia. Deberá proporcionarse a todas las secciones de los elementos estructurales Resistencia de Diseño (øRn) adecuadas, de acuerdo con las disposiciones de esta norma, utilizando los factores de carga (amplificación) y los factores de reducción de resistencia ø Articulo 8.3.- Métodos de Análisis. Articulo 8.4.- Redistribución de momentos en elementos continuos sometidos a flexión Articulo 8.5.- Modulo de Elasticidad y Módulo de corte. Articulo 8.8.- Columnas. 32 Articulo 8.9.- Disposiciones de la carga viva. Articulo 8.10.- Disposiciones para vigas T. CAPITULO 9 (REQUISITOS DE RESISTENCIA Y DE SERVICIO) Las estructuras y los elementos estructurales deberán diseñarse para obtener en todas sus secciones resistencias de diseño (øRn) por lo menos iguales a las resistencias requeridas (Ru), calculadas para la carga y fuerzas amplificadas en las combinaciones que se estipulan en esta Norma Articulo 9.2.- Resistencia Requerida. Articulo 9.3.- Resistencia de Diseño. Articulo 9.4.- Resistencia Mínima del concreto estructural. Articulo 9.5.- Resistencia de Diseño para Refuerzo. Articulo 9.6.- Control de deflexiones. Articulo 9.8.- Espaciamiento máximo de refuerzo. Articulo 9.9.- Distribución del refuerzo por flexión en vigas y losas armadas en una dirección. Control de Fisuración CAPITULO 10 (FLEXIÓN Y CARGA AXIAL) Articulo 10.5.- Refuerzo mínimo en elementos sometidos a flexión. Articulo 10.7.- Vigas de gran peralte. Articulo 10.8.- Dimensiones de diseño para elementos a compresión. 33 Articulo 10.9.- Límites del refuerzo de elementos a compresión. CAPITULO 11 (CORTANTE Y TORSIÓN) Articulo 11.1.- Resistencia al cortante. Articulo 11.3.- Resistencia al cortante proporcionada por el concreto en elementos no preesforzados. Articulo 11.5.- Resistencia proporcionada por el refuerzo de cortante. Articulo 11.10.- Disposiciones especiales para muros. Articulo 11.12.- Disposiciones especiales para losas y zapatas. CAPITULO 12 (LONGITUDES DE DESARROLLO Y EMPALMES DEL REFUERZO) La tracción o compresión calculada en el refuerzo en cada sección de los elementos de concreto estructural, debe ser desarrollada hacia cada lado de dicha sección mediante una longitud embebida en el concreto (longitud de anclaje), gancho, dispositivo mecánico o una combinación de ellos Articulo 12.2.- Longitud de desarrollo de barras corrugadas y de alambres corrugados a tracción (Tabla 12.1). Articulo 12.3.- Longitud de desarrollo de barras corrugadas y de alambres corrugados a compresión. Articulo 12.5.- Desarrollo de ganchos estándar en tracción. 34 Articulo 12.10.- Desarrollo del refuerzo para flexión- generalidades. Articulo 12.11.- Desarrollo del refuerzo para momento positivo. Articulo 12.12.- Desarrollo del refuerzo para momento negativo. Articulo 12.14.- Empalmes del refuerzo. CAPITULO 15 (ZAPATAS) Articulo 15.2.- Cargas y reacciones. Articulo 15.4.- Momentos flectores en zapatas. Articulo 15.5.- Fuerza cortante en zapatas. Articulo 15.6.- Desarrollo del refuerzo en zapatas. Articulo 15.7.- Peralte mínimo de las zapatas. 35 CAPITULO II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN. 2.1. SITUACIÓN PROBLEMÁTICA. El Perú se encuentra ubicada en el cinturón de fuego, caracterizada por una alta sismicidad. La subducción de la Placa de Nazca en la Placa Sudamericana provoca terremotos, maremotos y actividad volcánica, que pone en riesgo la vida de las personas. Aproximadamente se registran en esta zona del continente el 85% de los movimientos sísmicos a nivel mundial, así lo demuestra los “Sismos históricos más importantes con influencia en la cuenca del Río Ica” que a continuación se presentará: FECHA DESCRIPCIÓN 13-05-1647 (Pueblo viejo Ica). La villa (segunda traza) en Ica, quedó destruida. 12-06-1664 A las 4:15 a.m. horas. Fuerte movimiento sísmico, la ciudad de Ica quedó destruida y murieron más de 300 personas. 30-03-1813 A las 4:30 horas. Sismo que destruyo casas y templos murieron 32 personas. Se formaron grandes grietas en el cauce del río del cual surgió gran cantidad de lodo. La intensidad en Ica fue de grado VII. 27-06-1847 A las 20:15 horas. Daños en Ica por violento temblor. Destruyó casas 21-11-1901 A las 14:19 horas. Fuerte sismo en Ica fue sentido en Huacho, Supe, Chala y Lima tuvo gran duración. La intensidad en Ica fue de grado VI. 23-02-1997 A las 15:17 horas: Sacudida principal en un área aproximada de 1006,000 km2. La intensidad en Ica fue de 36 grado V. 20-09-1915 A las 17:28 horas. Intenso sismo en Ica, Palpa solo causó alarma. 09-12-1932 A las 3:36 sismo de carácter regional con un área aproximada de 180,000 km2, que abarcó todo el departamento de Ica y parte del departamento de Lima. 24-08-1942 A las 17:51 horas. Terremoto en la región limítrofe de los departamentos de Ica y Arequipa entre los paralelos 14º y 16º latitud Sur. Intensidad IX MM. 09-12-1950 A las 21:50 horas. Fuerte sismo en Ica, lo que ocasionó 4 muertos, 12 heridos y averías de consideración en construcciones de adobe. 03-05-1952 A las 19:14 horas. Fuerte y prolongado sismo a la altura del paralelo 14º de latitud sur grado V-VI MM. 27-01-1961 A las 22:25 horas Estremecimiento de tierra en las poblaciones costeras comprendidas entre Lima y Nazca. Ligeramente destructor en Ica 28-09-1968 A las 8:54 horas. Fuerte sismo que dañó las construcciones antiguas de Pisco- Chincha e Ica, grado VI escala MM. Sentido fuertemente en Lima, Huacho y San Mateo 31-05-1970 Sismo catastrófico con epicentro en el departamento de Ancash que afectó en menor intensidad a Ica. 10-06-1971 A las 11:47 horas, intenso sismo sacudió: Huánuco, Junín, Chincha, Ica y Lima. Se estimó una intensidad de III-IV MM. 03-10-1974 A las 9:21 horas, los efectos destructores del sismo se extendieron a, Chincha, Mala, Cañete, Pisco e Ica; con un saldo de 13 muertos y numerosos heridos. Se observaron asentamientos. 12-11-1996 A las 12:00 horas. Sacudió las poblaciones comprendidas entre: Ica, Arequipa, Ayacucho, Huancavelica, etc. Con efectos destructores en Nazca. En Ica fueron dañadas las casas de adobe y algunas estructuras de entidades importantes como el Banco de Crédito, el Hotel Sol de Ica, entre otros. Con una magnitud de 6.4 en la escala de Richter y una intensidad de VII en la escala de Mercalli 23-06-2001 A las 20:33 horas, un terremoto ocurrido en Ocoña- Arequipa afectó de manera considerable a la región de Ica 37 con viviendas desplomadas y considerable daño en su estructura, el sismo tuvo un grado de 8.4 en la escala de Richter 15-08-2007 El último sismo que se tiene registro, ocurrido en Ica a las 18:41 horas, más de 550 personas murieron por causa del desplome de iglesias y casas, tuvo una magnitud de 7.9 grados en la escala de Richter y afectaron a los departamentos de Lima, Ayacucho, Arequipa, Huancavelica, con daños medianamente severos. Fuente INGEMMET: Estudio Geodinámico de la Cuenca del Río Ica Por ello, los registros nos dejan como recordatorio que los sismos nos van a acompañar al largo del trayecto de nuestra vida, y nosotros como ingenieros es nuestra responsabilidad diseñar edificaciones que resistan estas solicitaciones, que tengan buen desempeño sísmico y que no ocurra fallas produciendo así pérdidas humanas. Realizar un buen análisis sísmico implica estudiar a fondo empezando primero desde la cimentación, realizar los Estudios de Mecánica de Suelos pertinentes para poder tener certeza de donde se va a fundir mi cimentación, las propiedades físicas y la capacidad resistiva. Es importante respetar los límites de desplazamiento lateral permisible que nuestra norma nos exige, los criterios de diseño en los elementos de concreto armado y evitar los efectos torsionales debido a las irregularidades de la estructura. Teniendo en cuenta todo lo antes mencionado, con criterio y respetando la Norma Peruana, se logrará diseñar una edificación con buen desempeño 38 sísmico y evitando que la estructura colapse. 2.2. FORMULACIÓN DE PROBLEMAS. 2.2.1. PROBLEMA GENERAL. ¿En qué medida influye el Análisis Sísmico Estático y Dinámico para el Diseño Estructural de la I.E. Nº 22485 del Centro Poblado de Yaurilla en el distrito de los Aquijes- Ica? 2.2.2. PROBLEMAS ESPECÍFICOS. ¿En qué medida influye la Capacidad Portante y las Condiciones Geotécnicas en el Análisis Sísmico Estático y Dinámico para el Diseño Estructural de la I.E. Nº 22485 del Centro Poblado de Yaurilla en el distrito de los Aquijes- Ica? ¿En qué medida influye una Configuración Regular de la Edificación en el Análisis Sísmico Estático y Dinámico para el Diseño Estructural de la I.E. Nº 22485 del Centro Poblado de Yaurilla en el distrito de los Aquijes- Ica? ¿En qué medida influye el Sistema Estructural Adoptado en el Análisis Sísmico Estático y Dinámico para el Diseño Estructural de la I.E. Nº 22485 del Centro Poblado de Yaurilla en el distrito de los Aquijes- Ica? ¿En qué medida influye el Espectro de Respuesta Sísmica en el Análisis 39 Sísmico Estático y Dinámico para el Diseño Estructural de la I.E. Nº 22485 del Centro Poblado de Yaurilla en el distrito de los Aquijes- Ica? ¿En qué medida influye los Desplazamientos Laterales de la Edificación en el Análisis Sísmico Estático y Dinámico para el Diseño Estructural de la I.E. Nº 22485 del Centro Poblado de Yaurilla en el distrito de los Aquijes- Ica? 2.3. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN. 2.3.1. JUSTIFICACIÓN. Vivimos en una zona altamente sísmica, en el que las Edificaciones Educativas no deben verse perjudicadas cuando un evento sísmico ocurre o en todo caso tener un buen comportamiento sísmico con daños leves. Las edificaciones educativas deberán de servir de refugio después de ocurrido un sismo, pudiese ser de gran magnitud. El último sismo que ocurrió en nuestra región es el del 2007, nos develó que aún seguimos construyendo viviendas, locales, edificaciones en general en total informalidad y sin la supervisión de un profesional, sin ningún análisis del riesgo sísmico en que estamos. La labor de realizar proyectos seguros es responsabilidad del Ingeniero Civil, evitar que las estructuras colapsen, y por eso es que se debe realizar un Análisis Sísmico Estático y Dinámico de las edificaciones. 40 2.3.2. IMPORTANCIA. ¿Quiénes serán los beneficiados de la investigación se realice? - En gran parte los beneficiados son la Comunidad Escolar de la I.E. Nº 22485 del Centro Poblado de Yaurilla- Ica, pero hay que resaltar que es la población de Yaurilla la que se verá beneficiada porque contará con una Edificación con buen desempeño sísmico con pocas probabilidades de colapso y nulas pérdidas humanas. ¿de qué modo se verán beneficiados? – El uso de las instalaciones serán seguras, no tendrán fallas. 2.4. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN. 2.4.1. OBJETIVO GENERAL. Determinar la influencia del Análisis Sísmico Estático y Dinámico para el Diseño Estructural de la I.E. Nº 22485 del Centro Poblado de Yaurilla en el distrito de los Aquijes- Ica 2.4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS. Determinar la influencia de la Capacidad Portante y las Condiciones Geotécnicas en el Análisis Sísmico Estático y Dinámico para el Diseño Estructural de la I.E. Nº 22485 del Centro Poblado de Yaurilla en el distrito de los Aquijes- Ica 41 Determinar la influencia de la Configuración Regular de la Edificación en el Análisis Sísmico Estático y Dinámico para el Diseño Estructural de la I.E. Nº 22485 del Centro Poblado de Yaurilla en el distrito de los Aquijes- Ica Determinar la influencia del Sistema Estructural Adoptado en el Análisis Sísmico Estático y Dinámico para el Diseño Estructural de la I.E. Nº 22485 del Centro Poblado de Yaurilla en el distrito de los Aquijes- Ica Determinar la influencia del Espectro de Respuesta Sísmica en el Análisis Sísmico Estático y Dinámico para el Diseño Estructural de la I.E. Nº 22485 del Centro Poblado de Yaurilla en el distrito de los Aquijes- Ica Determinar la influencia de los Desplazamientos Laterales de la Edificación en el Análisis Sísmico Estático y Dinámico para el Diseño Estructural de la I.E. Nº 22485 del Centro Poblado de Yaurilla en el distrito de los Aquijes- Ica 2.5. HIPOTESIS DE LA INVESTIGACIÓN. 2.5.1. HIPOTESIS GENERAL. El Análisis Sísmico Estático y Dinámico influye en el Diseño Estructural de la I.E. Nº 22485 del Centro Poblado de Yaurilla en el distrito de los Aquijes- Ica. 42 2.5.2. HIPOTESIS ESPECÍFICA. La Capacidad Portante y las Condiciones Geotécnicas en el Análisis Sísmico Estático y Dinámico influyen en el Diseño Estructural de la I.E. Nº 22485 del Centro Poblado de Yaurilla en el distrito de los Aquijes- Ica La Configuración Regular de la Edificación en el Análisis Sísmico Estático y Dinámico influye en el Diseño Estructural de la I.E. Nº 22485 del Centro Poblado de Yaurilla en el distrito de los Aquijes- Ica El Sistema Estructural Adoptado en el Análisis Sísmico Estático y Dinámico influye en el Diseño Estructural de la I.E. Nº 22485 del Centro Poblado de Yaurilla en el distrito de los Aquijes- Ica El Espectro de Respuesta Sísmica en el Análisis Sísmico Estático y Dinámico influye en el Diseño Estructural de la I.E. Nº 22485 del Centro Poblado de Yaurilla en el distrito de los Aquijes- Ica Los Desplazamientos Laterales de la Edificación en el Análisis Sísmico Estático y Dinámico influye en el Diseño Estructural de la I.E. Nº 22485 del Centro Poblado de Yaurilla en el distrito de los Aquijes- Ica 43 2.6. VARIABLES DE LA INVESTIGACIÓN. 2.6.1. IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES. VARIABLE INDEPENDIENTE: “EL ANÁLISIS SISMICO ESTATICO Y DINAMICO” VARIABLE DEPENDIENTE: “EL DISEÑO ESTRUCTURAL DE LA I.E. Nº 22485 DEL CENTRO POBLADO DE YAURILLA EN EL DISTRITO DE LOS AQUIJES- ICA” CAPITULO III. ESTRATEGIA METODOLÓGICA/ METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 3.1. TIPO Y DISEÑO DE INVESTIGACIÓN. 3.1.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN. EXPERIMENTAL. Que consiste en diseñar, configurar, estructurar los pabellones de la I.E Nº 22485, buscando que la estructura tenga una buena respuesta ante solicitaciones Sísmicas. En esta parte se experimentará modelando la estructura, ajustando el diseño en cuanto se refiere a la regularidad, sistema estructural, niveles de entrepiso y observar que los datos que nos arroje sean lo esperado. 44 3.1.2. DISEÑO DE INVESTIGACIÓN El diseño de investigación es un plan o una estrategia que tiene como finalidad la obtención de resultados de la investigación, en la cual se somete a prueba las hipótesis. 3.2. POBLACIÓN Y MUESTRA MATERIA DE INVESTIGACIÓN. 3.2.1. POBLACIÓN DE ESTUDIO. 06 Pabellones de la I.E. Nº 22485 del Centro Poblado de Yaurilla - Ica 3.2.2. MUESTRA DE ESTUDIO. 06 Pabellones de la I.E. Nº 22485 del Centro Poblado de Yaurilla - Ica CAPITULO IV TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE INVESTIGACIÓN. 4.1. TECNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS. (Roberto Hernández Sampieri, Carlos Fernández- Collado, Pilar Baptista Lucio, 2006). La recolección de datos implica elaborar un plan detallado de procedimientos que nos conduzca a reunir datos con propósito específico. Este plan incluye determinar: ¿Cuáles son las fuentes de donde vamos a obtener los datos? De los pabellones de la I.E. 22485 ¿Dónde se localizan tales fuentes? 45 En el Centro Poblado de Yaurilla en el distrito de Los Aquijes- Ica ¿A través de que técnica vamos a recolectar los datos? A través de la observación, por medio Estructurada, realizamos las anotaciones de campo que se han traído desde el primer momento que se hicieron las Calicatas. Después se prosiguió con los ensayos en laboratorio, y apuntando todos los resultados en un cuaderno de notas. 4.2. INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS. - Diario de Campo. - Cuaderno de Notas. - Plano catastral - Dispositivos mecánicos (Cámara digital) - Ensayos de Laboratorio. - Estación Total - Software para Modelado (ETABS, SAP2000, SAFE) - Excel. 4.3. TECNICAS DE PROCESAMIENTO DE DATOS, ANALISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS. El tipo de análisis que se efectuará es el Cuantitativo. Y la técnica que se ha optado para el procesamiento de datos es la formulación de organizadores visuales. 46 CAPITULO V PRESENTACIÓN, INTERPRETACIÓN Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS. 5.1. PRESENTACIÓN E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS. 5.1.1. UBICACIÓN Y ASPECTOS DE LA ZONA EN INVESTIGACIÓN. UBICACIÓN El proyecto se encuentra ubicado en el Centro Poblado de Yaruilla, en el distrito de Los Aquijes- Ica. Para lo cual se colocaron puntos georeferenciados de la superficie del proyecto y puntos en donde se realizó la exploración de campo. Fig. 10: Ubicación del Proyecto de Investigación. Tabla Nº 1 Coordenadas UTM de los puntos de exploración PUNTO ALTITUD (m.s.n.m.) COORDENADAS NORTE ESTE 382 444.428 8’445,269.7792 426,398.6213 383 443.111 8’445,282.6223 426,374.8999 384 444.478 8’445,305.8991 426,434.6600 Fuente: Elaboración Propia 47 ASPECTOS GEOGRÁFICOS El distrito de Los Aquijes se encuentra ubicado en el valle de Ica, a 8 Km. al sur de la ciudad de Ica a la altura del Km. 304 de la Panamericana Sur, y la provincia de Ica a 300 Km. de la Ciudad de Lima. El Valle de Ica tiene 30,000 Has de área cultivable a lo largo del Rió Ica. Tiene una altitud de 475 msnm: se ubica en la latitud sur 13°56°25”, en la longitud oeste 75°40°30”, del meridiano de Greenwich. ASPECTOS TOPOGRÁFICOS. La topografía del Centro Poblado Yaurilla presenta pendiente ligeramente plana, el suelo en su gran parte es arcilloso y estable, pero también existe en los alrededores suelos arenosos y cerros con material aluvional. Se realizó un Levantamiento topográfico y se determinó que casi en su totalidad el terreno en estudio ha sido un lugar de acopio de desmonte de construcción, lo cual lo hace una zona accidentada con montículos y depresiones, Para lo cual se requerirá de una eliminación del desmonte. Además, existe una cantera antigua a casi 500 mt. De la zona en estudio, lo cual lo determina como una zona de influencia a la extracción y explotación de materiales de construcción. 48 UBICACIÓN DE CANTERA ANTIGUIAº UBICACIÓN DEL PROYECTO EN ESTUDIO Fig. 11: Topografía de la zona de estudio. Fig. 12: Ubicación de la zona en estudio 49 ASPECTOS HIDROLÓGICOS. El principal curso de agua del valle es el río Ica, torrentera que se activa entre los meses de diciembre y abril, desde su margen izquierda sale el principal canal de regadío La Achirana, que permite regar una superficie de 10,000 Has, (poco menos de la tercera parte del valle). El Distrito de Los Aquijes Se caracteriza por ser un clima con precipitación promedio anual de 150 mm. La causa de la deficiencia de lluvias en todas las estaciones del año se debe a la acción de la Corriente Oceánica Peruana, de aguas frías, la cual transmite su acción refrigerante al litoral costero a lo largo de su recorrido. Las condiciones de aridez de esta gran faja costera, es decir, el desierto extremo, ha motivado que la agricultura que se practica en los valles aluviales que atraviesan transversalmente dicha región, se efectúe exclusivamente bajo la modalidad de riego. Pero, a su vez, las características térmicas favorables de este tipo climático han permitido la fijación de un cuadro de cultivos amplio y diversificado. ASPECTOS URBANISTICOS. El distrito de Los Aquijes está constituido por el Centro Urbano capital del mismo nombre: cuenta con 11 Caseríos y 19 anexos. En la actualidad no se refleja en el distrito que haya un plan de desarrollo 50 urbano ni de reordenamiento. Lo que si se observa es que el distrito tiene grandes extensiones de cultivo dedicados a la agroexportación, la cual se encuentra cerca de las viviendas. El distrito se encuentra dividido por caseríos y a la vez estos por sectores o anexos, las cuales llevan de nombre los apellidos con mayor predominancia. La vía principal de transporte “Panamericana sur” atraviesa el distrito, poniendo en riesgo a la población. Tabla Nº 2 Caseríos y Anexos del distrito de Los Aquijes Caserío Sector o Anexo Cercado de Los Aquijes Los Quispes Sector La Achirana Los Yupanquis Los Acuaches Los Ormeño La Girao El Arenal La Salcedo Los Valencia Huarangal Jaurangita Villa Valverde El Chinarro Huamangilla La Perla Buenavista San Martín Los Piscontes La Solano Sunampe San Antonio Garganto Panamericana Tallamana Los Mayautes Centro poblado El Rosario s / n Pariña Chico s / n Jauranga s / n Yaurilla s / n Fuente: Municipalidad de los Aquijes 51 ASPECTOS DEMOGRÁFICOS. El distrito los Aquijes cuenta con una población total de 16,298 habitantes, con un índice de masculinidad de 97.96%, la tasa de crecimiento interesal del distrito es de 2.70%, como resultados de los censos nacionales INEI del 2007. Tabla Nº 3 Distrito Los Aquijes: población, 2007 – 2019 AÑO POBLACIÓN 2007 16298 2008 16738 2009 17190 2010 17654 2011 18131 2012 18621 2013 19124 2014 19640 2015 20170 2016 20715 2017 21274 2018 21848 2019 22438 Fuente: INEI- Censo Nacional 2007: XI Censo de Población y VI de Vivienda. La población del Centro Poblado de Yaurilla, según el censo del año 2007 fue de 2380 habitantes y realizando las proyecciones con la tasa de crecimiento del Distrito de 2.70% se tiene que para el este año 2019 un total de 2868 habitantes. Tabla Nº 4 CC.PP Yaurilla, 2007 – 2019 AÑO POBLACIÓN 2007 2380 2008 2444 2009 2510 2010 2578 52 2011 2648 2012 2719 2013 2792 2014 2867 2015 2944 2016 3023 2017 3105 2018 3189 2019 3275 Fuente: INEI- Censo Nacional 2007: XI Censo de Población y VI de Vivienda 5.1.2. ESTUDIO DE SUELOS PARA EL DISEÑO DE LAS CIMENTACIONES. GENERALIDADES DEL ESTUDIO. El objetivo del presente estudio de suelo es mostrar los trabajos realizados tanto en campo como en laboratorio, así como los resultados obtenidos. Todos estos datos servirán para nuestro diseño de las estructuras de cimentación, aplicando los parámetros técnicos del Reglamento Nacional de Edificaciones, E050 (Suelos y cimentaciones). NÚMERO DE PUNTOS DE EXPLORACIÓN La edificación será destinada al funcionamiento de la Institución Educativa Nº 22485, a continuación, se describirá el número de pabellones y el área que cuenta: 53 Tabla Nº 5, Nº de Pabellones con su área respectiva PABELLÓN 1er PISO (AREA m2) 2do PISO (AREA m2) TOTAL (AREA m2) I 217.88 277.11 494.99 II 185.57 235.83 421.40 III 125.34 158.70 284.04 IV 125.34 158.70 284.04 V 125.34 158.70 284.04 VI 185.57 235.83 421.40 Fuente: Elaboración Propia ¿Cuántos puntos de exploración debo realizar? La Norma E050 nos menciona lo siguiente: Tabla Nº 6, Tipo de edificación u obra para determinar el número de puntos de exploración TIPO DE EDIFICACIÓN U OBRA PARA DETERMINAR EL NÚMERO DE PUNTOS DE EXPLORACIÓN, VER SIGUIENTE TABLA DESCRIPCIÓN DISTANCIA MAYOR ENTRE APOYOS *(m) NÚMERO DE PISOS (incluidos sótanos) ≤3 4 a 8 9 a 12 ≥12 APORTICADA DE ACERO <12 III III III II PÓRTICOS Y/O MUROS DE CONCRETO <10 III III II I MUROS PORTANTES DE ALBAÑILERÍA <12 II I --- --- BASES DE MÁQUINAS Y SIMILARES Cualquiera I --- --- --- ESTRUCTURAS ESPECIALES Cualquiera I I I I OTRAS ESTRUCTURAS Cualquiera II I I I - Cuando la distancia sobrepasa la indicada, se clasificará en el tipo de edificación inmediato superior. TANQUES ELEVADOS Y SIMILARES ≤ 9 m de altura > 9m de altura II I PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA III INSTALACIONES SANITARIAS DE AGUA Y ALCANTARILLADO EN OBRAS URBANAS IV Fuente: Norma Técnica E050 (Suelos y Cimentaciones) 54 Tabla Nº 7, Número de puntos de exploración EL NÚMERO DE PUNTOS DE EXPLORACIÓN Tipo de edificación u otra (Tabla 6) Número de puntos de exploración (n) I Uno por cada 225 m2 de área techada del primer piso II Uno por cada 450 m2 de área techada del primer piso III Uno por cada 900 m2 de área techada del primer piso * IV Uno por cada 100 m de instalaciones sanitarias de agua y alcantarillado en obras urbanas Habilitación urbana para Viviendas Unifamiliares de hasta 3 pisos 3 por cada hectárea de terreno por habilitar * Dentro de esta categoría se incluyen las plantas de tratamiento de agua en la que se considera en lugar de área techada, el área en planta de la misma. “n” nunca será menor que 3 Teniendo en cuenta lo antes mencionado y revisando los planos en arquitectura podemos observar lo siguiente: Tabla Nº 8, Número de puntos de exploración para nuestro proyecto de investigación PABELLÓN PROPUESTA INICIAL DE SISTEMA ESTRUCTURAL EJE X-X PROPUESTA INICIAL DE SISTEMA ESTRUCTURAL EJE Y-Y TIPO DE EDIFICACIÓN (MAS DEFAVORABLE) 1er PISO (AREA m2) I PORTICOS MUROS PORTANTE DE ALBAÑILERÍA II 217.88 II PORTICOS MUROS PORTANTE DE ALBAÑILERÍA II 185.57 III PORTICOS MUROS PORTANTE DE ALBAÑILERÍA II 125.34 IV PORTICOS MUROS PORTANTE DE ALBAÑILERÍA II 125.34 V PORTICOS MUROS PORTANTE DE ALBAÑILERÍA II 125.34 VI PORTICOS MUROS PORTANTE DE ALBAÑILERÍA II 185.57 AREA TOTAL: 965.04 NUMERO DE PUNTOS DE EXPLORACIÓN: (AREA TOTAL/450) 2.14 = 3 Fuente: Elaboración Propia 55 El número de puntos de exploración que se ha realizado en el terreno para nuestro proyecto de investigación ha sido 3. PROFUNDIDAD MÍNIMA A ACANZAR EN CADA PUNTO DE EXPLORACIÓN. CIMENTACIÓN SUPERFICIAL SIN SÓTANO P= Df + z … (Ec. 5.01) Df = En una edificación sin sótano, es la distancia vertical desde la superficie del terreno o desde el nivel del piso terminado, hasta el fondo de la cimentación (RNE E050). H = Distancia vertical entre el nivel de piso terminado del sótano más profundo y la superficie del terreno natural (RNE E050). z = 1,5 B; siendo B el ancho de la cimentación prevista de mayor área. (RNE E050). Nota: Uno de los puntos debe llegar hasta el nivel más bajo de las estructuras soterradas más 3 m. En ningún caso p es menor de 3 m en el caso de estructuras sin sótano. (RNE E050). La profundidad mínima que hemos considerado en nuestro proyecto de investigación es de 3.50 m. por debajo del nivel +0.00. 56 DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE CARGA. ANALISIS DE LA DISTRIBUCIÓN DE ESFUERZOS DENTRO DE LA MASA DE SUELO. (Braja M. Das) En 1885, Boussinesq desarrolló las relaciones matemáticas para la determinación de los esfuerzos normales y de corte en un punto cualquiera dentro de medio homogéneos, elásticos e isotrópicos debido a una carga puntual concentrada localizada en la superficie. ∆𝑷 = 𝟑𝑷 𝟐𝝅𝒛𝟐(𝟏+( 𝒓 𝒛 ) 𝟐 )𝟓/𝟐 … (Ec. 5.02) Donde: ∆𝑷 : Incremento de esfuerzo vertical. 𝑷 : Carga puntual de magnitud P 𝒓: : Radio de influencia. 𝒛 : Profundidad Hacemos un metrado de cargas preliminar para obtener las presiones en el suelo en los 06 pabellones. - Características y especificaciones generales: Número de Pisos: N = 2 Altura de Entrepiso: h= 3.40 m. Espesor de losa aligerada: e= 0.20 m. Espesor de muros de albañilería: t= 0.13 m y 0.23 m. 57 - Materiales: Tabla Nº 9, Especificaciones de Albañilería Fuente: Elaboración Propia Tabla Nº 10, Especificaciones del concreto CONCRETO ɣ Peso específico (kg/m3) f´c Resistencia a la compresión (kg/cm2) MODULO DE ELASTICIDAD Ec (kg/cm2) 2400 210 𝑬𝒄 = 𝟏𝟓𝟎𝟎𝟎√𝒇´𝒄 217,370.7 Fuente: Elaboración Propia Tabla Nº 11, Especificaciones del Acero de Refuerzo ACERO DE REFUERZO GRADO fy Esfuerzo de fluencia (kg/cm2) MODULO DE ELASTICIDAD Es (kg/cm2) 60 4200 𝟐′𝟎𝟎𝟎, 𝟎𝟎𝟎 Fuente: Elaboración Propia ALBAÑILERIA KING KONG TIPO UNIDAD f´b (kg/cm2) PILAS f´m (kg/cm2) MODULO DE ELASTICIDAD Em (kg/cm2) IV 55 35 500f´m 22,500 58 PABELLÓN 01 Fig. 13: Distribución en planta del Pabellón 01 Se ha seleccionado la columna en Tee que se encuentra ubicada entre el eje I-I y 31-31, que como se aprecia en la fig. 13 se encuentra dentro del círculo rojo. Tabla Nº 12, Cálculo de Peso Propio PAB-1 PESO PROPIO PISO ELEMENTO ESTRUCTURAL Nº DE VECES DIMENSIONES PESO ESPECÍFICO ɣ (kg/m3) PESO PARCIAL (Ton) Largo (m) Ancho (m) Altura (m) 1 VIGA PERALTADA Y-Y 1 8.95 0.25 0.70 2400 3.76 VIGA PERALTADA X-X 1 3.00 0.25 0.50 2400 0.90 COLUMNA TEE 1 1.15 0.25 4.20 2400 2.90 LOSA ALIGERADA e= 0.20 m 1 5.45 3.60 300 kg/m2 5.89 2 VIGA PERALTADA Y-Y 1 7.00 0.25 0.70 2400 2.94 VIGA PERALTADA X-X 1 3.00 0.25 0.50 2400 0.90 COLUMNA TEE 1 1.15 0.25 3.40 2400 2.35 LOSA ALIGERADA e= 0.20 m 1 3.50 3.60 300 kg/m2 3.78 PESO TOTAL 23.42 Fuente: Elaboración Propia 59 Tabla Nº 13, Cálculo de Carga Muerta PAB-1 CARGA MUERTA PISO AREA TRIBUTARIA (m2) SOBRE CARGA (kg/m2) PESO PARCIAL (Ton) 1 19.62 Acabados: 100 Piso Terminado: 100 3.94 2 12.60 Pastelero: 100 1.26 PESO TOTAL 5.20 Fuente: Elaboración Propia Tabla Nº 14, Cálculo de Carga Viva PAB-1 CARGA VIVA PISO AREA TRIBUTARIA (m2) SOBRE CARGA (kg/m2) PESO PARCIAL (Ton) 1 12.60 Aula: 250 3.15 7.02 Corredores: 400 2.81 2 12.60 Mantenimiento: 100 1.26 PESO TOTAL 7.22 Fuente: Elaboración Propia 𝑪. 𝑺𝑬𝑹𝑽𝑰𝑪𝑰𝑶 = 𝑫 + 𝑳 … (Ec. 5.03) D: Peso propio + Carga muerta L: Carga viva 𝑪. 𝑺𝑬𝑹𝑽𝑰𝑪𝑰𝑶 = 𝟐𝟖. 𝟔𝟐 + 𝟕. 𝟐𝟐 = 𝟑𝟓. 𝟖𝟒 𝑻𝒐𝒏. Cálculo de los esfuerzos dentro de la masa del suelo Ec. 5.02 ∆𝒑 = 𝟑𝑷 𝟐𝝅𝒛𝟐(𝟏 + ( 𝒓 𝒛) 𝟐 )𝟓/𝟐 Tabla Nº 15, Cálculo de esfuerzos dentro de la masa de suelo PAB-1 Carga P (Ton) z (m) r (m) Diferencial de ∆𝒑 (kg/cm2) 35.84 0.00 0 ∞ 35.84 0.50 0 6.84 35.84 1.00 0 1.71 35.84 1.50 0 0.76 60 35.84 2.00 0 0.43 35.84 2.50 0 0.27 Fuente: Elaboración Propia PABELLÓN 02 Fig. 14: Distribución en planta del Pabellón 02 Se ha seleccionado la columna en Tee que se encuentra ubicada entre el eje O-O y 11-11, que como se aprecia en la fig. 14 se encuentra dentro del círculo rojo. Tabla Nº 16, Cálculo de Peso Propio PAB-2 PESO PROPIO PISO ELEMENTO ESTRUCTURAL Nº DE VECES DIMENSIONES PESO ESPECÍFICO ɣ (kg/m3) PESO PARCIAL (Ton) Largo (m) Ancho (m) Altura (m) 1 VIGA PERALTADA Y-Y 1 8.95 0.25 0.70 2400 3.76 VIGA PERALTADA X-X 1 3.00 0.25 0.50 2400 0.90 COLUMNA TEE 1 1.15 0.25 4.20 2400 2.27 LOSA ALIGERADA e= 0.20 m 1 5.45 3.60 300 kg/m2 5.89 2 VIGA PERALTADA Y-Y 1 7.00 0.25 0.70 2400 2.94 VIGA PERALTADA X-X 1 3.00 0.25 0.50 2400 0.90 COLUMNA TEE 1 1.15 0.25 3.40 2400 1.84 61 LOSA ALIGERADA e= 0.20 m 1 3.50 3.60 300 kg/m2 3.78 PESO TOTAL 23.42 Fuente: Elaboración Propia Tabla Nº 17, Cálculo de Carga Muerta PAB-2 CARGA MUERTA PISO AREA TRIBUTARIA (m2) SOBRE CARGA (kg/m2) PESO PARCIAL (Ton) 1 19.62 Acabados: 100 Piso Terminado: 100 3.94 2 12.60 Pastelero: 100 1.26 PESO TOTAL 5.20 Fuente: Elaboración Propia Tabla Nº 18, Cálculo de Carga Viva PAB-2 CARGA VIVA PISO AREA TRIBUTARIA (m2) SOBRE CARGA (kg/m2) PESO PARCIAL (Ton) 1 12.60 Aula: 250 3.15 7.02 Corredores: 400 2.81 2 12.60 Mantenimiento: 100 1.26 PESO TOTAL 7.22 Fuente: Elaboración Propia 𝑪. 𝑺𝑬𝑹𝑽𝑰𝑪𝑰𝑶 = 𝟐𝟖. 𝟔𝟐 + 𝟕. 𝟐𝟐 = 𝟑𝟓. 𝟖𝟒 𝑻𝒐𝒏. Cálculo de los esfuerzos dentro de la masa del suelo Ec. 5.02 ∆𝒑 = 𝟑𝑷 𝟐𝝅𝒛𝟐(𝟏 + ( 𝒓 𝒛) 𝟐 )𝟓/𝟐 Tabla Nº 19, Cálculo de esfuerzos dentro de la masa de suelo PAB-2 Carga P (Ton) z (m) r (m) Diferencial de ∆𝒑 (kg/cm2) 35.84 0.00 0 ∞ 35.84 0.50 0 6.84 35.84 1.00 0 1.71 35.84 1.50 0 0.76 35.84 2.00 0 0.43 35.84 2.50 0 0.27 Fuente: Elaboración Propia 62 PABELLÓN 03 Fig. 15: Distribución en planta del Pabellón 03 Se ha seleccionado la columna en “T” que se encuentra ubicada entre el eje F- F y 12-12, que como se aprecia en la fig. 15 se encuentra dentro del círculo rojo. Tabla Nº 20, Cálculo de Peso Propio PAB-3 PESO PROPIO PISO ELEMENTO ESTRUCTURAL Nº DE VECES DIMENSIONES PESO ESPECÍFICO ɣ (kg/m3) PESO PARCIAL (Ton) Largo (m) Ancho (m) Altura (m) 1 VIGA PERALTADA Y-Y 1 8.95 0.25 0.70 2400 3.76 VIGA PERALTADA X-X 1 3.00 0.25 0.50 2400 0.90 COLUMNA TEE 1 1.15 0.25 4.20 2400 2.27 LOSA ALIGERADA e= 0.20 m 1 5.45 3.60 300 kg/m2 5.89 2 VIGA PERALTADA Y-Y 1 7.00 0.25 0.70 2400 2.94 VIGA PERALTADA X-X 1 3.00 0.25 0.50 2400 0.90 COLUMNA TEE 1 1.15 0.25 3.40 2400 1.84 LOSA ALIGERADA e= 0.20 m 1 3.50 3.60 300 kg/m2 3.78 PESO TOTAL 23.42 Fuente: Elaboración Propia 63 Tabla Nº 21, Cálculo de Carga Muerta PAB-3 CARGA MUERTA PISO AREA TRIBUTARIA (m2) SOBRE CARGA (kg/m2) PESO PARCIAL (Ton) 1 19.62 Acabados: 100 Piso Terminado: 100 3.94 2 12.60 Pastelero: 100 1.26 PESO TOTAL 5.20 Fuente: Elaboración Propia Tabla Nº 22, Cálculo de Carga Viva PAB-3 CARGA VIVA PISO AREA TRIBUTARIA (m2) SOBRE CARGA (kg/m2) PESO PARCIAL (Ton) 1 12.60 Aula: 250 3.15 7.02 Corredores: 400 2.81 2 12.60 Mantenimiento: 100 1.26 PESO TOTAL 7.22 Fuente: Elaboración Propia 𝑪. 𝑺𝑬𝑹𝑽𝑰𝑪𝑰𝑶 = 𝟐𝟖. 𝟔𝟐 + 𝟕. 𝟐𝟐 = 𝟑𝟓. 𝟖𝟒 𝑻𝒐𝒏. Cálculo de los esfuerzos dentro de la masa del suelo Ec. 5.02 ∆𝒑 = 𝟑𝑷 𝟐𝝅𝒛𝟐(𝟏 + ( 𝒓 𝒛) 𝟐 )𝟓/𝟐 Tabla Nº 23, Cálculo de esfuerzos dentro de la masa de suelo PAB-3 Carga P (Ton) z (m) r (m) Diferencial de ∆𝒑 (kg/cm2) 35.84 0.00 0 ∞ 35.84 0.50 0 6.84 35.84 1.00 0 1.71 35.84 1.50 0 0.76 35.84 2.00 0 0.43 35.84 2.50 0 0.27 Fuente: Elaboración Propia 64 PABELLÓN 04 Fig. 16: Distribución en planta del Pabellón 04 Se ha seleccionado la columna en “T” que se encuentra ubicada entre el eje G-G y 12-12, que como se aprecia en la fig. 16 se encuentra dentro del círculo rojo. Tabla Nº 24, Cálculo de Peso Propio PAB-4 PESO PROPIO PISO ELEMENTO ESTRUCTURAL Nº DE VECES DIMENSIONES PESO ESPECÍFICO ɣ (kg/m3) PESO PARCIAL (Ton) Largo (m) Ancho (m) Altura (m) 1 VIGA PERALTADA Y-Y 1 8.95 0.25 0.70 2400 3.76 VIGA PERALTADA X-X 1 3.00 0.25 0.50 2400 0.90 COLUMNA TEE 1 1.15 0.25 4.20 2400 2.27 LOSA ALIGERADA e= 0.20 m 1 5.45 3.60 300 kg/m2 5.89 2 VIGA PERALTADA Y-Y 1 7.00 0.25 0.70 2400 2.94 VIGA PERALTADA X-X 1 3.00 0.25 0.50 2400 0.90 COLUMNA TEE 1 1.15 0.25 3.40 2400 1.84 LOSA ALIGERADA e= 0.20 m 1 3.50 3.60 300 kg/m2 3.78 PESO TOTAL 23.42 Fuente: Elaboración Propia 65 Tabla Nº 25, Cálculo de Carga Muerta PAB-4 CARGA MUERTA PISO AREA TRIBUTARIA (m2) SOBRE CARGA (kg/m2) PESO PARCIAL (Ton) 1 19.62 Acabados: 100 Piso Terminado: 100 3.94 2 12.60 Pastelero: 100 1.26 PESO TOTAL 5.20 Fuente: Elaboración Propia Tabla Nº 26, Cálculo de Carga Viva PAB-4 CARGA VIVA PISO AREA TRIBUTARIA (m2) SOBRE CARGA (kg/m2) PESO PARCIAL (Ton) 1 12.60 Laboratorios: 300 3.78 7.02 Corredores: 400 2.81 2 12.60 Mantenimiento: 100 1.26 PESO TOTAL 7.85 Fuente: Elaboración Propia 𝑪. 𝑺𝑬𝑹𝑽𝑰𝑪𝑰𝑶 = 𝟐𝟖. 𝟔𝟐 + 𝟕. 𝟖𝟓 = 𝟑𝟔. 𝟒𝟕 𝑻𝒐𝒏. Cálculo de los esfuerzos dentro de la masa del suelo Ec. 5.02 ∆𝒑 = 𝟑𝑷 𝟐𝝅𝒛𝟐(𝟏 + ( 𝒓 𝒛) 𝟐 )𝟓/𝟐 Tabla Nº 27, Cálculo de esfuerzos dentro de la masa de suelo PAB-4 Carga P (Ton) z (m) r (m) Diferencial de ∆𝒑 (kg/cm2) 36.47 0.00 0 ∞ 36.47 0.50 0 6.97 36.47 1.00 0 1.74 36.47 1.50 0 0.77 36.47 2.00 0 0.44 36.47 2.50 0 0.28 Fuente: Elaboración Propia 66 PABELLÓN 05 Fig. 17: Distribución en planta del Pabellón 05 Se ha seleccionado la columna en “T” que se encuentra ubicada entre el eje F- F y 12-12, que como se aprecia en la fig. 17 se encuentra dentro del círculo rojo. Tabla Nº 28, Cálculo de Peso Propio PAB-5 PESO PROPIO PISO ELEMENTO ESTRUCTURAL Nº DE VECES DIMENSIONES PESO ESPECÍFICO ɣ (kg/m3) PESO PARCIAL (Ton) Largo (m) Ancho (m) Altura (m) 1 VIGA PERALTADA Y-Y 1 8.95 0.25 0.70 2400 3.76 VIGA PERALTADA X-X 1 3.00 0.25 0.50 2400 0.90 COLUMNA TEE 1 1.15 0.25 4.20 2400 2.27 LOSA ALIGERADA e= 0.20 m 1 5.45 3.60 300 kg/m2 5.89 2 VIGA PERALTADA Y-Y 1 7.00 0.25 0.70 2400 2.94 VIGA PERALTADA X-X 1 3.00 0.25 0.50 2400 0.90 COLUMNA TEE 1 1.15 0.25 3.40 2400 1.84 LOSA ALIGERADA e= 0.20 m 1 3.50 3.60 300 kg/m2 3.78 PESO TOTAL 23.42 Fuente: Elaboración Propia 67 Tabla Nº 29, Cálculo de Carga Muerta PAB-5 CARGA MUERTA PISO AREA TRIBUTARIA (m2) SOBRE CARGA (kg/m2) PESO PARCIAL (Ton) 1 19.62 Acabados: 100 Piso Terminado: 100 3.94 2 12.60 Pastelero: 100 1.26 PESO TOTAL 5.20 Fuente: Elaboración Propia Tabla Nº 30, Cálculo de Carga Viva PAB-5 CARGA VIVA PISO AREA TRIBUTARIA (m2) SOBRE CARGA (kg/m2) PESO PARCIAL (Ton) 1 12.60 Talleres: 350 4.41 7.02 Corredores: 400 2.81 2 12.60 Mantenimiento: 100 1.26 PESO TOTAL 8.48 Fuente: Elaboración Propia 𝑪. 𝑺𝑬𝑹𝑽𝑰𝑪𝑰𝑶 = 𝟐𝟖. 𝟔𝟐 + 𝟖. 𝟒𝟖 = 𝟑𝟕. 𝟏𝟎 𝑻𝒐𝒏. Cálculo de los esfuerzos dentro de la masa del suelo Ec. 5.02 ∆𝒑 = 𝟑𝑷 𝟐𝝅𝒛𝟐(𝟏 + ( 𝒓 𝒛) 𝟐 )𝟓/𝟐 Tabla Nº 31, Cálculo de esfuerzos dentro de la masa de suelo PAB-5 Carga P (Ton) z (m) r (m) Diferencial de ∆𝒑 (kg/cm2) 37.10 0.00 0 ∞ 37.10 0.50 0 7.09 37.10 1.00 0 1.77 37.10 1.50 0 0.79 37.10 2.00 0 0.44 37.10 2.50 0 0.28 Fuente: Elaboración Propia 68 PABELLÓN 06 Fig. 18: Distribución en planta del Pabellón 06 Se ha seleccionado la columna en “T” que se encuentra ubicada entre el eje N-N y 3-3, que como se aprecia en la fig. 18 se encuentra dentro del círculo rojo. Tabla Nº 32, Cálculo de Peso Propio PAB-6 PESO PROPIO PISO ELEMENTO ESTRUCTURAL Nº DE VECES DIMENSIONES PESO ESPECÍFICO ɣ (kg/m3) PESO PARCIAL (Ton) Largo (m) Ancho (m) Altura (m) 1 VIGA PERALTADA Y-Y 1 8.95 0.25 0.70 2400 3.76 VIGA PERALTADA X-X 1 3.00 0.25 0.50 2400 0.90 COLUMNA TEE 1 1.15 0.25 4.20 2400 2.27 LOSA ALIGERADA e= 0.20 m 1 5.45 3.60 300 kg/m2 5.89 2 VIGA PERALTADA Y-Y 1 7.00 0.25 0.70 2400 2.94 VIGA PERALTADA X-X 1 3.00 0.25 0.50 2400 0.90 COLUMNA TEE 1 1.15 0.25 3.40 2400 1.84 LOSA ALIGERADA e= 0.20 m 1 3.50 3.60 300 kg/m2 3.78 PESO TOTAL 23.42 Fuente: Elaboración Propia 69 Tabla Nº 33, Cálculo de Carga Muerta PAB-6 CARGA MUERTA PISO AREA TRIBUTARIA (m2) SOBRE CARGA (kg/m2) PESO PARCIAL (Ton) 1 19.62 Acabados: 100 Piso Terminado: 100 3.94 2 12.60 Pastelero: 100 1.26 PESO TOTAL 5.20 Fuente: Elaboración Propia Tabla Nº 34, Cálculo de Carga Viva PAB-6 CARGA VIVA PISO AREA TRIBUTARIA (m2) SOBRE CARGA (kg/m2) PESO PARCIAL (Ton) 1 12.60 Biblioteca: 300 3.78 7.02 Corredores: 400 2.81 2 12.60 Mantenimiento: 100 1.26 PESO TOTAL 7.85 Fuente: Elaboración Propia 𝑪. 𝑺𝑬𝑹𝑽𝑰𝑪𝑰𝑶 = 𝟐𝟖. 𝟔𝟐 + 𝟕. 𝟖𝟓 = 𝟑𝟔. 𝟒𝟕 𝑻𝒐𝒏. Cálculo de los esfuerzos dentro de la masa del suelo Ec. 5.02 ∆𝒑 = 𝟑𝑷 𝟐𝝅𝒛𝟐(𝟏 + ( 𝒓 𝒛) 𝟐 )𝟓/𝟐 Tabla Nº 35, Cálculo de esfuerzos dentro de la masa de suelo PAB-6 Carga P (Ton) z (m) r (m) Diferencial de ∆𝒑 (kg/cm2) 36.47 0.00 0 ∞ 36.47 0.50 0 6.97 36.47 1.00 0 1.74 36.47 1.50 0 0.77 36.47 2.00 0 0.44 36.47 2.50 0 0.28 Fuente: Elaboración Propia 70 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 z (p ro fu n d id ad ) ∆𝑝 diferencial de ∆p PAB-1,2,3 diferencial de ∆p PAB-4,6 diferencial de ∆p PAB-5 Gráfico Nº 1, Comparación de la distribución de esfuerzos dentro de la masa de suelo para los Pabellones 1,2,3,4,5 y 6 Fuente: Elaboración Propia Se observa en la gráfica que la distribución de esfuerzos dentro de la masa del suelo desciende desde un máximo hasta un mínimo a medida que aumenta la profundidad, se realizó la comparación entre los pabellones y se obtuvo que hasta una profundidad de 2.50 m. la distribución de esfuerzos es casi la misma, y que el Pabellón 5 tuvo más esfuerzo a 0.50 m. que los demás pabellones debido a que el metrado de cargas fue mayor. 71 CÁLCULO DE LA CARGA DE ROTURA POR CORTE. La teoría de Terzaghi cubre el caso más general se suelos con cohesión y fricción y su impacto en la mecánica de suelos es tal, que en la actualidad es muy utilizado para la capacidad de carga. Terzaghi en su propuesta no considera los efectos del suelo por arriba del fondo de la cimentación y puede ser remplazado por una sobrecarga equivalente efectiva, esto no es estrictamente cierto ya que la posición de superficie de falla teórica es algo diferente, sin embargo, se ha demostrado que esta hipótesis conduce a resultados satisfactorios. Se tiene que: 𝑸𝒖 = 𝟏. 𝟑𝑪𝑵𝒄 + 𝒒𝑵𝒒 + 𝟎. 𝟒𝜸𝑩𝑵𝜸 (Cimentación cuadrada) … (Ec. 5.03) Para cimentaciones que exhiben falla local por corte en suelos, Terzaghi sugirió modificaciones en la Ec. 5.03 𝑸𝒖 = 𝟎. 𝟖𝟔𝟕𝑪𝑵′𝒄 + 𝒒𝑵′𝒒 + 𝟎. 𝟒𝜸𝑩𝑵′𝜸 (Cimentación cuadrada) … (Ec. 5.04) 𝑵𝒄 = 𝒄𝒐𝒕ø(𝑵𝒒 − 𝟏)… (Ec. 5.05) 𝑵𝒒 = 𝒕𝒂𝒏𝟐(𝟒𝟓 + ∅ 𝟐 )𝒆𝝅𝒕𝒂𝒏∅ … (Ec. 5.06) 𝑵𝜸 = 𝟐(𝑵𝒒 + 𝟏)𝒕𝒂𝒏∅ … (Ec. 5.07) C: Cohesión Ø: Angulo de fricción 72 𝜸: Peso específico del suelo q: 𝜸𝑫𝒇 𝑫𝒇: Profundidad de desplante B: Ancho de zapata Nc, Nq, N 𝜸: Factores de carga adimensionales que están en función del ángulo ø de fricción del suelo. N’c, N’q, N’ 𝜸: Factores de carga modificada y remplazando el valor ø por ø’= Tang-1(2/3tang ø). En la calicata Nº3 de 0.00 a 3.50 m. de profundidad se realizó el ensayo de corte directo y de acuerdo a este ensayo se obtuvieron los siguientes resultados (Ver anexo A). Para Ø: 30,7º los factores de capacidad de carga correspondientes son: Tabla Nº 36, Cálculo de Capacidad de Carga última Qu CALICATA CLASIFICACIÓN DE SUELO Ø’ C (kg/cm2) 𝜸 (gr/cm3) B (m) Df (m) N’c N’q N’ 𝜸 Qu (kg/cm2) 03 SP 21.59 0.04 1.96 2.00 1.30 16.43 7.50 6.73 3.54 2.20 3.64 2.50 3.80 2.70 3.91 3.00 4.06 Qu promedio 3.79 Fuente: Elaboración Propia En la tabla Nº 36 se puede apreciar un Qu (capacidad de carga última) para diferente ancho “B” de cimentación, promediando estos datos y obteniendo un Qu promedio. 73 FACTOR DE SEGURIDAD. El factor de seguridad es un valor el cual divide a la capacidad de carga última (Qu), para obtener la capacidad de carga admisible (Qadm), carga con la cual se diseñará la cimentación. El Art. 21 Factor de seguridad frente a una falla por corte (RNE E050) menciona los factores de seguridad mínimos que deben tener las cimentaciones: - Para cargas estáticas: 3,0 - Para solicitaciones máximas de sismo o viento (la que sea más desfavorable): 2.5 Para nuestro caso optaremos por el factor de seguridad de 3,0 CAPACIDAD DE CARGA ADMISIBLE. Es la presión con la que se diseñará la cimentación, capacidad de carga última que se verá afectada por el factor de seguridad. 𝑸𝒂𝒅𝒎 = 𝑸𝒖 (𝒑𝒓𝒐𝒎𝒆𝒅𝒊𝒐) 𝑭.𝑺 … (Ec. 5.08) 𝑸𝒂𝒅𝒎 = 𝟑. 𝟕𝟗 𝟑 = 𝟏. 𝟐𝟔 𝒌𝒈/𝒄𝒎𝟐 ASENTAMIENTOS. Para poder hallar los asentamientos en Mecánica de Suelos se empleó el Método Elástico, la cual consiste en aplicar a la Mecánica de suelos los conceptos de E (Módulo de Elasticidad) y µ (Módulo de Poisson). Estos conceptos se aplican siempre y cuando el suelo sea homogéneo e isótropo, 74 lo que en la realidad no se refleja del todo, sin embargo, ante lo expuesto, en muchos casos prácticos las distribuciones de esfuerzos que se obtienen mediante la aplicación de Teoría de la Elasticidad, han resultado satisfactorias en sus confrontaciones con el experimento. Se distinguen dos clases de asentamientos, asentamientos totales y diferenciales, siendo estos últimos los más importantes ya que podrían comprometer la seguridad de la estructura. Para determinar el asentamiento de una carga puntual en la superficie de un espacio semi- espacio homogéneo isotrópico y elástico. 𝝆𝒊 = 𝒑𝑩 (𝟏−µ𝟐)𝑰 𝑬 … (Ec. 5.09) Donde: ρi = asentamiento inicial (cm) p = presión transmitida a la cimentación (ton/m2) B = ancho de la cimentación (m) E = módulo de Elasticidad (tn/m2) I = factor de influencia (cm/m) μ = relación de Poisson A continuación, se mostrará cuadros auxiliares para determinar los factores como Es (Módulo de Elasticidad), μ (módulo de poisson) y factor de Influencia (If). 75 Tabla Nº 37, Módulo de Elasticidad, con respecto a los tipos de suelo Fuente: Cimentaciones superficiales (Dr Jorge E. Alva Hurtado). Tabla Nº 38, Módulo de Poisson, con respecto a los tipos de suelo Fuente: Cimentaciones superficiales (Dr Jorge E. Alva Hurtado). Tabla Nº 39, Factor de influencia, con respecto a la forma de zapata FORMA DE ZAPATA VALORES DE If (cm/m) CIMENTACIÓN FLEXIBLE RIGIDA UBICACIÓN CENTRO ESQUINA MEDIO --- RECTANGULAR L/B = 2 L/B = 5 L/B = 10 153 210 254 77 105 127 130 183 225 120 170 210 CUADRADA 112 56 95 82 CIRCULAR 100 64 85 88 Fuente: Cimentaciones superficiales (Dr Jorge E. Alva Hurtado). TIPO DE SUELO Es (ton/m2) ARCILLA MUY BLANDA Blanda Media Dura 30-300 200-400 450-900 700-2000 ARCILLA ARENOSA 3000-4250 SUELOS GRACIARES 1000-16000 LOESS 1500-6000 ARENA LIMOSA 500-200 ARENA: SUELTA DENSA 1000-2500 5000-10000 GRAVA ARENOSA: DENSA SUELTO 8000-20000 5000-14000 ARCILLA ESQUISTOSA 14000-140000 LIMOS 200-2000 TIPO DE SUELO μ (-) ARCILLA: SATURADA NO SATURADA ARENOSA 0,4 - 0,5 0,1 - 0,3 0,2 - 0,3 LIMO 0,3 – 0,35 ARENA: DENSA DE GRANO GRUESO DE GRANO FINO 0,2 – 0,4 0,15 0,25 ROCA 0,1 – 0.4 LOESS 0,1 – 0,3 HIELO 0,36 CONCRETO 0,15 76 0.753 0.753 0.753 0.766 0.779 0.766 0.735 0.740 0.745 0.750 0.755 0.760 0.765 0.770 0.775 0.780 0.785 PABELLON Nº 01 PABELLON Nº 02 PABELLON Nº 03 PABELLON Nº 04 PABELLON Nº 05 PABELLON Nº 06 A SE N TA M IE N TO S ρ i ( cm ) PABELLONES CUADRO COMPARATIVO DE ASENTAMIENTOS EN LOS PABELLONES DE LA I.E. 22485 Con los datos anteriormente mencionados, se determinaron los valores para: Una arena suelta de grano fino y la forma de la zapata a emplear es cuadrada de 2.50 m x 2.50 m con cimentación flexible en el centro, se tiene de la Ec. 5.09. Tabla Nº 40, Cálculo de Asentamientos por cada Pabellón ASENTAMIENTO (cm) PABELLON Nº 1 PABELLON Nº 2 PABELLON Nº 3 PABELLON Nº 4 PABELLON Nº 5 PABELLON Nº 6 𝝆𝒊 = 𝒑𝑩 (𝟏−µ𝟐)𝑰 𝑬 0.753 0.753 0.753 0.766 0.779 0.766 Fuente: Elaboración Propia. Gráfico Nº 2, CUADRO COMPARATIVO DE LOS ASENTAMIENTOS EN LOS PABELLONES DE LA I.E. 22485 77 Fuente: Elaboración Propia. De la gráfica Nº 2, se puede deducir que el Pabellón Nº 06 presenta un mayor asentamiento, porque tiene una presión que transmite a la cimentación (p) superior a los demás pabellones. ASENTAMIENTO TOLERABLE. El Art. 19 Asentamiento Tolerable (NTP E050) nos menciona acerca que el Asentamiento Diferencial no debe ocasionar una distorsión angular mayor a la indicada en la Tabla Nº 41. Tabla Nº 41, Distorsión Angular “α” DISTORSIÓN ANGULAR = α α = δ/L DESCRIPCIÓN 1/150 Límite en el que se debe esperar daño estructural en edificios convencionales. 1/250 Límite en que la pérdida de verticalidad de edificios altos y rígidos puede ser visible. 1/300 Límite en que se debe esperar dificultades con puentes grúas. 1/300 Límite en que se debe esperar las primeras grietas en paredes. 1/500 Límite seguro para edificios en los que no se permiten grietas 1/500 Límite para cimentaciones rígidas circulares o para anillos de cimentación de estructuras rígidas, altas y esbeltas. 1/650 Límite para edificios rígidos de concreto cimentados sobre un solado con espesor aproximado de 1,20 m. 1/750 Límite donde se esperan dificultades en maquinaria sensible a asentamientos. Fuente: Norma Técnica E050 (Suelos y Cimentaciones) Como lo anterior mencionado para los pabellones la distorsión angular permitido es de 1/500 (Límite seguro para edificios en los que no se permite grietas), que quiere decir que se permite una distorsión de hasta 1 cm por cada 5.00 m. de luz. Habiendo hallado un Asentamiento de 0.779 cm. En el Pabellón Nº 06 podemos decir que es correcto nuestro diseño ya que la distorsión límite 78 para este caso es de: 1/500 x 700 = 1.40 cm. 5.1.3. ESTRUCTURACIÓN Y PREDIMENSIONAMIENTO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES. ESTRUCTURACIÓN. La Norma E030 nos menciona lo siguiente: El comportamiento de edificaciones ante sismos será de: - Resistir sismos leves sin daño, la Norma nos indica todos los parámetros sísmicos que se deben seguir para diseñar una edificación que sea capaz de resistir sismos, evitando daños. - Resistir sismos moderados, existen casos en los cuales los sismos tienden a ser más severos, provocando que nuestra estructura sufra daños estructurales leves, sin colapso. - Resistir sismos severos, nos vamos a un extremo la cual nuestra edificación puede sufrir daños importantes en su estructura, considerando tal vez la posibilidad de un colapso. Esto no quiere decir que el colapso ocurrirá repentinamente, si no buscan un comportamiento elástico, dando tiempo a los ocupantes a evacuar o ubicarse en zonas seguras. Parte importante de la estructuración es la forma estructural en la que esté orientada, si tiene una forma regular podemos intuir que la edificación tendrá 79 un buen desempeño cuando se presente un sismo. Los cálculos exactos no siempre arrojan resultados de como es el comportamiento de una estructura, y prevalece más los conceptos de comportamientos y tipos de fallas. CRITERIOS DE ESTRUCTURACIÓN Y DISEÑO El Ing. Antonio Blanco Blasco (1994) planteó los siguientes criterios: - Simplicidad y Simetría La estructuración de la edificación se comporta mejor durante un sismo y es más fácil de predecir, nuestra habilidad para idealizar elementos estructurales es mayor para estructuras simples que para las complicadas. La simetría es un factor importante por que guarda una estrecha relación con los efectos torsionales. El centro de rigideces no se debe de alejar mucho del centro de masa, ya que si lo fuese ocasionaría efectos torsionales que son difíciles de evaluar y en lo preferible evitar. ¿Cómo saber si mi estructura es simétrica? Hacemos un trazo en nuestra edificación, si la edificación se corta en dos puntos, quiere decir que mi edificación es simétrica, y si corta en más de dos puntos, mi edificación no es simétrica. - Resistencia y Ductilidad 80 Característica importante en la edificación ya que al diseñar por fuerza sísmica se deberá conferir a la estructura una resistencia menor a la resistencia máxima necesaria, y el saldo se deberá complementar con una adecuada ductilidad, llegando a un estado plástico sin que llegue a la falla. Para el caso de la ductilidad en vigas de concreto armado se deberá verificar que la suma de los momentos flectores en los extremos divido por la luz libre sea menor que la capacidad resistente al corte de la viga. - Hiperestaticidad y monolitismo Las estructuras deberán tener una disposición hiperestáticas, con ello se logra de que se formen rótulas plásticas, la cual disiparán de mejor manera la energía sísmica y además aumenta la capacidad resistente logrando un mayor grado de seguridad. - Uniformidad y continuidad de la estructura La estructura debe ser continua tanto en planta como en elevación, con elementos que no cambien bruscamente de rigidez, con esta medida se buscará evitar concentraciones de esfuerzos. - Rigidez lateral Para que una estructura pueda resistir fuerzas horizontales es necesario 81 proveerla de elementos que aporten rigidez lateral en sus direcciones principales. Existe una ventaja y desventaja cuando se tienen estructuras flexibles, es mucho más fácil de analizar y alcanzar la ductilidad deseada, pero también genera una desventaja, que, por tratarse de una estructura flexible, en el proceso constructivos podría haber una congestión de armadura en los nudos, además de que los elementos no estructurales podrían invalidar el análisis debido a que es muy difícil separarla completamente de la estructura. En estructuras rígidas no presentan problemas constructivos, pero posee desventaja debido a que no se llega a la ductilidad elevada y su análisis es más complejo. Es recomendable incluir muros de corte que aporten rigidez lateral en edificios aporticados a fin de tener una combinación de rigidez y ductilidad. - Existencia de Diafragma Rígido Ocurre cuando la losa transmite los desplazamientos, fuerzas hacia muros, columnas de manera que la deformación lateral sea la misma. - Elementos no estructurales Desempeñan un efecto positivo en la estructura debido a que colaboran a un amortiguamiento dinámico, esto porque al agrietarse los muros producen un 82 contribuyen a disipar la energía sísmica, pero también tiene un efecto nocivo debido a que puede presentar que toman esfuerzos a los cuales no están provistos y distorsionan la distribución supuesta de esfuerzos. - El diseño en concreto armado Las consideraciones más importantes para el diseño sismorresistente son: o Diseño por flexión o Elemento sometido a flexión y cortante. o Diseñar elementos con cuantías de fierro en tracción y en compresión que permitan la redistribución de momentos. o Diseñar las columnas con mayor capacidad de resistir momentos en relación a las vigas, de manera que las rótulas plásticas se formen en los extremos de la viga y no en las columnas. ESTRUCTURACIÓN DEL PROYECTO. - Pabellón 01 Consta de dos bloques separados por una junta de 2”, en la dirección X-X está formado por pórticos de concreto armado, las columnas serán diseñadas para resistir cargas de gravedad y de sismos, las vigas serán diseñadas para resistir cargas de sismos y gravedad por carga de tabiquería. En la dirección Y-Y está formado por Muro de albañilería de Cabeza, los cuales absorberán 83 la fuerza de la cortante basal y estarán dispuestos en los extremos para dar rigidez a la edificación y evitar efectos torsionales, también existe pórtico de concreto armado que soportará la mayor de las cargas de gravedad. La losa del proyecto se estructuró tomando en cuenta los criterios anteriormente mencionado formando un diafragma rígido para asegurar que los desplazamientos laterales sean los mismos. La tabiquería a emplear para el alfeizar de las ventanas será de espesor 15 cm. Para mantener la uniformidad y continuidad de la estructura, se mantendrá las mismas dimensiones en columnas y vigas, de la misma forma para los muros que mantendrán el mismo espesor. La edificación cuenta con regularidad en planta, es decir, la relación del largo sobre el ancho es menor que 4. En la Fig. 19 se puede apreciar la estructuración en planta del piso típico del Pabellón 01. 84 Fig. 19: Plano de estructuración del piso típico del Pabellón 01 85 - Pabellón 02 En la dirección X-X está formado por pórticos de concreto armado, las columnas serán diseñadas para resistir cargas de gravedad y de sismos, las vigas serán diseñadas para resistir cargas de sismos y gravedad por carga de tabiquería. En la dirección Y-Y está formado por Muro de albañilería de Cabeza, los cuales absorberán la fuerza de la cortante basal y estarán dispuestos de manera alterna para dar rigidez a la edificación y evitar efectos torsionales, también existe pórtico de concreto armado que soportará la mayor de las cargas por gravedad. La losa del proyecto se estructuró tomando en cuenta los criterios anteriormente mencionado formando un diafragma rígido para asegurar que los desplazamientos laterales sean los mismos. La tabiquería a emplear para el alfeizar de las ventanas será de espesor 15 cm. Para mantener la uniformidad y continuidad de la estructura, se mantendrá las mismas dimensiones en columnas y vigas, de la misma forma para los muros que mantendrán el mismo espesor. La edificación cuenta con regularidad en planta, es decir, la relación del largo sobre el ancho es menor que 4, En la Fig. 20 se puede apreciar la estructuración en planta del piso típico del Pabellón 02. 86 Fig. 20: Plano de estructuración del piso típico del Pabellón 02 87 - Pabellón 03 En la dirección X-X está formado por pórticos de concreto armado, las columnas serán diseñadas para resistir cargas de gravedad y de sismos, las vigas serán diseñadas para resistir cargas de sismos y gravedad por carga de tabiquería. En la dirección Y-Y está formado por Muro de albañilería de Cabeza, los cuales absorberán la fuerza de la cortante basal y estarán dispuestos en los extremos para dar rigidez a la edificación y evitar efectos torsionales, también existe pórtico de concreto armado formando que soportará la mayor de las cargas. La losa del proyecto se estructuró tomando en cuenta los criterios anteriormente mencionado formando un diafragma rígido para asegurar que los desplazamientos laterales sean los mismos. La tabiquería a emplear para el alfeizar de las ventanas será de espesor 15 cm. Para mantener la uniformidad y continuidad de la estructura, se mantendrá las mismas dimensiones en columnas y vigas, de la misma forma para los muros que mantendrán el mismo espesor. La edificación cuenta con regularidad en planta, es decir, la relación del largo sobre el ancho es menor que 4. En la Fig. 21 se puede apreciar la estructuración en planta del piso típico del Pabellón 03. 88 Fig. 21: Plano de estructuración del piso típico del Pabellón 03 89 - Pabellón 04 En la dirección X-X está formado por pórticos de concreto armado, las columnas serán diseñadas para resistir cargas de gravedad y de sismos, las vigas serán diseñadas para resistir cargas de sismos y gravedad por carga de tabiquería. En la dirección Y-Y está formado por Muro de albañilería de Cabeza, los cuales absorberán la fuerza de la cortante basal y dar rigidez a la edificación y evitar efectos torsionales, también existe pórtico de concreto armado formando que soportará la mayor de las cargas. La losa del proyecto se estructuró tomando en cuenta los criterios anteriormente mencionado formando un diafragma rígido para asegurar que los desplazamientos laterales sean los mismos. La tabiquería a emplear para el alfeizar de las ventanas será de espesor 15 cm. Para mantener la uniformidad y continuidad de la estructura, se mantendrá las mismas dimensiones en columnas y vigas, de la misma forma para los muros que mantendrán el mismo espesor. La edificación cuenta con regularidad en planta, es decir, la relación del largo sobre el ancho es menor que 4, En la Fig. 22 se puede apreciar la estructuración en planta del piso típico del Pabellón 04. 90 Fig. 22: Plano de estructuración del piso típico del Pabellón 04 91 - Pabellón 05 En la dirección X-X está formado por pórticos de concreto armado, las columnas serán diseñadas para resistir cargas de gravedad y de sismos, las vigas serán diseñadas para resistir cargas de sismos y gravedad por carga de tabiquería. En la dirección Y-Y está formado por Muro de albañilería de Cabeza, los cuales absorberán la fuerza de la cortante basal y evitar efectos torsionales, también existe pórtico de concreto armado formando que soportará la mayor de las cargas. La losa del proyecto se estructuró tomando en cuenta los criterios anteriormente mencionado formando un diafragma rígido para asegurar que los desplazamientos laterales sean los mismos. La tabiquería a emplear para el alfeizar de las ventanas será de espesor 15 cm. Para mantener la uniformidad y continuidad de la estructura, se mantendrá las mismas dimensiones en columnas y vigas, de la misma forma para los muros que mantendrán el mismo espesor. La edificación cuenta con regularidad en planta, es decir, la relación del largo sobre el ancho es menor que 4, En la Fig. 23 se puede apreciar la estructuración en planta del piso típico del Pabellón 05. 92 Fig. 23: Plano de estructuración del piso típico del Pabellón 05 93 - Pabellón 06 En la dirección X-X está formado por pórticos de concreto armado, las columnas serán diseñadas para resistir cargas de gravedad y de sismos, las vigas serán diseñadas para resistir cargas de sismos y gravedad por carga de tabiquería. En la dirección Y-Y está formado por Muro de albañilería de Cabeza, los cuales absorberán la fuerza de la cortante basal y estarán dispuestos de manera alterna para dar rigidez a la edificación y evitar efectos torsionales, también existe pórtico de concreto armado que soportará la mayor de las cargas por gravedad. La losa del proyecto se estructuró tomando en cuenta los criterios anteriormente mencionado formando un diafragma rígido para asegurar que los desplazamientos laterales sean los mismos. La tabiquería a emplear para el alfeizar de las ventanas será de espesor 15 cm. Para mantener la uniformidad y continuidad de la estructura, se mantendrá las mismas dimensiones en columnas y vigas, de la misma forma para los muros que mantendrán el mismo espesor. La edificación cuenta con regularidad en planta, es decir, la relación del largo sobre el ancho es menor que 4, En la Fig. 24 se puede apreciar la estructuración en planta del piso típico del Pabellón 06. 94 Fig. 24: Plano de estructuración del piso típico del Pabellón 06. 95 PREDIMENSIONAMIENTO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES Es encontrar la dimensión la cuál puede ser usada en la edificación con cierto grado de seguridad, pero esto no es necesariamente suficiente, se debe tener en consideración además de las cargas por gravedad las cargas por sismo. Posteriormente será necesario verificar si las dimensiones propuestas son las adecuadas. Parar dimensionar es necesario conocer ciertos datos, como por ejemplo la luz entre apoyos, la carga de servicio, la resistencia del concreto. LOSAS El Ingeniero Antonio Blanco Blasco propuso las dimensiones tentativas para el espesor de la losa aligerada unidireccional para una sobrecarga máxima de 300 a 350 kg/m2, tal como se muestra a continuación en la Tabla Nº 42. Tabla Nº 42, Valores recomendados para el espesor la losa aligerada ESPESOR “h” (m) LUCES (m) 0.17 < 4.00 0.20 4.00< L <5.50 0.25 5.00< L <6.50 0.30 6.00< L <7.50 Fuente: Estructuración y diseño de edificaciones de Concreto Armado- Ing. Antonio Blanco Blasco. Para el Pabellón 01, 02, 03, 04, 05 y 06, por condiciones iguales se tiene una luz libre (Ln) de 3.63 m. lo cual correspondería un espesor de 0.17, pero en este caso por tener una Sobrecarga viva de 400 kg/m2 en los corredores del voladizo se optó por el espesor de 0.20 m. 96 VIGAS PERALTADAS. Se tomó en cuenta las recomendaciones del Ingeniero Antonio Blanco Blasco para el predimensionamiento de vigas: 𝑳𝒖𝒛 𝒍𝒊𝒃𝒓𝒆 (𝑳𝒏) 𝟏𝟐 < 𝑷𝒆𝒓𝒂𝒍𝒕𝒆 𝒅𝒆 𝑽𝒊𝒈𝒂 < 𝑳𝒖𝒛 𝒍𝒊𝒃𝒓𝒆 (𝑳𝒏) 𝟏𝟎 … Ec. 5.10 En cuanto al ancho de la base la Norma E060 nos indica que mínimo debe ser de 0.25 m. y estará entre un rango de 0.30H a 0.50H Para el caso de las vigas peraltadas principales se determinó los siguientes peraltes: Tabla Nº 43, Predimensionamiento de vigas peraltadas principales. PABELLÓN EJE LUZ LIBRE “Ln” (m) PERALTE DE VIGA (m) ANCHO DE BASE (m) 01 B-B entre 1-1 Y 3-3 6.70 0.60 0.30 02 D-D entre 1-1 Y 3-3 6.70 0.60 0.30 03 C-C entre 1-1 Y 3-3 6.70 0.60 0.30 04 C-C entre 1-1 Y 3-3 6.70 0.60 0.30 05 C-C entre 1-1 Y 3-3 6.70 0.60 0.30 06 E-E entre 1-1 Y 3-3 6.70 0.60 0.30 Fuente: Elaboración propia. Para el caso de las vigas peraltadas secundarias, la función principal no será de soportar cargas de gravedad, si no, soportar las cargas por fuerzas sísmicas que muchas veces es más importantes que las cargas de gravedad, por ello es necesario darle a la edificación una rigidez lateral optándose el mismo peralte que las vigas principales, pero con un ancho de 0.25 m. Nota: En la Norma E060 Art. 9.6 CONTROL DE DEFLEXIONES, nos indica 97 peraltes o espesores mínimos de vigas no preesforzadas, siempre y cuando no se haga un cálculo de deflexiones. Estos peraltes resultan menores que los calculados en la Tabla Nº 43, la razón es que se tomaron otros criterios como la rigidez lateral y diseño sismorresistente. COLUMNAS. Se tomó en cuenta las recomendaciones del Ingeniero Antonio Blanco Blasco que sugiere lo siguiente: o Para edificios que tengan muros de corte en las dos direcciones, tal que la rigidez lateral y la resistencia van a estar principalmente controladas por los muros, las columnas se pueden dimensionar de la siguiente manera: 𝑨𝒓𝒆𝒂 𝒅𝒆 𝒄𝒐𝒍𝒖𝒎𝒏𝒂 = 𝑷 (𝒔𝒆𝒓𝒗𝒊𝒄𝒊𝒐) 𝟎.𝟒𝟓 𝒇´𝒄 … Ec. 5.11 o Para el mismo tipo de edificio, el dimensionamiento de las columnas con menos carga axial, como es el caso de las columnas exteriores o esquineras se pueden dimensionar de la siguiente manera: 𝑨𝒓𝒆𝒂 𝒅𝒆 𝒄𝒐𝒍𝒖𝒎𝒏𝒂 = 𝑷 (𝒔𝒆𝒓𝒗𝒊𝒄𝒊𝒐) 𝟎.𝟑𝟓 𝒇´𝒄 … Ec. 5.12 o Para edificios aporticados, las columnas se deberán dimensionar con un área fluctuante entre 1000 y 2000 cm2. o El peralte de la viga debería ser similar al peralte de la columna a fin de lograr: o ∑ 𝑴𝒏 𝒄𝒐𝒍 ≥ 𝟏, 𝟐𝟎 ∑ 𝑴𝒏 𝒗𝒊𝒈𝒂𝒔 … Ec. 5.13 98 Tabla Nº 44, Predimensionamiento de columnas. PABELLÓN EJE 𝑨𝒄 = 𝑷 (𝒔𝒆𝒓𝒗𝒊𝒄𝒊𝒐) 𝟎. 𝟒𝟓 𝒇´𝒄 Columnas intermedias 𝑨𝒄 = 𝑷 (𝒔𝒆𝒓𝒗𝒊𝒄𝒊𝒐) 𝟎. 𝟑𝟓 𝒇´𝒄 Columnas esquineras DIMENSIONES PROPUESTAS ANCHO (cm) PERALTE (cm) ÁREA (cm2) 01 B-B entre 1-1 379.26 cm2 30 60 1800 A-A entre 1-1 487.62 cm2 25 60 1500 02 D-D entre 1-1 379.26 cm2 30 60 1800 A-A entre 1-1 487.62 cm2 25 60 1500 03 C-C entre 1-1 379.26 cm2 30 60 1800 A-A entre 1-1 487.62 cm2 25 60 1500 04 C-C entre 1-1 385.93 cm2 30 60 1800 A-A entre 1-1 496.20 cm2 25 60 1500 05 C-C entre 1-1 392.59 cm2 30 60 1800 A-A entre 1-1 504.76 cm2 25 60 1500 06 C-C entre 1-1 385.93 cm2 30 60 1800 A-A entre 1-1 496.20 cm2 25 60 1500 Fuente: Elaboración propia. Se tomó en cuenta el metrado preliminar para CARGA DE SERVICIO que se realizó en el “ANALISIS DE LA DISTRIBUCIÓN DE ESFUERZOS DENTRO DE LA MASA DE SUELO”. Para la dirección Y-Y (principal), se buscó cumplir con la Ec. 5.13, los Momentos Nominales de la columna deberán ser mayor o igual a 1.20 veces el Momento Nominal en las vigas para evitar que se formen rótulas plásticas en las columnas y que haya un colapso de la estructura por falla frágil. Para la dirección X-X (transversal), para columnas intermedias se peraltó 0.30 m. convirtiéndola en una columna en forma de “T”, la razón principal es que se necesita tener rigidez lateral por el tema de las fuerzas sísmicas que debe absorber. En columnas esquineras se peraltó de la misma manera 0.35 m. convirtiendo la columna en forma de “L”. 99 MUROS DE ALBAÑILERÍA De la Norma E050, Art. 19.2 ESTRUCTURACIÓN EN PLANTA, Los muros de albañilería se dimensionan por condición sísmica, la Norma E030, Art. 16 SISTEMAS ESTRUCTURALES, considera que para muros estructurales actúa por lo menos el 70% de la fuerza cortante en la base. Así entonces tenemos: 𝑨𝒓𝒆𝒂 𝒅𝒆 𝒍𝒐𝒔 𝒎𝒖𝒓𝒐𝒔 𝒓𝒆𝒇𝒐𝒓𝒛𝒂𝒅𝒐𝒔 𝑨𝒓𝒆𝒂 𝒅𝒆 𝒑𝒍𝒂𝒏𝒕𝒂 𝒕í𝒑𝒊𝒄𝒂 = ∑ 𝑳.𝒕 𝑨𝒑 ≥ 𝒁.𝑼.𝑺.𝑵 𝟓𝟔 … Ec. 5.14 Dónde: “Z”, “U” y “S” corresponden a los factores de zona sísmica, uso de la edificación y factor de suelo, respectivamente, especificados en la Norma E030 Diseño Sismorresistente. N: Número de pisos del edificio. L: Longitud total del muro (incluyendo columnas si existiesen) t: Espesor efectivo del muro. Tabla Nº 45, Predimensionamiento de muros de albañilería. PABELLÓN AREA DE LOS MUROS REFORZADOS AREA DE PLANTA TIPICA FACTORES DE ZONA SISMICA Nº PISOS ∑ 𝑳. 𝒕 𝑨𝒑 ≥ 𝒁. 𝑼. 𝑺. 𝑵 𝟓𝟔 CUMPLE L (m) t (m) Ap (m2) Z U S 01 BLOQUE 1 BLOQUE 2 15.80 23.70 0.23 0.23 94.41 125.22 4 0.45