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MEMORIA TÉCNICA DE CÁLCULO Y DISEÑO
ESTRUCTURAL: PROYECTO "MI CASITA LINDA"
P R O Y E C T O S E S T R U C T U R A L E S
E N E R O , 2 0 1 7
ING. G U S T A V O C E U LOAIZA
Proyectos Estructurales
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Proyectos Estructurales
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Telf.2283833 • 0994793477
CASA MODELO S
MODELO DE CASA TIPO 4 (EJEMPLO PARA 2 NIVELES)
GENERAL
El calcuio de tas casas Modelo se analizara según la Norma Ecuatoriana de Construcción NEC 2015.
2
N E C
1 CAHGAS
N E C N E C
V1V!EM0A.S DE MASTA. 1 PT^Dí C O « t K C f S
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El estudio del proyecto incluye el análisis y diseño estructural de 5 tipos de vivienda (4 CASAS DE UNA PUNTA Y UNA CASA DE 2 PLANTAS) según los siguientes puntos:
- Cálculo de cargas de la estructura.
- Modelo estructural en ETABS V.9.7.4.
- Análisis estructural.
Revisión de elementos estructurales.
CÓDIGOS
El código empleado para el análisis y diseño de la estructura, según sus capítulos, es:
Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC 2015 o Capítulo 1 {Cargas NO Sísmicas) o Capítulo 2 {Cargas Sísmicas y de diseño sismoresistente) o Capítulo 10 (Vivienda de hasta 2 pisos con luces de hasta 5 metros)
- American Concrete Institute. ACI318-SR-08.
MATERIALES
Los materiales utilizados en las estructuras son:
Hormigón - Resistencia a la Compresión: f e =210Kg/cm2. - Acero en Varillas: Resistencia a la Fluencia: fy = 4200Kg/cm2. - Acero electrosoldado de mallas : resistencia a la fluencia Fy: 5000 Kg/cm2
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1
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250
2Qx20(a) 1 % Dtáme&o S tren @ 10
cm
1
Vigas
250
t4/rylnr.
DUmetro s mm Q 5 en U4 (exfiwTKS) y 10 cm (cetmo)
2
CoMimas
4 0 2 5 0
P l w 1 25x25
RSO 2. 20X20
t% Dúmetao 8 mm Q 10
2
v<9u
4 0 2 5 0
20x20(b)
Didfnctro 8 mn Q 5 en U4 (exlremos) y 10 cm (centoD)
U)t*a S ReqtmHos m í n i m o » *n twncico <lel n n n m o d e p l iM cte l a v»w*!!i»¿ki c o n (w>fc.<ii óe hioimiqlfyn
CARGAS CONSIDERADAS
CARGAS MUERTAS
Definición: Se considera como cargas muertas las que actúan permanentemente, tales
como el peso propio de la estructura, baldosas, paredes, maquinarias de instalaciones
diversas, etc.
Pesos:
Paredes de Mamposten'a con enlucido ambas caras 1800 Kg/m3
Paredes de mamposteria enlucida 2 caras 150 kg/m2
Sobrepisos ligeros 100 Kg/m2
Mortero de cemento: 2000Kg/m3
Tierra compactada 1.800 Kg/m3
Acero 7.850 Kg/m3
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A
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CARGAS VIVAS
Definición: Son las provisionales y que no tienen carácter de permanente.
Áreas destinadas a:
• Cubierta 70 Kg./m2
r ^ ^ ^ ^ OcifMcián o Uso Carga
uniformo C « g a coftcenti oda (kN)
C u b i « r u i s
0.70
CubmtKoes tnacbsenpdner i aopd iaBd» nwnan. CtlsÉBias oestradas paia piopúGiKs eapacíaiB
JiAJ 430 r
Losa de Piso (Modelo 5) 200 Kg./m2
CARGAS ACCIDENTALES (SÍSMICAS!
Las cargas sísmicas se obtuvieron de la Norma Ecuatoriana de Construcción NEC.
ACCIONES SÍSMICAS.
Este capítulo considera a los sistemas estructurales definidos en la Tabla 3 para la
aplicación en el diseño y construcción de viviendas sismo resistentes. Cualquier otro
sistema estructural que no conste en este listado requerirá de la aprobación del Comité
Ejecutivo NEC. t
Acciones sísmicas de diseño ^
Los sistemas constructivos utilizados para la construcción de vivienda, son redundantes
pero carecen de ductilidad. Por tal razón, el diseño sismo-resistente está basado e
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fuerzas y consiste en verificar que la resistencia lateral de la estructura, Vmr , es mayor o
igual a la demandada por el sismo de diseño, Vtase- El análisis de las derivas de piso no es
mandatorio.
' base — V m r
Dónde:
Demandada por el sismo de diseño
Resistencia lateral de la esmicnua
FUENTES DE MASA
Para calcular los modos de vibración, un modelo debe contener masa. La masa debe ser
determinada y asignada en ETABS usando alguno de los siguientes:
• ETABS determina la masa de la vivienda en las bases de la masa del propio objeto
(definido en la tarea de propiedades) y cualquier masa adicional que se
especifique. Esta es la función predeterminada.
• ETABS determina la masa de la combinación de carga que se especifique.
CARGA SÍSMICA REACTIVA W
• Según la NEC, la carga W representa la carga reactiva por sismo, y es igual a la
carga muerta total de la estructura.
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01 F n n L M d a
0 « t n * M * ( * Mt j « «*« tal L<MÓ»
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Modty
U M p L o h M l M a n a l S t o t y L v v a t t
DETERMINACIÓN PEI FACTOR Z.
El sitio donde se construirá la estructura determinará una de las seis zonas sísmicas del
Ecuador, caracterizada por el valor del factor de zona 2, de acuerdo el mapa de la Figura
2.1 .
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E! valor de Z de cada zona representa la aceleración máxima en roca esperada para el
sismo de diseño, expresada como fracción de la aceleración de la gravedad. Todo el
territorio ecuatoriano esta catalogado como de amenaza sísmica alta, con excepción del
nor-oriente que presenta una amenaza sísmica intermedia y del litoral ecuatoriano que
presenta una amenaza sísmica muy alta (Tabla 2.1).
T ^ i U 2.1. \ ' a l « r a dd factor Z n ímmcii» ér la niKa láuBfea adoptaáa
Zona sbnrica 1 I I III IV \ VI \r fartor / 0 15 0.35 0.40 >0.S0 C'aracImzaciM ár la amcma/a látinka
IntcTTiMCÜa Aha Aha Aha Alta Muy Afta
Para facilitar la determinación del valor de Z, en la Tabla 2.2 se incluye un listado de
algunas poblaciones del país con el valor correspondiente.
Si se ha de diseñar una estructura en una población o zona que no consta en la lista y que
se dificulte la caracterización de la zona en la que se encuentra utilizando el mapa de la
Figura 2.1, debe escogerse el valor de la población más cercana.
IMPORTANCIA DE LA CONSTRUCCIÓN SISMO RESISTENTE
Ecuador se encuentra en una zona de actividad sísmica alta, es por ello que establecer
requisitos mínimos para el análisis, diseño y construcción de viviendas sismo-resistentes,
permitirá que las edificaciones tengan un comportamiento adecuado para resistir la
acción de fuerzas causadas por sismos, protegiendo ta vida y los bienes de las personas
que las ocupan.
Tanto el sistema estructural como la altura de diseño de las viviendas que se definen en
este capítulo se especifican en la Tabla 3.
A DETERMINACION DEL CORTANTE BASAL
El cortante basal sísmico se debe determinar mediante la siguiente expresión:
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ZCW/R
Dónde:
Z Facror de zona que depeude de ia posicióu geogiáfica del proyecto y su correspondieute zoua sísmica defuüda en la sección 3.1.1 de la NEC-SE-DS.
c Coeficiente de resiniesta síquica obtenido sestm Tabla 2
w Peso sísmico efectivo de la esmictiua. ísual a la carea muerta total de ia estnictiua más im 25°o de la carea viva de uiso (véase ia NEC-SE-CG 1. En el caso de estnicnuas de bodeeas ó de almaceiiaje. W se calcula como la carga muerta más uu 50*'' o de la carga viva de piso.
R Factor de reducción de resisteucia sísmica: se debe adoptar de los valores establecidos en la Tabíft ?• segi'm el sistema estnicniral adoptado.
Zona geográfica C
Costa y Galápagos 2.4
Sierra y Oriente 3
Tabla 2: Coeficiente de Respuesta Sísmica
SISTEÍVIAS ESTRUCTURALES Y COEFICIENTE "R" DE REDUCCIÓN DE RESPUESTA ESTRUCTURAL
Los coeficientes de reducción R son expuestos, según los sistemas estructurales de viviendas resistentes a cargas sísmicas, en ia siguiente tabla:
2=0.50; R = 3; C=2.40
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Sistema Estructural r 1 í t h n H a c i ^ en ; Materiales j Coeficiente R altura (núni^o
de pisos)
Homiigon Armado con secciones de dimensión menor a la esoecíficada en fa NFC-SF -HM reforzado con ac^ro laminado en cattente.
3 2(b)
P ^ c c « resistentes a Momento
Hormigón Armado con secciones de dimensión menor a ia especificada en la NEC-SE-HM con armadura electro-soldada de alta resistencia.
2.5 2
P ^ c c « resistentes a Momento
Acero Doblado en Frío 1,5 2(b)
Tabla 3: Sistemas estructurales de viviendas resistentes o cargas sísmicas
Se destaca que:
• (b) Cuando estos sistemas tengan más de 2 pisos y tuces mayores a 3.50m, el diseño estará regido por las NEC-SE-DS. NEC-SE-HM, NEC-SE-AC. NEC-SE-MP.
0.50 * 2.40 * W
b a s e
V b a s e = 0.40 * W
Se considerará como acción sísmica fuerzas laterales con una magnitud igual al pjiarenta
por ciento del peso de la edificación.
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Se recalca que solo se ha utilizado como peso reactivo la carga muerta total sin incluir
porcentaje de carga viva para estar de acuerdo a la norma NEC-SE-DS (Peligro Sísmíco-
Diseño Sismo Resistente)
METODO DE ANALISIS ESTATICO
Se considera que si la estructura está capacitada para resistir el total de la acción sísmica
en cada dirección ortogonal, entonces también podrá resistir el sismo actuando en
cualquier dirección oblicua, lo cual producirá componentes menores que el total de dicha
acción.
El criterio de diseño de que se aplicará es el siguiente:
1 . - Se realizará análisis estructural de elementos que participan en el diseño.
2. - Se mostrara la hoja de detalle tanto de momentos resistentes Mr, como la fuerza
cortante resistente Vr. Comparando esto con los momentos flexionantes y cortantes
últimos.
Si los efectos resistentes son mayores o iguales (Mr>Mu; Vr>Vu) que los efectos últimos de
los diversos elementos, significa que cumple con la condición reglamentaria de diseño.
COMBINACIONES DE CARGAS UTILIZANDO EL DISEÑO POR RESISTENCIA
Las estructuras, componentes y cimentaciones, deberán ser diseñadas de tal manera que
la resistencia de diseño iguale o exceda los efectos de las cargas incrementadas, de
acuerdo a las siguientes combinaciones:
1 .1 .4D
2.1.2 D+1.6 L+0.5(LróSóR)
3,1.2 D+ 1.6(Lr ó S ó R)+(L ó 0.5W)
4. 1.2 D+ 1.0 W+L+0.5 (Lr ó S ó R)
S .1.2 D+l.OE+L+0.2 S
6,0.9 D + 1.0 W
7. 0.9D+1.0E
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SÍMBOLOS Y NOTACIÓN
D_f carga permanente
E = carga de sismo
F = carga de fluidos con presiones y alturas máximas bien definidas
Fa = carga de inundación
H = carga por la presión lateral de suelo, presión de agua en el suelo, o presión de
materiales a granel
L = sobrecarga
Lr = sobrecarga cubierta
Recarga de lluvia
S = carga de granizo
T_= cargas por efectos acumulados de variación de temperatura, flujo plástico, retracción,
y asentamiento diferencial
W = carea de viento
DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE CONCRETO REFORZADO
REQUISITOS GENERALES
Los elementos estructurales de hormigón armado deben cumplir con las especificaciones
vigentes del Comité 318 del Instituto Americano del Concreto (Código ACI-318-SR-08),
excepto en lo referente a su capítulo "Estructuras Sismo Resistentes", en las partes que es
sustituido por este Capítulo,
PROPIEDADES MECÁNICAS Y FACTORES DE REDUCCIÓN DE RESISTENCIA
Los materiales utilizados deben cumplir con las especificaciones del Capítulo 1 del NEC. La
resistencia mínima especificada del hormigón a la compresión debe ser 21 M P a y ¿
resistencia máxima especificada a la compresión para elementos de hormigón Itviaro
debe ser 35 M P a .
Los factores de reducción de resistencia,0, son los que señala el Código ACI-318:
(al Secciones controladas por tracción 0.90
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( b ) Tracción axial. 0.90
(el Secciones controladas por compresión:
• Elementos con refuerzo transversal en espiral 0.75
• Otros elementos reforzados 0.65
(di Cortante y torsión 0.75
(el Aplastamiento 0.65
Para secciones en las cuales ia deformación unitaria neta de tracción en el acero extremo
de tracción en condición de resistencia nominal, et, está dentro de los límites definidos
para secciones controladas por compresión y tracción, fy/Esy 0.005 respectivamente, se
permite que 0 aumente linealmente del valor correspondiente a una sección controlada
por compresión hasta 0.90, conforme et aumente del valor correspondiente al límite de
deformación unitaria de una sección controlada por compresión, fy/Es hasta 0.005, donde
Es es el módulo de elasticidad del acero de refuerzo, el cual se puede considerar como
200000 MPa.
El factor de reducción de resistencia al corte es 0.60, para aquellos elementos en los
cuales se permita diseñar para una capacidad en cortante menor al máximo
correspondiente a la capacidad en flexión.
GEOMETRIA DEL MODELO ESTRUCTURAL
Se modeló en el programa de elementos finitos EtabsV9.7.4 toda la geometría de la estructuras tal como se indica en los planos estructurales.
DEFINICIÓN DE MATERIALES
Se definió de material el acero estructural y hormigón con sus propiedades re^ectivas (unidades Kg/cm^).
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CASA MODELO 1
CASA MODELO 1: (ESTRUCTURACtON MODELADO 3D)
DEFINICION DE SECCIONES GENERALES
Las secciones definidas en el modelo de ETABS 7.9.7.4 son las mismas que constan en los
planos estructurales del proyecto /
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CASA MODELO 1: (ELEMENTOS ESTRUCTURALES)
DEMANDA POR EL SISMO DE DISEÑO (CASA MODELO H
CARGA REACTIVA (CASA MODELO 1 Story Poínt Load F2
Ton BASE 1 PESO 0.7 BASE 4 PESO 0.98 BASE 7 PESO 0.78 BASE 8 PESO 0.95 BASE 11 PESO 1.34 BASE 14 PESO 1.04 BASE 15 PESO 0.7 BASE 18 PESO 0.98 BASE 21 PESO 0.79
CARGA REACTIVA PESO: 1.0*D
PESO TOTAL (W) 8.26 Ton
^ b a s e = 0-40 * (8.26) = 3.30 Ton
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DISEÑO DE ELEMENTOS Y RESULTADOS MEDIANTE Et PROGRAMA ETABSV9.7.4.
Área de acero longitudinal de vigas v columnas CASA MODELO 1
REVISION DE DETALLES DE COLUMNA CRITICA
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REVISION DE DETALLES DE VIGA CRITICA
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CASA MODELO 2
CASA MODELO 2: (ESTRUCTURACION MODELADO 3D)
DEFINICIÓN DE SECCIONES GENERALES
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CASA MODELO 2: (ELEMENTOS ESTRUCTURALES)
Proyectos Estruc
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DEMANDA POR EL SISMO DE DISEÑO (CASA MODELO 21
CARGA REACTIVA (CASA MODELO 2 Story Point Load FZ
TON BASE 1 PESO 0.84 BASE 4 PESO 1.1 BASE 7 PESO 0.75 BASE 8 PESO 0.89 BASE 11 PESO 1.26 BASE 14 PESO 0.97 BASE 15 PESO 0.66 BASE 18 PESO 0.91 BASE 21 PESO 0.74
CARGA REACTIVA PESO: 1.0*D
PESO TOTAL 8.12 TON
Vbase = 0-40 * (8.12) = 3.24 Ton
Proyectos Estructurales, 19
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DISEÑO DE ELEMENTOS Y RESULTADOS MEDIANTE EL PROGRAMA ETABSV9.7.4.
Área de acero longitudinal de vigas v columnas CASA MODELO 2
Proyectos EstVucturales
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REVISION DE DETALLES DE COLUMNA CRITICA
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REVISION DE DETALLES DE VIGA CRITICA
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CASA MODELO 3
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DEMANDA POR EL SISMO DE DISEÑO (CASA MODELO 31
CARGA REACTIVA (CASA MODELO 3) Story Point Load FZ
TON BASE 1 PESO 0.66 BASE 4 PESO 0.72 BASE 9 PESO 0.95 BASE 12 PESO 1.38 BASE 15 PESO 1.02 BASE 16 PESO 0.92 BASE 19 PESO 1.31 BASE 22 PESO 1.00 BASE 23 PESO 0.61 BASE 26 PESO 0.84 BASE 29 PESO 0.69
10.10 TON
0.40 * (10.10) = 4.04 Ton
CARGA REACTIVA PESO: 1.0*D
^base —
Proyectos EstructuriTes 23
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DISEÑO DE ELEMENTOS Y RESULTADOS MEDIANTE EL PROGRAMA ETABSV9.7.4.
Área de acero longitudinal de vigas y columnas CASA MODELO 3
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Mail: gcelil407@hatmail.com Telf.22S3833 - 0994793477
REVISION DE DETALLES DE COLUMNA CRITICA
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REVISION DE DETALLES DE VIGA CRITICA
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Proyectos Estructurales 25
Ing. Gustavo Celli Loaiza Cdla. Kennedy Norte Mz O villa 1 Mail: gcelil407@hotmail.com Tetf.22a3933 - 0994793477
CASA MODELO 4
CASA MODELO 4: (ESTRUCTURACION MODELADO 3D)
*
CASA MODELO 4: (ELEMENTOS ESTRUCTURALES)
Proyectos Estructurales 26
Ing. Gustavo Celli Loaiza Cdla. Kennedy Norte Mz D villa 1 Mail: gcelil407&hatma¡i.com Telf.2283833 • 0994793477
DEMANDA POR EL SISMO DE DISEÑO (CASA MODELO 41
CARGA REACTIVA (CASA MODELO 4) Story Point Load FZ
TON BASE 1 PESO 0.61 BASE 4 PESO 0.78 BASE 9 PESO 0.94 BASE 12 PESO 1.35 BASE 15 PESO 1.14 BASE 16 PESO 1.00 BASE 19 PESO 1.44 BASE 22 PESO 1.08 BASE 23 PESO 0.66 BASE 26 PESO 0.92 BASE 29 PESO 0.75
10.67 TON
CARGA REAaiVA PESO: 1.0*D
^hase = 0.40 * (10.67) = 4.27 Ton
i Proyectos Estructurales
27
Ing. Gustavo Celli Loaiza Cdla. Kennedy Norte M2 D villa 1
Mail: gcelil407@hotinail.com Telf.2283833 • 0994793477
REVISION DE DETALLES DE COLUMNA CRITICA
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Proyectos Estructurales 29
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Proyectos Estructurales 30
Ing. Gustavo Celli Loaiza Cdla. Kennedy Norte Mi D villa 1 Mail: gcelil407@hotmail.cofn Telf.2283833 - 0994793477
Para obtener esta opción de diseño las vigas de losa serán de sección de 20x20 con una
losa aligerada en una dirección de espesor de 20cm, las columnas en la planta baja se
mantendrán de 25x25 y para el nivel de cubierta se reducen a columnas de 20x20. Las
vigas de cubierta se mantendrán de misma forma que cuando se confrontaba con una sola
planta.
SOBRE CARGA MUERTA ADICIONAL EN LOSA= 100Kg/m2
CARGA VIVA SEGÚN NEC 15= 2O0Kg/m2
CARGA REACTIVA (CASA MODELO 4, DOS PLANTAS)
Story Point Load FZ TON
BASE 1 PESO 1.52 BASE 4 PESO 2 BASE 9 PESO 3.3 BASE 12 PESO 5.45 BASE 15 PESO 3.71 BASE 16 PESO 3.59 BASE 19 PESO 5.97 BASE 22 PESO 3.66 BASE 23 PESO 1.79 BASE 26 PESO 2.86 BASE 29 PESO 1.87
35.72 TON
CARGA REACTIVA PESO: 1.0*D
Vbase = 0.40 * (35.72) = 14.28 Ton
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Proyectos Estructurales 31
Ing. Gustavo Celli Loaiza Cdla. Kennedy Norte Mi D villa 1
Mail: gcelil407&>hotma¡Lcom Telf.22a3S33 • 0994793477
DISEÑO DE ElEMENTOS Y RESULTADOS MEDIANTE El PROGRAMA ETABSV9.7.4.
Área de acero longitudinal de vigas v columnas CASA MODELO 4 DOS PLANTAS
DL 3 D We-.í LongttudiMl Reirrforcirg (AO 3IS OB.'fflC TOCO',
Proyectos Estructurales 32
Ing. Gustavo CelU Loaiza Cdh. Kennedy Norte Mz 0 vtíla 1 Mail: gcelil407@hotmail.com Teif.2283833 - 0994793477
REVISION DE DETALLES DE COLUMNA CRITICA
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Ing. Gustavo Celli Loaiza Cdla. Kennedy Norte Mí D villa 1 Mail: gcelil407@hotmail.com Telf.22a3833-0994793477
Conclusiones:
Se revisó cada opción, y las conclusiones son las siguientes;
• El diseño estructural cumple satisfactoriamente los estados límite de resistencia
bajo la Norma Ecuatoriana de Construcción NEC y el código ACI 318-SR-08, TANTO
PARA LA OPCION DE UNA PLANTA COMO PARA LA OPCION DE 2 PUNTAS.
• El diseño estructural cumple satisfactoriamente los estados límite de servicio bajo
la Norma Ecuatoriana de Construcción NEC y el código ACI 318-SR-08, TANTO
PARA lA OPCION DE UNA PLANTA COMO PARA LA OPCION DE 2 PLANTAS.
• Los esfuerzos máximos actuantes en todos los elementos estructurales son
menores a los esfuerzos resistentes de los mismos; por lo tanto la respuesta de la
estructura ante un evento sísmico es satisfactoria, TANTO PARA LA OPCION DE
UNA PLANTA COMO PARA LA OPCION DE 2 PLANTAS.
• El diseño sismo-resistente verifica que la resistencia lateral de la estructura, VMR,
en cada elemento crítico. El análisis de las derivas de piso no es mandatorio.
• En cuanto al diseño de la CIMENTACION SUPERFICIAL , el dimensionado y diseño
por mecánica de suelos y estructura cumplen satisfactoriamente ambas
condiciones.-
Guayaquil, Febrero 7 de 2017
IN(í>GL|STAVO CELI LOAIZA
Proyectos Estructurales 34