Diseo de Un Edificio de Vivienda de 6 Niveles en Concreto Armado

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TESIS PUCP

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Per. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/pe/

RESUMENEste proyecto desarrollado como tema de tesis comprende el anlisis y diseo de un edificio de viviendas ubicado en la calle Alcal, distrito de Pueblo Libre, provincia de Lima, sobre un terreno plano de 260.72 m2.

El edificio tiene 5 pisos y 1 semistano. El rea construida total del proyecto es 1,030 m2. El sistema estructural del edificio de concreto armado est conformado por muros de corte, columnas y vigas. Los techos se resolvieron usando aligerados prefabricados y losas macizas. Para la cimentacin, dada la buena capacidad del terreno (40tn/m2), se dise usando zapatas aisladas y conectadas. La profundidad de cimentacin es 1.20 m.

Se desarroll un modelo tridimensional en el programa ETABS, que fue utilizado para realizar el anlisis por cargas de gravedad y de sismo. En dicho modelo los techos fueron representados por diafragmas rgidos con 3 grados de libertad. En este caso en particular, el programa de computacin utilizado (ETABS) logr reproducir la distribucin de fuerzas internas asociadas al proceso constructivo.

El proceso de anlisis y diseo se realiz siguiendo el Reglamento Nacional de Edificaciones (R.N.E.). La metodologa empleada para el diseo fue la de Resistencia, adems, en todos aquellos elementos con responsabilidad ssmica se realiz el diseo por capacidad.

Las derivas por sismo obtenidas fueron 5.41 y 1.48 para la direccin paralela y perpendicular a la fachada respectivamente, cumpliendo con la exigencia de la Norma E.030. El desplazamiento mximo calculado en la azotea fue de 5.64 cm en la direccin X y 0.84 cm en la direccin Y. Tanto los valores de la deriva como el del desplazamiento mximo de la azotea indican que se logr un edificio con buena rigidez.

Los resultados del anlisis dinmico se tuvieron que escalar por 1.30 y 1.39 en cada direccin para poder llegar al 90 % de la fuerza cortante esttica. Los criterios de predimensionamiento empleados fueron correctos, logrando un control adecuado de deflexiones y un armado sin congestin

INDICE

Captulo 1. INTRODUCCIN.1.1. 1.2. 1.3. Entorno Urbano Arquitectura Consideraciones generales para el diseo

1 1 1 2 4 4 6 8 8 10 11 12

Captulo 2. ESTRUCTURACIN Y PREDIMENSIONAMIENTO2.1. 2.2. Para cargas de gravedad Para cargas de sismo

Captulo 3. ANLISIS POR CARGAS DE GRAVEDAD3.1. 3.2. 3.3. 3.4. Anlisis de losas aligeradas Anlisis de losas macizas Anlisis de vigas, columnas y muros de corte Simulacin del proceso constructivo

Captulo 4. ANLISIS PARA SOLICITACIONES SSMICAS4.1. 4.2. 4.3. 4.4. Modelo estructural Anlisis de modos y frecuencias Representacin de las solicitaciones ssmicas Resultado del anlisis por superposicin espectral 4.4.1. Control de desplazamiento lateral 4.4.2. Control de giro en planta 4.4.3. Cortante en la base 4.5. 4.6. 4.7. Fuerza Cortante de diseo Junta ssmica Resultados de Fuerzas de Sismo

1616 16 17 18 18 19 20 20 21 22 23 23 2426

Captulo 5. DISEO EN CONCRETO ARMADO5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6. Mtodo de diseo Diseo por Flexin Diseo por Flexo-compresin Diseo por corte Diseo de losa aligerada Diseo de losa maciza

27 27 30

5.7. 5.8. 5.9.

Diseo de vigas Diseo de columnas Diseo de muros de corte

31 41 44 47

5.10. Diseo de cimentaciones

Captulo 6. COMENTARIOS Y CONCLUSIONES

53

BIBLIOGRAFA

1

CAPTULO 1

INTRODUCCIN1.1 ENTORNO URBANOEl edificio se ubicar en la calle Alcal, distrito de Pueblo Libre, en una zona residencial cercana a parques y muy prximo al Museo Larco Herrera. A pocas cuadras se encuentran centros comerciales ubicados en la Av. Bolvar.

1.2 ARQUITECTURAEl edificio destinado para viviendas tiene 5 pisos con dos departamentos por nivel y un semi-stano usado principalmente para estacionamiento. Cada departamento cuenta con dos dormitorios, dos baos, cocina, adems de una amplia sala comedor. Slo en el primer piso existe un patio comn. En la azotea se ubican dos cuartos de servicio, lavandera, adems de una amplia rea comn.

El acceso desde el exterior se realiza por la rampa vehicular, as como por la puerta principal que da a la calle Alcal. La edificacin fue proyectada sin ascensores, cuenta con una escalera principal ubicada en la zona central que conecta los diferentes niveles, as mismo, tiene otras escaleras secundarias que comunican con el semistano y azotea.

En la figura 1.1 se puede apreciar la elevacin del edificio residencial.

Figura 1.1 Elevacin del edificio residencial

2

La figura 1.2 muestra la vista en planta del piso tpico, donde se puede apreciar la distribucin de ambientes.

Figura 1.2 Planta de piso tpico

1.3 CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEOEstudio del suelo: - Grava arenosa bien graduada. - Capacidad admisible = 4 kg/cm2 - Empuje activo (Ka) = 0.29 - Profundidad mnima de cimentacin = 1.20 m. Caractersticas y propiedades de los materiales: Concreto: - Resistencia nominal a compresin = fc = 210 kg/cm2 - Mdulo de elasticidad = Ec = 200,000 kg/cm2 = 2000,000 ton/m2 - Mdulo de Poisson = 51.0 =

3

Acero de Refuerzo: - Corrugado, grado 60, esfuerzo de fluencia ( fy )= 4200 kg/cm2 = 4.2 ton/cm2 - Mdulo de elasticidad = Es = 2000,000 kg/cm2 - Deformacin al inicio de la fluencia =0.0021 Normatividad: En todo el proceso de anlisis y diseo se utilizarn las normas comprendidas en el Reglamento Nacional de Edificaciones (R.N.E.): - Metrado de cargas - Diseo sismorresistente - Concreto Armado - Suelos y cimentaciones Norma E.020 Norma E.030 Norma E.060 Norma E.050

4

CAPTULO 2

ESTRUCTURACIN Y PREDIMENSIONAMIENTOEl proceso de estructuracin consiste en definir la ubicacin y caractersticas de los diferentes elementos estructurales (losas, vigas, muros, columnas), de tal forma que se logre dotar a la estructura de buena rigidez, adems resulte fcil y confiable reproducir el comportamiento real de la estructura.

Mediante el predimensionamiento se brindar las dimensiones mnimas a las secciones de los elementos estructurales para que tengan una buena respuesta ante solicitaciones por carga de gravedad y de sismo.

2.1

PARA CARGAS DE GRAVEDAD Estructuracin Las vigas fueron ubicadas en zonas donde existen tabiques que dividen los ambientes, de tal forma que sirva tambin como dintel para los vanos, logrando de esta forma conservar la arquitectura. Se proyectaron vigas chatas en las losas aligeradas donde existe la presencia de tabiques paralelos al sentido de techado, de tal forma que el peso del tabique sea soportado ntegramente por la viga chata. Se plante el uso de losa aligerada con viguetas prefabricadas (pretensadas) procurando la continuidad de tramos y el apoyo en la luz menor. Sin embargo, se decidi usar losa maciza en zonas de bao para evitar romper las viguetas al momento de la instalacin de la tubera de agua y desage.

Predimensionamiento

Losas: Para predimensionar el espesor (h) de las losas aligeradas armadas en un sentido se sigui la Norma E.060 de Concreto Armado, donde se menciona que para prescindir de la verificacin de deflexiones, cuando actan sobrecargas menores a 300kg/m2, se puede utilizar la relacin:

Para el caso de losas macizas armadas 2 sentidos y apoyadas sobre sus cuatro lados, se decide utilizar la siguiente relacin:

5

Con los valores obtenidos se decide uniformizar el sistema de techos a un espesor de 0.20 m para losas aligeradas y macizas. Es preciso destacar que en el caso de la losa maciza con un lado libre (ubicada entre los ejes E y F) ser necesario analizar las deflexiones. Vigas: El peralte (h) y ancho (b) mnimo de la viga se obtendr de las siguientes relaciones: Vigas continuas

Vigas simplemente apoyadas

Adems la base debe ser mayor o igual a 0.25 m para vigas sismorresistentes.

Como ejemplo se presenta el predimensionamiento para las vigas VT01 y VT 05 (ver planos) que son las de mayores longitudes. Viga VT 01: Luz = 5.73 Viga VT 05: Luz = 6.40

h = 5.73/14 = 0.41 m

h = 6.40/14 = 0.46 m

Para uniformizar el diseo se opta por utilizar un peralte h = 0.50 m y un ancho b=0.25 m en todas las vigas Columnas: Se predimensiona de tal forma que el esfuerzo axial mximo en la

seccin de la columna bajo solicitaciones de servicio sea igual o menor a 0.45 fc, entonces:

P= # pisos x rea tributaria x carga unitaria En algunos casos se incrementa la seccin de la columna con la finalidad de reducir la luz libre de vigas.

6

La tabla 2.1 muestra que el rea requerida para la columna C1 fue de 1,321 cm2, pero se increment la seccin transversal de la columna para reducir la luz libre de la viga VT 05.

Tabla 2.1 Predimensionamiento de columna.

2.2

PARA CARGAS DE SISMO Estructuracin Para lograr que la estructura se comporte adecuadamente se debe estructurar de tal forma que sea simple, simtrica, hiperesttica y lograr dotarle de la rigidez, resistencia y ductilidad adecuada. Se tiene un edificio de concreto armado, de un solo bloque, conformado por muros de corte (placas), columnas, vigas, losas aligeradas y macizas. El sistema sismorresistente en la direccin paralela a la fachada est conformado por prticos y muros de concreto armado, mientras que en la direccin perpendicular a la fachada est conformado ntegramente por muros de concreto armado. Predimensionamiento

Placas o muros de corte:

Para el predimensionamiento de placas se asignar a

los muros un rea de corte (Ac) que sea capaz de asumir la totalidad de la fuerza cortante generada por el sismo, osea Vc > Vu.

El rea de corte s