COPARMEX Competitividad de Las Naciones 2010 ModCarlos Maroto
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL -...
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i UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS ESCUELA DE INGENERIA CIVIL TRABAJO DE TITULACION PREVIO A LA OBTENCION DEL TITULO DE INGENIERO CIVIL ESTRUCTURAS TEMA: OPTIMIZACION DEL DISEÑO DE LA CIMENTACION DEL PROYECTO TORRES HIDALGO APLICANDO EL COEFICIENTE DE RIGIDEZ DEL SUELO AUTOR JIMMY ANDRES MAROTO BORJA TUTOR ING. ADOLFO VILLACRESES VERA 2016 GUAYAQUIL – ECUADOR
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i
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS
ESCUELA DE INGENERIA CIVIL
TRABAJO DE TITULACION
PREVIO A LA OBTENCION DEL TITULO DE
INGENIERO CIVIL
ESTRUCTURAS
TEMA:
OPTIMIZACION DEL DISEÑO DE LA CIMENTACION DEL
PROYECTO TORRES HIDALGO APLICANDO EL COEFICIENTE DE
RIGIDEZ DEL SUELO
AUTOR
JIMMY ANDRES MAROTO BORJA
TUTOR
ING. ADOLFO VILLACRESES VERA
2016
GUAYAQUIL – ECUADOR
ii
AGRADECIMIENTO
A Dios Todopoderoso quien guía mi camino.
A mis familiares y amigos que me brindan su apoyo, consejos y amor incondicional.
A mí querido padrino; Sr. Gustavo Plaza Arosemena, gracias por su apoyo. Mis
respetos, gratitud y admiración; espero seguir contando con sus enseñanzas.
Al Ing. Christian Almendáriz por su valiosa orientación.
A mis profesores de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas, mi
reconocimiento por siempre, por compartir sus valiosos conocimientos con la
comunidad estudiantil.
A mis queridos amigos que durante estos años formamos una gran familia, un
abrazo fraternal, mi apoyo permanente.
iii
DEDICATORIA
A la memoria de mi hermano; Mauricio Maroto Borja, por su guía, ejemplo y amor.
Te recuerdo siempre.
A mis padres, Segundo Maroto Romero y Martha Borja Villarroel, a quienes les debo
todo. Mi amor y admiración.
A mi hermano; Danny Maroto Borja, me esfuerzo cada día por ser su ejemplo que
esto le sirva de inspiración para alcanzar sus metas.
A mis abuelos y tíos; por estar a mi lado brindándome su apoyo.
iv
TRIBUNAL DE GRADUACION
_______________________________ ____________________________
Ing. Eduardo Santos Baquerizo, M.Sc. Ing. Adolfo Villacreses Vera, M.Sc.
DECANO TUTOR
_______________________________ ____________________________
Ing. Carlos Cusme Vera, M.Sc. Ing. Douglas Iturburu Salvador, M.Sc.
VOCAL VOCAL
v
DECLARACION EXPRESA
Art. XI.- del Reglamento Interno de Graduación de la Facultad de Ciencias
Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil.
La responsabilidad de los hechos, ideas y doctrinas expuestos en este Trabajo de
Titulación corresponde exclusivamente al autor, y el patrimonio intelectual a la
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL.
_____________________________
Jimmy Andrés Maroto Borja
C.I. 094149244-9
vi
INDICE GENERAL
CAPÍTULO I GENERALIDADES
1.1. Introducción ................................................................................................. 1
1.2. Planteamiento del Problema ........................................................................ 2
1.3. Situación Problemática ................................................................................ 2
1.4. Objetivos de la Investigación ....................................................................... 3
1.4.1. Objetivo General. .................................................................................. 3
1.4.2. Objetivos Específicos. ........................................................................... 3
1.5. Justificación ................................................................................................. 3
1.6. Metodología a Implementar ......................................................................... 4
1.7. Delimitación del Problema ........................................................................... 4
CAPÍTULO II MARCO TEORICO
2.1. Generalidades de Cimentación .................................................................... 5
2.2. Tipos de Cimentaciones............................................................................... 6
2.3. Cimentaciones Superficiales ........................................................................ 6
2.4. Constante de Rigidez del Suelo ................................................................... 7
2.5. Método de Winkler ....................................................................................... 8
2.6. Software de Cálculo Estructural Etabs ......................................................... 8
2.7. Reacciones .................................................................................................. 9
2.8. Peso Volumétrico del suelo .......................................................................... 9
2.9. Carga Admisible de un Suelo ....................................................................... 9
vii
2.10. Presión de Contacto .................................................................................... 9
2.11. Normas ...................................................................................................... 10
2.11.1. Cargas Consideradas. ...................................................................... 11
2.11.1.1. Carga Viva. ................................................................................... 11
2.11.1.2. Carga Muerta. ............................................................................... 11
2.11.1.3. Carga Sísmica. ............................................................................. 14
2.11.2. Resistencia de Materiales. ............................................................... 18
2.11.3. Módulos de Elasticidad. ................................................................... 18
2.11.4. Hipótesis y Métodos de Cálculos Utilizados. .................................... 19
2.12. Asentamiento Inmediato ............................................................................ 22
2.13. Método Elástico para el Cálculo de Asentamientos Inmediatos ................. 22
CAPÍTULO III MARCO METODOLOGICO
3.1. Tipo y Diseño de Investigación .................................................................. 25
3.2. Metodología a Seguir ................................................................................. 25
3.3. Estudio Geotécnico .................................................................................... 26
3.3.1. Perfil Estratigráfico. ............................................................................. 26
3.3.2. Parámetros Mecánicos y Geotécnicos de Diseño. ............................... 27
3.4. Análisis Estructural Utilizando el Software Etabs ....................................... 27
3.5. Modelamiento Estructural en Etabs ........................................................... 27
3.6. Conclusión del Análisis Estructural en Etabs ............................................. 35
3.7. Diseño Estructural de la Edificación ........................................................... 39
viii
3.7.1. Diseño de Losa. .................................................................................. 39
3.7.2. Diseño de Vigas. ................................................................................. 39
3.7.3. Diseño de Columnas. .......................................................................... 40
CAPÍTULO IV ANALISIS Y RESULTADOS
4.1. Cálculo de las Reacciones Verticales en la Estructura ............................... 41
4.2. Resultado de las Reacciones ..................................................................... 42
4.3. Diseño de la Cimentación .......................................................................... 44
4.3.1. Cálculo de la Capacidad de Carga Admisible. ..................................... 47
4.3.2. Comprobación del qc ≤ qamd. ............................................................. 48
4.3.3. Cálculo de asentamientos ................................................................... 49
4.3.4. Determinación de Rigidez del Suelo .................................................... 52
4.3.5. Ajuste de la Constante de Rigidez del Suelo ....................................... 53
4.3.6. Cálculo de volumen de Hormigón en la Cimentación .......................... 55
4.3.7. Presupuesto ........................................................................................ 57
4.3.8. Diseño Estructural de la Cimentación .................................................. 58
CAPÍTULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1. Conclusiones ............................................................................................. 65
5.2. Recomendaciones ..................................................................................... 66
Bibliografía
Anexos
ix
INDICE DE TABLAS
Tabla 1: Sobrecargas mínimas uniformemente distribuidas .................................... 11
Tabla 2: Pesos unitarios de materiales de construcción .......................................... 12
Tabla 3: Cargas muertas consideradas................................................................... 13
Tabla 4: Resumen de datos para espectro elástico de diseño ................................ 15
Tabla 5: Valores para gráfico de espectro elástico de diseño ................................. 16
Tabla 6: Recubrimientos especificados para elementos de concreto ...................... 20
Tabla 7: Factores de reducción de cargas .............................................................. 21
Tabla 8: Combinaciones de cargas básicas ............................................................ 21
Tabla 9: Módulos de elasticidad .............................................................................. 23
Tabla 10: Intervalos de valores de Poisson ............................................................. 24
Tabla 11: Factores de forma o rigidez ..................................................................... 24
Tabla 12: Resultado de las reacciones, en Microsoft Excel .................................... 43
Tabla 13: Comprobación de los esfuerzos de contacto del Diseño A, en Excel ...... 48
Tabla 14: Comprobación de los esfuerzos de contacto del Diseño B, en Excel ...... 49
Tabla 15: Cálculo de Asentamientos en el Diseño A, en Microsoft Excel ................ 50
Tabla 16: Cálculo de Asentamientos en el Diseño B, en Microsoft Excel ................ 51
Tabla 17: Cálculo de Rigidez del Suelo de Diseño A, en Microsoft Excel................ 52
Tabla 18: Cálculo de Rigidez del Suelo de Diseño B, en Microsoft Excel................ 53
Tabla 19: Cálculo de volumen de Hormigón del diseño A, en Microsoft Excel ........ 55
Tabla 20: Cálculo de volumen de Hormigón del diseño B, en Microsoft Excel ........ 56
Tabla 21: Dosificación para 1 m3 de Hormigón de f’c = 240 kg/cm2 ........................ 57
Tabla 22: Presupuesto de diseño A ........................................................................ 57
Tabla 23: Presupuesto de diseño B ........................................................................ 58
x
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1: Cimentación de una estructura. ................................................................. 5
Figura 2: Tipos de cimentaciones superficiales. ........................................................ 6
Figura 3: Representación del coeficiente de balasto. ................................................ 7
Figura 4: Método de Winkler ..................................................................................... 8
Figura 5: Corte tipo losa. ......................................................................................... 12
Figura 6: Espectro de Respuesta Elástico de Aceleraciones de Diseño, basados en
NEC-15 ................................................................................................................... 16
Figura 7: Pantalla inicial de software de cálculo estructural Etabs v9. ..................... 27
Figura 8: Elevación de la edificación en AutoCAD. ................................................. 28
Figura 9: Planta tipo de la edificación en AutoCAD. ................................................ 28
Figura 10: Ingreso de coordenadas de los ejes o grillas en planta de la estructura en
Etabs. ..................................................................................................................... 29
Figura 11: Ingreso de las propiedades de materiales en Etabs. .............................. 29
Figura 12: Ingreso de las propiedades de las secciones de vigas y columnas en
Etabs. ..................................................................................................................... 30
Figura 13: Ingreso de las propiedades de las secciones de la losa tipo en Etabs. .. 30
Figura 14: Dibujando las columnas y vigas en Etabs. ............................................. 31
Figura 15: Dibujando la losa tipo en Etabs. ............................................................. 31
Figura 16: Restricciones de los apoyos en Etabs. ................................................... 32
Figura 17: Selección del empotramiento en Etabs. ................................................. 32
Figura 18: Asignación de cargas viva y muerta sobre la losa en Etabs. .................. 33
Figura 19: Asignación de carga sísmica en Etabs. .................................................. 33
Figura 20: Definición de casos de cargas estáticas en Etabs. ................................. 34
Figura 21: Definición de casos de cargas dinámicas en Etabs. ............................... 34
xi
Figura 22: Definición de las combinaciones de cargas en Etabs. ............................ 35
Figura 23: Programa Etabs analizando la estructura............................................... 35
Figura 24: Deformada por carga muerta en Etabs. ................................................. 36
Figura 25: Deformada por carga viva en Etabs. ...................................................... 36
Figura 26: Diagrama de momento por carga muerta en Etabs. ............................... 37
Figura 27: Diagrama de momento por carga viva en Etabs..................................... 37
Figura 28: Diagrama de cortante por carga muerta en Etabs. ................................. 38
Figura 29: Diagrama de cortante por carga viva en Etabs. ..................................... 38
Figura 30: Detalle estructural corte tipo de losa. ..................................................... 39
Figura 31: Detalle estructural de vigas .................................................................... 40
Figura 32: Detalle estructural de Columnas ............................................................ 40
Figura 33: Ventana en Etabs para obtener los resultados de las reacciones. ......... 41
Figura 34: Tabla de valores de las reacciones en Etabs. ........................................ 42
Figura 35: Ubicación de los puntos de la estructura en Etabs. ................................ 42
Figura 36: Implantación de la Cimentación. ............................................................ 44
Figura 37: Propuesta de diseño A de la cimentación. ............................................. 45
Figura 38: Propuesta de diseño B de la cimentación. ............................................. 46
Figura 39: Ajuste de la Constante de Rigidez del diseño A, en Microsoft Excel. ..... 54
Figura 40: Ajuste de la Constante de Rigidez del diseño B, en Microsoft Excel. ..... 54
Figura 41: Detalle estructural de la zapata .............................................................. 61
Figura 42: Detalle estructural de la zapata .............................................................. 64
1
CAPÍTULO I
1. GENERALIDADES
1.1. Introducción
En el diseño de la mayoría de estructuras se busca el equilibrio entre diversos
factores donde se destaque la seguridad, funcionalidad y costo. Cualquier tipo de
construcción debe ser capaz de garantizar un adecuado comportamiento durante el
periodo para la cual es diseñada, y a su vez, debido a la naturaleza competitiva de
nuestra sociedad, invita a agudizar el ingenio para encontrar diferentes soluciones
seguras y económicas.
El diseño de cualquier tipo de estructura depende en gran medida de la
naturaleza del suelo y las condiciones geológicas circundantes al lugar, es por ello
que la cimentación debe ser idónea, debido a las cargas que va a estar sometida, y
es por ello que debe garantizar la estabilidad de la estructura y asegurar una
transmisión de cargas al terreno con la adecuada intensidad para que ésta no
colapse.
Esta investigación pretende realizar un análisis comparativo, presentando dos
diseños de cimentación en su implantación, las cuales, pasarán por un análisis
estructural y descriptivo, para llegar a la solución óptima y verificar el ahorro de los
materiales al construirla, sin dejar de lado el factor seguridad.
2
1.2. Planteamiento del Problema
Durante la etapa de diseño estructural existen varias fases como la del
Predimensionamiento, Análisis Estructural, Dimensionamiento y Diseño Final. Es en
la etapa del Dimensionamiento, donde entra el criterio de factores de seguridad y
constructivos, en donde el Ingeniero Diseñador basado en su experiencia y en las
circunstancias antes nombradas, las longitudes geométricas de la cimentación
tiende a aumentar los anchos de zapatas como factor de seguridad y éstos son
múltiplos de cinco centímetros basado en la experiencia constructiva, por eso con
ésta investigación se pretende dar parámetros de anchos de zapatas en el cual se le
facilita al diseñador manejar anchos de cimientos dentro de los parámetros por
brindar, y nos hacemos la siguiente pregunta: ¿Cuál es el ancho óptimo de zapatas
que brinde seguridad y demuestre cierto ahorro en la ejecución de la misma?
1.3. Situación Problemática
En el proyecto “Torres Hidalgo” existe el exceso de cantidad de materiales,
debido a la falta de control durante los diseños. Esta investigación pretende dar
énfasis al momento de diseñar la cimentación del proyecto, haciendo dos opciones
de diseño, para luego elegir el diseño óptimo para llevar a cabo la construcción de la
misma, tomando en cuenta la rigidez del suelo y sin olvidar los factores de
seguridad.
3
1.4. Objetivos de la Investigación
1.4.1. Objetivo General.
Obtener el Diseño óptimo de la Cimentación mediante el cálculo de la rigidez
del suelo, para definir su sección transversal considerando los factores de
seguridad respectivos.
1.4.2. Objetivos Específicos.
Diseñar la cimentación considerando dos opciones de diseños en su
implantación, para seleccionar el óptimo.
Obtener los asentamientos inmediatos producidos en cada columna por el
método elástico, para posteriormente determinar la rigidez del suelo.
Realizar un presupuesto comparativo entre los diseños considerados,
mediante la cuantificación de materiales (hormigón) para verificar el
ahorro entre ambos diseños.
1.5. Justificación
El presente proyecto tiene como finalidad optimizar las estructuras de la
Cimentación tomando en cuenta la rigidez del suelo, aplicando el método de
Winkler, brindado parámetros de anchos de cimientos para verificar el ahorro de
materiales.
4
1.6. Metodología a Implementar
La metodología que se aplicará consta de los siguientes pasos:
Determinar las cargas de la edificación, analizando la estructura con ayuda del
programa Etabs.
Obtener las reacciones en cada una de las columnas.
Diseñar los cimientos (Propuesta de diseño A y B).
Cálculo de Asentamiento en la Estructura (Propuesta de diseño A y B).
Determinar la Rigidez del suelo aplicando el método de Winkler (Propuesta de
diseño A y B).
Calcular la cantidad de hormigón en los Cimientos (Propuesta de diseño A y B).
Determinar cuál de los dos diseños es el óptimo.
1.7. Delimitación del Problema
La optimización del diseño de la cimentación se aplicará al Proyecto “Torres
Hidalgo”, ubicado en la ciudad de Guayaquil; mediante dos opciones de diseño de
implantación de zapata, para posteriormente obtener los asentamientos puntuales,
rigidez del suelo y cuantificación de materiales (hormigón) para determinar el ahorro
económico.
5
CAPÍTULO II
2. MARCO TEÓRICO
2.1. Generalidades de Cimentación
Cimiento o cimentación es el conjunto de elementos estructurales, destinada
para transmitir las cargas de una edificación que está apoyada sobre el suelo, cuya
dimensión dependen de las características estructurales de la edificación y las
cargas que ésta transmita, también del tipo de suelo donde se vaya a implantar la
misma.
Figura 1: Cimentación de una estructura.
Fuente: Lambe y Whitman
Cuando los suelos reciben las cargas de la estructura, se comprimen en mayor
o en menor grado, produciendo asentamientos en los diferentes elementos de la
cimentación, por consiguiente de toda la estructura. Durante el diseño se deben
controlar tanto los asentamientos absolutos como los asentamientos diferenciales.
6
2.2. Tipos de Cimentaciones
Para clasificar las cimentaciones, se debe tomar en cuenta las características,
tales como su ubicación y los estratos resistentes de los suelos, pero en general, las
más comunes las podemos clasificar en superficiales o directas y profundas.
2.3. Cimentaciones Superficiales
Son aquellas cuya capacidad portante es producto solamente, del efecto o
resistencia dado por su base; es decir, que las cargas actuantes solo se transmiten
al suelo por la base del cimiento. La superficie o estrato de cimentación se
encuentran directamente debajo, o a una profundidad muy pequeña comparada con
las dimensiones de la estructura. Las cimentaciones superficiales comprenden las
zapatas en general y las losas de cimentación.
Figura 2: Tipos de cimentaciones superficiales.
Fuente: Muelas Rodríguez, 2010.
7
2.4. Constante de Rigidez del Suelo
La constante de rigidez del suelo o coeficiente de balasto constituye un
parámetro que permite caracterizar la respuesta del suelo soporte al modelarlo
según el método de Winkler. Se define como el cociente entre la presión vertical
aplicada sobre un determinado punto de la cimentación directa y el asentamiento de
dicho punto (Muelas Rodríguez, 2010).
Figura 3: Representación del coeficiente de balasto.
Fuente: Silva, 2009.
La formulación matemática se puede expresar:
𝐾𝑠 = 𝑞
𝑠
Donde:
Ks = Módulo de reacción del terreno o coeficiente de balasto
q = Presión transmitida al terreno
s = Asentamiento
8
2.5. Método de Winkler
Conocido también como Teoría clásica de la viga sobre fundación elástica, el
modelo de Winkler (1867) se apoya en la siguiente suposición, “Cuando se aplica al
suelo una carga distribuida uniformemente sobre alguna área determinada toda el
área cargada se asienta una misma cantidad” (ver Figura 4).
Figura 4: Método de Winkler
Fuente: Pérez, 1987.
Esta Teoría ha ganado aceptación en los últimos tiempos, ya que su importancia
radica en la simplicidad del tratamiento matemático del comportamiento de vigas y
placas sobre la cimentación modelo.
2.6. Software de Cálculo Estructural Etabs
Etabs es un software para análisis estructural y dimensionamiento de edificios en
tres dimensiones, mediante elementos finitos, muy utilizado en el campo de la
ingeniería civil.
9
2.7. Reacciones
Es la fuerza que ejerce un apoyo para compensar la carga aplicada sobre él,
ya que en todo apoyo firme de una estructura debe existir una reacción contraria a
la fuerza aplicada sobre el mismo de igual magnitud para mantener el equilibrio del
cuerpo.
2.8. Peso Volumétrico del suelo
“Se denomina Peso volumétrico de un suelo (ϒs), al peso de dicho suelo contenido
en la unidad de volumen, y generalmente se expresa en kg/cm3” (Crespo Villalaz,
2004).
2.9. Carga Admisible de un Suelo
La capacidad de carga admisible de una cimentación es aquella que puede
aplicarse sin producir desperfectos en la estructura, teniendo en cuenta un margen
de seguridad dado por el Factor de seguridad. Depende del tipo de suelo,
características de la cimentación y de la propia estructura (Crespo Villalaz, 2012).
2.10. Presión de Contacto
La presión de contacto, es producida por las cargas de servicio (muerta y viva) de la
superestructura que actúa debajo de la zapata, en el encuentro zapata-suelo. En el
diseño de cimentaciones, se busca que la presión de contacto sea menor o igual
que la capacidad de carga admisible (qc≤qadm) (Rodríguez Serquén, 2016).
10
2.11. Normas
El proyecto Torres Hidalgo, ubicado en la ciudad de Guayaquil, está destinado
al uso de Vivienda. Su diseño y construcción comprende una Planta Baja, dos
Niveles Altos y una Losa de cubierta. A partir del proyecto arquitectónico, se ha
considerado para formar el sistema estructural: cimentación de zapatas en dos
direcciones, columnas rectangulares, vigas banda y vigas peraltadas, losa en una
sola dirección con nervios de hormigón armado y bloques alivianados.
Se procede a la determinación de las cargas correspondientes de cada piso,
las cuales son cargas verticales y horizontales. Entre las cargas verticales tenemos
la carga muerta que es el peso generado por el peso propio de las losas, paredes
de mampostería, cerámica o porcelanato, enlucido y acabados, las cargas vivas
dadas por los códigos según el uso destinado de la edificación; entre las cargas
horizontales tenemos las cargas sísmicas generadas según la zona geográfica
donde se encuentra localizado el proyecto.
En los casos que se necesite alguna característica específica de zona,
configuración, uso o coeficientes, para este estudio se emplea la Norma
Ecuatoriana de la Construcción (NEC-15) y el Código del Instituto Americano
del Concreto (ACI-318-14).
11
2.11.1. Cargas Consideradas.
2.11.1.1. Carga Viva.
Según la NEC-15, la carga viva, que se utilizan en el cálculo depende de
la ocupación a la que está destinada la edificación.
Para uso de vivienda, el valor proyectado (ver Tabla 1) es 200 kg/m2 y
para la losa de cubierta un valor proyectado de 70 kg/m2.
Tabla 1: Sobrecargas mínimas uniformemente distribuidas
Ocupación o uso Carga uniforme (kg/m2)
Viviendas (unifamiliares y bifamiliares) 200
Cubiertas planas, inclinadas y curvas 70
Fuente: Transcrito de la NEC-15. NEC-SE-CG: Cargas (no sísmicas) / Tabla 9, Sección 4.2.1
2.11.1.2. Carga Muerta.
Según la NEC-15, la carga muerta, también llamada permanente, está
constituida por los pesos de todos los elementos estructurales que actúan
en permanencia sobre la estructura.
12
Pesos Unitarios de los Materiales:
Para facilidad del cálculo de metrado de cargas, la Tabla 2 facilita los
pesos unitarios de los materiales más utilizados en la construcción:
Tabla 2: Pesos unitarios de materiales de construcción
Hormigón simple 2200 kg/m3
Hormigón armado 2400 kg/m3
Mortero de cemento 2000 kg/m3
Bloque hueco de hormigón alivianado 850 kg/m3
Acero estructural 7850 kg/m3
Relleno compactado 1800 kg/m3
Contrapiso de hormigón simple 22 kg/m2
Baldosa de cerámica 20 kg/m2
Enlucido de mortero de cemento 55 kg/m2
Fuente: Transcrito de la NEC-15. NEC-SE-CG: Cargas (no sísmicas) / Tabla 8, Sección 4.1
A continuación el cálculo por metro lineal de la losa en una dirección.
Wd = (0.05m*1m*1m*2400kg/m3) + (2*0.10m*0.20m*1m*2400kg/m3) +
(2*0.40m*0.20m*1m*600kg/m3)
Wd = 312 kg/m2
Figura 5: Corte tipo losa.
Fuente: Autor
13
Las cargas muertas consideradas para el análisis estructural en este
proyecto están resumidas en la Tabla 3.
Tabla 3: Cargas muertas consideradas
Carga muerta (D)
Sobre el nivel de planta tipo Pesos
(kg/m2)
Losa en una dirección e=25cm 312
Paredes 250
Sobrepiso, cerámica 100
Acabados 60
Total carga muerta 722
Total de carga muerta * 2 pisos 1444
Carga muerta (D)
Sobre terraza Pesos
(kg/m2)
Losa en una dirección e=25cm 312
Tumbado 50
Acabados 60
Total de carga muerta 422
Fuente: Autor
14
2.11.1.3. Carga Sísmica.
La carga sísmica define las acciones que un sismo provoca sobre la
estructura de un edificio y que deben ser soportadas por ésta, se
transmiten a través del suelo.
Para el cálculo de carga sísmica, se determinan sus coeficientes y
características de la zona donde se implantará el proyecto, basado en la
NEC-15, NEC-SE-DS: Peligro sísmico y requisitos de diseño sismo
resistente; para encontrar el Espectro elástico de diseño que representa el
sismo de diseño.
Zona sísmica y factor de zona Z
Ciudad: Guayaquil.
Tabla 19, Sección 10.2
Factor Z= 0.40
Tabla 1, Sección 3.1.1
Zona sísmica: V
Caracterización del peligro sísmico: Alta
Tipo de perfil del suelo y coeficientes de perfil de suelo Fa, Fd y Fs.
Tabla 2, Sección 3.2.1
Tipo de suelo: E
Tabla 3, Sección 3.2.2.a
Fa: 1.00
15
Tabla 4, Sección 3.2.2.b
Fd: 1.60
Tabla 5, Sección 3.2.2.c
Fs: 1.90
En la Tabla 1.6 se resumen los datos para el espectro elástico de
aceleraciones que representa el sismo de diseño de la zona geográfica
donde está implantado el proyecto.
𝑇𝑂 = 0.1 𝐹𝑠𝐹𝑑
𝐹𝑎
𝑇𝑐 = 0.55 𝐹𝑠𝐹𝑑
𝐹𝑎
𝑆𝑎 = η Z 𝐹𝑎 para 0 ≤ T ≤ 𝑇𝑐
𝑆𝑎 = η Z 𝐹𝑎 (𝑇𝑐
𝑇)
𝑟
para T > 𝑇𝑐
Tabla 4: Resumen de datos para espectro elástico de diseño
Zona Sísmica V (alta)
Factor de Zona (Z) 0.40
Tipo de Suelo E
Factor de Sitio (Fa) 1.00
Factor de Sitio (Fd) 1.60
Factor de Comportamiento Inelástico del
Suelo (Fs) 1.90
Factor en el Espectro para Diseño
Elástico (r) 1.50
Relación de Amplificación Espectral (η) 1.80
Aceleración Espectral (Sa) 0.720
Período To 0.304 Ec. 1
Período Tc 1.672 Ec. 2
Fuente: Autor
16
Tabla 5: Valores para gráfico de espectro elástico de diseño
Período Acel.
T (seg) Sa (g)
0.000 0.400 Z.Fa
To 0.304 0.720 𝞰.Z.Fa
Tc 1.672 0.720 𝞰.Z.Fa
1.772 0.660
1.872 0.608
1.972 0.562
2.072 0.522
2.172 0.486
2.272 0.455
2.372 0.426
2.472 0.401
2.572 0.377
2.672 0.356
2.772 0.337
Fuente: Autor
Figura 6: Espectro de Respuesta Elástico de Aceleraciones de Diseño, basados en NEC-15
Fuente: Autor
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,001
0,001
0,001
0,001
0,000 0,001 0,001 0,002 0,002 0,003 0,003
Espestro de Respuesta Elástico de Diseño del Proyecto
Tores Hidalgo, según NEC-15
Sa (g)
17
Cortante Basal
Sección 6.3.2
𝑉 = 𝐼 𝑆𝑎 (𝑇𝑎)
𝑅 Φ𝑃 Φ𝐸 𝑊
Dónde:
I = Coeficiente de importancia.
Sa = Espectro de diseño en aceleración.
R = Factor de reducción de resistencia sísmica.
ΦP y ΦE = Coeficientes de configuración en planta y elevación.
W = Carga sísmica reactiva.
Ta = Período de vibración
Importancia de la estructura
Para una estructura que no posee una característica especial.
Tabla 6, Sección 4.1
I= 1.00
Factores de configuración estructural en planta y elevación
Tabla 11, Sección 5.2.1
ΦP= 1; Cuando la estructura no presenta irregularidad en planta.
ΦE= 1; Cuando la estructura no presenta irregularidad en elevación.
Factor de reducción
Tabla 15, Sección 6.3.4
R = 8; Para pórticos especiales sismo resistentes de hormigón armado.
18
Período de Vibración T
Sección 3.3.3.a
𝐶𝑡 = ℎ𝑛∝
Para pórticos especiales de hormigón armado:
Ct= 0.055
α= 0.90
hn= Altura máxima de la edificación de n pisos.
2.11.2. Resistencia de Materiales.
Los materiales especificados en el diseño de la estructura serán el
hormigón y el acero. Para el hormigón, la resistencia a la compresión a los 28
días es de f’c = 240 kg/cm2. Para el acero de refuerzo, la resistencia a la
fluencia es de fy = 4200 kg/cm2, para varillas de diámetro nominal Φ8mm y
mayores a éstos.
2.11.3. Módulos de Elasticidad.
Para el hormigón: Ec = 15000 (f’c)1/2 kg/cm2
Ec = 15000 (240)1/2 kg/cm2
Ec = 232379.00 kg/cm2
Para el acero: Es = 2100000.00 kg/cm2
Es = 2.1E6 kg/cm2
19
2.11.4. Hipótesis y Métodos de Cálculos Utilizados.
Análisis por cargas verticales permanentes y carga viva
Se consideraron tres estados de carga; muerta, viva y sismo; indicadas
en el punto 2.11.1. Para la determinación de esfuerzos y deformaciones así
como para el estudio de la estabilidad de los elementos, se recurrió en
general a la Teoría Elástica, aplicando todas las hipótesis generales de la
elasticidad y, en general el criterio de nudos rígidos, siendo los
desplazamientos y rotaciones muy pequeñas.
Una vez valuadas las cargas en cada dirección, se utilizó el método
matricial de los desplazamientos mediante un programa para computadoras
que genera la matriz de rigidez de la estructura (Etabs); para obtener los
esfuerzos (momentos flectores y cortantes) y desplazamientos en la
estructura. En el caso de las cargas verticales, debido al sistema constructivo
no se consideraron las deformaciones axiales.
Análisis sísmico
Se desarrolló el análisis dinámico, teniendo en cuenta la localización
geográfica del proyecto y las características del terreno, obtenida de los
estudios de la mecánica de suelos.
20
Diseño de la estructura de hormigón armado
Se utilizó el método de resistencia última para hormigón armado. Para
efectos de diseño se establecieron para las cargas verticales los máximos
momentos positivos y negativos mediante los estados de carga. Ésta
envolvente de momentos flectores y cortantes en cada tramo, se combinaron
con los resultados del diagrama de sismo actuando en las dos direcciones, y
que fue desarrollado mediante un programa por computadora.
Protección del hormigón para el refuerzo
El recubrimiento mínimo de hormigón al refuerzo deberá ser al menos los
especificados en la Tabla 6:
Tabla 6: Recubrimientos especificados para elementos de concreto
Exposición del concreto Recubrimiento especificado
en cm
Hormigón de losas expuesto al suelo 2.50
Vigas de cimentación 4
Columnas y vigas 4
Fuente: Transcrito del ACI-318-14 / Tablas 20.6.1.3.1, Capítulo 20
21
Factores de reducción de resistencia Φ
Los factores de reducción de resistencia Φ, (Tabla 7) deben cumplir con los
siguientes:
Tabla 7: Factores de reducción de cargas
Acción o elemento estructural Φ
Flexión en concreto reforzado 0.90
Compresión en concreto reforzado 0.75
Cortante 0.75
Torsión 0.75
Aplastamiento 0.65
Fuente: Transcrito del ACI-318-14 / Tablas 21.2.1 y 21.2.2, Capítulo 21
Combinaciones de cargas
Para el diseño por resistencia última (Tabla 8), se necesitan las siguientes
combinaciones:
Tabla 8: Combinaciones de cargas básicas
U = 1.4 D
U = 1.2 D + 1.6 L
U = 1.2 D +1 L + 1 E
U = 1.2 D +1 L - 1 E
U = 0.9 D + 1 E
U = 0.9 D – 1 E
Fuente: Transcrito de la NEC-15. NEC-SE-CG: Cargas (no sísmicas) / Sección 3.4.30.a
22
2.12. Asentamiento Inmediato
“El asentamiento inmediato o elástico, es causado por la deformación elástica
del suelo, puede darse en suelos húmedos, secos y saturados, y no habrá ningún
cambio de humedad. Está basado en la Teoría de Elasticidad (Alva, 2012).
Dependen de las propiedades de los suelos a bajas deformaciones, por eso se
puede aceptar el comportamiento elástico, de la extensión de la fundación y rigidez.
2.13. Método Elástico para el Cálculo de Asentamientos Inmediatos
Los métodos más comunes emplean varias integraciones de la solución de
Boussinesq para determinar el asentamiento de una carga puntual en la superficie
de un semi-espacio homogéneo, isotrópico y elástico (Alva, 2012), con la siguiente
fórmula:
𝑆 = 𝑞 𝐵 (1− 𝜇2)
𝐸𝑠 𝐼𝑤
Donde:
S = asentamiento inmediato (m)
q = presión de trabajo (ton/m2)
B = ancho de la cimentación (m)
μ = relación de Poisson
Es = módulo de elasticidad (ton/m2)
Iw = factor de forma
Para la aplicación del método elástico, deben considerarse los valores mostrados a
continuación para cada término.
23
Módulo de Elasticidad del Suelo.
El módulo de elasticidad representa la relación esfuerzo vs deformación, es un
parámetro que caracteriza el comportamiento de un material elástico.
Tabla 9: Módulos de elasticidad
Módulo elástico
Tipo de suelo Es (kg/cm2)
Arcilla muy blanda 3 a 30
Arcilla blanda 20 a 40
Arcilla media 45 a 90
Arcilla dura 70 a 200
Arcilla arenosa 300 a 425
Loess (Morrena) 150 a 600
Arena (limosa) 50 a 200
Arena suelta 100 a 250
Arena densa 500 a 1000
Arena y grava suelta 500 a 1400
Arena y grava densa 800 a 2000
Limo 20 a 200
Fuente: Transcrito de Interacción suelo estructura de Manuel Delgado Vargas / Tabla 3.3-Cap3
Relación de Poisson.
Es una constante elástica, resultado de la relación que existe entre la
deformación perpendicular a la fuerza axial, es decir la expansión perpendicular
en la línea de acción de la fuerza aplicada.
μ = ε lateral / ε axial
24
Tabla 10: Intervalos de valores de Poisson
Relación de Poisson
Tipo de suelo 𝜇
Arcilla saturada 0.40 a 0.50
Arcilla no saturada 0.10 a 0.30
Arcilla arenosa 0.20 a 0.30
Limo 0.30 a 0.35
Arena densa 0.20 a 0.40
Arena gruesa 0
Arena de grano fino 0
Morrena o Loess 0.10 a 0.30
Concreto 0
Fuente: Transcrito de Interacción suelo estructura de Manuel Delgado Vargas / Tabla 3.4-Cap3
Factor de Forma.
El factor de forma o rigidez considera características de la cimentación donde se
aplica la fuerza, como el tipo y geometría.
Tabla 11: Factores de forma o rigidez
Factor de forma Iw
Forma Centro Esquina Medio
Cuadrada 1.12 0.56 0.95
Rectangular
L/B: 1.5 1.36 0.68 1.15
L/B: 2 1.53 0.77 1.30
L/B: 3 1.78 0.89 1.53
L/B: 4 1.96 0.98 1.69
L/B: 5 2.10 1.05 1.83
L/B: 10 2.54 1.27 2.25
L/B: 100 4.01 2.00 3.69
Fuente: Poulos,H.G. and Davis,(1974) Elastic Solutions for Soil and Rock Mechanics/Tabla5.3-Cap5
25
CAPÍTULO III
3. MARCO METODOLÓGICO
3.1. Tipo y Diseño de Investigación
Para el desarrollo de la presente investigación se considerarán los siguientes
puntos:
Estudio de la Mecánica de Suelo del lugar donde se implantará el proyecto.
Análisis y Diseño Estructural de la Edificación o Superestructura.
3.2. Metodología a Seguir
La metodología que se aplicará para el desarrollo de ésta investigación
constará en determinar las cargas de la edificación, analizando la estructura con
ayuda del programa Etabs, con éste, se obtendrán las reacciones en cada una de
las columnas; luego se plantearán dos opciones de diseños de cimientos, se
calcularán los asentamientos en la estructura para luego determinar la rigidez del
suelo aplicando el método de Winkler.
Se calculará la cantidad de material en los Cimientos de lo que más adelante
llamaremos diseño A y B; finalmente se determinará cuál de los dos diseños es el
óptimo.
26
3.3. Estudio Geotécnico
Para el Proyecto Torres Hidalgo ubicado en la ciudad de Guayaquil, dentro del área
de construcción se realizó una perforación hasta una profundidad de 10 metros
medidos desde el nivel natural del terreno.
3.3.1. Perfil Estratigráfico.
Del sondeo realizado dentro del área de construcción, se estableció la
siguiente estratigrafía:
Sondeo 1
Se detectó el nivel de aguas freáticas a una profundidad de -1.00 metro a
partir del nivel de la superficie.
Relleno de material pétreo compactado desde la cota 0.00 hasta la cota -
1.50.
Arcilla gris verdosa, consistencia media, desde la cota -1.50 hasta la cota
-4.00.
Arcilla gris verdosa, consistencia media, pintas de arena fina, desde la
cota -4.00 hasta la cota -9.00.
Arcilla gris verdosa, baja consistencia relativa, desde la cota -9.00 hasta
la cota -10.00.
27
3.3.2. Parámetros Mecánicos y Geotécnicos de Diseño.
De los ensayos de laboratorios, los resultados obtenidos que se considerarán
para el diseño de la cimentación son:
qu = Capacidad de carga última (Ton/m2).
ϒs = Peso volumétrico del suelo (Ton/m3).
3.4. Análisis Estructural Utilizando el Software Etabs
Con la ayuda del software Etabs, se realizará el análisis estructural de la
Superestructura para obtener las reacciones en cada columna, y, con los datos
adquiridos se procederá a diseñar la cimentación.
3.5. Modelamiento Estructural en Etabs
Se inicia el trabajo con la ayuda del programa Etabs, mediante los siguientes pasos:
Figura 7: Pantalla inicial de software de cálculo estructural Etabs v9.
Fuente: Etabs
28
1. Para modelar la estructura en Etabs, se debe tener como referencia el plano
arquitectónico, ya sea físicamente o en digital en AutoCAD, con la finalidad de
facilitar el dibujo en planta y elevación de la estructura.
Figura 8: Elevación de la edificación en AutoCAD.
Fuente: Autor – AutoCAD
Figura 9: Planta tipo de la edificación en AutoCAD.
Fuente: Autor – AutoCAD
29
2. Se definen los ejes en el software, donde se ubican las distancias, número de
pisos y altura de entrepisos.
Figura 10: Ingreso de coordenadas de los ejes o grillas en planta de la estructura en Etabs.
Fuente: Etabs
3. Se definen los materiales a utilizar, siguiendo la ruta DEFINE MATERIAL
PROPERTIES, se agrega CONC240 y se modifica el material a utilizar, en este
caso el concreto de f’c = 240 kg/cm2.
Figura 11: Ingreso de las propiedades de materiales en Etabs.
Fuente: Etabs
30
4. Se definen las secciones de los elementos estructurales, siguiendo la ruta
DEFINE FRAME SECTIONS. Aquí se generarán las secciones de las
columnas y vigas.
Figura 12: Ingreso de las propiedades de las secciones de vigas y columnas en Etabs.
Fuente: Etabs
Para definir la losa, se sigue la ruta DEFINE WALL/SLAB/DECK SECTIONS y se
agrega una nueva propiedad de deck section, llamada losa y se insertan los datos
de la losa tipo a utilizar en la estructura.
Figura 13: Ingreso de las propiedades de las secciones de la losa tipo en Etabs.
Fuente: Etabs
31
5. Una vez ya definidos los diferentes elementos estructurales (vigas, columnas,
losa), se procede a dibujarlas, siguiendo el plano estructural establecido.
Figura 14: Dibujando las columnas y vigas en Etabs.
Fuente: Etabs
Figura 15: Dibujando la losa tipo en Etabs.
Fuente: Etabs
32
6. Se definen los apoyos empotrados en las base de la estructura, siguiendo la ruta
ASSING JOINT POINT RESTRAINTS (SUPPORTS), y se selecciona el
empotramiento perfecto.
Figura 16: Restricciones de los apoyos en Etabs.
Fuente: Etabs
Figura 17: Selección del empotramiento en Etabs.
Fuente: Etabs
33
7. Dibujadas las secciones de la estructura, se procede a asignar sobre la losa, las
cargas gravitacionales establecidas en el punto 2.11.1 (cargas muerta y viva),
que va a soportar la estructura.
Figura 18: Asignación de cargas viva y muerta sobre la losa en Etabs.
Fuente: Etabs
8. Se define la carga sísmica siguiendo la ruta DEFINE RESPONSE
SPECTRUM FUNCTIONS SPECTRUM FROM FILE y se agrega el espectro
elástico de respuesta.
Figura 19: Asignación de carga sísmica en Etabs.
Fuente: Etabs
34
9. Se definen los casos de carga, para el proyecto Torres Hidalgo se tendrán los
casos estáticos de carga muerta y carga viva; y como caso dinámico el espectro
elástico de diseño.
Figura 20: Definición de casos de cargas estáticas en Etabs.
Fuente: Etabs
Figura 21: Definición de casos de cargas dinámicas en Etabs.
Fuente: Etabs
35
10. Se definen las combinaciones de carga obtenidos de la Tabla 8, siguiendo la ruta
DEFINE LOAD COMBINATIONS.
Figura 22: Definición de las combinaciones de cargas en Etabs.
Fuente: Etabs
3.6. Conclusión del Análisis Estructural en Etabs
Finalmente, se procede a ejecutar el programa para realizar el análisis
correspondiente, siguiendo la ruta ANALYSE RUN ANALYZE.
Figura 23: Programa Etabs analizando la estructura.
Fuente: Etabs
36
Una vez que el programa termina de procesar la información, éste nos
permitirá observar los diferentes resultados del Análisis Estructural, como las
Deformadas, Diagramas de Cortante y Momento producidos por las cargas a las
que está sometida.
Figura 24: Deformada por carga muerta en Etabs.
Fuente: Etabs
Figura 25: Deformada por carga viva en Etabs.
Fuente: Etabs
37
Figura 26: Diagrama de momento por carga muerta en Etabs.
Fuente: Etabs
Figura 27: Diagrama de momento por carga viva en Etabs.
Fuente: Etabs
38
Figura 28: Diagrama de cortante por carga muerta en Etabs.
Fuente: Etabs
Figura 29: Diagrama de cortante por carga viva en Etabs.
Fuente: Etabs
39
3.7. Diseño Estructural de la Edificación
Una vez realizado el análisis estructural de la superestructura, se lleva a cabo
el diseño de la misma, calculando el área de acero de refuerzo requerido. Cabe
indicar que este trabajo se desarrolla a partir del diseño de la superestructura, y a
continuación se detallan algunos elementos.
3.7.1. Diseño de Losa.
Las losas diseñadas poseen una altura de 25 cm, nervios de 10 cm
separados cada 40cm, sobre éstos una losa de compresión de e=5cm con
una malla electrosoldada de ϕ5.5mm c/30cm y a continuación se detalla su
armado estructural.
Figura 30: Detalle estructural corte tipo de losa.
Fuente: Autor
3.7.2. Diseño de Vigas.
A continuación se detalla el armado estructural de las vigas de la
superestructura.
40
Figura 31: Detalle estructural de vigas
Fuente: Autor
3.7.3. Diseño de Columnas.
A continuación se detalla el armado estructural de las columnas de la
superestructura.
Figura 32: Detalle estructural de Columnas
Fuente: Autor
Para una mejor apreciación del armado de los diferentes elementos estructurales,
revisar el Anexo 2 de Planos Estructurales.
41
CAPÍTULO IV
4. ANÁLISIS Y RESULTADOS
4.1. Cálculo de las Reacciones Verticales en la Estructura
Para obtener las reacciones de la estructura que se necesitan para diseñar la
cimentación, en Etabs, vamos al menú DISPLAY SHOW TABLES y escogemos
la opción Analysis results y luego Reactions.
Figura 33: Ventana en Etabs para obtener los resultados de las reacciones.
Fuente: Etabs
Se presenta una ventana con la tabla de los valores de las reacciones (Figura
34), la cual se llevará hasta una hoja de cálculo (Microsoft Excel), para tener una
mejor visualización.
42
Figura 34: Tabla de valores de las reacciones en Etabs.
Fuente: Etabs
En la Figura 35 se visualiza la ubicación de los puntos en la base de la
estructura establecidos por Etabs.
Figura 35: Ubicación de los puntos de la estructura en Etabs.
Fuente: Etabs
4.2. Resultado de las Reacciones
En la Tabla 12 se detallan los resultados de las reacciones obtenidas en cada
columna de la estructura. Cabe recalcar que las reacciones necesarias para el
cálculo de la cimentación, corresponden a las cargas verticales por servicio, es
decir, las reacciones por carga viva y carga muerta (D+L).
43
Tabla 12: Resultado de las reacciones, en Microsoft Excel
Story Point Load FX FY FZ MX MY MZ
Text Text Text (Kgf) (Kgf) (Kgf) (Kgf.m) (Kgf.m) (Kgf.m)
BASE 1 DEAD 547.37 10.34 11515.85 -13690.169 42786.726 -73.631
BASE 1 LIVE 126.81 7.27 2004.13 -3158.769 9801.077 -11.178
BASE 2 DEAD 983.41 72.72 18723.78 -19204.813 81038.911 -73.631
BASE 2 LIVE 244.17 13.15 3760.18 -3678.309 20131.052 -11.178
BASE 3 DEAD 890.99 73.23 15782.49 -19249.491 72574.507 -73.631
BASE 3 LIVE 224.37 14.54 3441.23 -3801.397 18335.823 -11.178
BASE 4 DEAD 791.39 91.43 14104.67 -20858.191 63475.748 -73.631
BASE 4 LIVE 196.8 16.3 3013.6 -3956.87 15853.656 -11.178
BASE 6 DEAD 678.16 102.7 11802.37 -21854.802 53241.494 -73.631
BASE 6 LIVE 165.04 20.32 2435.92 -4312.025 13012.185 -11.178
BASE 10 DEAD 636.22 -329.71 13801.46 16370 49325.077 -73.631
BASE 10 LIVE 147.61 -71.21 2698.79 3779.671 11439.44 -11.178
BASE 11 DEAD -351.06 16.32 18937.55 -13854.183 -36633.782 -73.631
BASE 11 LIVE -82.21 8.44 3549.5 -3206.322 -8676.997 -11.178
BASE 12 DEAD -574.71 74.65 32748.35 -19010.513 -56698.795 -73.631
BASE 12 LIVE -142.96 13.93 6835.46 -3691.398 -14091.972 -11.178
BASE 13 DEAD -542.93 78.5 29935.56 -19351.493 -54184.073 -73.631
BASE 13 LIVE -137.57 15.56 6527.65 -3836.002 -13660.19 -11.178
BASE 15 DEAD -488.6 98.04 26829.17 -21078.77 -49675.583 -73.631
BASE 15 LIVE -122.33 17.65 5740.09 -4020.711 -12357.005 -11.178
BASE 18 DEAD -499.82 125.18 21023.28 -23477.965 -50892.479 -73.631
BASE 18 LIVE -123.13 24.98 4343.72 -4668.215 -12462.237 -11.178
BASE 19 DEAD -545.68 -599.97 23629.26 40625.596 -55155.317 -73.631
BASE 19 LIVE -127.22 -126.78 4549.13 8747.274 -12855.487 -11.178
BASE 20 DEAD -208.3 25.04 7471.37 -14400.607 -24014.001 -73.631
BASE 20 LIVE -48.81 10.47 1155.37 -3352.182 -5724.075 -11.178
BASE 21 DEAD -345.62 79.66 13113.07 -19228.799 -36447.442 -73.631
BASE 21 LIVE -85.17 15.41 2324.5 -3788.625 -8983.18 -11.178
BASE 22 DEAD -349.93 79.77 13408.27 -19238.494 -37122.635 -73.631
BASE 22 LIVE -85.75 15.94 2357.61 -3835.588 -9079.122 -11.178
BASE 23 DEAD -311.12 99.62 12013.13 -20993.72 -33986.636 -73.631
BASE 23 LIVE -75.19 17.98 2046.75 -4015.697 -8190.037 -11.178
BASE 24 DEAD -168.55 112.91 7467.52 -22168.469 -21607.807 -73.631
BASE 24 LIVE -37.6 21.82 983.82 -4355.439 -4901.627 -11.178
BASE 25 DEAD -51.24 -64.37 6300.82 2136.517 -9140.92 -30.306
BASE 25 LIVE -14.07 -10 674.45 174.409 -2316.834 -4.601
BASE 28 DEAD -90 -146.06 4596.25 9404.843 -12567.014 -30.306
BASE 28 LIVE -22.77 -25.77 545.21 1578.549 -3085.82 -4.601
Fuente: Autor
44
4.3. Diseño de la Cimentación
A continuación se detalla el esquema de implantación de la cimentación del
Proyecto Torres Hidalgo.
Figura 36: Implantación de la Cimentación.
Fuente: Autor
45
Propuesta de diseño A.
Figura 37: Propuesta de diseño A de la cimentación.
Fuente: Autor
46
Propuesta de diseño B.
Figura 38: Propuesta de diseño B de la cimentación.
Fuente: Autor
47
4.3.1. Cálculo de la Capacidad de Carga Admisible.
Usando el criterio de Skempton, se determina la capacidad de carga admisible
del suelo.
𝑞𝑎𝑑𝑚 = 𝐶 𝑁𝑐+ 𝛾𝑠 𝐷𝑓
𝐹𝑆
Donde:
qadm = Capacidad de carga admisible
C = Cohesión = 𝑞𝑢̅̅ ̅̅
2
Nc = Factor de capacidad de carga
ϒs = Peso volumétrico del suelo
Df = Nivel de desplante de la estructura
FS = Factor de seguridad
𝑞𝑢̅̅ ̅ = (5.91+4.01+4.65+4.94+6.36+6.33+2.57)
𝑞𝑢̅̅ ̅ = 4.97 ton/m2
C = 𝑞𝑢̅̅ ̅̅
2
C = 4.97/2
C = 2.48 ton/m2
Nc = 5.70
𝛾 = 1.80 ton/m3
Df = 0.60 m
𝑞𝑎𝑑𝑚 = 2.48 ∗ 5.70 + 1.80 ∗ 0.60
3
qadm = 5.08 Ton/m2
48
4.3.2. Comprobación del qc ≤ qamd.
A continuación se muestra la comprobación de los esfuerzos de contacto por
cada columna, considerando un 8% de la carga de servicio como peso propio,
y la condición a cumplir es:
𝑞𝑐 = 1.08𝐹
𝐴
Donde:
F = Carga aplicada
A = Área donde se aplica la carga
Tabla 13: Comprobación de los esfuerzos de contacto del Diseño A, en Excel
Propuesta de diseño A
Columna Carga (Ton)
Área Influencia
(m2)
qc (Ton/m2)
qc ≤ qamd
1 16.50 4.49 3.97 OK
2 28.18 6.32 4.82 OK
3 5.14 2.49 2.23 OK
4 6.98 1.57 4.80 OK
5 14.24 4.40 3.50 OK
6 25.37 7.09 3.86 OK
7 8.45 3.15 2.90 OK
8 17.12 5.01 3.69 OK
9 32.57 8.00 4.40 OK
10 14.06 3.65 4.16 OK
11 19.22 5.48 3.79 OK
12 36.46 8.74 4.51 OK
13 15.77 4.05 4.21 OK
14 22.48 5.48 4.43 OK
15 39.58 8.74 4.89 OK
16 15.44 4.05 4.12 OK
17 13.52 3.60 4.06 OK
18 22.49 5.75 4.22 OK
19 8.63 2.55 3.66 OK
Fuente: Autor
49
Tabla 14: Comprobación de los esfuerzos de contacto del Diseño B, en Excel
Propuesta de diseño B
Columna Carga (Ton)
Área Influencia
(m2)
qc (Ton/m2)
qc ≤ qamd
1 16.50 4.09 4.36 OK
2 28.18 6.30 4.83 OK
3 5.14 1.81 3.07 OK
4 6.98 1.83 4.12 OK
5 14.24 3.66 4.20 OK
6 25.37 6.45 4.25 OK
7 8.45 2.89 3.16 OK
8 17.12 4.12 4.49 OK
9 32.57 7.35 4.79 OK
10 14.06 3.36 4.52 OK
11 19.22 4.50 4.61 OK
12 36.46 8.09 4.87 OK
13 15.77 3.74 4.55 OK
14 22.48 4.80 5.06 OK
15 39.58 8.52 5.02 OK
16 15.44 3.86 4.32 OK
17 13.52 3.14 4.65 OK
18 22.49 5.46 4.45 OK
19 8.63 2.38 3.92 OK
Fuente: Autor
4.3.3. Cálculo de asentamientos.
Para el cálculo de asentamientos, se procede a elaborar una tabla en
Microsoft Excel con los datos seleccionados en el punto 2.13, para lo cual se
utiliza la siguiente ecuación:
𝑆 = 𝑞 𝐵 (1− 𝜇2)
𝐸𝑠 𝐼𝑤
50
Tabla 15: Cálculo de Asentamientos en el Diseño A, en Microsoft Excel
Asentamientos Propuesta de diseño A
Columna Carga (Ton)
Área Influencia
(m2)
q (Ton/m2)
B (m) L (m) L/B Poisson
u Es
Ton/m2
F. Influencia
Iw
Asentamiento S (m)
Asentamiento S (cm)
1 16.50 4.49 3.97 1.15 2.85 2.48 0.30 450.00 1.53 0.014 1.412
2 28.18 6.32 4.82 1.65 3.25 1.97 0.30 450.00 1.53 0.025 2.458
3 5.14 2.49 2.23 1.15 1.45 1.26 0.30 450.00 1.36 0.007 0.705
4 6.98 1.57 4.80 1.15 2.85 2.48 0.30 450.00 1.53 0.017 1.708
5 14.24 4.40 3.50 1.15 2.80 2.43 0.30 450.00 1.53 0.012 1.244
6 25.37 7.09 3.86 1.65 3.80 2.30 0.30 450.00 1.53 0.020 1.973
7 8.45 3.15 2.90 1.15 2.80 2.43 0.30 450.00 1.53 0.010 1.031
8 17.12 5.01 3.69 1.15 3.35 2.91 0.30 450.00 1.53 0.013 1.313
9 32.57 8.00 4.40 1.65 3.80 2.30 0.30 450.00 1.53 0.022 2.245
10 14.06 3.65 4.16 1.15 3.35 2.91 0.30 450.00 1.53 0.015 1.480
11 19.22 5.48 3.79 1.15 3.80 3.30 0.30 450.00 1.78 0.016 1.568
12 36.46 8.74 4.51 1.65 3.80 2.30 0.30 450.00 1.53 0.023 2.300
13 15.77 4.05 4.21 1.15 3.80 3.30 0.30 450.00 1.78 0.017 1.741
14 22.48 5.48 4.43 1.15 3.80 3.30 0.30 450.00 1.78 0.018 1.834
15 39.58 8.74 4.89 1.65 3.80 2.30 0.30 450.00 1.53 0.025 2.497
16 15.44 4.05 4.12 1.15 3.80 3.30 0.30 450.00 1.78 0.017 1.704
17 13.52 3.60 4.06 1.05 2.35 2.24 0.30 450.00 1.53 0.013 1.318
18 22.49 5.75 4.22 1.65 3.80 2.30 0.30 450.00 1.53 0.022 2.157
19 8.63 2.55 3.66 0.95 2.25 2.37 0.30 450.00 1.53 0.011 1.074
Fuente: Autor
51
Tabla 16: Cálculo de Asentamientos en el Diseño B, en Microsoft Excel
Asentamientos Propuesta de diseño B
Columna Carga (Ton)
Área Influencia
(m2)
q (Ton/m2)
B (m)
L (m) L/B Poisson
u Es
Ton/m2
F. Influencia
Iw
Asentamiento S (m)
Asentamiento S (cm)
1 16.50 4.09 4.36 1.25 2.60 2.08 0.30 450.00 1.53 0.017 1.685
2 28.18 6.30 4.83 1.65 3.25 1.97 0.30 450.00 1.53 0.025 2.466
3 5.14 1.81 3.07 1.25 1.45 1.16 0.30 450.00 1.36 0.011 1.054
4 6.98 1.83 4.12 1.25 2.60 2.08 0.30 450.00 1.53 0.016 1.593
5 14.24 3.66 4.20 0.85 2.80 3.29 0.30 450.00 1.78 0.013 1.286
6 25.37 6.45 4.25 1.65 3.80 2.30 0.30 450.00 1.53 0.022 2.169
7 8.45 2.89 3.16 0.85 2.80 3.29 0.30 450.00 1.78 0.010 0.966
8 17.12 4.12 4.49 0.85 3.35 3.94 0.30 450.00 1.53 0.012 1.180
9 32.57 7.35 4.79 1.65 3.80 2.30 0.30 450.00 1.53 0.024 2.443
10 14.06 3.36 4.52 0.85 3.35 3.94 0.30 450.00 1.78 0.014 1.38
11 19.22 4.50 4.61 0.85 3.80 4.47 0.30 450.00 1.96 0.016 1.55
12 36.46 8.09 4.87 1.65 3.80 2.30 0.30 450.00 1.53 0.025 2.48
13 15.77 3.74 4.55 0.85 3.80 4.47 0.30 450.00 1.96 0.015 1.53
14 22.48 4.80 5.06 1.05 3.80 3.62 0.30 450.00 1.78 0.019 1.91
15 39.58 8.52 5.02 1.65 3.80 2.30 0.30 450.00 1.53 0.026 2.56
16 15.44 3.86 4.32 1.05 3.80 3.62 0.30 450.00 1.78 0.016 1.63
17 13.52 3.14 4.65 0.85 2.35 2.76 0.30 450.00 1.53 0.012 1.22
18 22.49 5.46 4.45 1.65 3.80 2.30 0.30 450.00 1.53 0.023 2.27
19 8.63 2.38 3.92 0.85 2.20 2.59 0.30 450.00 1.53 0.010 1.03
Fuente: Autor
52
4.3.4. Determinación de Rigidez del Suelo.
El módulo de rigidez del suelo es la relación entre las presiones de
contacto y los asentamientos del elemento. A continuación se muestran los
resultados de las diferentes rigideces del suelo por medio del Teorema de
Winkler, usando la ecuación:
𝐾𝑣 = 𝑞
𝑆
Donde:
Kv = Módulo de rigidez del terreno o coeficiente de balasto
q = Presión transmitida al terreno
s = Asentamiento
Tabla 17: Cálculo de Rigidez del Suelo de Diseño A, en Microsoft Excel
Rigidez del suelo Propuesta de diseño A
q (Ton/m2)
Asentamiento S (m)
Kv (Ton/m3)
Kv (Kg/cm3)
16.50 0.014 1168.43 1.17
28.18 0.025 1146.28 1.15
5.14 0.007 728.97 0.73
6.98 0.017 408.56 0.41
14.24 0.012 1145.01 1.15
25.37 0.020 1285.93 1.29
8.45 0.010 819.73 0.82
17.12 0.013 1303.75 1.30
32.57 0.022 1450.98 1.45
14.06 0.015 949.84 0.95
19.22 0.016 1225.77 1.23
36.46 0.023 1585.20 1.59
15.77 0.017 905.91 0.91
22.48 0.018 1225.77 1.23
39.58 0.025 1585.20 1.59
15.44 0.017 905.91 0.91
13.52 0.013 1026.05 1.03
22.49 0.022 1042.89 1.04
8.63 0.011 803.29 0.80
Fuente: Autor
53
Tabla 18: Cálculo de Rigidez del Suelo de Diseño B, en Microsoft Excel
Rigidez del suelo Propuesta de diseño B
q (Ton/m2)
Asentamiento S (m)
Kv (Ton/m3)
Kv (Kg/cm3)
16.50 0.017 979.20 0.98
28.18 0.025 1142.65 1.14
5.14 0.011 487.50 0.49
6.98 0.016 438.12 0.44
14.24 0.013 1107.62 1.11
25.37 0.022 1169.85 1.17
8.45 0.010 874.59 0.87
17.12 0.012 1450.56 1.45
32.57 0.024 1333.09 1.33
14.06 0.014 1016.83 1.02
19.22 0.016 1236.76 1.24
36.46 0.025 1467.31 1.47
15.77 0.015 1027.88 1.03
22.48 0.019 1175.92 1.18
39.58 0.026 1545.30 1.55
15.44 0.016 945.64 0.95
13.52 0.012 1105.52 1.11
22.49 0.023 990.30 0.99
8.63 0.010 837.94 0.84
Fuente: Autor
4.3.5. Ajuste de la Constante de Rigidez del Suelo.
Para realizar el ajuste de la constante de rigidez del suelo, usamos el
programa Microsoft Excel, se realiza un gráfico que representa Cargas vs
Asentamientos, la cual da como resultado una ecuación lineal de la forma:
Y = mx + b, donde la pendiente m es la constante de rigidez ajustada.
54
Figura 39: Ajuste de la Constante de Rigidez del diseño A, en Microsoft Excel.
Fuente: Autor
Figura 40: Ajuste de la Constante de Rigidez del diseño B, en Microsoft Excel.
Fuente: Autor
K1 = 1702.4 Ton/m3
K2 = 1635.1 Ton/m3
K1 / K2 = 1.04
y = 1702.4x - 9.395
000
005
010
015
020
025
030
035
040
045
000 000 000 000 000 000 000
Constante de Rigidez del suelo - Diseño A
y = 1635.1x - 8.8435
000
005
010
015
020
025
030
035
040
045
000 000 000 000 000 000 000
Constante de Rigidez del suelo - Diseño B
55
4.3.6. Cálculo de volumen de Hormigón en la Cimentación.
Tabla 19: Cálculo de volumen de Hormigón del diseño A, en Microsoft Excel
Volumen de concreto Propuesta de diseño A
Viga de cimentación Ala de cimentación Viga + ala
Eje bw (m)
H (m)
Área (m2)
L (m)
Volumen (m3)
h (m) a
(m) Área (m2)
L (m)
Volumen (m3)
% desperdicio
Total V (m3)
A 0.25 0.60 0.15 18.85 2.828 0.20 0.80 0.16 18.85 3.016 5.0% 6.136
B 0.3 0.60 0.15 18.85 2.828 0.20 1.40 0.28 18.85 5.278 5.0% 8.511
C 0.3 0.60 0.15 18.85 2.828 0.20 0.65 0.13 18.85 2.451 5.0% 5.542
1 0.3 0.60 0.15 7.60 1.140 0.20 0.70 0.14 4.00 0.560 5.0% 1.785
2 0.3 0.60 0.15 7.60 1.140 0.20 0.90 0.18 4.00 0.720 5.0% 1.953
3 0.3 0.60 0.15 7.60 1.140 0.20 0.90 0.18 4.00 0.720 5.0% 1.953
4 0.3 0.60 0.15 7.60 1.140 0.20 0.90 0.18 4.00 0.720 5.0% 1.953
5 0.3 0.60 0.15 7.60 1.140 0.20 0.90 0.18 4.00 0.720 5.0% 1.953
6 0.3 0.60 0.15 7.60 1.140 0.20 0.90 0.18 4.00 0.720 5.0% 1.953
31.738
Cuantificación de materiales Propuesta de diseño A
Volumen total de concreto (m3)
Resistencia
Materiales
Cemento Arena Piedra 3/4" Agua
sacos de 50 kg m3 m3 m3
31.738 f'c = 240 kg/cm2 289.77 25.55 13.23 6.41
Fuente: Autor
56
Tabla 20: Cálculo de volumen de Hormigón del diseño B, en Microsoft Excel
Volumen de concreto Propuesta de diseño B
Viga de cimentación Ala de cimentación Viga + ala
Eje bw (m)
H (m) Área (m2)
L (m)
Volumen (m3)
h (m)
a (m)
Área (m2)
L (m)
Volumen (m3)
% desperdicio
Total V (m3)
A 0.25 0.60 0.15 18.55 2.783 0.20 0.60 0.12 18.55 2.226 5.0% 5.259
B 0.3 0.60 0.15 18.55 2.783 0.20 1.40 0.28 18.55 5.194 5.0% 8.375
C 0.3 0.60 0.15 18.55 2.783 0.20 0.60 0.12 18.55 2.226 5.0% 5.259
1 0.3 0.60 0.15 7.60 1.140 0.20 0.60 0.12 4.25 0.510 5.0% 1.733
2 0.3 0.60 0.15 7.60 1.140 0.20 0.80 0.16 4.25 0.680 5.0% 1.911
3 0.3 0.60 0.15 7.60 1.140 0.20 0.60 0.12 4.25 0.510 5.0% 1.733
4 0.3 0.60 0.15 7.60 1.140 0.20 0.60 0.12 4.25 0.510 5.0% 1.733
5 0.3 0.60 0.15 7.60 1.140 0.20 0.80 0.16 4.25 0.680 5.0% 1.911
6 0.3 0.60 0.15 7.60 1.140 0.20 1.00 0.20 4.25 0.850 5.0% 2.090
30.002
Cuantificación de materiales Propuesta de diseño B
Volumen total de concreto (m3)
Resistencia
Materiales
Cemento Arena Piedra
3/4" Agua
sacos de 50 kg m3 m3 m3
30.002 f'c = 240 kg/cm2 273.92 24.15 12.51 6.06
Fuente: Autor
57
Para el cálculo de cantidad de materiales de ambos diseños, se utilizó la
Tabla 21, para la dosificación de hormigón de f’c=240kg/cm2.
Tabla 21: Dosificación para 1 m3 de Hormigón de f’c = 240 kg/cm
2
Dosificación para la preparación de 1 m3 de
Hormigón de f’c = 240 kg/cm2
Descripción Unidad Cantidad Precio
Unitario
Cemento saco 50 kg 8 $ 6.70
Arena m3 0.805 $ 12.50
Piedra m3 0.417 $ 15.00
Agua m3 0.202 $ 1.20
Fuente: Autor
4.3.7. Presupuesto.
A continuación se presentan los cálculos del presupuesto de ambos diseños.
Tabla 22: Presupuesto de diseño A
Presupuesto de Diseño A
Descripción Unidad Cantidad Precio
Unitario Precio total
Cemento saco 50 kg 289.77 $ 6.70 $ 1,941.47
Arena m3 25.55 $ 12.50 $ 319.37
Piedra m3 13.23 $ 15.00 $ 198.52
Agua m3 6.41 $ 1.20 $ 7.69
$2,467.05
Fuente: Autor
58
Tabla 23: Presupuesto de diseño B
Presupuesto de Diseño B
Descripción Unidad Cantidad Precio
Unitario Precio total
Cemento saco 50 kg 273.92 $ 6.70 $ 1,835.26
Arena m3 24.15 $ 12.50 $ 301.90
Piedra m3 12.51 $ 15.00 $ 187.66
Agua m3 6.06 $ 1.20 $ 7.27
$2,332.10
Fuente: Autor
4.3.8. Diseño Estructural de la Cimentación.
Diseño A:
A continuación se ha seleccionado para el diseño A, la zapata que se
encuentra en el Eje 2-2.
Cálculo de Acero Longitudinal en Ala de Zapata
DATOS:
f'c = 240 kg/cm2
fy = 4200 kg/cm2
P1 = 22.48 ton
P2 = 39.58 ton
P3 = 15.44 ton
B = 1.15 m
L = 7.60 m
bw = 0.25 m
59
d = 0.20 m
𝜑 Cortante = 0.75
𝜑 Flexión = 0.90
Pu = 14.28 Ton/m
𝑊𝑢 = 𝑃𝑢
𝐵=
14.28
1.15
Wu = 12.41 Ton/m2
Xv = 0.45 m
Chequeo por Cortante
14163.50 kg ≥ 5586.38 kg OK
Diseño por Flexión
Mu = 1.26 Ton-m
As = 1.85 cm2
𝑃𝑢 = 1.40 ∑ 𝑃
𝐿
= 1.40 (22.48 + 39.58 + 15.44)
7.60
𝑋𝑣 = 𝐵 − 𝑏𝑤
2
= 1.15 − 0.25
2
𝜑 0.53 √𝑓′𝑐 𝑏 𝑑 ≥ 𝑋𝑣 . 𝑊𝑢 . 1𝑚
0.75 ∗ 0.53 √240 ∗ 115 ∗ 20 ≥ 45∗ 1.241 ∗ 100
𝑀𝑢 = 𝑊𝑢 𝑋𝑣
2
2
= 12.41 ∗ 0.452
2
𝐴𝑠 = 29.39 𝑀𝑢
𝑑
= 29.39 ∗ 1.26
20
60
El área de acero requerido se debe comprobar que no sea menor al área
mínima establecida por el código ACI-318-14.
Asmín = 6.67 cm2
φ
mm
As
cm2 N
cm
8 0.50 13.26 8
10 0.79 8.49 12
12 1.13 5.89 17
14 1.54 4.33 23
16 2.01 3.32 30
Se decide φ 14 mm cada 20 cm
Cálculo de Acero de refuerzo por Retracción y Temperatura
Según ACI-318-14, para fy=4200 kg/cm2
𝜌 = 0.0014
𝐴𝑆 = 𝜌 ∗ 𝐴𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 = 0.0014 ∗ 100 ∗ 25
As = 3.50 cm2
φ
mm
As
cm2 N
cm
8 0.50 6.96 14
10 0.79 4.46 22
12 1.13 3.09 32
14 1.54 2.27 44
16 2.01 1.74 57
Se decide φ 12 mm cada 30 cm
𝐴𝑠𝑚í𝑛< 𝐴𝑠
< 𝐴𝑠𝑚á𝑥
𝐴𝑠𝑚í𝑛=
14
𝑓𝑦 𝑏 𝑑
= 14
4200 ∗ 100 ∗ 20
𝑆
= 100
𝑁
𝑆
= 100
𝑁
61
Figura 41: Detalle estructural de la zapata
Fuente: Autor
Diseño B:
A continuación se ha seleccionado para el diseño B, la zapata que se
encuentra en el Eje 2-2.
Cálculo de Acero Longitudinal en Ala de Zapata
DATOS:
f'c = 240 kg/cm2
fy = 4200 kg/cm2
ϒ h = 2400 kg/m3
P1 = 22.48 ton
P2 = 39.58 ton
P3 = 15.44 ton
B = 1.05 m
L = 7.60 m
bw = 0.25 m
d = 0.20 m
62
𝜑 Cortante = 0.75
𝜑 Flexión = 0.90
Pu = 14.28 Ton/m
𝑊𝑢 = 𝑃𝑢
𝐵=
14.28
1.05
Wu = 13.60 Ton/m2
Xv = 0.40 m
Chequeo por Cortante
12931.89 kg ≥ 5438.60 kg OK
Diseño por Flexión
Mu = 1.09 Ton-m
As = 1.60 cm2
𝑃𝑢 = 1.40 ∑ 𝑃
𝐿
= 1.40 (22.48 + 39.58 + 15.44)
7.60
𝑋𝑣 = 𝐵 − 𝑏𝑤
2
= 1.05 − 0.25
2
𝜑 0.53 √𝑓′𝑐 𝑏 𝑑 ≥ 𝑋𝑣 . 𝑊𝑢 . 1𝑚
0.75 ∗ 0.53 √240 ∗ 105 ∗ 20 ≥ 40∗ 1.241 ∗ 100
𝑀𝑢 = 𝑊𝑢 𝑋𝑣
2
2
= 13.60 ∗ 0.402
2
𝐴𝑠 = 29.39 𝑀𝑢
𝑑
= 29.39 ∗ 1.09
20
63
El área de acero requerido se debe comprobar que no sea menor al área
mínima establecida por el código ACI-318-14.
Asmín = 6.67 cm2
φ
mm
As
cm2 N
cm
8 0.50 13.26 8
10 0.79 8.49 12
12 1.13 5.89 17
14 1.54 4.33 23
16 2.01 3.32 30
Se decide φ 14 mm cada 20 cm
Cálculo de Acero de refuerzo por Retracción y Temperatura
Según ACI-318-14, para fy=4200 kg/cm2
𝜌 = 0.0014
𝐴𝑆 = 𝜌 ∗ 𝐴𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 = 0.0014 ∗ 100 ∗ 25
As = 3.50 cm2
φ
mm
As
cm2 N
cm
8 0.50 6.96 14
10 0.79 4.46 22
12 1.13 3.09 32
14 1.54 2.27 44
16 2.01 1.74 57
Se decide φ 12 mm cada 30 cm
𝐴𝑠𝑚í𝑛< 𝐴𝑠
< 𝐴𝑠𝑚á𝑥
𝐴𝑠𝑚í𝑛=
14
𝑓𝑦 𝑏 𝑑
= 14
4200 ∗ 100 ∗ 20
𝑆
= 100
𝑁
𝑆
= 100
𝑁
64
Figura 42: Detalle estructural de la zapata
Fuente: Autor
Se amplía la información de las demás zapatas en el Anexo 2 que contienen
los Planos Estructurales.
65
CAPÍTULO V
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1. Conclusiones
Se plantearon dos opciones de diseños de implantación en los cuales se tomó
en cuenta como parámetro el ancho del cimiento y la rigidez del suelo. En base a los
diseños planteados se obtuvieron los asentamientos inmediatos para el diseño A un
valor mínimo de 0.705cm y un valor máximo 2.497cm; para el diseño B un valor
mínimo de 0.966cm y un máximo de 2.561cm.
Asentamientos producidos en el Diseño A
MIN (cm) MAX (cm)
0.705 2.497
Asentamientos producidos en el Diseño B
MIN (cm) MAX (cm)
0.966 2.561
De igual manera tenemos coeficientes de rigidez o de balasto que se
obtuvieron de ambos diseños, que realizando una comparación hemos obtenido que
la diferencia entre ambos diseños representan un 4% de efectividad, es decir que
podemos seleccionar el diseño B.
Rigidez del suelo en el Diseño A
MIN (Ton/m3) MAX (Ton/m3)
408.56 1585.20
Rigidez del suelo en el Diseño A
MIN (Ton/m3) MAX (Ton/m3)
438.12 1545.30
66
Como objetivo principal de este proyecto es la optimización del uso de los
materiales (hormigón), y realizando una comparación en ambos diseños, se puede
concluir que aplicando la norma y sus respectivos factores de seguridad hemos
constatado que existe un ahorro de los mismos en el diseño B.
5.2. Recomendaciones
Durante el desarrollo de esta investigación note que en la mayoría de los
diseños no se considera adecuadamente el comportamiento del suelo,
considerándolo la mayoría de las veces como rígido cuando este es elástico, es por
ello que se recomienda que se dé mayor énfasis al suelo ya que es el encargado de
soportar la estructura.
Con esta investigación se consideró la rigidez del suelo como parámetro principal
para ambos diseños, y, realizando la respectiva comparación, evaluando los datos
obtenidos que siguen las normas y los factores de seguridad, el ingeniero diseñador
podrá plantear diferentes alternativas de diseño, optimizando los materiales y por
ende reducir el costo del mismo.
BIBLIOGRAFÍA
Alva, D. J. (2012). Diseño de Cimentaciones. Lima: IGC (Instituto de la Construcción
y Gerencia).
Crespo Villalaz, C. (2004). Mecánica de Suelos y Cimentaciones. Mexico D.F.:
Limusa.
Crespo Villalaz, C. (2012). Problemas Resueltos de Mecánica de Suelos y de
Cimentaciones. Mexico D.F.: Limusa.
IngenieriaReal.com. (2014). Obtenido de IngenieriaReal.com:
http://ingenieriareal.com/tipos-de-asentamientos-en-suelos/
Muelas Rodríguez, A. (12 de 10 de 2010). Civilgeeks.com. Obtenido de
Civilgeeks.com: http://civilgeeks.com/2010/10/12/manual-de-mecanica-de-
suelos-y-cimentaciones-2/
Rodríguez Serquén, W. (16 de Junio de 2016). SlideShare. Obtenido de SlideShare:
http://www.slideshare.net/aybenchinoquintanill/ingenieria-geotecnica-2016
ANEXOS
Anexo 1. Estudio Geotécnico.
Anexo 2. Planos Estructurales.
SONDEO No.
HOJA No.
PROF. INTER Wn WL I.P PESO qu
m. PROF DESCRIPCIÒN VISUAL Estrat. S.U.C.S % % % No. 4 No. 200 UNITARIO T/m2
Wn WL (0) WP ( + )
Tn/m3 Cr.
0.00
1.00
2.00
3.00
2,0-2,50 CH 90 97 66 100 100 1.464 5.91 0.11
4.00
3,0-3,50 CH 94 109 73 100 100 1.435 4.01 0.21
5.00
4,0-4,50 CH 99 106 76 100 98 0.09 4
6.00
5,0-5,50 CH 72 115 76 100 97 1.560 4.65 0.57
7.00
6,0-6,50 CH 67 128 89 100 87 1.526 4.94 0.69
8.00
7,0-7,50 CH 85 115 81 100 93 1.476 6.36 0.37
9.00
8,0-8,50 CH 83 124 103 100 95 1.479 6.33 0.40
10.00
9,0-9,50Arcilla gris verdosa , baja
consistencia relativa.CH 89 102 71 100 97 1.502 2.57 0.18
Arcilla amarilla verdosa,
consistencia media
Arcilla gris verdosa
consistencia
media. Pintas de
arena fina.
Capacidad admisible del
subsuelo, 5.08 Ton/m2.
Factor de Seguridad Tres.
1
1/1
ESTUDIO DE SUELOS Proyecto:
Torres Hidalgo
UBICACIÓN: GuayaquilRelleno: 1.50 m.NF: 1,00 m.
% PASA CONTENIDO DE HUMEDAD
100 120
Consiste
ncia
Relativa.
N
SPT
FECHA: Junio del 2016
14020 40 60 80
0,0 -1,50Relleno de material pétreo
compactado
Presidencia
de la República
del Ecuador
AUTOR/ES: REVISORES:
Jimmy Andrés Maroto Borja Ing. Adolfo Villacreses Vera, M.Sc.
Ing. Carlos Cusme Vera, M.Sc.
Ing. Douglas Iturburu Salvador, M.Sc.
INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil FACULTAD: De Ciencias Matematicas y Fisicas
CARRERA: Ingenieria civil
FECHA DE PUBLICACIÓN: 2016 Nº DE PÁGS: 66
ÁREAS TEMÁTICAS: Esturcturas
Optimizacion Diseño Cimentacion Rigidez
PALABRAS CLAVE:
OPTIMIZACION - DISEÑO - CIMENTACION - RIGIDEZ - SUELO
RESUMEN:
N. DE REGISTRO (en base de datos): Nº. DE CLASIFICACIÓN:
DIRECCIÓN URL (tesis en la web):
ADJUNTOS PDF: SI NO
CONTACTOS CON AUTOR/ES: Teléfono: 986407824
CONTACTO EN LA Nombre: FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS
INSTITUCIÒN: Telèfono: 2-283348
Quito: Av. Whymper E7-37 y Alpallana, edificio Delfos, teléfonos (593-2) 2505660/ 1: y en la
Av. 9 de octubre 624 y Carrión, edificio Prometeo, teléfonos: 2569898/9, Fax: (593 2) 250-9054
REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGIA
FICHA DE REGISTRO DE TESIS
Innovacion y saberes
º
1
X
Optimización del Diseño de la Cimentación del Proyecto Torres Hidalgo Aplicando el
Coeficiente de Rigidez del Suelo.
TÍTULO Y SUBTÍTULO
E-mail:
En el diseño de la mayoría de estructuras se busca el equilibrio entre diversos factores donde se destaque la seguridad, funcionalidad y costo. Cualquier tipo de construcción debe ser capaz de garantizar un adecuado comportamiento durante el periodo para la cual es diseñada, y a su vez, debido a la naturaleza competitiva de nuestra sociedad, invita a agudizar el ingenio para encontrar diferentes soluciones sobre todo seguras y económicas. El diseño de cualquier tipo de estructura depende en gran medida de la naturaleza del suelo y las condiciones geológicas circundantes al lugar, es por ello que la cimentación debe ser idónea, debido a las cargas que va a estar sometida, y es por ello que debe garantizar la estabilidad de la estructura y asegurar una transmisión de cargas al terreno con la adecuada intensidad para que ésta no colapse. Esta investigación pretende realizar un análisis comparativo, presentando dos diseños de cimentación en su implantación, las cuales, pasarán por un análisis estructural y descriptivo, para llegar a la solución óptima y verificar el ahorro de los materiales al construirla, sin dejar de lado el factor seguridad. Como el objetivo principal de este trabajo de Titulación es la optimización del uso de los materiales, se ha realizado una comparación en dos alternativas de diseños, se puede concluir que aplicando la norma y sus respectivos factores de seguridad hemos constatado que existe un ahorro considerable y por ende se han reducido los costos, por lo tanto el ingeniero diseñador podrá plantear diferentes alternativas de diseño y seleccionar el más óptimo para su construcción.
