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i
NDICE
Pg.
1. GENERALIDADES ...................................................................................... 1
1.1 INTRODUCCIN ......................................................................................... 1
1.2. ANTECEDENTES ........................................................................................ 2
1.3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .......................................................... 2
1.3.1 Identificacin del problema ........................................................................... 2
1.3.2 Formulacin del problema ............................................................................ 5
1.4 OBJETIVOS Y ACCIONES ......................................................................... 5
1.4.1 Objetivo general ........................................................................................... 5
1.4.2 Objetivos especficos y actividades del proyecto ......................................... 5
1.5 JUSTIFICACIN .......................................................................................... 7
1.5.1 Justificacin tcnica ..................................................................................... 7
1.5.2 Justificacin institucional .............................................................................. 7
1.6 ALCANCE .................................................................................................... 7
1.6.1 Alcance temtico .......................................................................................... 7
2 MARCO TEORICO ...................................................................................... 8
2.1 TOPOGRAFA .............................................................................................. 9
2.2 GEOTECNIA .............................................................................................. 11
2.3 HORMIGN ARMADO .............................................................................. 12
2.3.1 Cemento ..................................................................................................... 13
2.3.2 ridos ......................................................................................................... 14
2.3.3 Agua ........................................................................................................... 14
2.3.4 Acero .......................................................................................................... 15
2.3.5 Bases de clculo ........................................................................................ 17
ii
2.3.3 Diseo estructural ...................................................................................... 19
2.3.3.1 Establecimiento del esquema estructural ................................................... 19
2.3.3.2 Consideracin de todas las acciones ......................................................... 25
2.3.3.3 Descenso de cargas................................................................................... 28
2.3.3.4 Determinacin de las hiptesis de carga .................................................... 30
2.3.3.5 Dimensionamiento de la estructura ............................................................ 31
2.3.3.6 Clculo de refuerzos .................................................................................. 38
2.4 RESISTENCIA DE MATERIALES .............................................................. 60
2.4.1 Resistencia al fuego ................................................................................... 60
2.4.1.1 Acero .......................................................................................................... 62
2.4.1.2 Resistencia del hormign armado .............................................................. 63
2.4.1.3. Objetivos de la estructura resistente al fuego ............................................ 67
2.4.2 Criterios de clculo ..................................................................................... 69
2.4 FUNDACIONES ......................................................................................... 69
2.5.1 Tipos de fundaciones ................................................................................. 70
2.5.1.1 Fundaciones superficiales .......................................................................... 70
2.5 FORMULACIN, EVALUACIN Y DIRECCIN DE OBRAS .................... 76
2.6.1 Cronograma de actividades estimado ........................................................ 77
2.6.2.2 Diagrama de GANTT .................................................................................. 77
2.6.2 Pliego de especificaciones tcnicas ........................................................... 78
2.6.3 Presupuesto general estimado para la estructura en obra gruesa ............. 78
2.6.3.1 Construcciones .......................................................................................... 78
2.6.4 Elaboracin de los planos .......................................................................... 82
3 MARCO PRCTICO .................................................................................. 83
3.1 INFORMACIN DE CAMPO ...................................................................... 83
iii
3.1.1 Topografa .................................................................................................. 83
3.1.2 Recopilacin de informacin ...................................................................... 83
3.1.3 Validacin de informacin .......................................................................... 83
3.1.2 Geotecnia ................................................................................................... 84
3.2.1 Clculo del Edificio central bloque 1........................................................... 89
3.2.1.1 Plano arquitectnico ................................................................................... 89
3.2.1.2 Plano de ubicacin de elementos estructurales ......................................... 90
3.2.1.3 Pre dimensionado de la altura de la losa, clculo de las cargas actuantes y
armado de la losa .................................................................................................... 94
3.2.1.4 Descenso de cargas y pre dimensionado de columnas .............................. 94
3.2.1.5 Simulacin estructural ................................................................................ 97
3.2.1.6 Dimensionamiento de refuerzos de acero para vigas ............................... 102
3.2.1.7 Dimensionamiento de refuerzos de acero para columnas y gradas ......... 103
3.2.1.8 Dimensionamiento de refuerzos de acero para zapatas ........................... 104
3.2.2 Clculo del Edificio central bloque 2 ......................................................... 105
3.2.2.1 Plano arquitectnico ................................................................................. 105
3.2.2.2 Plano de ubicacin de elementos estructurales ....................................... 106
3.2.2.3 Pre dimensionado de la altura de la losa, clculo de las cargas actuantes y
armado de la losa .................................................................................................. 108
3.2.2.4 Descenso de cargas y pre dimensionado de columnas ............................ 109
3.2.2.5 Simulacin estructural .............................................................................. 110
3.2.2.6 Dimensionamiento de refuerzos de acero para vigas ............................... 112
3.2.2.7 Dimensionamiento de refuerzos de acero para columnas y gradas ......... 112
3.2.2.8 Dimensionamiento de refuerzos de acero para zapatas ........................... 113
3.2.3 Clculo del Edificio central bloque 3 ......................................................... 114
3.2.3.1 Plano arquitectnico ................................................................................. 114
iv
3.2.3.2 Plano de ubicacin de elementos estructurales ....................................... 115
3.2.3.3 Pre dimensionado de la altura de la losa, clculo de las cargas actuantes y
armado de la losa .................................................................................................. 119
3.2.3.4 Descenso de cargas y predimensionado de columnas ............................. 120
3.2.3.5 Simulacin estructural .............................................................................. 124
3.2.3.6 Dimensionamiento de refuerzos de acero para vigas ............................... 125
3.2.3.7 Dimensionamiento de refuerzos de acero para columnas y gradas ......... 125
3.2.3.8 Dimensionamiento de refuerzos de acero para zapatas ........................... 126
3.2.4 Clculo Quirfano ..................................................................................... 127
3.2.4.1 Plano arquitectnico ................................................................................. 127
3.2.4.2 Plano de ubicacin de elementos estructurales ....................................... 128
3.2.4.3 Descenso de cargas y pre dimensionado de columnas ............................ 129
3.2.2.4 Simulacin estructural .............................................................................. 130
3.2.4.5 Dimensionamiento de refuerzos de acero para vigas ............................... 132
3.2.4.6 Dimensionamiento de refuerzos de acero para columnas y gradas ......... 133
3.2.4.7 Dimensionamiento de refuerzos de acero para zapatas ........................... 133
3.2.5 Clculo Sala de mquinas y comedor ...................................................... 134
3.2.5.1 Plano arquitectnico ................................................................................. 134
3.2.5.2 Plano de ubicacin de elementos estructurales ....................................... 134
3.2.5.3 Descenso de cargas y pre dimensionado de columnas ............................ 136
3.2.5.4 Simulacin estructural .............................................................................. 137
3.2.5.5 Dimensionamiento de refuerzos de acero para vigas ............................... 139
3.2.5.6 Dimensionamiento de refuerzos de acero para columnas ........................ 139
3.2.5.7 Dimensionamiento de refuerzos de acero para zapatas ........................... 140
3.2.6.1 Plano arquitectnico ................................................................................. 140
v
3.2.6.2 Plano de ubicacin de elementos estructurales ....................................... 140
3.2.6.3 Descenso de cargas y pre dimensionado de columnas ............................ 141
3.2.6.4 Simulacin estructural .............................................................................. 142
3.2.6.5 Dimensionamiento de refuerzos de acero para vigas ............................... 144
3.2.6.6 Dimensionamiento de refuerzos de acero para columnas ........................ 144
3.2.6.7 Dimensionamiento de refuerzos de acero para zapatas ........................... 144
3.2.7 Clculo de sala Servicio social ................................................................. 145
3.2.7.1 Plano arquitectnico ................................................................................. 145
3.2.7.2 Plano de ubicacin de elementos estructurales ....................................... 145
3.2.7.3 Descenso de cargas y pre dimensionado de columnas ............................ 146
3.2.7.4 Simulacin estructural .............................................................................. 147
3.2.7.5 Dimensionamiento de refuerzos de acero para vigas ............................... 148
3.2.7.6 Dimensionamiento de refuerzos de acero para columnas ........................ 149
3.2.7.7 Dimensionamiento de refuerzos de acero para zapatas ........................... 149
3.2.8 Clculo de sala Internacin de pacientes aislados ................................... 150
3.2.8.1 Plano arquitectnico ................................................................................. 150
3.2.8.2 Plano de ubicacin de elementos estructurales ....................................... 150
3.2.8.4 Descenso de cargas y pre dimensionado de columnas ............................ 152
3.2.8.5 Simulacin estructural .............................................................................. 153
3.2.7.5 Dimensionamiento de refuerzos de acero para vigas ............................... 154
3.2.7.6 Dimensionamiento de refuerzos de acero para columnas ........................ 154
3.2.7.7 Dimensionamiento de refuerzos de acero para zapatas ........................... 155
3.3 DIMENSIONAMIENTO ESTRUCTURAL ................................................. 155
3.3.1 RESISTENCIA AL FUEGO ....................................................................... 155
3.4 DOCUMENTOS DEL PROYECTO .......................................................... 160
vi
3.4.1 Planos de la estructura ............................................................................. 160
3.4.2 Pliego de especificaciones tcnicas ......................................................... 160
3.4.3 Computas Mtricos ................................................................................... 160
3.4.4 Precios Unitarios....................................................................................... 160
3.4.5 Cronograma .............................................................................................. 160
4. EVALUACIN ......................................................................................... 161
4.1 EVALUACIN TCNICA ......................................................................... 161
4.2 EVALUACIN ECONMICA ................................................................... 165
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................... 167
5.1 CONCLUSIONES..................................................................................... 167
5.2 RECOMENDACIONES ............................................................................ 168
vii
NDICE DE FIGURAS
Pg.
Figura 1: Foto satelital de ubicacin del proyecto ................................................... 1
Figura 2: Plano arquitectnico de la planta baja y ubicacin de los ambientes. ...... 3
Figura 3: Plano arquitectnico de la segunda planta y ubicacin de los ambientes 4
Figura 4: Plano arquitectnico de tercera planta y ubicacin de los ambientes. ..... 5
Figura 5: Disposicin de las armaduras longitudinales ......................................... 16
Figura 6: Disposicin de las armaduras transversales .......................................... 16
Figura 7: Disposicin de la armadura piel ............................................................. 17
Figura 8: Columnas zunchadas y con estribos ...................................................... 20
Figura 9: Tipos de losas segn su apoyo .............................................................. 21
Figura 10: Tipos de losas segn su sustento ........................................................ 22
Figura 11: Tipos de losas segn su direccin ....................................................... 22
Figura 12: Tipos de losas segn sus materiales ................................................... 23
Figura 13: Alturas equivalentes en losas ............................................................... 25
Figura 14: rea de influencia................................................................................. 29
Figura 15: Carga en viga ....................................................................................... 29
Figura 16: Tipos de apoyos ................................................................................... 31
Figura 17: Esfuerzos en una seccin, tensiones normales y tangenciales. .......... 32
Figura 18: Deformacin de una Viga. .................................................................... 33
Figura 19: Convencin de signos Momentos flectores. ......................................... 33
Figura 20: Convencin de signos en esfuerzos cortantes. .................................... 34
Figura 21: Ubicacin del eje neutro en flexin simple. .......................................... 35
Figura 22: Esfuerzos internos................................................................................ 35
Figura 23: Grficas de momentos y cortantes. ...................................................... 36
Figura 24: Torsin en vigas considerada secundaria ............................................ 36
Figura 25: Torsin en vias considerada primaria ................................................... 37
Figura 26: Compresin efectuada por el esfuerzo axil en una columna ................ 37
Figura 27: Momentos flectores efectuados por el esfuerzo axial ........................... 38
Figura 28: Excentricidad en columnas .................................................................. 40
Figura 29: Seccin de una columna ...................................................................... 41
viii
Figura 30: Abaco en roseta flexin esviada........................................................... 42
Figura 31: Disposicin de la armadura .................................................................. 44
Figura 32: Condiciones de borde .......................................................................... 52
Figura 33: Condiciones de borde .......................................................................... 52
Figura 34: Condiciones de borde .......................................................................... 53
Figura 35: Modelos de losas nervadas .................................................................. 54
Figura 36: Modelos de losas llenas ....................................................................... 56
Figura 37: Idealizacin de rotura en losas ............................................................. 58
Figura 38: Distribucin de cortantes en losas........................................................ 58
Figura 39: Secciones crticas en losas .................................................................. 59
Figura 40: Cortantes en losas ............................................................................... 59
Figura 41: Dilatacin trmica ................................................................................. 61
Figura 42: Fuego normalizado ............................................................................... 67
Figura 43: Zapatas rgidas y flexibles .................................................................... 71
Figura 44: Pre diseo de la zapata ........................................................................ 73
Figura 45: Estabilidad estructural .......................................................................... 74
Figura 46: Distribucin de tensiones ..................................................................... 76
Figura 47: Validacin topogrfica .......................................................................... 83
Figura 48: Ubicacin del bloque Edificio Central Bloque 1 ................................. 89
Figura 49: Plano arquitectnico del Edificio Central Bloque 1............................. 90
Figura 50: Plano estructural Edificio Central Bloque 1, primera planta. .............. 91
Figura 51: Plano estructural Edificio Central Bloque 1, segunda planta. ............ 92
Figura 52: Plano estructural edificio central bloque 1, tercera planta. ................. 93
Figura 53: Plano de elevacin Edificio Central Bloque 1, vista Este. .................. 93
Figura 54: Ubicacin de la losa a pre dimensionar. ............................................... 94
Figura 55: Plano estructural de prticos del Edificio Central Bloque 1. ............... 95
Figura 56: Estado 1 Edificio Central Bloque 1..................................................... 96
Figura 57: Plano de ubicacin de columnas del Edificio Central Bloque 1. ........ 97
Figura 58: Visin 3D, del Edificio Central Bloque 1. ........................................... 98
Figura 59: Prtico elegido para mostrar las cargas actuantes............................... 99
Figura 60: Carga muerta en el prtico L del Edificio Central Bloque 1. ............... 99
ix
Figura 61: Carga viva en el prtico L del Edificio Central Bloque 1. ................. 100
Figura 62: Carga viva 1 (estado 1) en el prtico L del Edificio Central Bloque 1
............................................................................................................................ 100
Figura 63: Carga viva 2 (estado 2) en el prtico L del Edificio Central Bloque 1
............................................................................................................................ 101
Figura 64: Momentos mximos, del Edificio Central Bloque 1. ......................... 101
Figura 65: Cortantes mximas, del Edificio Central Bloque 1. .......................... 102
Figura 66: Plano de ubicacin de columnas del Edificio Central Bloque 1. ...... 103
Figura 67: Ubicacin del Edificio Central Bloque 2 .......................................... 105
Figura 68: Plano arquitectnico del Edificio Central Bloque 2........................... 106
Figura 69: Plano estructural del Edificio Central Bloque 2, primera planta. ...... 106
Figura 70: Plano estructural del Edificio Central Bloque 2, segunda planta. .... 107
Figura 71: Plano estructural del Edificio Central Bloque 2, tercera planta. ....... 107
Figura 72: Plano de ubicacin de losas del Edificio Central Bloque 2. ............. 108
Figura 73: Plano estructural de prticos del Edificio Central Bloque 2. ............. 109
Figura 74: Estado 1 Edificio Central Bloque 2................................................... 109
Figura 75: Estado 2 del bloque Edificio Central Bloque 2. ................................ 110
Figura 76: Plano de ubicacin de columnas del Edificio Central Bloque 2. ...... 110
Figura 77: Visin 3D, del Edificio Central Bloque 2. .......................................... 111
Figura 78: Momentos mximos, del bloque Edificio Central Bloque 2. ............. 111
Figura 79: Cortantes mximas, del bloque Edificio Central Bloque 2. .............. 112
Figura 80: Plano de ubicacin de columnas del Edificio Central Bloque 2. ...... 113
Figura 81: Ubicacin del Edificio Central Bloque 3 ........................................... 114
Figura 82: Plano arquitectnico del Edificio Central Bloque 3........................... 115
Figura 83: Plano estructural del Edificio Central Bloque 3, primera planta. ...... 116
Figura 84: Plano estructural del Edificio Central Bloque 3, segunda planta. .. 117
Figura 85: Plano estructural del Edificio Central Bloque 3, tercera planta. ....... 118
Figura 86: Plano de elevacin del Edificio Central Bloque 3, vista Este. .......... 119
Figura 87: Plano de ubicacin de losas Edificio Central Bloque 3 ................... 120
Figura 88: Plano estructural de prticos del Edificio Central Bloque 3 .............. 121
Figura 89: Estado 1 y 2 Edificio Central Bloque 3. ............................................ 122
x
Figura 90: Plano de ubicacin de columnas del Edificio Central Bloque 3. ...... 123
Figura 91: Visin 3D, del bloque Edificio Central Bloque 3. .............................. 124
Figura 92: Momentos mximos, del bloque Edificio Central Bloque 3 .............. 124
Figura 93: Cortantes mximas, del bloque Edificio Central Bloque 3. .............. 125
Figura 94: Plano de ubicacin de columnas del Edificio Central Bloque 3. ...... 126
Figura 95: Plano arquitectnico del Quirfano .................................................... 127
Figura 96: Plano estructural del Quirfano .......................................................... 128
Figura 97: Plano de elevacin del Quirfano vista Este. ..................................... 129
Figura 98: Plano estructural de prticos del Quirfano ....................................... 129
Figura 99: Plano de ubicacin de columnas del Quirfano ................................. 130
Figura 100: Visin 3D, del Quirfano .................................................................. 131
Figura 101: Momentos mximos, del Quirfano. ................................................. 131
Figura 102: Cortantes mximas, del Quirfano. ................................................. 132
Figura 103: Plano de ubicacin de columnas del Quirfano ............................... 133
Figura 104: Plano arquitectnico Sala de Mquinas y Comedor. ........................ 134
Figura 105: Plano estructural de Sala de Mquinas y Comedor. ........................ 135
Figura 106: Plano de elevacin de Sala de Mquinas y Comedor. ..................... 135
Figura 107: Plano estructural de prticos de Sala de Mquinas y Comedor. ...... 136
Figura 108: Plano de ubicacin de columnas de Sala de Mquinas y Comedor. 137
Figura 109: Visin 3D, de Sala de mquinas y comedor ..................................... 138
Figura 110: Momentos mximos, de Sala de mquinas y comedor. ................... 138
Figura 111: Cortantes mximas, de Sala de mquinas y comedor ..................... 138
Figura 112: Ubicacin de columnas de Sala de Mquinas y Comedor. .............. 139
Figura 113: Plano arquitectnico de Sala Forense .............................................. 140
Figura 114: Plano estructural de Sala Forense .................................................. 141
Figura 115: Plano de elevacin de Sala Forense, vista Este. ............................ 141
Figura 116: Plano estructural de prticos de Sala Forense ................................. 142
Figura 117: Plano de ubicacin de columnas de Sala Forense .......................... 142
Figura 118: Visin 3D, de Sala Forense .............................................................. 143
Figura 119: Momentos mximos, de Sala Forense. ............................................ 143
Figura 120: Cortantes mximas, de Sala Forense .............................................. 143
xi
Figura 121: Plano de ubicacin de columnas de Sala Forense .......................... 144
Figura 122: Plano arquitectnico de Servicio Social. .......................................... 145
Figura 123: Plano estructural de Servicio Social. ................................................ 145
Figura 124: Plano de elevacin de Servicio Social, vista Este. ........................... 146
Figura 125: Plano estructural de prticos de Servicio Social. ............................. 146
Figura 126: Plano de ubicacin de columnas de Servicio Social. ....................... 147
Figura 127: Visin 3D, de Servicio Social. .......................................................... 147
Figura 128: Momentos mximos, de Servicio Social. .......................................... 148
Figura 129: Cortantes mximas, de Servicio Social. ........................................... 148
Figura 130: Plano de ubicacin de columnas de Servicio Social. ....................... 149
Figura 131: Plano arquitectnico de sala Internacin de Pacientes Aislados. .... 150
Figura 132: Plano estructural de sala Internacin de Pacientes Aislados. .......... 151
Figura 133: Elevacin de sala Internacin de Pacientes Aislados., vista Este. ... 151
Figura 134: Prticos de sala Internacin de Pacientes Aislados. ........................ 152
Figura 135: Ubicacin de columnas de sala Internacin de Pacientes Aislados. 152
Figura 136: Visin 3D, de sala Internacin de Pacientes Aislados. ..................... 153
Figura 137: Momentos mximos, de sala Internacin de Pacientes Aislados. .... 153
Figura 138: Cortantes mximas, de sala Internacin de Pacientes Aislados. ..... 154
Figura 139: Plano de ubicacin de columnas de Pacientes Aislados. ................. 154
Figura 140: Relacin temperatura tiempo ........................................................... 155
Figura 141: Resistencia de los materiales al fuego ............................................. 156
Figura 142: El hormign ante el fuego ................................................................ 157
xii
NDICE DE TABLAS
Pg.
Tabla 1: Tabla objetivos especficos y actividades .................................................. 6
Tabla 2: Tabla de Marco Terico ............................................................................. 8
Tabla 3: Validacin de la topografa ...................................................................... 11
Tabla 4: Altura mnima en losas de una direccin ................................................. 23
Tabla 5: Cargas vivas ............................................................................................ 26
Tabla 6: Cargas permanentes ............................................................................... 27
Tabla 7: Combinacin de cargas ........................................................................... 30
Tabla 8: Coeficientes del hormigon ....................................................................... 49
Tabla 9: Tablas empleadas para diseo de losas nervadas rectangulares en ...... 55
Tabla 10: Tablas empleadas para diseo de losas nervadas................................ 57
Tabla 11: Capacidad mecnica del acero B 400 ................................................... 62
Tabla 12: Anlisis de materiales respecto al fuego ............................................... 62
Tabla 13: Reduccin de la resistencia del acero con la temperatura .................... 63
Tabla 14: Reduccin de la resistencia del hormign con la temperatura .............. 64
Tabla 15: Tiempos en losas expuestas al fuego en sus 2 caras. .......................... 66
Tabla 16: Comprobaciones de zapatas ................................................................. 72
Tabla 17: Relacin temperatura resistencia del acero ........................................ 156
Tabla 18: Losa frente al fuego ............................................................................. 159
1 - 169
1. GENERALIDADES
1.1 INTRODUCCIN
En el presente proyecto, se estudia la estabilidad del Hospital de Segundo Nivel
Tiquipaya para el municipio de Tiquipaya.
Con la promulgacin de la LEY N 081 DEL 20 DE ENERO DE 2011que en su
artculo primero menciona: Se declara de prioridad nacional, departamental y
municipal, la construccin y equipamiento de un Hospital de Segundo Nivel en el
municipio de Tiquipaya. (Ver ANEXO A)
El proyecto estructural que se elaborar respetar el plano arquitectnico obtenido
del Municipio, dotndola de estabilidad durante y despus de su construccin para
que pueda cumplir con su funcin social, adems que ser diseada con
consideracin sismo resistente y con resistencia al fuego.
Est ubicado en la Tercera Seccin de la Provincia Quillacollo, municipio de
Tiquipaya, Distrito 6 en la zona de Santiaguilla.
Figura 1: Foto satelital de ubicacin del proyecto
Fuente: Elaboracin propia
Como ciudadano habitante la finalidad es la de complementar dicho proyecto,
adems que como estudiante de ingeniera civil permite profundizar ms sobre la
2 - 169
ingeniera estructural, siendo esta la rama que elegida para una futura
especializacin.
1.2. ANTECEDENTES
Para el diseo y dimensionamiento estructural del hospital se cuenta con:
Proyecto del Hospital de Segundo Nivel Tiquipaya ao 2007 realizado por
Consultora Beltrn, Proyectista Arq. Felipe Beltrn Amurrio ao 2007. (No
proporcionado por el Municipio)
Plano arquitectnico del Hospital de Segundo Nivel Tiquipaya
(proporcionados por la Honorable Alcalda Municipal de Tiquipaya)
Plano topogrfico del Hospital de Segundo Nivel Tiquipaya (proporcionados
por la Honorable Alcalda Municipal de Tiquipaya)
Estudio de suelos del Hospital de Segundo Nivel Tiquipaya (proporcionados
por la Honorable Alcalda Municipal de Tiquipaya)
1.3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.3.1 Identificacin del problema
El municipio decidi actualizar el proyecto del 2007 revisando el clculo
estructural, debido a que el estudio fue hecho en una anterior gestin municipal y
ante el temor que el proyecto contenga errores estructurales, presupuestales,
plazo estimado para la ejecucin de la obra, etc. Y que estos posibles errores
sean hallados por un ente financiador, el proyecto quedara nuevamente
postergado y con un mal antecedente.
Ante esta desconfianza el municipio decidi realizar el proyecto, dividiendo el
anterior en 2 partes, la primera parte obra gruesa y la segunda parte obra fina,
planos sanitarios, planos elctricos y equipamiento. Del proyecto original solo se
mantienen el plano arquitectnico, los estudios topogrficos y geotcnicos.
El proyecto requiere de un buen estudio estructural, el cual es complejo por la
funcin social que desempeara la estructura, los problemas que se mencionan a
continuacin dificultan el clculo de la estabilidad en la estructura.
3 - 169
Se Describir la dificultad estructural en cada planta del plano arquitectnico,
mencionando sus dimensiones y se asigna una letra a cada ambiente para una
mejor comprensin.
PLANTA BAJA:
Consulta externa A= 546.00 m2
Farmacia, Enfermera, Ecografa, Rayos X B= 508.00 m2
Sala de Emergencias C= 367.00 m2
Salas de Parto y Quirfano D= 370.00 m2
Servicio social E= 230.00 m2
Sala de atencin para pacientes aislados F= 130.00 m2
Morgue G= 965.00 m2
Cocina, Comedor, Laboratorios, Depsitos,
Taller de mantenimiento H= 965.00 m2
Figura 2: Plano arquitectnico de la planta baja y ubicacin de los ambientes.
Fuente: elaboracin propia
La validacin topogrfica es complicada ya que la superficie total del terreno es de
15.033.00 m2, en las cuales se emplazar la estructura, rea verde y su
respectivo parqueo. Siendo el terreno muy amplio para poder validarla con cinta
4 - 169
mtrica, adems que la vegetacin que presenta el terreno es muy ceido, con
rboles que impiden una correcta visualizacin con aparatos de medicin de
distancias indirectas.
El rea que se empleara para la construccin es de 4.081.00 m2, estructuralmente
hablando la complicacin se da en el clculo de los bloques A, B y D porque
soportaran 2 pisos ms, unidos son de gran dimensin por lo que no puede ser
considerada monoltica, se debe analizar la ubicacin de las juntas de dilatacin,
La unin entre el bloque de quirfanos (D) y el edificio central (B) dificultan el
poder tratarlas como bloques separados.
SEGUNDA PLANTA
Salas de Internacin C= 965.00 m2
Oficinas de Administracin B= 498.70 m2
Figura 3: Plano arquitectnico de la segunda planta y ubicacin de los ambientes
Fuente: Elaboracin propia
Esta planta es de gran dimensin por lo que no puede ser considerada monoltica,
se debe analizar la ubicacin de las juntas de dilatacin, contiene tambin una
gran sala de internacin, la cual soportar un importante carga viva y muerta.
5 - 169
TERCERA PLANTA
Salas de Internacin C= 965.00 m2
Auditrium B= 498.70 m2
Figura 4: Plano arquitectnico de tercera planta y ubicacin de los ambientes.
Fuente: elaboracin propia
En esta planta se encuentra el auditrium que requiere de vigas con luces muy
amplias por que no se pueden ubicar columnas que atraviesen este ambiente, la
inclinacin de la estructura en la zona de internacin (C) complica el diseo
estructural.
1.3.2 Formulacin del problema
El municipio de Tiquipaya necesita del proyecto estructural del Hospital de
Segundo Nivel Tiquipaya, para poder completar la primera fase de dicho
proyecto.
1.4 OBJETIVOS Y ACCIONES
1.4.1 Objetivo general
Elaborar el proyecto estructural del Hospital de Segundo Nivel Tiquipaya.
1.4.2 Objetivos especficos y actividades del proyecto
Validar y realizar la informacin de campo.
6 - 169
Realizar el diseo estructural.
Dimensionar la estructura.
Elaborar los documentos del proyecto.
Tabla 1: Tabla objetivos especficos y actividades
OBJETIVOS ESPECFICOS ACTIVIDADES
Validar y realizar la
informacin de campo
o Validacin del estudio topogrfico
o Realizar el estudio geotcnico
Realizar el diseo
estructural
o Definir y representar el modelo estructural
o Definir y Calcular cargas vivas, muertas y
accidentales.
Dimensionar la estructura
o Anlisis de los esfuerzos solicitantes de los
elementos estructurales.
o Dimensionar los elementos estructurales
segn la norma EUROCODIGO 2.
o Aplicar la norma sismo resistente ACI 318
o Aplicar la norma de resistencia al fuego
EUROCODIGO 2
Elaborar los documentos del
proyecto
o Elaborar los planos estructurales.
o Calcular el presupuesto general estimado
para la estructura en obra gruesa.
o Elaborar pliego de especificaciones tcnicas.
o Establecer el cronograma de actividades
estimado.
Fuente: Elaboracin propia
7 - 169
1.5 JUSTIFICACIN
1.5.1 Justificacin tcnica
El proyecto se justifica tcnicamente con la aplicacin de los conocimientos
adquiridos en la carrera de Ing. Civil, dotando al proyecto estructural del Hospital
de Segundo Nivel TIQUIPAYA de estabilidad, seguridad y economa.
Respetando el diseo arquitectnico y que pueda cumplir con su funcin social.
Adems se aportara al proyecto para que el proyecto estructural, brinde a la
estructura sismo resistencia y resistencia al fuego en caso de incendio.
1.5.2 Justificacin institucional
El proyecto se justifica institucionalmente porque con el nuevo proyecto estructural
que se elaborara, el Municipio podr avanzar con el proyecto a la segunda parte
del clculo, presentndolo a los potenciales entes financiadores y que en un futuro
sea construido. (Ver ANEXO B)
1.6 ALCANCE
1.6.1 Alcance temtico
Para realizar correctamente el proyecto estructural nos apoyamos en los
siguientes temas:
Mediciones de distancias indirectas (Topografa).
Estudios para validar la capacidad portante del suelo (Geotecnia).
Anlisis de esfuerzos, hiptesis de cargas, combinaciones de carga, cargas
accidentales, simulacin estructural. (Anlisis Estructural).
Clculo de fundaciones superficiales (Fundaciones).
Reacciones de los elementos estructurales sometidos al fuego (Resistencia De
Materiales).
Anlisis de precios unitarios y rendimientos en obra gruesa (Construcciones).
Elaboracin de clculos y presupuestos, elaboracin de los documentos del
proyecto. (Formulacin, evaluacin y direccin de obras).
8 - 169
2 MARCO TEORICO
Tabla 2: Tabla de Marco Terico
OBJETIVOS
ESPECIFICOS
ACTIVIDADES FUNDAMENTO
TERICO
Recopilar la
informacin de
campo
o Validacin del estudio topogrfico
o Realizar el estudio geotcnico
o Topografa
o Geotecnia
Realizar el
diseo
estructural
o Definir y representar el modelo
estructural
o Definir y Calcular cargas vivas,
muertas y accidentales
o Anlisis
Estructural
Dimensionar la
estructura
o Anlisis de los esfuerzos solicitantes
de los elementos estructurales.
o Dimensionar los elementos
estructurales segn la norma
EUROCODIGO 2.
o Aplicar la norma sismo resistente
ACI 318
o Aplicar la norma de resistencia al
fuego EUROCODIGO 2
o Anlisis
Estructural
o Fundaciones
o Resistencia de
Materiales
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OBJETIVOS
ESPECIFICOS
ACTIVIDADES FUNDAMENTO
TERICO
Elaborar los
documentos del
proyecto
o Realizar los planos estructurales.
o Calcular el presupuesto general
estimado para la estructura en obra
gruesa.
o Realizar pliego de especificaciones
tcnicas.
o Establecer cronograma de
actividades estimado.
o Construcciones
o Formulacin,
Evaluacin Y
Direccin De
Obras.
Fuente: Elaboracin propia
2.1 TOPOGRAFA
La Topografa, es la ciencia que estudia el conjunto de procedimientos para
determinar los puntos sobre la tierra, por medio de medidas basado en tres planos
que son: X, Y, Z. El objeto de la Topografa es representar y describir en un plano
una pequea parte de la superficie de la tierra, el cual servir para el apoyo de
muchos proyectos, entre los cuales podemos citar:
Obras civiles
Carreteras
Obras hidrulicas
Obras sanitarias, etc.
El procedimiento a seguir en un levantamiento topogrfico comprende tres etapas
que son:
Trabajo de campo
Trabajo de gabinete
10 - 169
Dibujo
El control horizontal es el que nos permite controlar todos los detalles topogrficos
en la superficie terrestre, para poder colocar o arrastrar coordenadas (x , y), a
todos estos detalles, otorgando de esta manera a todos estos elementos su
posicin real en la tierra, de esta manera representar en forma fidedigna la
superficie topogrfica en un papel, el mismo que servir para validar la topografa
del proyecto, para este propsito se emplear el taqumetro.
El municipio proporciono un plano topogrfico (ver anexo D), el cual tiene que ser
validado.
TAQUMETRO: Es un instrumento que nos permite leer ngulos horizontales y
verticales, pero a diferencia de un teodolito este nos permite leer distancias con el
apoyo de una mira, ya que este instrumento posee dos hilos estadimtricos a
parte de la cruz filar
Apoyndonos en el plano otorgado por el municipio (ver anexo D), la validacin se
realiz con la ayuda de un taqumetro y un operador, demostrando que la
superficie y forma del plano es la misma o, muy aproximada a la calculada,
siguiendo los siguientes pasos:
Visita y observacin del terreno.
Ubicacin de los puntos en el cual el taqumetro se estacionara (ver anexo E) y
la nivelacin del equipo.
Ubicacin del punto de inicio en el terreno (ver anexo E) y primera ubicacin de
la mira.
Trasladar la mira a los vrtices o puntos necesarios del terreno, basndome en
el plano a validar, asignando una letra por punto (ver anexo E), midiendo las
distancias y ngulos.
Procesar los datos (ver anexo E), obteniendo las distancias y superficie del
terreno, ver tabla:
11 - 169
Tabla 3: Validacin de la topografa
DESDE HASTA
DISTANCIA
CALCULADA
(m)
DISTANCIA
EN PLANO
(m)
DIFERENCIA
(m)
NGULO
HORIZONTAL
EN PLANO
ANGULO
HORIZONTAL
MEDIDO
Fuente: Elaboracin propia
Dnde:
La primera columna DESDE se refiere al primer punto donde se apostara la
mira, representado por una letra. (ver anexo E)
La segunda columna HASTA se refiere al punto inmediato posterior al de la
primera columna, representado por una letra.
La tercera columna DISTANCIA CALCULADA (m) se refiere a la distancia
comprendida entre los puntos de las columnas 1 y 2, obtenidas mediante
clculo, su unidad es el metro.
En la cuarta columna se muestra la DISTACIA DEL PLANO (m).
En la quinta columna se muestra la diferencia entre la columna 3 y 4.
En la sexta columna se muestra el NGULO HORIZONTAL EN PLANO.
En la sptima columna se muestra el NGULO HORIZONTAL MEDIDO.
Por ltimo se corrobora si la forma y superficie del plano topogrfico concuerda
con la calculada.
2.2 GEOTECNIA
Es la ciencia y la prctica de aquella parte de la ingeniera civil que involucra la
Interrelacin entre el medio ambiente geolgico y los trabajos del hombre tambin
estudia el comportamiento de suelos bajo la intervencin de cualquier tipo de obra
civil. Su finalidad es la de proporcionar interaccin suelo/obra en lo que se refiere
a estabilidad, resistencia (vida til compatible) y viabilidad econmica.
12 - 169
Es por eso que en los proyectos de construccin se desprende la necesidad de
contar, tanto en la etapa de proyecto, como durante la ejecucin de la obra, con
datos firmes, seguros y abundantes respecto al suelo que se est tratando. El
conjunto de estos datos debe llevar al proyectista a adquirir una concepcin
razonablemente exacta de las propiedades fsicas del suelo que hayan de ser
consideradas en sus anlisis.
En realidad es en el laboratorio de Mecnica de Suelos en donde el proyectista ha
de obtener los datos definitivos para su trabajo.
El municipio no cuenta con datos geotcnicos, por lo que se obtendrn mediante
el ensayo SPT ejecutado por la empresa TARIFA (ver Anexo F).
El ensayo de penetracin estndar o SPT (del ingls standard penetration test), es
un tipo de prueba de penetracin dinmica, empleada para ensayar terrenos en
los que se quiere realizar un reconocimiento geotcnico.
Constituye el ensayo o prueba ms utilizada en la realizacin de sondeos, y se
realiza en el fondo de la perforacin.
Consiste en contar el nmero de golpes necesarios para que se introduzca a una
determinada profundidad una cuchara (cilndrica y hueca) muy robusta (dimetro
exterior de 51 milmetros e interior de 35 milmetros, lo que supone una relacin de
reas superior a 100), que permite tomar una muestra, naturalmente alterada, en
su interior. El peso de la masa est normalizado, as como la altura de cada libre,
siendo de 63'5 kilopondios y 76 centmetros respectivamente.
2.3 HORMIGN ARMADO
El hormign armado es la unin entre el hormign (cemento, ridos) y el acero
estructural utilizado normalmente en la construccin civil.
El hormign en masa presenta una buena resistencia a compresin como les
ocurre a las piedras naturales, pero ofrece muy escasa resistencia a la traccin,
por lo que resulta inadecuado para piezas que vayan a trabajar a flexin o
traccin.
13 - 169
Pero si se refuerza el hormign en masa disponiendo de barras de acero en las
zonas de traccin, el material resultante es llamado hormign armado, est en
condiciones de resistir los distintos esfuerzos que se presentan en las
construcciones. El hormign normalmente est compuesto por:
2.3.1 Cemento
El cemento es un conglomerante hidrulico, porque es un producto que amasado
con el agua, fraguan y endurecen tanto expuestos al aire como sumergido en el
agua.
Los tipos de cemento que se comercializan en nuestro mercado son: cementos
portland (tipo I) se obtienen por molturacin conjunta de Clinker portland, una
cantidad adecuada de regulador de fraguado y eventualmente hasta un 5% de
adiciones. Las clases de los cementos tipo I que se comercializan en nuestro
mercado son:
I-30
I-40
Dnde:
I=tipo
30, 40=clase (resistencia de una probeta a ensayo de compresin a los 28
das, medidos en N/ ).
IP-30
IP-40
Dnde:
I=tipo
P=subtipo puzolnico
30, 40=clase (resistencia de una probeta a ensayo de compresin a los 28
das, medidos en N/ ).
14 - 169
Nota: en el cemento IP no se tiene rotura adecuada a los 7 y 14 das porque a
diferencia de los cementos I el fraguado y endurecimiento se retrasa.
2.3.2 ridos
Desde el punto de vista de durabilidad en medios agresivos, deben preferirse los
ridos tipos silicio (gravas y arenas de rio o cantera) y los que provienen de
machaqueo de rocas volcnicas.
Se denomina grava o rido grueso a la fraccin mayor de 5mm y arena o rido fino
a la menor de 5mm. La arena suele dividirse a partir de los 2mm en arena gruesa
y arena fina, llamndose polvo o finos de la arena a la fraccin inferior de
0,063mm.
a) Arena
Es el rido de mayor responsabilidad las mejores arenas son las de rio, ya que
salvo raras excepciones son cuarzo puro por lo que no hay que preocuparse
respecto a su resistencia y durabilidad.
b) Grava
La resistencia de la grava viene ligada a su dureza, densidad y mdulo de
elasticidad se aprecia en la limpieza y agudeza de los cantos vivos resultantes del
machaqueo.
2.3.3 Agua
El agua se utiliza para 2 funciones distintas en el hormign.
El agua de amasado: Que es muy importante ya que por un lado participa en
las reacciones de hidratacin del cemento y tambin confiere al hormign la
trabajabilidad necesaria.
El agua de curado: durante el proceso de fraguado y primer endurecimiento del
hormign tiene por objeto evitar la desecacin, mejorar la hidratacin del
cemento e impedir una retraccin prematura.
No conviene emplear aguas cuyo PH sea inferior a 5 ni las que contengan aceites,
grasas o hidratos de carbono, cuando el agua materias solidas en suspensin
15 - 169
debe proscribirse su empleo ya que estos limos disminuyen notablemente la
adherencia pasta-rido.
2.3.4 Acero
Es el material estructural ms usado para construccin de estructuras en el
mundo. Es fundamentalmente una aleacin de hierro (mnimo 98 %), con
contenidos de carbono menores del 1 % y otras pequeas cantidades de
minerales como manganeso, para mejorar su resistencia, y fsforo, azufre, slice y
vanadio para mejorar su soldabilidad y resistencia a la intemperie. Es un material
usado para la construccin de estructuras, de gran resistencia, producido a partir
de materiales muy abundantes en la naturaleza.
A pesar de la susceptibilidad al fuego y a la intemperie es el material estructural
ms usado, empleado en la construccin se conocen como armaduras de acero.
Encargadas de absorber los esfuerzos generados por el hormign como respuesta
de las acciones externas, explicados a detalle en el acpite Anlisis estructural.
Las armaduras que se disponen en el hormign armado pueden clasificarse en
principales y secundarias, debiendo distinguirse entre las primeras las armaduras
longitudinales y transversales.
Armaduras principales:
Las armaduras longitudinales tienen por objeto, bien absorber los esfuerzos de
traccin originados en los elementos sometidos a flexin o a traccin directa (ms
informacin en el acpite anlisis estructural), o bien reforzar las zonas
comprimidas del hormign.
16 - 169
Figura 5: Disposicin de las armaduras longitudinales
Fuente: Hormign armado
Las armaduras transversales se disponen para absorber las tensiones de traccin
originadas por los esfuerzos tangenciales; cortantes y torsores (ms informacin
en el acpite anlisis estructural), para zunchar las zonas de hormign comprimido
y para asegurar la necesaria ligadura entre armaduras principales, de forma que
se impida su pandeo y la formacin de fisuras localizadas.
Figura 6: Disposicin de las armaduras transversales
Fuente: Hormign armado
Armaduras secundarias
En cuanto a las armaduras secundarias, son aquellas que se disponen, bien por
razones meramente constructivas, bien para absorber esfuerzos no
preponderantes, ayudan a impedir una fisuracin excesiva y contribuyen al buen
atado de los elementos estructurales, facilitando que su trabajo real responda al
supuesto por el clculo. Su trazado puede ser longitudinal o transversal, siendo las
ms importantes:
Armaduras de montaje.
17 - 169
Armaduras de piel.
Armaduras para retraccin.
Armaduras de reparto.
Figura 7: Disposicin de la armadura piel
Fuente: Hormign armado
2.3.5 Bases de clculo
El clculo de una estructura consiste esencialmente en comprobar que se
satisfacen las condiciones de equilibrio de esfuerzos y de compatibilidad de
deformaciones.
El mtodo de clculo estructural que se eligi para desarrollar el proyecto es el de
los mtodos de clculo en rotura, es un mtodo semi probabilista, conocido
tambin como el mtodo de los estados limite.
Consiste en tratar tanto las solicitaciones como las resistencias desde un punto de
vista estocstico garantizando una pequea probabilidad de dao de la estructura.
Para seguir alejndose de esa probabilidad de fallo se utiliza un mtodo
determinista, que consiste en introducir en el clculo coeficientes a los que se les
denomina coeficientes parciales de seguridad, los que se describen a
continuacin;
Multiplicadores de las acciones.
1.7 * CV + 1.4 * CM (1)
Dnde:
18 - 169
1.7 , 1.4 = coeficientes de seguridad
CV = Carga Viva
CM = Carga Muerta
Divisores de la resistencia
(2)
Dnde:
Fcd = Resistencia de diseo del hormign
Fck = Resistencia caracterstica del hormign
= Coeficiente de minoracin del hormign en caso de sismos (1.3)
Fyd = Resistencia de diseo del acero
Fck = Resistencia caracterstica del acero
= Coeficiente de minoracin del acero en caso de sismos (1)
El proceso de clculo de una estructura se compone normalmente, de las
siguientes etapas:
Diseo estructural
Establecimiento del esquema estructural
Consideracin de todas las acciones que pueden actuar sobre la estructura.
Determinacin de las hiptesis de carga
Dimensionamiento estructural:
Anlisis estructural
Calculo de refuerzos.
19 - 169
2.3.3 Diseo estructural
2.3.3.1 Establecimiento del esquema estructural
Que suele ser una simplificacin, representacin de la estructura real a efectos de
clculo, fijando su disposicin general, formas de trabajo, dimensiones,
condiciones de apoyo, etc. Depender del plano arquitectnico.
Para pre dimensionar los elementos estructurales de una forma correcta tengo
respetar el plano arquitectnico, para no variar las dimensiones requeridas, ahora
paso a dar un breve concepto y su correspondiente pre dimensionado de los
elementos estructurales.
a) Vigas:
Una viga se define como un miembro estructural que descansa sobre apoyos en
sus extremos y que soporta cargas transversales.
En ingeniera y arquitectura se denomina viga a un elemento constructivo lineal
que trabaja principalmente a flexin. En las vigas, la longitud predomina sobre las
otras dos dimensiones y suele ser horizontal. (La informacin sobre su anlisis
estructural en dimensionado)
(3)
Dnde:
L: longitud de la viga ms larga (m)
0.82: ctte.
h: altura de la viga
La base de la viga se la debe tomar de forma tal que se la pueda apoyar
cmodamente en columna, pero no se debe exagerar este valor por que afecta a
otros clculos como el clculo de acero, adems que la altura de la viga puede
disminuirse ms an, si es que no soporta fuertes cargas.
20 - 169
b) Columnas:
La columna es un elemento arquitectnico vertical y de forma alargada que
normalmente tiene funciones estructurales, aunque tambin pueden erigirse con
fines decorativos.
La Columna es un elemento estructural sometido a flexin y compresin, De
ordinario, si est adosada a un muro las columnas se deben disear para resistir
las fuerzas axiales que provienen de las cargas mayoradas de todos los
entrepisos o cubierta, y el momento mximo debido a las cargas mayoradas en un
solo vano adyacente del entrepiso o cubierta bajo considerando.
En prticos o en elementos continuos debe prestarse atencin al efecto de las
cargas no balanceadas de entrepisos o cubierta, tanto en las columnas exteriores
como en las interiores, y a la carga excntrica debida a otras causas.
Columnas segn su comportamiento ante las solicitaciones, existen
fundamentalmente dos tipos de columnas de hormign armado: columnas con
estribos y columnas zunchadas. (La informacin sobre su anlisis estructural en
dimensionado)
Figura 8: Columnas zunchadas y con estribos
Fuente: Hormign armado
(4)
21 - 169
Dnde:
A = rea de la columna (cm2)
P = fuerza aplicada (Kg) (calculada por descenso de cargas)
0.85= factor de seguridad (adimensional)
c) Losas
Las losas son elementos estructurales bidimensionales, en los que la tercera
dimensin es pequea comparada con las otras dos dimensiones bsicas. Las
cargas que actan sobre las losas son esencialmente perpendiculares al plano
principal de las mismas, por lo que su comportamiento est dominado por la
flexin.
Las losas pueden estar soportadas perimetral e interiormente por vigas
monolticas de mayor peralte, por vigas de otros materiales independientes o
integradas a la losa; o soportadas por muros de concreto, muros de mampostera
o muros de otro material, en cuyo caso se las llama Losas Sustentadas sobre
Vigas o Losas Sustentadas sobre Muros, respectivamente.
Figura 9: Tipos de losas segn su apoyo
Fuente: Diseo de losas de concreto armado UNS
Las losas pueden sustentarse directamente sobre las columnas, llamndose en
este caso Losas Planas, que en su forma tradicional no son adecuadas para
zonas de alto riesgo ssmico como las existentes en nuestro pas, pues no
22 - 169
disponen de capacidad resistente suficiente para incursionar dentro del rango
inelstico de comportamiento de los materiales, con lo que se limita
considerablemente su ductilidad. Pueden utilizarse capiteles y bacos para
mejorar la integracin de las losas planas con las columnas, y para mejorar la
resistencia de las losas al punzonamiento.
Figura 10: Tipos de losas segn su sustento
Fuente: Diseo de losas de concreto armado UNS
Si la geometra de la losa y el tipo de apoyo determinan que la magnitud de los
esfuerzos en dos direcciones ortogonales sea comparable, se denominan Losas
Bidireccionales. Si los esfuerzos en una direccin son preponderantes sobre los
esfuerzos en la direccin ortogonal, se llaman Losas Unidireccionales.
Figura 11: Tipos de losas segn su direccin
Fuente: Diseo de losas de concreto armado UNS
23 - 169
Cuando el concreto ocupa todo el espesor de la losa se la llama Losa Maciza, y
cuando parte del volumen de la losa es ocupado por materiales ms livianos o
espacios vacos se la llama Losa Alivianada o Losa Aligerada.
Figura 12: Tipos de losas segn sus materiales
Fuente: Diseo de losas de concreto armado UNS
(5)
Dnde:
S = lado largo de la losa (m)
L = lado corto de la estructura (m)
Si se cumple la ecuacin, ser losa en una direccin:
Tabla 4: Altura mnima en losas de una direccin
Fuente: Diseo de losas de concreto armado UNS
24 - 169
Caso contrario ser losa en 2 direcciones siendo as se emplear la siguiente
ecuacin para determinar la altura mnima:
(6)
Dnde:
h = Peralte de la losa maciza o altura equivalente en losa alivianada.
Ln = Luz libre en la direccin larga del panel
Fy = Esfuerzo de fluencia del acero
= Promedio de los valores borde de las vigas del panel
= Relacin de forma del panel
= Relacin entre la longitud de los bordes contnuos del panel y el permetro del
panel.
La altura obtenida se aplica a losas macizas, pero tambin nos sirve para losas
alivianadas, si respetamos la teora de las alturas equivalentes.
La altura calculada no debe ser menor a:
(7)
As mismo, el valor obtenido con la ecuacin bsica no debe ser mayor a:
(8)
En caso de emplear losas alivianadas, por lo que primero se debe calcular la
altura equivalente de la losa.
(9)
25 - 169
Dnde:
= posicin del centro de gravedad de la loseta T en relacin a la base del
alma
M = momentos de la loseta, originados por el rea y el inicio.
A = rea total de la loseta
Figura 13: Alturas equivalentes en losas
Fuente: Diseo de losas de concreto armado UNS
Una vez pre dimensionado los elementos estructurales se los representar de
forma digital, respetando las luces, apoyos, dimensiones, etc. El programa Auto
CAD 2011 fue elegido para realizar la modelizacin de la estructura, para poder
representar las estructuras a escala.
2.3.3.2 Consideracin de todas las acciones
Referido principalmente a las cargas que soportar la estructura, debemos tomar
en cuenta todas las acciones posibles segn la ubicacin y magnitud de nuestro
proyecto. Se dividen en:
a) Cargas vivas:
Llamadas tambin cargas no permanentes, el peso que adoptaremos est en
funcin al servicio que brindar la estructura, por lo que nos basaremos en valores
ya establecidos:
26 - 169
Tabla 5: Cargas vivas
Salas de operacin, laboratorios 292,9 kg/m2
Cuartos privados 195,3 Kg/m2
Salas 195,3 Kg/m2
Corredores en pisos superiores al
primero 390,6 Kg/m2
Auditorios con asientos fijos 300 Kg/m2
Terrazas sin acceso a la gente 150 Kg/m2
Fuente: Diseo de Estructuras de Concreto- Arthur Nilson
Debido a que se calcular un hospital, la carga viva vara por ambiente, debido al
trnsito de personas, debemos tomar en cuenta los estadios de carga, que
consiste en cargar un ambiente con carga viva, pero el ambiente contiguo se lo
vaca, en forma de ajedrez en toda la estructura.
b) Cargas muertas
Denominadas tambin cargas permanentes, estas cargas estn en funcin al
material a emplear, ya que como se puede observar en la tabla, cada material
tiene un peso distinto.
27 - 169
Tabla 6: Cargas permanentes
MAMPOSTERIA DE
PIEDRAS NATURALES
Basalto
2200 Kg/m3 Kg/m3
Recino
1900 Kg/m3 Kg/m3
Areniscas
1800 Kg/m3 Kg/m3
Piedra brasa
1800 Kg/m3 Kg/m3
MAMPOSTERIAS DE PIEDRAS
ARTIFICIALES
Concreto simple
2200
Kg/m3 Kg/m3
Concreto reforzado
2400
Kg/m3 Kg/m3
Adobe
1400
Kg/m3 Kg/m3
Ladrillo rojo macizo prensado
1800
Kg/m3 Kg/m3
28 - 169
TIPOS DE SUELOS
TIERRAS,ARENAS,GRAVAS Tierra suelta seca 1200 Kg/m3
Tierra suelta hmeda 1300 Kg/m3
Tierra apretada seca 1400 Kg/m3
Tierra apretada hmeda 1600 Kg/m3
Fuente: Diseo de Estructuras de Concreto-ArthurNilson
c) Cargas accidentales:
Son las cargas que al igual que las cargas vivas, las cargas ambientales son
inciertas tanto en magnitud como en distribucin. Para nuestro proyecto
consideraremos las siguientes cargas accidentales:
1) Carga ssmica
La estructura sismo resistente que se plantea no estar en funcin a una curva de
aceleracin sismogrfica, ser aplicada con el criterio de cuantas de acero por la
norma ACI 318, es decir; condiciones generales para zonas con riesgo ssmico.
El mtodo consiste estrechar los estribos en los nudos, en elementos de viga y
columnas, afectando tambin a la cuanta de las losas, diseando una estructura
sismo resistente, ms detalles en la fase de dimensionamiento.
2.3.3.3 Descenso de cargas
Una vez consideradas las cargas vivas y muertas, contando con las dimensiones
de pre dimensionado de losas y vigas, procedemos a realizar el descenso de
cargas, para pre dimensionar las columnas, para cumplir con este propsito
recurrimos a los siguientes conceptos:
a) reas de influencia
El mtodo de diseo ser el de reas de influencia, un mtodo muy seguro que es
permitido en cualquier norma, consiste en la distribucin de las cargas generadas
por las reas de las losas, que sern aplacadas por la viga afectada, la cual a su
vez la transformar de carga distribuida a carga puntual, esta ltima carga ser
29 - 169
soportada por la columna en la que est apoyada, transmitiendo esta carga
puntual a la fundacin.
Figura 14: rea de influencia
Fuente: Elaboracin propia
b) Determinacin de las cargas losas - vigas
Como ya se explic las cargas que estn actuando en la losa se las distribuye a
las vigas mediante las reas de influencia, de la siguiente manera, ejemplo:
Figura 15: Carga en viga
Fuente: Elaboracin propia
La viga nica del prtico 7 est siendo afectada por las reas achuradas de rojo
D4 (m2) y E1 (m2), por lo que:
( ) ( )
(12)
Dnde:
W: peso de la losa (kg/m2)
V: peso de la carga viva (kg/m2)
30 - 169
L: longitud de la viga (m)
El resultado nos da una carga distribuida en la viga, (kg/m)
La carga muerta de la viga se la obtendr con la siguiente frmula:
(13)
Dnde:
Wv = peso propio de la viga
b = base de la viga
h = altura de la viga
w = peso del material que constituye la viga.
Las cargas de estas vigas sern descargadas en las columnas de forma puntual,
la unin de varias de estas vigas nos darn la formacin de prticos.
2.3.3.4 Determinacin de las hiptesis de carga
Son las diferentes combinaciones posibles de las acciones que debe soportar la
estructura y que deben elegirse de forma que se produzcan en ella los efectos
ms desfavorables.
Una vez que tengamos todos los elementos pre dimensionado, adoptadas las
cargas vivas y calculadas las cargas muertas y accidentales, determinamos la
hiptesis de carga.
Tabla 7: Combinacin de cargas
COMBINACION DE CARGAS
1,4CM + 1,7 CV
1.4 CM + 1.7 CV1
1.4 CM + 1.7 CV2
Fuente: Elaboracin propia
31 - 169
Dnde:
1.7 , 1.4 = coeficientes de mayoracin
CV = Carga Viva
CV1 = Carga viva 1 (estado 1)
CV2 = Carga viva 2 (estado 2)
CM = Carga Muerta
CW= Carga de viento
2.3.3.5 Dimensionamiento de la estructura
a) Anlisis estructural
Ms conocido como clculo de esfuerzos, se la concibe imaginando la estructura
cortada en una serie de secciones caractersticas (centros de luces, apoyos, etc.)
y obteniendo para cada hiptesis de carga, al considerar el equilibrio de fuerzas y
la compatibilidad de deformaciones, las solicitaciones que actan en estas
secciones.
Para poder entender el comportamiento estructural, primero debemos considerar
el tipo de apoyo, ya que son estos los que definen las restricciones de los
elementos.
Figura 16: Tipos de apoyos
Fuente: Hormign Armado
En el caso ms general, las tensiones que actan en una seccin son de 2 tipos:
normales y tangenciales a la misma, las tensiones forman un sistema vectorial, del
que interesa considerar la resultante y el momento resultante.
32 - 169
Dichas solicitaciones no son sino las resultantes de todas las deformaciones
ejercidas, en la seccin por una parte de la pieza supuesta cortada, sobre la otra.
Figura 17: Esfuerzos en una seccin, tensiones normales y tangenciales.
Fuente: Hormign Armado
Analizando la figura, sus componentes son 3 fuerzas; una axil N y 2 cortantes V. y
tres momentos (uno torsor T y los 2 flectores M). Que son los seis esfuerzos de la
seccin.
Ahora bien, nicamente tres de estos esfuerzos; el axil y los 2 flectores, originan
tensiones normales, mientras que los otros tres; los 2 cortantes y el torsor,
originan exclusivamente tensiones tangenciales.
1) Vigas
Se dice que una seccin est sometida a una solicitacin de flexin simple cuando
sobre ella acta un momento flector pero no un axil. Las secciones de vigas
suelen estar solicitadas a flexin simple, o bien se calculan como tales por ser
despreciable el axil que acta sobre ellas, adems actan sobre estos elementos
los esfuerzos cortantes. Para entender mejor la influencia de estos esfuerzos
sobre las vigas se complementa con grficos.
33 - 169
Figura 18: Deformacin de una Viga.
Fuente: Plataforma Europea del hormign
El esfuerzo de flexin provoca tensiones de traccin y compresin, producindose
las mximas en el cordn inferior y en el cordn superior respectivamente. En las
zonas cercanas a los apoyos se producen esfuerzos cortantes.
Figura 19: Convencin de signos Momentos flectores.
Fuente: Universidad De Las Amricas Puebla
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Figura 20: Convencin de signos en esfuerzos cortantes.
Fuente: Universidad De Las Amricas Puebla
En resumen las secciones sometidas a estos esfuerzos pueden, segn su forma
de trabajo encontrarse los siguientes estados tensinales:
Estado de traccin simple o compuesta: Si todas las fibras de la seccin estn
traccionadas, se cubre as el campo de profundidades X del eje neutro
comprendidas entre - y 0, ubicadas en el dominio 1.
Estado de compresin simple o compuesta: Si todas las fibras de la seccin
estn comprimidas, se cubre as el campo de profundidades X del eje neutro
comprendidas entre X= h y X= +, ubicadas en el dominio 5.
Estado de flexin simple o compuesta: Si en la seccin hay fibras comprimidas
y otras traccionadas, la profundidad X del eje neutro de estos planos cumple
con la condicin 0
35 - 169
Aunque a veces requieren doble armadura, debemos tener cuidado en ese
sentido, pues mientras ms acero la seccin es poco dctil.
Figura 21: Ubicacin del eje neutro en flexin simple.
Fuente: Universidad De Las Amricas Puebla
Se debern analizar los momentos mximos, cortantes mximas y torsiones
mximas en cada elemento estructural, los esfuerzos mencionados pueden ser
calculados con la ayuda de la isosttica y de la hiperesttica.
Figura 22: Esfuerzos internos
Fuente: Universidad De Las Amricas Puebla
36 - 169
Figura 23: Grficas de momentos y cortantes.
Fuente: Universidad De Las Amricas Puebla
Respecto al clculo por torsin de las vigas se la puede eludir, en todos aquellos
en que sea considerada una accin secundaria, en este caso se tiene nicamente
vigas con torsiones secundarias, para aclarar ms este concepto se anexa una
imagen.
Figura 24: Torsin en vigas considerada secundaria
Fuente: Universidad De Las Amricas Puebla
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Figura 25: Torsin en vias considerada primaria
Fuente: Universidad De Las Amricas Puebla
2) Columnas
En contraposicin, se llama en general solicitacin de flexin compuesta a la
formada por un momento flector y un esfuerzo axil, o, lo que es equivalente, a la
producida por una resultante normal excntrica. Las columnas estn en general
solicitadas a flexin compuesta. Para entender mejor la influencia de estos
esfuerzos sobre las columnas se complementa con grficos.
Figura 26: Compresin efectuada por el esfuerzo axil en una columna
Fuente: Universidad De Las Amricas Puebla
38 - 169
Figura 27: Momentos flectores efectuados por el esfuerzo axial
Fuente: Universidad De Las Amricas Puebla
La esbeltez es la relacin que existe entre la seccin de la barra y su longitud.
Generalmente, y en muchos edificios, los pilares de la planta baja poseen mayor
longitud por tener ms altura estos locales. Por esta razn, los pilares poseen un
mayor riesgo de pandeo, tengamos en cuenta que son los ms cargados y su
esbeltez los vuelve ms susceptibles a pandear.
Los pilares trabajan normalmente a la compresin, en el caso de pilares de acero,
su resistencia a este esfuerzo es elevada, por ello se determinan secciones ms
pequeas que en el caso de hormign.
En edificios de altura, de grandes luces y cargas importantes, es determinante el
riesgo de pandeo. Por lo general los pilares metlicos son muy esbeltos, pero sus
secciones resistentes han de ser superiores a las requeridas por el esfuerzo axil a
que est sometida.
2.3.3.6 Clculo de refuerzos
Una vez comprobadas que las secciones de pre dimensionado son ptimas,
procedemos al clculo de armaduras metlicas para cada elemento, tambin
mostraremos el clculo sismo resistente que est en funcin a los aceros de
refuerzo.
39 - 169
a) Armado de Columnas
1) Clculo de acero longitudinal en Columnas
Una vez que contamos con los esfuerzos mximos, el pre dimensionado y las
cargas que actan en la viga, procedemos a calcular por el mtodo de la flexin
esviada.
Las columnas se calculan siempre a flexin esviada, considerando la excentricidad
mnima y el pandeo si est habilitado, en sus dos ejes principales.
La armadura longitudinal trabajar a compresin, absorbiendo el esfuerzo del axil,
explicado en el acpite anlisis estructural.
El mtodo utilizado es el de las ecuaciones generales de clculo en flexin
esviada, igualando la respuesta de la seccin con las diferentes combinaciones
actuantes y empleando un baco:
Se comprueba y corrige las secciones
(12)
Dnde:
Ac = rea de la columna (cm2)
P = fuerza aplicada (Kg) (extrada del SAP)
0.85= factores de seguridad (adimensionales)
Calcular las excentricidades en los 2 ejes, pues la carga no cae en el centro
de la columna, lo que ocasiona momentos, como se muestra en la figura.
40 - 169
Figura 28: Excentricidad en columnas
Fuente: Universidad De Las Amricas Puebla
(13)
Dnde:
= excentricidad en el eje x (m)
Mx = momento mximo en el eje x (obtenido con el SAP2000) (Kg *m)
P = fuerza puntual mxima (obtenido con el SAP2000) (Kg)
(14)
Dnde:
= excentricidad en el eje y (m)
My = momento mximo en el eje y (obtenido con el SAP2000) (Kg *m)
P = fuerza puntual mxima (obtenido con el SAP2000) (Kg)
NOTA: Si las excentricidades calculadas para ambos ejes no superan los 0.025 m,
se utilizara ese valor como mnimo, debiendo recalcular el momento mximo con
la nueva excentricidad.
41 - 169
Se calcular el primer factor que permite emplear el baco de clculo:
(15)
Dnde:
Mad = Momento mximo en el eje x (obtenido del SAP2000) (Kg * m)
Ac = rea de la columna (cm2)
a = Lado x de la seccin de la columna
= Resistencia de diseo del hormign
(16)
Dnde:
Mbd = Momento mximo en el eje y (obtenido del SAP2000) (Kg * m)
Ac = rea de la columna (cm2)
b = Lado y de la seccin de la columna
= Resistencia de diseo del hormign
NOTA: Para no tener confusiones a la hora de determinar lados, tenemos que:
lado a esta en el eje x, lado b en el eje y, como se muestra en la figura.
Figura 29: Seccin de una columna
Fuente: elaboracin propia
B
A
42 - 169
Se elige el valor de ms elevado, con ese valor en el baco, se determina
el otro factor que permite usar el baco:
(17)
Dnde:
Ac = rea de la columna (cm2)
fcd = Resistencia de diseo del hormign
P = Fuerza puntual mxima (obtenido con el SAP2000) (Kg)
Se aplicara el siguiente baco, con ayuda de los factores calculados se
graficara y encontrara su interseccin, es decir; la cuanta mecnica
Figura 30: Abaco en roseta flexin esviada
Fuente: Hormign Armado, Jimnez Montoya
43 - 169
Se hallar la capacidad mecnica con la siguiente frmula:
=w*b*a*Fcd (18)
Dnde:
= Cuanta mecnica (KN)
b = Lado a de la columna (cm)
d = Lado b de la columna (cm) (altura menos recubrimiento
w = Cuanta mecnica hallada en baco.
Fcd= Resistencia de diseo del hormign.
NOTA: El acero hallado debe estar comprendido entre el 1% y el 8% del rea de
su seccin.
2) Clculo de armadura transversal en columnas
Los esfuerzos cortantes, explicados en el acpite anlisis estructural, son
fcilmente absorbidos por el hormign, pero se disea estribos para rigidizar la
estructura, evitando el pandeo de las armaduras longitudinales comprimidas. La
seccin mnima del acero a emplear ser de 6.
La separacin entre estribos debe ser la menor de:
30 cm
S> (19)
Dnde:
S = separacin de estribos
= lado menor de la columna
S15 (20)
Dnde:
S = separacin de estribos
= dimetro de la barra longitudinal ms delgada
44 - 169
3) Armado de columna sismo resistente
Como se explic antes, el proyecto sismo resistente se disear por la norma ACI
318 / 02, porque Cochabamba se considera una zona de riesgo ssmico.
Para las resistencias que se emplean en el diseo.
210 kg/ => 4200 kg/
(21)
Dnde:
Fc = Resistencia caracterstica del hormign
Fy = Resistencia caracterstica del acero
Figura 31: Disposicin de la armadura
Fuente: Apuntes Construcciones I
So es el menor valor de:
del lado menor de la columna
6 veces el de barra longitudinal de menor dimetro.
6
lo es el mayor valor de:
45 - 169
l/6
El lado mayor de la columna
18
NOTA: Los conceptos para el dimensionamiento para resistencia al fuego se
encuentran en el subttulo RESISTENCIA DE MATERIALES.
b) Armado en vigas
1) Clculo de armaduras longitudinales en vigas
Una vez que contamos con los esfuerzos internos mximos proporcionados por el
simulador estructural procedemos a calcular, para determinar si tenemos flexin
simple y armarla adecuadamente.
La armadura longitudinal de las vigas absorbern los esfuerzos producidos por el
momento flexor actuante, explicado en el acpite anlisis estructural.
Clculo de
(22)
Dnde:
= Momento reducido
Mu = Momento ltimo de agotamiento (obtenido por el SAP2000)
b = Base de la viga (cm)
d = Canto de la viga (cm) (altura menos recubrimiento)
Fcd = Resistencia caracterstica del hormign
Nota: Si es mayor o igual a 0.3, es doblemente armada, pues existe compresin,
no es recomendable llegar a ese escenario, el caso se explica ms adelante.
Con el valor hallado recurrimos a la tabla (ver anexo C) de dominios
donde obtenemos w.
Hallamos la capacidad mecnica para poder reforzarla con acero.
46 - 169
(23)
= Cuanta mecnica (KN)
b = Base de la viga (cm)
d = Canto de la viga (cm) (altura menos recubrimiento)
Fck = Resistencia de diseo del hormign
Hallamos la cuanta geomtrica mnima
(24)
Dnde:
0.033 = factor adimensional
b = base de la viga (cm)
d = canto de la viga (cm) (altura menos recubrimiento).
Se compara entre los aceros obtenidos por capacidad mecnica con los
de cuanta mnima y se adopta el mayor.
Se calcula la armadura suplementaria.
(25)
Dnde:
0.033 = factor adimensional
b = base de la viga (cm)
d = canto de la viga (cm) (altura menos recubrimiento).
En caso de que la viga necesite armadura a compresin, seguimos estos pasos:
Hallamos el canto mnimo
(26)
47 - 169
Dnde:
' = canto mnimo
d' = recubrimiento til
d = canto til
Hallamos la cuanta mecnica en compresin:
(27)
Dnde:
' = cuanta mecnica en compresin
= momento reducido
' = canto mnimo
Finalmente comprobamos la capacidad mecnica.
= w *b *d * fck (28)
= cuanta mecnica (KN)
b = base de la viga (cm)
d = canto de la viga (cm) (altura menos recubrimiento)
' = cuanta mecnica en compresin
fck = resistencia de diseo del hormign
Finalmente se puede comprobar que todo el procedimiento fue correcto,
para vigas a flexin simple:
(29)
48 - 169
Dnde:
Mu = Momento de diseo (mayorado)
fcd = Resistencia caracterstica del Hormign
b = Base de la viga (cm)
= Canto mnimo de la viga (cm) (altura menos recubrimiento)
Para vigas doblemente armadas
(30)
Dnde:
Mu = Momento de diseo (mayorado)
fcd = Resistencia caracterstica del Hormign
b = base de la viga (cm)
dmin = canto mnimo de la viga (cm) (altura menos recubrimiento)
2) Clculo de armaduras transversales en vigas
La armadura transversal absorber los esfuerzos cortantes que actan en la
seccin, explicados en el acpite anlisis estructural.
Hallamos el cortante absorbido por el hormign
(31)
Dnde:
Vc = cortante absorbida por el hormign
b = base de la viga (cm)
h = altura de la viga (cm)
= resistencia a la cortante del hormign (ver tabla 9)
49 - 169
Tabla 8: Coeficientes del hormigon
Fck 20 25 30 35 40 45 50
Trd 0,26 0,3 0,34 0,37 0,41 0,44 0,48
Fuente: Hormign Armado Gimnez Montoya
Hallamos el cortante ltimo
(32)
Dnde:
Vu = Cortante ltimo
V = Cortante mximo (obtenido del SAP2000)
Vc = Cortante absorbida por el hormign
Hallamos la separacin de estribos y el dimetro de las barras.
( )
(33)
S = separacin entre estribos (cm)
A = dimetro de la barra (cm)
d = canto de la viga (cm) (altura menos recubrimiento).
NOTA: La separacin entre estribos no debe ser mayor a
o en su efecto a 25
cm, adems si la altura de la viga es muy elevada se implementar las
consideraciones generales de los aceros.
2) Armado de vigas sismo resistentes
Como se explic antes, el proyecto sismo resistente se disear por la norma ACI
318 / 02, porque Cochabamba se considera una zona de riesgo ssmico.
Para las resistencias se empleara en el diseo.
50 - 169
210 kg/ => 4200 kg/
(34)
Dnde:
= Resistencia caracterstica del hormign
= Resistencia caracterstica del acero
Armadura longitudinal:
Por lo menos 2 barras deben ser continuas en la Armadura superior (-), como
Inferior (+).
La Armadura (+) en el APOYO debe ser MAYOR O IGUAL a Armadura (-).
La Armadura MNIMA (+) y (-) en cualquier seccin debe ser MAYOR al 25 %
de la Mxima Armadura de la seccin.
Armadura transversal
En una distancia 2 h (2x0.65=1.30 m), de la cara del apoyo, la separacin
MXIMA entre estribos So, ser el MENOR valor de:
8 veces el DIMETRO de la barra longitudinal ms pequea.
24 veces el DIMETRO del estribo.
d/4
12 = 30 cm
El primer estribo se coloca a un mx. De 5 cm de la cara del apoyo.
NOTA: Los conceptos para el dimensionamiento para resistencia al fuego se
encuentra en el subttulo RESISTENCIA DE MATERIALES.
c) Armado en Losas
1) Clculo de armadura longitudinal en Losas
Existen tablas para el diseo de losas, desarrolladas por diferentes autores, que
facilitan el anlisis y el diseo de las losas de geometras y estados de carga ms
comunes, basadas en la mayor parte de los casos en la Teora de Placas.
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Se han preparado, para esta publicacin, tablas para el diseo de losas
sustentadas perimetralmente en vigas de mayor peralte que las losas (de este
modo nos aseguramos que las deflexiones en las vigas no tienen gran influencia
sobre el comportamiento de las losas), sometidas a cargas uniformemente
distribuidas. El tipo de sustentacin est definida por las condiciones de borde de
las losas.
Para el modelamiento de las losas macizas se ha utilizado el Mtodo de los
Elementos Finitos basado en la Teora de Placas, el mismo que se recomienda
para analizar losas macizas de geometras, estados de carga o condiciones de
borde especiales, que no aparezcan en las tablas. Otra al