CVS CONSULTORACdla. Sauces 6 Mz 24 villa 5

Telf: 2-551206

PROYECTO DE DISEÑO ESTRUCTURAL

PROFESOR: PhD. Pedro Rojas Cruz.

INTEGRANTES:

CEVALLOS ALVARADO JOSE ISRAEL CORNEJO POZO ANGELA KAREN SÁNCHEZ MARTÍNEZ ANDREA MADELINE VERA QUIROZ DÁLIDA KAYMARA

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11/10/2015DISEÑO DE UN EDIFICIO PARA INSTITUCIÓN PÚBLICA DE 6 PISOS, SEGÚN NEC 2015.

MISION

Satisfacer las necesidades de nuestros clientes del ámbito público o privado, durante todo el desarrollo de nuestros proyectos, siguiendo los más altos estándares de calidad y cumpliendo a cabalidad con cada uno de nuestros compromisos y plazos fijados, generando relaciones de largo plazo basadas en nuestra experiencia y profesionalismo.

VISION

Convertirnos en una empresa líder tanto en el área de consultoría como de fiscalización de obras civiles a nivel nacional generando bienestar y seguridad para nuestros clientes, empleados y la sociedad en general.

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TABLA DE CONTENIDO

RESUMEN EJECUTIVO... PG-3

CAPITULO 1: DESCRIPCION GENERAL DEL EDIFICIO... PG -4

CAPITULO 2: DESCRIPCION DE LA ESTRUCTURA... PG-7

CAPITULO 3: DESCRIPCION DE LA CIMENTACION.. PG- 21

CAPITULO 4: PRESUPUESTO... PG -25

CAPITULO 5: CONCLUSIONES... PG- 26

ANEXOS: MEMORIA DE CALCULO

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RESUMEN EJECUTIVO

El presente proyecto consiste en el diseño de un edificio de concreto reforzado de 6 pisos en la ciudad de Santiago de Guayaquil. El proyecto será encargado a la empresa “CVS CONSULTORA”, será realizado por el departamento de estudios y diseño de la compañía antes mencionada, a continuación se detallan los nombres del personal dispuestos al proyecto:

Ing. Karen Cornejo Pozo (Análisis estructural y planos)

Ing. José Cevallos Alvarado (Diseño de la cimentación y losa)

Ing. Andrea Sánchez Martínez (Presupuesto y diseño estructural)

Ing. Kaymara Vera Quiroz (Análisis y diseño estructural)

Se detalla la determinación de cargas, predimensionamiento, análisis estructural, determinación de fuerzas internas, diseño de elementos y cimentaciones según la norma ecuatoriana de la construcción NEC-2015

Los resultados del análisis en SAP2000 dieron pie a la fase de diseño definitivo de los elementos.

Finalmente, se calculó un presupuesto general de la estructura y cimentación en base a los resúmenes de cantidades de los planos estructurales.

En este informe se presentan los criterios generales y particulares considerados para el diseño estructural sismo resistente del proyecto previamente mencionado.

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CAPITULO 1.

DESCRIPCION GENERAL DEL EDIFICIO

El edificio será destinado a oficinas para la administración pública, llevará el nombre de “EMPRESA PUBLICA DE PARQUES URBANOS Y ESPACIOS PÚBLICOS’ el lugar donde se ejecutará el proyecto se encuentra al norte de la ciudad de Guayaquil – Avenida Paseo del Parque, entre la Av. Francisco de Orellana y la autopista Terminal Terrestres-Pascuales, dentro de las instalaciones del Parque Samanes.

La estructura del edificio será de hormigón armado, contará con 6 pisos destinados para oficinas, un auditorio general y una terraza inaccesible.

La altura del primer entrepiso será de 4.50 m y la de los entrepisos siguientes será de 3.50 m, teniendo así un altura total de 22.00 m; el sistema de piso consistirá en una losa nervada en una dirección apoyada en vigas secundarias.

El número de pórticos resistentes a momentos (PCRM) en la dirección “x” será de 6 con separación de 8.00 m y sistema dual con muro de cortante en los pórticos exteriores en la dirección “y’ será de 3 con separación de 7.00 m.

Para el diseño de los elementos estructurales se usará hormigón con una resistencia a la compresión de 280 kg/cm2 (f’c = 280 kg/cm2) y un acero de refuerzo cuyo esfuerzo de fluencia es de 4200 kg/cm2 (fy = 4200 kg/cm2).

Las condiciones de suelo en el cual se va a asentar la estructura están dadas por los resultados del Estudio Geotécnico ya que posee una vs= 300 m/s según la NEC-2015, obtenemos un suelo es tipo “D”.

La cimentación de la estructura será superficial, la cual consistirá en un sistema de zapatas en dos direcciones, con el objetivo de transmitir adecuadamente las cargas gravitacionales y sísmicas.

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En cuanto a su geometría, la longitud del edificio será de 48.00 m y el ancho será de 21.00 m, lo que da como resultado un área de implantación de 1008.00 m2.

A continuación se presenta un esquema del edificio en planta y en elevación:

Figura 1 Planta Típica

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Figura 2 Elevación Típica - Pórtico en la dirección X (Ejes 1-4)

Figura 3 Elevación Típica - Pórtico en la dirección Y (Ejes A y G)

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Figura 4 Elevación Típica – Pórtico en la dirección Y (Ejes B-F)

CAPITULO 2.

DESCRIPCION DE LA ESTRUCTURA

GENERALIDADES

La edificación fue diseñada utilizando un sistema estructural compuesto por Pórticos de Concreto Resistentes a Momento (PCRM) en la dirección Y y un Sistema Dual (PCRM con muros de cortante) en la dirección X.

El sistema de pisos consiste en una losa nervada en una dirección sin cajonetas cuya separación entre nervios es de 400 mm, además esta losa se apoya en dos vigas secundarias. Se asumirá que el centro de masas (CM) del edificio coincide con el centro de gravedad (CG) del mismo.

NORMAS Y ESPECIFICACIONES

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Para el diseño sismo resistente de los elementos estructurales del edificio se tomó en cuenta las disposiciones estipuladas en la Norma Ecuatoriana de la Construcción (NEC-2015) y el Código ACI 318-08.

CRITERIOS PARA EL DISEÑO SISMO-RESISTENTE SEGÚN LA NEC-2015

Los criterios más relevantes para el diseño sismo-resistente establecidos en la NEC-2015 son los siguientes:

Parámetros de aceleración

El edificio estará ubicado en la ciudad de Guayaquil, según la NEC-2015 sección 3.1.1 y sección 3.1.2 se adoptaron los siguientes valores como factor de zona sísmica Z y relación de amplificación espectral ɳ respectivamente:

Z=0.40

ɳ=1.80

Clase de sitio

Seleccionamos el tipo de suelo en función de los parámetros brindados por la prospección geotécnica del sitio, y de acuerdo a la clasificación establecida en NEC2015 sección 3.1.1

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El parámetro geotécnico que se tuvo como dato fue V S=300 ms lo que según la

NEC-2015 sección 3.2.1 equivale a un perfil de suelo tipo D

Tipo de uso, destino e importancia de la estructura

Debido a que el edificio a construirse será destinado a ser una Institución Pública, la estructura se clasificó dentro de la categoría de “Estructuras de ocupación especial”; por lo que le corresponde un factor de importancia

I = 1.30

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Coeficiente de reducción de respuesta R

Este coeficiente está en función del sistema estructural de nuestro edificio (Ver sección 5.2.2 Tabla 15, NEC-2015):

-Dirección x:

Pórticos de Concreto Resistentes a Momento, le corresponde un coeficiente de reducción de respuesta R = 8.

-Dirección y:

Pórticos de Concreto Resistentes a Momento con Muros de Cortante (Sistema Dual), le corresponde un coeficiente de reducción de respuesta R = 8.

Espectros de respuesta elástica e inelástica de diseño

En la construcción del espectro de respuesta elástica la NEC-2015 considera los parámetros como factor de zona sísmica Z (sección 3.1.1), valor de relación de amplificación espectral ɳ (sección 3.1.2) que depende según la región donde esté ubicada la edificación y la clase de suelo.

Los espectros de respuesta inelástica, fueron construidos en base al espectro de respuesta elástica de diseño y consideraron además el factor de importancia y los coeficientes de reducción de respuesta R.

Con los parámetros obtenidos por parte del código y con los dato de la prospección geotécnica procedimos a graficar el espectro de Respuesta Sísmica.

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0 0.5 1 1.5 2 2.50

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

Espectro de respuesta eje X/Y

Elastico inelastico

COMBINACIONES DE CARGA

Las combinaciones de carga utilizadas en el análisis estructural fueron las siguientes:

1.2D+1.6L 1.4D+0.5L-Ex 1.4D+0.5L+Ey 1.4D+0.5L-Ey 0.7D+Ex 0.7D-Ex 0.7D+Ey 0.7D-Ey

Donde:

D: Carga muerta

L: Carga viva

Ex: Fuerzas sísmicas en la dirección x

Ey: Fuerzas sísmicas en la dirección y

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X/Y ELASTICO INELASTICOT Sa Sa (R=8)0 0,5 0,08

0,12 0,9 0,150,67 0,9 0,151,0 0,6 0,11,5 0,4 0,072 0,3 0,05

2,5 0,24 0,043 0,20 0,03

3,5 0,17 0,03

CARGAS APLICADAS

Cargas Gravitacionales

Carga muerta

Pisos 1 al 6:

Losa de compresión = 0.12 ton/m2

Nervios = 0.52 ton/m2

Baldosas = 0.10 ton/m2

Paredes = 0.20 ton/m2

Enlucidos, ductos, tumbados, etc. = 0.04 ton/m2

_______________________

Total carga muerta = 0.54 ton/m2

Pisos 6 (Cubierta):

Losa de compresión = 0.12 ton/m2

Nervios = 0.085 ton/m2

Protección cubierta = 0.12 ton/m2

_______________________

Total carga muerta = 0.33 ton/m2

Carga viva

De acuerdo a la NEC-2015, los valores de carga según la ocupación (tabla 6) para un edificio de institución pública, se utilizará un promedio del área que influya más carga, en nuestro caso será el Área de Corredores (Primer piso) con una carga de: 4.80 kn/m2

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En el Piso 6 para cubierta según NEC utilizaremos: Cubierta plana, inclinada y curvas: 0.07 kn/m2

Fuerzas Sísmicas

Distribución vertical de fuerzas sísmicas y cortantes de entrepiso

Para el cálculo de las fuerzas sísmicas y cortantes de entrepiso se utilizó el procedimiento descrito por la NEC 2015, obteniéndose los siguientes resultados:

Análisis en la Dirección x:

Período fundamental de la estructura: T = 0, 888seg Peso sísmico efectivo: W = 5793.48 ton Coeficiente de respuesta sísmica: Cs= 0,110 Cortante basal sísmico: V = 639.29 ton

NivelAltura Wx Dirección x: Vx = 639.29 TON

(m) (ton) Wxhx Cvx Fx (ton) Vx (ton)

6 22.00 652.68 25833.50 0.222 142.04 142.02

5 18.50 697.68 31164.93 0.268 171.36 313.40

4 15.00 697.68 24281.77 0.209 135.51 446.92

3 11.50 697.68 17699.55 0.152 97.32 544.24

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2 8.00 697.68 11492.35 0.099 63.19 607.43

1 4.50 697.68 5795.02 0.050 31.89 639.29

ΣWxhx = 116267.12

Análisis en la Dirección y:

Período fundamental de la estructura: T =0,559seg Peso sísmico efectivo: W = 5793.48 ton Coeficiente de respuesta sísmica: Cs =0.146 Cortante basal sísmico: V = 847.30 ton

NivelAltura Wx Dirección y: Vy = 847.30TON

(m) (ton) Wxhx Cvx Fx (ton) Vx (ton)

6 22.00 652.68 14358.96 0.205 173.80 173.80

5 18.50 697.68 17902.08 0.256 216.69 390.49

4 15.00 697.68 14515.20 0.207 175.69 566.19

3 11.50 697.68 11128.32 0.159 134.70 700.88

2 8.00 697.68 7741.44 0.111 93.70 794.59

1 4.50 697.68 4354.56 0.062 52.71 847.30

ΣWxhx = 163244.95

DISEÑO DEL SISTEMA DE PISO

El sistema de piso consiste en una losa nervada que trabaja en una dirección x que se apoya sobre las vigas principales y secundarias orientadas en la dirección y.

La altura de la losa nervada es de 250 mm, con una losa de compresión de 50 mm de espesor y nervios de 150 mm de ancho; la separación libre entre nervios es de 700 mm (se despreció el uso de cajonetas.)

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PREDIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

Predimensionamiento de columnas

El Predimensionamiento de las columnas se lo realizó tomando en cuenta cargas gravitacionales de servicio, considerando reducciones de la carga viva según lo estipula la norma.

COLUMNASEntrepisos

Dimensionesb (cm) h (cm)

5-6 65 653-4 70 701-2 80 80

Predimensionamiento de vigas principales

Para realizar el predimensionamiento de las vigas principales se utilizó el método del portal, determinando los momentos actuantes, fuerzas internas en el piso 5.

VIGAS PRINCIPALES

PisosParalelas al Eje X Paralelas al Eje YDimensiones Dimensionesb (cm) h (cm) b (cm) h (cm)

5-6 45 65 35 603-4 45 70 35 651-2 45 75 35 70

Predimensionamiento de vigas secundarias

Las vigas secundarias servirán de apoyo para la losa de piso, por lo que éstas son diseñadas para resistir solamente cargas gravitacionales.

VIGAS SECUNDARIAS

PisosDimensionesb (cm) h (cm)

1 al 6 30 50

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MODELO ESTRUCTURAL EN SAP 2000

Una vez obtenidas las dimensiones del pre diseño se procede a la elaboración de un modelo estructural en el programa Sap2000.

Se introdujeron las cargas gravitacionales y sísmicas, sus respectivas combinaciones de carga, luego se definieron las secciones de los elementos obtenidas en el predimensionamiento y se procedió a correr el programa con nuestro modelo para determinar las fuerzas internas, reacciones y desplazamientos de la estructura.

Una de las ventajas de la utilización de este software es la obtención del período de la estructura y los desplazamientos del piso, con el fin de obtener las derivas del entrepiso de no deben exceder a 0.02.

Y finalmente se construyó un modelo tridimensional constituido por vigas, columnas y el muro estructural.

Consideraciones del modelo estructural

Para el modelo se hicieron las siguientes consideraciones:

Apoyos empotrados.

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Se consideraron zonas rígidas en vigas y columnas con un factor de zona rígida igual a 0.50.

Se asignaron diafragmas rígidos por cada piso. Las fuerzas sísmicas fueron colocadas a una distancia igual al 5% de las

dimensiones del edificio en la dirección x e y respectivamente. Se modificaron los momentos de inercia de las secciones de vigas y

columnas debido a que las estructuras sufren cierto nivel de agrietamiento al momento de estar frente a un sismo, efecto P-∆.

o Se usaron factores de:

Vigas: Ie = 0.50

Columnas: Ie = 0.80

No se tomó en cuenta la interacción suelo – estructura.Verificación de las derivas admisibles de entrepiso

En NEC 2015 establece que en estructuras sismo resistentes se considera la deriva admisible de entrepiso igual a 0.02 (Tabla 7). Para el cálculo de la deriva nos ayudamos obteniendo los desplazamientos elásticos de cada piso mediante el SAP 2000.

El proceso de verificación de las derivas admisibles consistió en constatar que las derivas de entrepiso calculadas no excedieran la deriva admisible, de ocurrir esto, se incrementaban las secciones de vigas y columnas hasta que se cumpliera el requerimiento; con ello se establecen las dimensiones definitivas.

δ xi=R×δ xe

θx=δ xi−δ ( x−1) i

hsx

Donde:

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δxi : Desplazamiento lateral inelástico

R: Coeficiente de reducción de respuesta

δxe : Desplazamiento lateral elástico

θx : Deriva de entrepiso

hsx : Altura de entrepiso

Para mostrar los resultados de las derivas, nos ayudaremos de la siguiente gráfica:

DIRECCION XENTREPISO Δxe (mm) Δxi(mm) θx COMENTARIO6 42.1 24.0 0,0070 ok < 0.025 38.1 40.2 0,0110 ok < 0.024 31.4 48.0 0,0140 ok < 0.023 23.4 51.6 0,0147 ok < 0.022 14.8 48.0 0,0140 ok < 0.021 6.8 40.8 0,0090 ok < 0.02

DIRECCION YENTREPISO Δxe (mm) Δxi (mm) θx COMENTARIO6 16.0 17.4 0,004971 ok < 0.025 78.6 18.6 0,005314 ok < 0.024 60.0 18.6 0,005314 ok < 0.023 41.4 16.62 0,004748 ok < 0.022 24.78 13.98 0,003994 ok < 0.021 10.8 10.80 0,002400 ok < 0.02

Donde se obtiene como resultado que el diseño es satisfactorio.

Fuerzas internas en elementos estructurales

Una vez realizado el análisis estructural con la ayuda del programa SAP 2000 se obtuvieron los valores de las fuerzas internas; fuerza axial, fuerza cortante y momento flector; que se produjeron en vigas y columnas debido a las combinaciones de carga más críticas. Estos valores fueron esenciales para el posterior diseño manual de los elementos estructurales.

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Se obtuvieron además los valores de las reacciones de la estructura para el diseño de la cimentación (subestructura).

DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES Y DETALLAMIENTO

Vigas Principales

Se realizó la verificación de derivas admisibles de entrepiso, se encontró que éstas eran aceptables ya que estaban por debajo de 0,02.

Se revisaron las dimensiones tanto por cargas gravitacionales como por sismo y también por cortante.

Nuestro prediseño es satisfactorio por lo que las dimensiones se mantienen.

VIGAS PRINCIPALES

PisosParalelas al Eje X Paralelas al Eje YDimensiones Dimensionesb (cm) h (cm) b (cm) h (cm)

5-6 45 65 35 603-4 45 70 35 651-2 45 75 35 70

Detallamiento

Vigas Exteriores dirección X

PisosRefuerzo longitudinalSuperior Inferior

5-6 8 φ22 4 φ223-4 9 φ22 5 φ221-2 9 φ22 5 φ22

Vigas Exteriores dirección Y

PisosRefuerzo longitudinalSuperior Inferior

5-6 3 φ22 2 φ20, 1φ163-4 3 φ22 2 φ20, 1φ161-2 3 φ22 2 φ20, 1φ16

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Vigas Secundarias

Las vigas secundarias también mantendrán sus dimensiones.

VIGAS SECUNDARIAS

PisosDimensionesb (cm) h (cm)

1-6 30 50Detallamiento

PisosRefuerzo longitudinalSuperior Inferior

1-6 5φ18 4 φ18

Columnas

El diseño de las columnas se lo verifico con la combinación de cargas axiales y momentos para cada uno de los pisos considerando tanto el sismo en la dirección X como en Y.

Comprobamos que dichos valores de combinaciones de cargas estén dentro del diagrama de interacción de la columna.

Con lo cual nuestro prediseño fue satisfactorio.

COLUMNASEntrepisos

Dimensionesb (cm) h (cm)

5-6 65 653-4 70 701-2 80 80

Detallamiento

PisosRefuerzo Longitudinal Transversal

5-6 8φ28 φ12 c/10cm

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3-4 8φ28 φ12 c/10cm1-2 12φ28 φ12 c/10cm

Mediante los diagramas de interacción de cada piso se pudo establecer que las combinaciones de carga eran satisfactorias y ya que las dimensiones de las columnas varían cada 2 pisos, se pudo establecer un mismo diseño de columnas exteriores e interiores.

CAPITULO 3. DESCRIPCION DE LA CIMENTACION

La  cimentación es el conjunto de elementos estructurales cuya misión será la de transmitir las cargas de la edificación apoyados al suelo distribuyéndolas de forma que no superen su presión admisible. Debido a que la resistencia del suelo es menor que la de los pilares o muros que soportará, el área de contacto entre el suelo y la cimentación será proporcionalmente más grande que los elementos soportados.

El estudio geológico-geotécnico nos dio los siguientes parámetros:

Vs=300m/s y qa=25 ton/m2

Para esta estructura se seleccionó una cimentación de tipo superficial, que consiste en una zapata corrida en una dirección.

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Se realizó un prediseño con cargas de servicio asumiendo un Wpp teórico y un segundo análisis con las reacciones obtenidas mediante el programa SAP 2000.

La viga de fundación de la zapata se la analizo como una viga T invertida mediante los coeficientes del ACI.

Dimensiones

CIMENTACIÓN

ElementoEn la Dirección X

Dimensionesb (m) h (m) L (m)

Zapata 2.25 0.80 48.8Viga 0.8 0.80 48.8

CAPITULO 4. PRESUPUESTO

Para el cálculo del presupuesto general de la obra se consideraron los siguientes presos unitarios de materiales

Costo de hormigón de f'c=280kg/cm2

COSTO: 250 $/m3

Costo de acero de refuerzo longitudinal

COSTO: 2,15 $/kg

Para el cálculo de la cantidad de Acero en kilogramos se utilizaron las siguientes densidades lineales de las varillas

φ Densidad lineal20 3,0822 3,40

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25 3,8528 4,8330 5,5432 6,31

Finalmente mediante un análisis de precios unitarios y considerando un aumento del 12% por mano de obra el presupuesto general de la obra queda definido de la siguiente manera:

CAPITULO 5.CONCLUSIONES

El diseño de un edificio ya sea de Acero Estructural u Hormigón Armado, debe ser fundamentado en criterios de sismo resistencia, normas y especificaciones técnicas a partir de códigos como el ASCE 7-10 o el NEC 2015 para así garantizar un buen funcionamiento de la estructura.

Se debe resaltar que en este proyecto se ha enfatizado en los cuatro aspectos fundamentales que hacen referencia los códigos:

Sistema Estructural Niveles de Fuerza de Diseño Derivas de entrepiso Detallamiento

Al tener presente todos estos conceptos, nuestra estructura diseñada tendrá un buen funcionamiento, serviciabilidad y economía; sobre todo será capaz de

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resistir ante riegos de la naturaleza, evitando perder vidas humanas en esta clase de desastres, como son los terremotos que impredeciblemente aparecen.

Refiriéndonos a los costos; el proyecto realizado en Hormigón es mayor debido a que para realizar los elementos estructurales a parte del hormigón en si se emplean cañas y madera de encofrados, aparte el costo por mano de obra son mayores pues se emplea más gente para la ejecución del proyecto que en un proyecto de acero estructural. Pero la ventaja radica en que en nuestro medio es más común realizar este tipo de proyectos por lo que encontrar mano de obra calificada, equipos de última tecnología y materiales en constante mejoramiento es más fácil que para el caso de Acero.

Por otro lado se obtuvo un costo total de la obra =1’174.740,41, por ende el costo por metro cuadrado equivale a 1165,41$/m2, siendo el área = 1008m2.

Finalmente cabe recalcar también que la cimentación es más costosa pues el peso del hormigón hace que la carga que baja por las columnas sea mayor por lo que las dimensiones de la zapata aumentan dando así un mayor costo.

ANEXOS.MEMORIA DE CÁLCULO

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ANEXO 1ESTIMACION DE CARGAS

26

ANEXO 2PREDIMENSIONAMIENTO DE

COLUMNAS

27

ANEXO 3PREDIMENSIONAMIENTO VIGAS

SECUNDARIAS

28

ANEXO 4ESPECTROS DE RESPUESTA ELÁSTICA E

INELÁSTICA DE DISEÑO

29

ANEXO 5DISTRIBUCION DE FUERZAS VERTICALES

30

ANEXO 6PREDIMENSIONAMIENTO VIGAS

PRINCIPALES

31

ANEXO 7DISEÑO DE LOSA NERVADA

32

ANEXO 8DERIVA ADMISIBLE

33

ANEXO 9MODELO ESTRUCTURAL EN SAP 2000

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ANEXO 10DISEÑO DE VIGAS

35

ANEXO 11DISEÑO DE COLUMNAS

36

ANEXO 12DISEÑO DE MUROS ESTRUCTURALES

37

ANEXO 13DISEÑO DE CIMENTACION

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ANEXO 14ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS

(APU)

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ANEXO 14PLANOS

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