"Diseño estructural sismo resistente del edificio de docentes de la Facultad de Ciencias Técnicas de la UNESUM" es un trabajo de titulación que se basa en la necesidad de unificar las áreas administrativas y de docentes de las carreras que componen dicha facultad, este presente trabajo se desarrolló recopilando toda la información técnica y de campo necesarias para su elaboración.
Después del sismo ocurrido el 16 de abril de 2016, que afectó a Ecuador en especial a la Provincia de Manabí, donde el colapso de estructuras fue evidente, se puso en consideración la forma en que se aplicaba las normas constructivas que rigen el País, es por esta razón que el cálculo y diseño estructural de la edificación aquí desarrollada, cumple con lo estipulado en el Código Ecuatoriano de la Construcción (NEC-15) y el American Concrete Institute (ACI 318-08), siguiendo cada uno de los lineamientos.
Esta edificación de acuerdo al diseño arquitectónico corresponde a una estructura de tres pisos la cual tendrá módulos y oficinas para el personal de docentes y administrativos de la Facultad de Ciencias Técnicas, desarrollado en hormigón armado y con zapata corrida en dos direcciones la cual es recomendable por el tipo de suelo en el cual se cimentará la estructura.
Mediante la utilización software de diseño estructural ETABS, se modeló la estructura tridimensional en la cual se aplicaron los parámetros de cálculo, obteniendo así datos confiables de la edificación, pudiendo evidenciar el comportamiento del mismo ante fuerzas sísmicas y no sísmicas. Como complemento a este trabajo se presentan los planos arquitectónicos y estructurales de la edificación brindando así un desarrollo de proyecto aplicable cuando se decida realizarlo.
Es muy importante tener en cuenta que el diseño estructural está directamente ligado a las normas que rigen el país donde se diseña una edificación, estas varían de acuerdo a la región donde se implantan los proyectos, puesto que las características del lugar ya sea suelo, clima o peligrosidad sísmica, generan sobre la estructura comportamientos diferentes en cuanto a su funcionamiento, ejemplo de esto es que no se puede concebir el diseño de una edificación sobre un suelo rocoso que sobre un suelo arcilloso o más aún no se comportarán de igual manera dos edificaciones con las mismas características estructurales en dos zonas con suelo muy diferentes.
Índice de contenidos
1.- INTRODUCCIÓN.
2. OBJETIVOS
2.1.- OBJETIVO GENERAL
2.2.- OBJETIVO ESPECÍFICOS
3. MARCO TEORICO DE LA INVESTIGACION
3.1. DISEÑO ESTRUCTURAL
3.1.1. CONFIGURACION DE ESTRUCTURAS SISMO RESISTENTES
3.2. EDIFICIO DE OFICINAS
3.2.1. DISEÑO DE ESPACIOS EN OFICINAS
3.3. HORMIGON
3.4. PROPIEDADES DEL HORMIGON ENDURECIDO
3.5. ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO
3.5.1. COLUMNAS DE HORMIGÓN ARMADO
3.5.2. VIGAS DE HORMIGÓN ARMADO
3.5.3. UNION VIGA COLUMNA
3.5.4. LOSAS
3.5.5. LOSAS CON ALIVIANAMIENTOS
3.5.6. CIMENTACIONES DE HORMIGON ARMADO
3.6. USO DEL SPT (STANDARD PENETRATION TEST) PARA EL ESTUDIO DE SUELOS
3.6.1. DESCRIPCION DEL ENSAYO SPT
3.6.2. EQUIPO Y CARACTERISTICAS SPT
3.6.3. TOMA DE MUESTRA SPT
3.7. SISMISIDAD
3.7.1. DERIVA CONTINENTAL
3.7.2. LAS PLACAS TECTONICAS
3.7.3. SUBDUCCION PLACA NAZCA-SUDAMERICANA
3.7.4. REGISTRO SISMICO DEL ECUADOR
3.8. PELIGROSIDAD SISMICA DEL ECUADOR.
3.8.1. Zonificación sísmica y factor de zona Z.
3.8.2. Tipos de perfil de suelos (A, B, C, D y E) para el diseño sísmico
3.8.3. Tipo de perfil de suelos (F) para el diseño sísmico
3.8.4. Coeficientes de perfil de suelo Fa, Fd y Fs
3.8.5. Espectro elástico de diseño en aceleración (Sa)
3.8.6. Categoría de edificio y coeficiente de importancia I.
3.8.5. Regularidad/configuración estructural
3.8.5.1. Configuración estructural
3.8.5.2. Regularidad en planta y elevación
3.8.5.3. Irregularidades y coeficientes de configuración estructural
3.8.6. Ductilidad y factor de reducción de resistencia sísmica R
3.8.7. Determinación del período de vibración T
3.8.8. Determinación coeficiente k
3.6.9. Carga sísmica reactiva W
3.6.10. Cortante basal de diseño V
4. METODOS Y MATERIALES
4.1. Métodos
4.2. MATERIALES
5. ANÁLISIS DE RESULTADOS
5.1. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
5.2 SONDEOS EN EL CAMPO
5.2.1 Cálculos del SPT
5.2.2. Calculo de los Ncorr de 1 hasta los 6 (m)
5.2.3. Calculo de los Ncorr. ponderado
5.2.4. Datos diseño de cimentación
5.2.5. Calculo del qadm
5.2.6. Calculo ángulo de rozamiento interno
5.3. Prediseño de elementos estructurales
5.3.1. Prediseño de losa alivianada
3.3.1.1. Peso de losa h=25 cm
5.3.2. Prediseño de vigas
5.3.3. Prediseño de columnas
5.4 Calculo de fuerzas sísmicas
5.4.1. Peso de la edificación (w)
5.4.2. Periodo de vibración de la estructura
5.4.3. Espectro sísmico elástico
5.4.4. Calculo del cortante basal
5.4.5. Calculo fuerzas laterales
5.5. Modelación de la estructura en el programa ETABS
5.5.1. INICIO DE LA MODELACIÓN
5.5.2. DETALLANDO CUALIDADES DE MATERIALES A UTILIZAR
5.5.3. DETALLANDO GEOMETRIA DE ELEMENTOS
5.5.3.1. Columnas
5.5.3.2. Vigas
5.5.3.3. Losas
5.5.4. MODELADO GEOMETRICO DE LA ESTRUCTURA
5.5.5. DEFINICION DE CARGAS GRAVITACIONALES EN EL MODELO
5.5.6. Cargas y sobrecargas
5.5.6.1. Carga muerta adicional
5.5.6.2. Carga viva
5.5.7. Diafragma
5.5.8. ASIGNACIÓN DEL ESPECTRO SÍSMICO DE DISEÑO
5.6. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
5.6.1. Control de Derivas
5.6.2. Modos de Vibración
5.6.3. Diseño de la estructura
5.6.3.1. Diseño de Vigas
5.6.3.1.1. Comprobación del diseño de flexión de la viga
5.6.3.1.2. Cálculo y diseño de cortantes en vigas
5.6.3.2. Diseño de Columnas
5.6.3.3. Diseño de Losa
5.6.3.4. Diseño de Cimentación
5.6.3.4.1. Determinación de Dimensiones de Zapata
5.6.3.4.2. Determinación del paso de la resultante
5.6.3.4.3. Revisión de las presiones de contacto.
5.6.3.4.4. Diseño del peralte de la losa por flexión.
5.6.3.4.5. Diseño del peralte de la viga por flexión.
5.6.3.4.6. Acero de Refuerzo en Losa
5.6.3.4.7. Calculo de Acero para la viga o contratrabe
5.6.3.4.8. Cálculo del armado requerido por cortante
6. CONCLUSIONES
7. RECOMENDACIONES
Objetivos y temas de investigación
El objetivo principal de este trabajo es realizar el diseño estructural sismo resistente de un edificio destinado a oficinas docentes de la Facultad de Ciencias Técnicas de la Universidad Estatal del Sur de Manabí, garantizando la seguridad y estabilidad de la edificación frente a posibles eventos sísmicos, basándose en la normativa vigente. La investigación aborda la viabilidad técnica mediante la recolección de datos de campo y el uso de software especializado para la modelación y validación estructural.
- Estudio geotécnico de suelos mediante ensayos SPT para determinar la capacidad portante.
- Dimensionamiento y prediseño de los elementos estructurales principales (vigas, columnas y losas).
- Modelación dinámica de la estructura utilizando software ETABS para simular cargas sísmicas.
- Verificación del diseño de elementos estructurales bajo normativas ACI-318 y NEC-15.
Auszug aus dem Buch
1.- INTRODUCCIÓN.
Es muy importante tener en cuenta que el diseño estructural está directamente ligado a las normas que rigen el país donde se diseña una edificación, estas varían de acuerdo a la región donde se implantan los proyectos, puesto que las características del lugar ya sea suelo, clima o peligrosidad sísmica, generan sobre la estructura comportamientos diferentes en cuanto a su funcionamiento, ejemplo de esto es que no se puede concebir el diseño de una edificación sobre un suelo rocoso que sobre un suelo arcilloso o más aún no se comportarán de igual manera dos edificaciones con las mismas características estructurales en dos zonas con suelo muy diferentes.
El diseño estructural no es un factor separado de la mecánica de suelos, si no, un complemento al diseño. Es de afirmar entonces que las características estructurales influyen en el comportamiento de un suelo y el suelo influye en el desempeño de la estructura, así pues, si analizáramos los factores externos anteriormente mencionados, encontraríamos que cada uno de ellos tiene un efecto directo sobre la estructura es por esta razón que las normativas y códigos abarcan cada uno de esos factores y brindan al diseñador las pautas para realizar edificaciones eficientes, capaces de sortear de buena manera los factores que la afectan.
El diseño estructural ha logrado poner en pie grandes obras que van desde puentes hasta rascacielos que desafían técnicamente la gravedad, imposibles de pensar siglos atrás. Estos avances posibilitan que el comportamiento de las edificaciones ante eventos sísmicos tenga eficiencia y un buen diseño estructural siguiendo todos los parámetros que garantice la vida de los que lo habitan.
Resumen de capítulos
1.- INTRODUCCIÓN.: Explica la importancia de la relación entre el diseño estructural y las normativas sísmicas locales, destacando la necesidad de adaptar el diseño a las características específicas del suelo y la región.
2. OBJETIVOS: Define el alcance del proyecto, incluyendo el estudio de suelos, el prediseño de elementos y la modelación dinámica del edificio.
3. MARCO TEORICO DE LA INVESTIGACION: Proporciona la base conceptual sobre diseño estructural, propiedades del hormigón, cimentaciones y los principios de sismicidad en Ecuador.
4. METODOS Y MATERIALES: Detalla las metodologías empleadas (bibliográfico, lógico-deductivo, analítico-sintético) y los recursos utilizados para el desarrollo del proyecto.
5. ANÁLISIS DE RESULTADOS: Presenta el cálculo detallado, la modelación en ETABS, el diseño de elementos estructurales y la interpretación de resultados sísmicos.
6. CONCLUSIONES: Resume los hallazgos principales, confirmando que la estructura cumple con la normativa y los criterios de seguridad sismo resistente.
7. RECOMENDACIONES: Ofrece sugerencias técnicas para mejorar la capacidad portante y asegurar el correcto desempeño estructural basándose en el análisis realizado.
Palabras clave
Diseño estructural, sismo resistente, hormigón armado, peligro sísmico, normas NEC-15, ETABS, cimentaciones, estudio de suelos, ensayo SPT, deriva, columnas, vigas, losas, ductilidad, sismicidad.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es el propósito principal de esta investigación?
El propósito es desarrollar el diseño estructural sismo resistente para el edificio de oficinas de docentes de la Facultad de Ciencias Técnicas de la UNESUM, asegurando el cumplimiento de las normativas de construcción vigentes en Ecuador.
¿Qué campos temáticos cubre el trabajo?
El trabajo abarca la ingeniería civil, con énfasis en mecánica de suelos, diseño de hormigón armado, sismología aplicada a estructuras y el uso de software de modelación dinámica.
¿Cuál es la pregunta de investigación central?
¿Cómo lograr un diseño estructural eficiente y sismo resistente para el edificio de oficinas docentes, considerando las características del suelo en Jipijapa y la normativa NEC-15?
¿Qué metodología de investigación se aplica?
Se utiliza una metodología mixta que incluye la recopilación bibliográfica, métodos lógicos deductivos para la aplicación de normas, y el análisis sintético apoyado en software ETABS para la modelación y simulación.
¿Qué temas se tratan en el cuerpo principal de la obra?
El cuerpo principal se centra en el estudio geotécnico (SPT), el prediseño estructural, la modelación tridimensional en ETABS, la aplicación de fuerzas sísmicas y la verificación de resistencia de los elementos (columnas, vigas, losas y cimentaciones).
¿Qué palabras clave definen mejor este trabajo?
Las palabras clave incluyen: diseño estructural, sismo resistente, hormigón armado, NEC-15, ETABS, cimentaciones, y vulnerabilidad sísmica.
¿Cómo se determinó la capacidad portante del suelo en la zona?
Se determinó mediante la ejecución de sondeos en el sitio siguiendo la norma ASTM D 1586, utilizando el ensayo de Penetración Estándar (SPT) para obtener los datos necesarios para el cálculo de la cimentación.
¿Qué software fue fundamental para la validación del proyecto?
El software ETABS fue la herramienta clave para modelar la estructura tridimensionalmente y obtener los datos de comportamiento frente a fuerzas sísmicas y gravitacionales.
¿Cómo se garantiza la seguridad sísmica según las conclusiones?
La seguridad se garantiza mediante una configuración estructural simétrica, una adecuada cuantía de refuerzo en los elementos y una participación de la masa superior al 90%, todo verificado bajo la normativa NEC-15.
- Quote paper
- Cristian Echeverry (Author), 2017, Diseño estructural sismo resistente del edificio de docentes de la Facultad de Ciencias Técnicas de la Universidad Estatal del Sur de Manabí, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/376730
