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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA UNIDAD TECAMACHALCO EDIFICIO DEPARTAMENTOS DE 5 NIVELES EN MAMPOSTERÍA METODO DE DISEÑO DE ESTRUCTURAS ASISTIDO POR COMPUTADORA T E S I N A QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO ARQUITECTO P R E S E N T A: ERIC MICHAEL BOUCHAN ANGELES ASESORES: M. EN C. OSCAR BONILLA MANTEROLA ING. ARQ. GUSTAVO FRANCISCO ÁVILA VÁZQUEZ MÉXICO, D.F. 2016 AGRADECIMIENTOS A MI MAMÀ ¡Te agradezco porque con tu gran esfuerzo eh logrado esta meta en mi vida, porque soy la persona que soy gracias ti, porque aun con todas las adversidades estuviste conmigo siempre ahí apoyándome incondicionalmente, con esto se termina una etapa más, una más que como todas te la dedico a ti, GRACIAS MAMÀ POR TODO! ¡TE AMO! A MI PAPÀ ¡Te agradezco porque directa o indirectamente haz contribuido a esto, porque con tu trabajo también te hago parte de esto gracias por tu apoyo brindado! A MIS HERMANOS SERGIO Y ADRIAN Gracias por su apoyo en todo sentido posible, moral, económico, por darme aliento y compartir conmigo toda esta travesía que sin duda no fue fácil, pero gracias a ustedes fue más ligera, son los mejores. A MI FAMILIA, TÍOS ABUELITA, PRIMOS A ustedes les debo mucho, jamás olvidare todos aquellos esfuerzos que ustedes hicieron a lo largo de mi trayectoria académica, todo el apoyo invaluable que sin otro afán que el de ayudar hicieron por mí, aquellos favores que jamás olvidaré y aquellos consejos que siempre llevo muy presente. NATALIA ¡Gracias por tu apoyo, por tu paciencia, por tu amor, por tu comprensión, por escucharme y por impulsarme cada vez a más y más metas por todo lo que aprendo de ti con cada día, gracias mi amor mucho de esto de lo debo a ti TE AMO! INGENIEROS Y ARQUITECTOS Que han dejado parte de su conocimiento en mí, por las oportunidades que me brindan, para continuar forjando mi carrera profesional . EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 1 CONTENIDO PROPÓSITO .................................................................................................................................................... 3 OBJETIVO ........................................................................................................................................................ 3 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................................. 4 MARCO TEÓRICO .......................................................................................................................................... 5 1.DISEÑO ESTRUCTURAL ...................................................................................................................... 5 1.1 DEFINICIÓN ...................................................................................................................................... 5 1.2 PROCESO DEL DISEÑO ESTRUCTURAL ................................................................................. 5 2. CRITERIOS DE DISEÑO ESTRUCTURAL ........................................................................................ 6 2.1 SEGURIDAD ESTRUCTURAL....................................................................................................... 6 2.2 CRITERIO REGLAMENTARIO DE DISEÑO ESTRUCTURAL ................................................ 7 3. REGLAMENTOS DE DISEÑO .............................................................................................................. 9 4. MATERIALES ........................................................................................................................................ 10 5. MAMPOSTERÍA .................................................................................................................................... 11 6. CONCRETO ........................................................................................................................................... 11 7. ACCIONES ............................................................................................................................................ 12 7.1 CLASIFICACIÓN DE LAS ACCIONES ...................................................................................... 13 7.2 COMBINACION DE ACCIONES .................................................................................................. 14 7.3 DETERMINACIÓN DE LAS ACCIONES .................................................................................... 15 8. REGLAMENTACION APLICABLE .................................................................................................... 17 9. DESCRIPCION DEL PROYECTO ......................................................................................................... 22 10. MECANICA DE SUELOS ...................................................................................................................... 37 zona de transición ................................................................................................................................... 37 REGIONALIZACION SISMICA. .............................................................................................................. 38 ESTRATIGRAFIA DEL SUBSUELO ..................................................................................................... 39 PROFUNDIDAD DE NIVEL FREATICO ................................................................................................ 41 CIMENTACIONES..................................................................................................................................... 42 ANÁLISIS GEOTÉCNICO........................................................................................................................ 42 DATOS DEL PROYECTO Y PROPUESTA DE CIMENTACIÓN .................................................. 42 PILAS Y PILOTES .................................................................................................................................... 43 COMPENSACIÓN ..................................................................................................................................... 44 EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 2 EMPUJES DE TIERRA SOBRE MUROS ............................................................................................. 45 RECOMENDACIONES MECANICA DE SUELOS .............................................................................. 46 DESCRIPCION ESTRUCTURAL ............................................................................................................... 47 CRITERIOS DE DISEÑO ESTRUCTURAL .......................................................................................... 48 UBICACIÓN ZONA ....................................................................................................................................... 48 ESPECIFICACIONES DEL REGLAMENTO DE CONSTRUCCIONES DE DF Y SUS NTC ............ 49 REVISIÓN DE DESPLAZAMIENTOS LATERALES. .......................................................................... 50 ESPECTRO DE DISEÑO SÍSMICO ....................................................................................................... 51 ANALISIS DE CARGAS .............................................................................................................................. 52 ANALISIS DE MODELO TRIDIMENSIONAL ........................................................................................... 53 CREACION Y ASIGNACIÒN DE SECCIONES ....................................................................................... 56 SOPORTES .................................................................................................................................................... 57 CREACIÒNDE SOPORTE APOYADO ................................................................................................ 58 NODO RESTRINGIDO ............................................................................................................................. 59 CREACIÒN NODO RESTRINGIDO ................................................................................................... 60 GRUPOS ......................................................................................................................................................... 61 PARAMETROS DE DISEÑO POR SISMO ............................................................................................... 62 MATERIAL MAMPOSTERIA ...................................................................................................................... 65 EMPUJES TERRENO EN SEMISOTANO Y CAJON DE CIMENTACION ......................................... 66 APLICACIÓN DE CARGAS DE SERVICIO ............................................................................................. 69 NODO MAESTRO ......................................................................................................................................... 76 DESPLAZAMIENTOS REALES ................................................................................................................. 79 CON CARGA MUERTA ........................................................................................................................... 79 SISMO EN X ............................................................................................................................................... 80 SISMO EN Z ............................................................................................................................................... 80 COMBINACIONES .................................................................................................................................... 81 DISEÑO DE CONCRETO STAAD ............................................................................................................. 82 ANALISIS Y DISEÑO DE ELEMENTOS COLUMNAS ........................................................................... 85 ANALISIS DE MUROS DE MAMPOSTERIA ......................................................................................... 107 ANEXO 1 FICHA TECNICA TABIMAX..................................................................................................... 113 ANEXO 2 PLANOS ESTRUCTURALES .................................................................................................. 114 CONCLUSIONES ........................................................................................................................................ 115 EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 3 PROPÓSITO El propósito del presente trabajo es elaborar un modelo estructural que represente correctamente cada una de las condiciones de carga que actúan en una estructura. La correcta aplicación de nuevas herramientas como lo son los programas de diseño estructural (STAADPro ). OBJETIVO El objetivo de esta reseña es obtener una propuesta de diseño estructural en lo que respecta al análisis de subestructura y superestructura, que cumpla con los criterios y requisitos de seguridad establecidos en la reglamentación aplicable en este caso RCDF en conjunto con su NTC. Hacer un análisis estructural del proyecto, el uso final que tendrá y que determinará la respuesta de la estructura ante las diferentes acciones a las que será sometida. EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 4 INTRODUCCIÓN El presente trabajo tiene como finalidad el desarrollo del proyecto estructural de un edificio de departamentos de interés social en el predio ubicado en calle municipio libre (eje 7 sur) no.154, colonia portales norte, delegación Benito Juárez, México D.F. el cual se desarrollará con ayuda del programa de diseño STAADPro. El proyecto cuenta con tres etapas de desarrollo, la primera es una metodología y análisis, en donde se describen y consideran los elementos tales como: diseño arquitectónico, localización, mecánica de suelos, materiales y propiedades, así como los criterios estructurales de cada uno de los elementos del proyecto. Estos datos fueron recopilados por estudios previos y aprobados considerando un alto criterio de seguridad. La segunda fase, es la recopilación de conocimientos y criterios al edificio, teniendo como soporte el modelo del proyecto en el software de análisis y diseño estructural STAADPro que nos proporcionará las fuerzas internas o elementos mecánicos, tales como las fuerzas axiales, los cortantes, los momentos flexionantes y de torsión, etc; a los que van a estar sometidos los diferentes componentes de la estructura como vigas, columnas y muros. Por último y considerando la más importante es la recopilación de resultados que el modelo genera, así se podrá hacer una evaluación y llegar a las conclusiones satisfactorias para el desarrollo del proyecto estructural. EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 5 MARCO TEÓRICO 1.DISEÑO ESTRUCTURAL 1.1 DEFINICIÓN Estructura se define como algo que constituye el interior de un objeto o ser viviente pero que soporta peso, es decir, recibe y transmite cargas. Diseño estructural se define como un conjunto de actividades a desarrollar para determinar las características físicas de una estructura, de manera que sea posible garantizar la absorción de las cargas a las que va a estar sujeta en las diferentes etapas de su vida útil sin sufrir daño alguno. Siendo como objetivo final producir estructuras que den un mejor rendimiento, es decir, que sean seguras, económicas, funcionales y duraderas. 1.2 PROCESO DEL DISEÑO ESTRUCTURAL Existe una serie de pasos para realizar un diseño estructural: 1. Estructuración: Se elegirán los materiales que incluiremos en la estructura para conocer pesos y propiedades mecánicas, lo cual nos permitirá saber el tipo de estructura que requiere dicha obra. 2. Análisis: Aquí se observará la respuesta de la estructura ante las acciones a las cuales será sometida; aquí se modelará la estructura, se hará una determinación de las acciones de diseño y la determinación de los elementos mecánicos de diseño. 3. Dimensionamiento: Se obtienen las dimensiones correspondientes al detallar los elementos estructurales que conforman la estructura, además se revisan si se cumple con los requisitos de seguridad establecidos. EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 6 2. CRITERIOS DE DISEÑO ESTRUCTURAL 2.1 SEGURIDAD ESTRUCTURAL El diseño estructural tiene como objetivo proporcionar soluciones que por medio del aprovechamiento óptimo de las propiedades de los materiales y de las técnicas de construcción dan lugar a un buen comportamiento en condiciones normales de funcionamiento con una seguridad adecuada contra la posible ocurrencia de una falla. La respuesta de la estructura está representada por el conjunto de parámetros físicos que describen su comportamiento ante las acciones la respuesta por supuesto debe estar comprendida dentro de ciertos valores llamados límites para, de esta manera garantizar tanto el adecuado funcionamiento como la estabilidad en estructura. Se establecerá el concepto de estado límite, el cual se define como la etapa del comportamiento a partir de la cual la respuesta de la estructura se considera inaceptable. Existen dos estados límite: Estados límite de falla: Son los relacionados con la seguridad y corresponden a situaciones de falla parcial o total de la estructura. Estados límites de servicio: Que se relacionan con situaciones que afectan el correcto funcionamientode la estructura, pero que no ponen en peligro la estabilidad de la construcción, como pueden ser deformaciones, vibraciones, etc.; es decir efectos que provocan en el usuario inseguridad e impiden el uso confiable de la estructura construida. Por lo que podríamos llegar a concluir que el objetivo del diseño estructural es no rebasar los estados límites de los cuales el de falla debe considerarse producido por la combinación de acciones más desfavorables durante la vida útil de la estructura, mientras que el de servicio contempla que la estructura funcione correctamente ante la acción de cargas normales de operación, por lo que los reglamentos marcan los parámetros convencionales basados en el bienestar de los usuarios. Para observar estos parámetros se comparan los efectos internos que actúan en las estructuras con las resistencias correspondientes a lo que definiremos como resistencia de un elemento con respecto a un efecto determinado al valor de tal efecto capaz de conducir a la estructura a un estado límite de falla. Puede haber EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 7 tantas resistencias como estados límite de falla; por ejemplo, la resistencia a la flexión, será el momento flexionante máximo que una sección es capaz de resistir; por lo tanto, es posible hablar también de resistencia al cortante, a la torsión y a la fuerza axial por lo que el estado limite que regirá la falla será aquel que primero se alcance al crecer la intensidad de la acción. Para evitar que la estructura llegue a un estado límite de falla se recurre a factores de seguridad cuyos valores dependen de diversos aspectos como son: La porción de la estructura afectada por la falla El costo de lo que pueda dañarse en equipo u otros aspectos El número de personas afectadas por la falla Las consecuencias de la interrupción del servicio de la estructura La forma de la falla, dúctil o frágil La seguridad se debe examinar contra el costo de la estructura para así lograr una confiabilidad adecuada al menor costo posible. Los factores de seguridad se fijan en los códigos para los casos más usuales y los valores de diseño de las acciones son especificados por reglamentos y determinados por razonamientos estadísticos y probabilísticos. 2.2 CRITERIO REGLAMENTARIO DE DISEÑO ESTRUCTURAL En el aspecto de la seguridad, es importante plantear el diseño en términos que permitan identificar en que se quiere o pretende tener seguridad, en donde se deben aplicar los factores mencionados y el efecto se quieren cubrir. Por lo que se debe plantear el estado límite, ya que se puede comparar la resistencia de cada estado límite contra la acción respectiva. Manejando correctamente el concepto de resistencia y el de acción se podrá llegar a diseñar con un factor de seguridad óptimo el cual expresamos: 𝐹𝑆 = 𝐴𝑅 𝐴𝑆 AR = valor de la resistencia esperada (acción resistente). AS = valor de la acción o carga de servicio (acción de servicio). Los reglamentos definen de forma rígida los factores de seguridad por medio de factores parciales. ya que el número de incertidumbres que aparecen al evaluar las resistencias y las acciones, por lo que los reglamentos manejan las incertidumbres EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 8 a través de factores de reducción aplicados a los valores de los esfuerzos límite de los materiales y las incertidumbres en las acciones o cargas, a través de los llamados factores de carga. El planteamiento de los estados límite conduce en forma directa a lo que denomina criterio de diseño por resistencia última (artículo 193 RCDF), y se plantea: FR (AR)≥ FC(AS) Donde las resistencias AR se multiplican por un factor de reducción, llamado generalmente factor de reducción de resistencia o factor de resistencia FR del cual genera un valor conservador. En el otro lado de la desigualdad se representa las fuerzas internas obtenidos del análisis y estas se multiplican por el factor de carga FC que tome en cuenta la probabilidad de que el efecto de las acciones adopte un valor desfavorable cuando estás se combinan. El factor de resistencia establece considerando el tipo de falla (frágil o dúctil), la dispersión de los resultados de laboratorio en relación a los teóricos y otros factores. Por ejemplo la resistencia a la flexión (cuyo medio se denomina momento resistente) es afectado por un factor de resistencia FR=0.9 debido a que el estado límite de falla por flexión se alcanza con grandes deformaciones (dúctil) y, además, los estudios de laboratorio reflejan una estrecha relación entre los resultados de las expresiones reglamentarias los resultados experimentales en cambio usualmente los diseños por cortante (fallas frágiles) emplea factores de resistencia menores que los de flexión. El factor de carga, en la mayoría de los casos, magnitudes mayores de carga conducen a situaciones de mayor riesgo, siendo factor de carga FC mayor que la unidad. En otros casos (análisis de flotación de estructuras portuarias, estabilidad de muros de contención, succiones de techumbres) magnitudes menores de carga conducen a situaciones más desfavorables; en dichos casos, se establece un factor de carga menor que la unidad. Es frecuente que con una misma estructura deba ser analizada con distintas combinaciones de carga, lo que implica el empleo de más de un factor de carga en su diseño; sin embargo, para la mayoría de los diseños (correspondientes efectos producidos por las cargas muertas más la acción de las cargas vivas), el factor de carga equivale a FC=1.4 para este último valor el criterio de diseño se puede enunciar como: El proceso de diseño consiste en capacitar a un elemento estructural para que resista cuando menos las acciones se inició más el efecto de una sobrecarga de 40%. EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 9 3. REGLAMENTOS DE DISEÑO Un buen proyecto se atribuye al cabal cumplimiento de las normas establecidas para el efecto. En este sentido al conjunto de normas que establecen una serie de disposiciones legales se les denomina reglamento, el cual es un documento legal que tiene por objetivo fundamental proteger a la sociedad contra la ocurrencia de un colapso, funcionalmente de las estructuras. El grado de protección no es absoluto, pero deberá tratar de que el proyecto sea congruente con las consecuencias de posibles fallas y el costo que representa a aumentar la seguridad. Los reglamentos son elaborados por grupos de especialistas y revisados por personas o instituciones interesadas, por lo que el reglamento refleja el punto de vista de sus redactores, así como de los conocimientos que se tengan en el momento de su elaboración. Hay dos tipos de reglamentos en lo relativo al diseño estructural: 1) Reglamentos funcionales. Los que fijan los requisitos de seguridad y funcionamiento; él proyectista tiene la libertad para cumplirlos de acuerdo a su experiencia. 2) Reglamentos prescriptivos. Prescriben en todo detalle los procedimientos que deben seguirse para lograr el grado de seguridad deseado. La mayoría los reglamentos de diseño en vigencia son prescriptivos y dependiendo de su clase, pueden abarcar diversos aspectos de la ingeniería estructural, ya sea de acuerdo al tipo de estructura o material. Algunos ejemplos de reglamentos: CODIGO ACI: American Concrete Institute CODIGO AISC: American Institute Of Steel Contruction CODIGO AASHTO: American Association Of State Highway And Transportation Officials CODIGO UBC: Uniform Building Code (Proyecto De Edificios) CODIGO CEB: Comité Européen Du Betón (Concreto) Al igual, existen reglamentos que rigen una gran variedad de aspectos industriales, entre ellos los estructurales, como son las normas alemanas DIN que regulan una gran cantidad de procesos industriales. EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIOLIBRE Página | 10 En México existen varios códigos que reglamentan diversos aspectos del diseño estructural; en los que encontramos, El Manual De Obras Civiles, editado por la comisión federal quisiera y la edición en español del código ACI. Sin embargo, el reglamento específico para las conclusiones urbanas más frecuentemente empleado es el reglamento de construcciones del Distrito Federal (RCDF), y además sirve de modelo para reglamentaciones en lugares del interior de la república mexicana. El RCDF vigente consta de un cuerpo principal que en su título VI se refiere a aspectos específicos del diseño estructural para abarcar los diversos materiales estructurales fueron emitidas las normas técnicas complementarias (NTC), de fácil actualización desde el punto de vista legal. Dichas normas consisten en: NTC sobre criterios y acciones para el diseño estructural de las edificaciones. NTC Para el diseño y con el de estructuras de concreto. NTC Para diseño y construcción de estructuras de acero. NTC Al diseño y construcción de estructuras de madera. NTC Para el diseño y construcción de estructuras de mampostería. NTC Para el diseño y construcción de cimentaciones NTC Para diseño por sismo NTC Para diseño por viento El RCDF tiene equivalencia con reglamentos de otros países, lo que permite considerar que el criterio de diseño contemplado en este texto puede ser de consulta en otras partes; por ejemplo, en el caso del concreto está el ACI, en acero,AISC, etc. 4. MATERIALES Se deben conocer las características de los materiales estructurales. Desde luego hay que aclarar lo que se entiende por materia estructural y encontramos; acero, concreto, piedras, tabiques, madera, etc., se les conoce como materiales estructurales que se utilizan en la construcción para soportar las cargas y proporciona resistencia y estabilidad. Otro tipo de materiales que también se usan en la construcción son para los acabados o para la protección contra el intemperismo. EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 11 La resistencia es la propiedad más importante del material estructural, es la que define la fuerza que será capaz de soportar un elemento estructural antes de que falle. y se establece en términos esfuerzo (kg/cm2). 5. MAMPOSTERÍA Mampostería es el conjunto de elementos pétreos naturales o artificiales (piezas), unidos (juntéados) por medio de un mortero con el fin de formar una estructura resistente. Este material se usa ampliamente en las edificaciones que se construyen en México, la metodología que se utiliza y se recomienda las normas oficiales es sencillo, es decir se emplean factores de seguridad altos que en muchas ocasiones no reflejan el comportamiento real de la mampostería. En México se desarrollan investigaciones que van reafirmando los conocimientos para la mejora en la metodología para realizar diseños óptimos. En la actualidad, la mampostería se emplea en la construcción de viviendas tanto unifamiliares como multifamiliares, siendo las estructuras más altas en este material del orden de cinco niveles, aunque existen algunos casos de mayor altura. También se emplea en la construcción de muros de contención, así como en muros de ornamentación, de división y en la construcción de cimientos, chimeneas etc. La mampostería puede ser de piedras naturales (areniscas, asaltos, granito, mármol, etc.) O artificiales (arcillas, concreto, silicio calcáreo, etc.) Y su representación es diversa, por ejemplo, al natural, en caso de piedras o en forma de tabiques y bloques tanto macizos como huecos, en el caso de la arcilla y el concreto. Contar con alternativas diferentes en lo que corresponde a los tipos de piezas de mampostería permite la realización tanto de elementos estructurales como no estructurales, es decir elementos de fachadas, divisorios etc. Sin embargo, lo que se trata en este caso son los elementos que tienen una función estructural. 6. CONCRETO Es el material que frecuentemente se utiliza en la construcción de múltiples y diversas edificaciones, tanto en nuestro país como en el resto del mundo las características de este material son especiales ya que ofrece la oportunidad de cambiar sus propiedades. EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 12 Hay situaciones por las que hay que realizar estudios más detallados ya que se desconocen a ciencia cierta todas las características de este material y las más frecuentes son: que la calidad del concreto puede afectarse durante el proceso de su fabricación, esto es, en el mezclado, colocación, curado, transportación, etc. El concreto, como se sabe, es una mezcla de varios materiales: cemento agua, agregados finos(arena) y gruesos (graba). A la arena y a la grava se le denomina agregados inertes y son utilizados en la mezcla para disminuir la cantidad de cemento y de esta manera obtener un producto más económico al agua y el cemento se les denomina agregados activos, ya que al unirse provocan una reacción química que produce el fraguado, el cual no nuestro proceso de endurecimiento de la mezcla hasta llegar a la solidez. La característica más importante del concreto es su alta capacidad a la compresión, pero no a la atención sin embargo esta deficiencia se corrige con la introducción de un material que absorbe las tensiones como el acero de refuerzo, cuya combinación produce un material óptimo para la protección de elementos estructurales que se llama concreto reforzado. 7. ACCIONES Para anticipar las diferentes clases de cargas y fuerzas que pueden llegar a actuar en la estructura que se está diseñando, se cuenta con códigos de diseño en donde se encontraran las especificaciones de las caras más usuales para las estructuras, aunque en ocasiones tiene que acudir al criterio personal. Antes del siglo XIX la mayoría de las estructuras se construían en forma masiva y fundamentalmente resistían su propio peso, sin tomar en cuenta las demás cargas, debido a la calidad de los materiales y a la inexistencia del análisis estructural. En la actualidad es de mayor importancia tener clara la definición de acción que se considerarán en el diseño, como se clasifican, analizar sus efectos, cuál es su magnitud y cómo se combinan para así poder tomar en cuenta el efecto en su conjunto. Las acciones se deben a fenómenos físicos complejos, por lo que se requiere de un modelo para evaluarlas en general el modelo consiste en representar a estas acciones como sistema de fuerzas concentradas lineales distribuidas uniformemente o no uniformemente. . EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 13 7.1 CLASIFICACIÓN DE LAS ACCIONES El calculista debe establecer las acciones que afectan la estructura ocasionando en ella efectos significativos. La clasificación de estas acciones puede hacerse con diferentes criterios; sin embargo, el más importante es el que clasifica las acciones con base en la duración con la que obran en estructura; el reglamento de construcciones de la Ciudad de México las clasifica de la siguiente forma: 1) ACCIONES PERMANENTES: Sobre ellas que obran en las suturas en forma continua y cuya intensidad se puede considerar no variante con respecto al tiempo. En esta clasificación entre las cargas muertas, que son debido al peso propio de las estructuras, a empujes estáticos y hace de tierras, líquidos o granos que tengan un carácter permanente. También se consideran las deformaciones y los desplazamientos impuestos debidos efectos del pre- esfuerzo o a movimientos diferenciales permanentes de los apoyos, equipo o maquinaria fijos, etc. 2) ACCIONES VARIABLES: Son aquellas que obran sobre la estructura con la intensidad variable con respecto al tiempo pero que alcanzan valores significativos durante períodos grandes. En este están las cargas vivas que son las que se originan por elfuncionamiento de la estructura y que no tienen carácter permanente, como pueden ser: las personas, el mobiliario y el equipo, los cables de temperatura etc. 3) ACCIONES ACCIDENTALES: Son aquellas que no se deben al funcionamiento normal de la estructura, pero que toman valores muy significativos sólo durante breves períodos en la vida útil de la construcción. En ese tipo están el sismo, el viento, el oleaje, las explosiones etc. Esta clasificación, se consideran variables aleatorias, ya que se presentan distintas incertidumbres al determinar el efecto de dichas acciones sobre las estructuras; las fuentes de incertidumbre son el producto de la variación propia del fenómeno que produce la acción. Se pueden reducir las incertidumbres contando con estudios estadísticos para cada tipo de acción que se observe, los cuales van a permitir establecer la distribución de probabilidades de dicha variable para poder tener valores más precisos. Para tomar en cuenta la incertidumbre en el conocimiento de las acciones, los reglamentos especifican valores de diseño que son conservadores. También esos valores especificados en los códigos responden al ascenso en los años anteriores o a la de aquellos que realizan estas normas. En él RCDF se definen los valores de las acciones de diseño que deben emplearse en los análisis, como aquellos que tienen una probabilidad de 2% de ser exhibido EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 14 durante la vida útil de la estructura (percentil 98). En otros códigos y reglamentos, este valor puede ser diferente. Por lo general, los valores de los distintos tipos de cargas tienen definidos en todas en los diferentes códigos y reglamentos; esos valores se derivan de este estadístico que se llevan a cabo después de realizar una serie de ensayos de laboratorio con especímenes que reúne las mismas características y cuyos resultados generan un histograma en el cual se desarrolla la curva de variación y en el que se observa el concepto denominado percentil. Los valores encontrados se denominan valores nominales máximos y mínimos y el RCDF propone que se tenga suficiente información para determinar de manera confiable la distribución de probabilidades, se calculan de acuerdo con estudios estadísticos y probabilísticos, siguiendo los criterios mencionados. 7.2 COMBINACION DE ACCIONES La combinación de acciones se debe entender como el efecto conjunto de las mismas actuando a un tiempo y en una estructura cuya seguridad deberá revisarse para esta condición. De acuerdo a lo establecido por el RCDF (normas técnicas complementarias, criterios acciones, 2.2. A), en la combinación común de acciones intervendrán todas las acciones permanentes, una acción variable con su valor máximo o varias que tengan una probabilidad de ocurrir al mismo tiempo. En otro tipo de combinación, llamada excepcional (NTC, criterios y acciones,2.2. B), intervendrán todas las acciones permanentes, una acción accidental y las acciones variables que tengan probabilidad significativa de ocurrir simultáneamente cuando actúa la acción accidental. Por lo tanto, en edificaciones comunes las acciones pueden identificarse como: Carga muerta (como acción permanente) Carga viva (como acción variable) El sismo o el viento como acción accidental, aunque no actuando al mismo tiempo, ya que la probabilidad de que esto suceda es casi nula. Con base en lo anterior las combinaciones reglamentadas son las siguientes: Carga muerta + carga viva (con su máximo valor) Carga muerta + carga viva con valor reducido + sismo o viento EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 15 Cada combinación de acciones constituye un paso para el cual la estructura debe ser analizada, y el dimensionamiento final de los elementos de la estructura se hace con base en los efectos más desfavorables encontrados. El RCDF establece el empleo de unos factores denominados de carga (fc), los cuales deberán multiplicar las combinaciones de acciones calculadas convirtiéndolas en cargas o acciones últimas que se emplearán para el diseño. Para combinación acciones que incluyan cargas muertas, cargas vivas y cargas accidentales, el valor del pacto es 1.1 7.3 DETERMINACIÓN DE LAS ACCIONES La forma de evaluar las cargas está basada en la normatividad que él RCDF establece. Cabe mencionar que para efectos de ese trabajo sólo se evaluarán las cargas que aparecen en construcciones habitacionales particularmente en viviendas. La evaluación de cada acción será de acuerdo con lo descrito anteriormente. CARGAS PERMANENTES (CARGAS MUERTAS) La carga muerta se entiende como el conjunto de acciones básicamente derivadas peso propio de la estructura, muros divisorios, acabados en pisos, muros y techos, la herrería con ventanas, instalaciones y equipo que estará fijo durante la vida útil de la construcción etcétera. En general, el cálculo de esta carga no representa mayor problema ya que se obtiene mediante la multiplicación de los volúmenes de los elementos de la construcción por su peso volumétrico respectivo. Esas cargas se representan comúnmente como cargas uniformes distribuidos de manera lineal o por áreas, o también se representan como concentraciones. El reglamento y algunos otros códigos que presentan tablas de pesos monolíticos distintos materiales, valores con los que es posible calcular las cargas muertas. Cabe aclarar que, en las tablas, los pesos volumétricos se muestran los valores, el máximo y el mínimo por lo que se recomienda siempre utilizar el máximo para reducir las incertidumbres con respecto a su valor real, sin especificar el reglamento otra cosa. En todo proyecto van existir elementos estructurales, como losas, vigas etc., cuyas dimensiones se desconocen, por lo que es necesario definir las dimensiones de EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 16 tales elementos de manera inicial. A este proceso se le denomina pre dimensionamiento. El pre dimensionamiento tres diferentes elementos se realizan utilizando algunos criterios que los códigos sugieren, pero también, siempre esta cuenta con sucinta experiencia, podrá proponer de entrada esas dimensiones. Es necesario hacer esto puesto que se requiere conocer las dimensiones de los elementos rurales para poder evaluar su peso y de esa forma, realizar los cálculos respectivos. Sin embargo, una vez realizado el diseño definitivo existe la probabilidad de que las dimensiones propuestas inicialmente no coincidan con las finales lo que llevaría a adecuar de nuevo las cargas presentándose el problema de desconocimiento del valor real de las cargas. También suele suceder que un previsto arquitectónico no esté completamente hallado por lo que al realizar el cálculo del pre que no cuenta con toda la información y tiene que estimar una serie de cargas que no coinciden con la realidad. Por ejemplo, una vivienda el tipo de piso en muchas ocasiones no está definido y para realizar la estimación de la carga muerta de las rosas y reconsiderar un piso pesado como granito cerámico u otro. Con esto se garantiza estar del lado más favorables ya que probablemente el piso que los usuarios decidan tener sea alfombra. El reglamento especifica que en losas de concreto de peso volumétrico normal se aumenten 20 kg/m2 al peso propio y se coloca firme, será agregar una cantidad igual lo que resulta una sobrecarga de 40 kg/m2. CARGAS VARIABLES (CARGAS VIVAS) Estas cargas se derivan de la función que tenga la edificación. Por lo tanto, toda carga que no tenga una posición fija dentro de la concepción se considerara como carga variable es decir carga viva. Esta carga de operación hasta poco más por la suma de diversos factores llevaría con respecto al tiempo, sino su comportamiento desde estático casi permanente hasta un efecto dinámico con impacto. En este caso el RCDF establece,en las NTC criterios y acciones. Una tabla de cargas vivas que deberán emplearse en los diseños y diversos usos de las construcciones, además define 3 valores de cargas vivas. Carga viva máxima (WM) esta carga se verá emplear en el diseño estructural de los elementos de una estructura sujeta a la acción de las cargas verticales gravitacionales, así como en el cálculo de asentamientos inmediatos del suelo y en el diseño de las cimentaciones. Carga instantánea(WA) estas emplear a para el diseño de las estructuras con esas sujetas a la acción del sismo y el viento. EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 17 Carga media (W) ésta se deberá ampliar para el cálculo de asentamientos diferidos, así como para el cálculo de flechas diferidas. A estas cargas el reglamento las considera como distribuidos de manera uniforme en el área tributaria del elemento lo anterior implica que la carga viva toma valores diferentes para cada caso de diseño que se tenga que realizar. De las cargas vivas en las tres modalidades depende de dos factores: el destino del área sobre la que actúa y el tamaño de la misma. Desde luego el destino del área es más importante, este tipo de ocupación determina las actividades que se van a realizar en el lugar, definiendo de esta forma las características de las acciones que puedan presentarse. CARGAS ACCIDENTALES (SISMO) De las acciones accidentales la más importante para el diseño de casa-habitación es el sismo. El efecto de los sismos en una construcción, a diferencia de los salarios y las cargas muertas, no puede ser estudiado como las permanentes y semipermanentes. El objetivo del diseño sísmico de las estructuras es lograr las tres características que rigen en un comportamiento sísmico: resistencia, rigidez y ductilidad en estructuras de mampostería la resistencia desproporcionada por los moros alineados en cada dirección que deben resistir la acción completa debido al sismo las otras dos características son obtenidas por las propiedades intrínsecas del material, aunque es difícil conciliar rigidez con ductilidad. 8. REGLAMENTACION APLICABLE CLASIFICACIÓN POR USO: Art. 139.- para efectos de este título las construcciones se clasifican en los siguientes grupos: grupo b, edificaciones destinadas a viviendas, oficinas y locales comerciales, hoteles y construcciones comerciales e industriales no incluidas en el grupo a: a) subgrupo b1: edificaciones de más de 30m de altura o con más de 6000 m2 de área total construida, ubicadas en las zonas i y ii a que se aluden en el artículo 170 de este reglamento y construcciones de más de 15 m de altura más de 3000 m2 de área total construida, en zona iii; en ambos casos las áreas se refieren a un solo cuerpo de edificio que cuente con medios propios EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 18 de desalojo: acceso y escaleras, incluyendo las áreas de anexos, como pueden ser los propios cuerpos de escaleras. el área de un cuerpo que no cuente con medios propios de desalojo se adicionara a la de aquel otro a través del cual se desaloje. FACTORES DE CARGA El factor de carga por reglamento de construcciones del distrito federal según título sexto denominado “seguridad estructural de las construcciones” en su capítulo III para determinar el factor de carga FC se aplicarán las siguientes reglas: a) para combinaciones de acciones clasificadas en el inciso 2.3.a se aplicará un factor de carga de 1.4 cuando se trate de edificaciones del grupo a, el factor de carga para este tipo de combinación se tomará igual a 1.5 INCISO 2.3.A Para las combinaciones de acciones que incluyan acciones permanentes y acciones variables, se consideraran todas las acciones permanentes que actúen sobre la estructura y las distintas acciones variables, de las cuales la más desfavorable se tomará con su intensidad máxima y el resto con su intensidad instantánea o bien todas ellas con intensidad media cuando se trate de evaluar efectos a largo plazo. Para la combinación de carga muerta más carga viva se empleará la intensidad máxima de la carga viva de la sección seis. Uno considerándola uniforme repartida sobre toda el área cuando se tomen en cuenta distribuciones de la carga viva más desfavorables de la uniforme repartida deberán tomarse los valores de la intensidad instantánea. CAPITULO III DEL RCDF. CRITERIOS DE DISEÑO ESTRUCTURAL ART 146.- Toda edificación debe contar con un sistema estructural que permita el flujo adecuado de las fuerzas que generan las distintas acciones de diseño, para que dichas fuerzas puedan ser transmitidas de manera continua y eficiente hasta la cimentación, debe contar además con una cimentación que garantice la correcta transmisión de dichas fuerzas al subsuelo. ART 147.- Toda estructura y cada una de sus partes deben diseñarse para cumplir con los requisitos básicos siguientes: I. Tener seguridad adecuada contra la aparición de todo estado límite de falla posible ante las combinaciones de acciones más desfavorables que puedan EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 19 presentarse durante su vida esperada. II. No rebasar ningún estado límite de servicio ante combinaciones de acciones que corresponden a condiciones normales de operación. ART 148.- Se considera como estado límite de falla cualquier situación que corresponda al agotamiento de la capacidad de carga de la estructura o de cualquiera de sus componentes, incluyendo la cimentación, o al hecho de que ocurran daños irreversibles que afecten significativamente su resistencia ante nuevas aplicaciones de carga. ART 149.- Se considerará como estado límite de servicio la ocurrencia de desplazamientos, agrietamientos, vibraciones o daños que afecten el correcto funcionamiento de la edificación, pero que no perjudiquen su capacidad para soportar cargas. los valores específicos de estos estados limite se definen en las normas. ART 150.- En el diseño de toda estructura deben tomarse en cuenta los efectos de las cargas muertas, de las cargas vivas, del sismo y del viento cuando este último sea significativo. Las intensidades de estas acciones que deban considerarse en el diseño y la forma en la que deben calcularse sus efectos se especifican en las normas correspondientes. Cuando sean significativos, deben tomarse en cuenta los efectos producidos por otras acciones como los empujes de tierras y líquidos, los cambios de temperatura, las concentraciones de los materiales, los hundimientos de los apoyos y las solicitaciones originadas por el funcionamiento de maquinaria y equipo que no estén tomadas en cuenta en las cargas especificadas en las normas correspondientes. ART 151.- Se considerarán tres categorías de acciones, de acuerdo con la duración en que obren sobre las estructuras con su intensidad máxima, las cuales están contenidas en las normas correspondientes. ART 152.- Cuando deba considerarse en el diseño el efecto de acciones cuyas intensidades no estén especificadas en este reglamento ni en sus normas, estas intensidades deberán establecerse siguiendo los procedimientos aprobados por la secretaría de obras y servicios y con base en los criterios generales que se mencionan en las normas. ART 153.- La seguridad de una estructura debe verificarse para el efecto combinado de todas las acciones que tengan una probabilidad no despreciable de ocurrir simultáneamente, considerándose dos categorías de combinaciones que se EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 20 describen en las normas. ART 154. El propietario o poseedor del inmueble es responsable de los perjuicios que ocasione el cambio de uso de una edificación cuando produzca cargas muertas o vivas mayores o con una distribución más desfavorable que las del diseño aprobado. también es responsable de los perjuicios que puedan ser ovacionadospor modificaciones a la estructura y al proyecto arquitectónico que modifiquen la respuesta de la estructura ante acciones sísmicas. ART 155.- Las fuerzas internas y las deformaciones producidas por las acciones se determinarán mediante un análisis estructural realizado por un método reconocido que tome en cuenta las propiedades de los materiales ante los tipos de carga que se estén considerando. ART 156. Los procedimientos para la determinación de la resistencia de diseño y de los factores de resistencia correspondientes a los materiales y sistemas constructivos más comunes se establecen en las normas de este reglamento. En los casos no comprendidos en las normas mencionadas, la resistencia de diseño se determinará con procedimientos analíticos basados en evidencia teórica y experimental o con procedimientos experimentales de acuerdo con el art 157 de este reglamento. En ambos casos el procedimiento para la determinación de la resistencia de diseño deberá ser aprobado por la secretaría de obras y servicios. Cuadro se siga un procedimiento no establecido en las normas, la delegación previo dictamen de la secretaría de obras y servicios podrá exigir una verificación directa de la resistencia por medio de una prueba de carga realizada de acuerdo con lo que dispone el art. XII de este título. ART 157.- La determinación de la resistencia debe llevarse a cabo por medio de ensayes diseñados para simular, en modelos físicos de la estructura o de porciones de ella, el efecto de las combinaciones de acciones que deban considerarse de acuerdo con las normas de este reglamento. Cuando se trate de estructuras o elementos estructurales que se produzcan en forma industrializada, los ensayos se harán sobre muestras de la producción o de prototipos, en otros casos, los ensayes podrán efectuarse sobre modelos de la estructura en cuestión. La selección de las partes de la estructura que se ensaye y del sistema de carga que se aplique debe hacerse de manera que se obtengan las condiciones más desfavorables que puedan presentarse en la práctica, pero tomando en cuenta la interacción con otros elementos estructurales. Con base en los resultados de los ensayes se deducirá una resistencia de diseño EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 21 tomando en cuenta las posibles diferencias entre las propiedades mecánicas y geométricas medidas en los especímenes ensayados y las que puedan esperarse en las estructuras reales. El tipo de ensaye, el número de especímenes y el criterio para la determinación de la resistencia de diseño se fijará con base en criterios probabilísticos y deben ser aprobados por la secretaría de obras y servicios, la cual podrá exigir una comprobación de la resistencia de la estructura mediante una prueba de carga de acuerdo con el capítulo XII de este título. ART 158.- Se revisará que para las distintas combinaciones de acciones especificadas en el art 153 de este reglamento y para cualquier estado límite de falla posible, la resistencia de diseño sea mayor o igual al efecto de las acciones que intervengan en la combinación de cargas en estudio, multiplicada por los factores de carga correspondientes, según lo especificado en las normas. También se revisará que, bajo el efecto de las posibles combinaciones de acciones sin multiplicar por factores de carga, no se rebase algún estado límite de servicio ART 159.- Se podrán emplear criterios de diseño estructural diferentes de los especificados en este capítulo y en las normas si se justifican, a satisfacción de la secretaria de obra y servicios, que los procedimientos de diseño empleados dan lugar a niveles de seguridad no menores que los que se obtengan empleando los previstos en este reglamento; tal justificación debe realizarse previamente a la declaración de la manifestación de construcción o a la solicitud de la licencia de construcción especial. CAPITULO VIII. DISEÑO DE LAS CIMENTACIONES ART 169.- Toda edificación se soportará por medio de una cimentación que cumpla con los requisitos relativos al diseño y construcción que establecen en las normas. las edificaciones no podrán en ningún caso desplantarse sobre tierra vegetal, suelos o rellenos sueltos o desechos. solo será aceptable cimentar sobre terreno natural firme o rellenos artificiales que no incluyan materiales degradables y hayan sido adecuadamente compactados. EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 22 9. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 23 Proyecto habitacional para vivienda multifamiliar de interés social propiedad de Desarrolladora Casarpa Sa De Cv, el predio se encuentra ubicado en calle municipio libre (eje 7 sur) no.154, colonia portales norte, delegación Benito Juárez, México D.F. y cuenta con una superficie de 280.50 m2. En el cual se desplantará una construcción con una superficie total de construcción de 1629.52 m2. Municipio Libre (Eje 7 Sur) No.154 EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 24 EDIFICIO DE DEPARTAMENTOS La construcción que se pretende construir tendrá un uso habitacional y constará de un edificio de 15 departamentos de interés social en cinco niveles: dos medios niveles y 5 niveles, dos niveles de estacionamiento para 20 autos y un acceso peatonal. cada nivel cuenta con los siguientes espacios arquitectónicos: NIVEL DE ACCESO. - acceso principal peatonal, estacionamiento (2 vehículos) y elevador de autos. SEMISÓTANO elevador de autos, 9 cajones de estacionamiento, vestíbulo, cubo de escaleras, elevador y cisterna. 1ER ENTREPISO N+ 1.50 elevador de autos, 9 cajones de estacionamiento, vestíbulo, cubo de escaleras y elevador. 1ER NIVEL , 2DO NIVEL, 3ER, 4TO NIVEL, 5TO NIVEL áreas comunes. - cubo de escalera, elevador y vestíbulo. departamento tipo 1.- vestíbulo, cocina con barra, zona de lavado, baño completo, sala-comedor, recamara 1, recamara principal con baño completo y extracción mecánica y balcón. departamento tipo 2.- vestíbulo, cocina con barra, zona de lavado, sala-comedor, recamara 1, recamara 2, y baño completo compartido para dos recamaras y extracción mecánica. departamento tipo 3.- vestíbulo, cocina con barra, zona de lavado, sala-comedor, recamara 1, recamara 2, y baño completo compartido para dos recamaras y extracción mecánica. NIVEL DE AZOTEA áreas comunes. - azotea y zona de tinacos. EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 25 D A T O S G E N E R A L E S: ANÁLISIS DE ÁREAS a. - superficie del terreno 280.50m2 b.- área libre 57.52m2 c.-área de desplante 222.98m2 d.- construcción habitacional 1114.90m2 e.-construcción no habitacional 514.62m2 total de construcción 1629.52m2 metros cuadrados de construccion Semi-sótano de estacionamiento a.- superficie total de semisotano 280.50 m2 b.- superficie estacionamiento 83.16 m2 c.- superficie de cisterna 29.64 m2 d.- superficie acceso y escalera 12.95 m2 e.- superficie de circulación vehicular 154.75 m2 planta de acceso y 1er entrepiso a.- superficie total de semisotano 280.50 m2 b.- superficie estacionamiento101.64 m2 c.- superficie acceso y escalera 26.76 m2 d.- superficie de circulación vehicular 152.10 m2 EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 26 1er nivel a.- superficie departamento tipo 1 75.00 m2 sala comedor 33.11m2 vestíbulo 3.52m2 cocina y lavado 6.22m2 baño común 3.95m2 recamara 1 11.49m2 recamara principal 13.31m2 baño rec. principal 3.40m2 b.- departamento tipo 2 61.00 m2 vestíbulo 3.10m2 sala comedor 23.52m2 cocina 8.59m2 baño 3.04m2 recamara 1 11.84m2 recamara 2 10.91m2 c.- departamento tipo 3 62.34 m2 vestíbulo 3.14m2 sala comedor 24.96m2 cocina 8.59m2 baño 3.04m2 recamara 1 11.42m2 recamara 2 11.19m2 d.- “ área común 26.94m2 Total, por construir 222.98 m2 EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 27 nivel 2,3,4 y 5 a.- superficie departamento tipo 1 75.00 m2 sala comedor 33.11m2 vestíbulo 3.52m2 cocina y lavado 6.22m2 baño común 3.95m2 recamara 1 11.49m2 recamara principal 13.31m2 baño rec. principal 3.40m2 b.- “ departamento tipo 2 61.00 m2 vestíbulo 3.10m2 sala comedor 23.52m2 cocina 8.59m2 baño 3.04m2 recamara 1 11.84m2 recamara 2 10.91m2 c.- “ departamento tipo 3 62.34 m2 vestíbulo 3.14m2 sala comedor 24.96m2 cocina 8.59m2 baño 3.04m2 recamara 1 11.42m2 recamara 2 11.19m2 d.- “ área común 26.94m2 Total, por construir 222.98 m2 EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 28 Total, de metros cuadrados de construcción 1629.52m2 Azotea La azotea del edificio de departamentos servirá para alojar el tanque de gas estacionario, así como los tinacos de agua potable, necesarios para el abastecimiento de cada uno de los espacios arquitectónicos. Acabados muros interiores con yeso plafones interiores con yeso muros húmedos de regadera con azulejo tipo económico W.C. marca zafiro o similar (línea económica) lavabo marca zafiro o similar (línea económica) baños y cocina de loseta cerámica cancelería de aluminio línea 1500, cristal claro 4mm puertas de multipanel o similar con chapa (línea económica) piso de porcelanatos.m.a. en color claro marca castell o similar en estancia - comedor. Sistema de entre piso: vigueta y bovedilla de poliestireno EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 29 PLANTA SEMISOTANO EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 30 NIVEL DE BANQUETA +- 0.00 EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 31 NIVEL ESTACIONAMIENTO +- 1.50 EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 32 NIVEL TIPO EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 33 PLANTA AZOTEA EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 34 CORTE LONGITUDINAL EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 35 CORTE TRANSVERSAL EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 36 FACHADA PRINCIPAL EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 37 10. MECANICA DE SUELOS ZONIFICACIÓN GEOTÉCNICA ART. 170 para fines de este título, el distrito federal se divide en tres zonas, de entre las cuales el proyecto de estudio se ubica en II (zona de transición) ZONA DE TRANSICIÓN En esta zona es donde ocurren los cambios notables en la estratigrafía. En esta zona se encuentran superficialmente depósitos de arcilla o limo orgánico de la formación becerrea cubriendo a estratos de arcilla muy comprensible intercalados con lentes de arena, los cuales descansan sobre potentes mantos de arena y grava. Ubicación del proyecto dentro de la zona geotécnica (NTC-RCDFY SSN-UNAM) EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 38 Esta zona se caracteriza por los grandes espesores de arcillas blandas de alta compresibilidad, que subyacen a una costra superficial de espesor variable en cada sitio, dependiendo de la localización e historia de cargas. Por ello, la zonadel lago se ha dividió en tres sub zonas atendiendo a la importancia relativa de dos factores independientes: a) el espesor y propiedades de la costra superficial. b) la consolidación inducida en cada sitio. REGIONALIZACIÓN SÍSMICA. El predio se localiza de acuerdo a lo que el reglamento de construcciones de DF a través de las normas técnicas complementarias para diseño por sismo considera el sitio dentro de la zona IIIa, zona de transición. EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 39 Para fines de diseño por sismo, a cada zona le corresponden diferentes parámetros como se indica en la siguiente tabla zona c a0 t´a (s) t´b (s) r IIIa 0.4 0.10 0.53 1.8 2 DONDE: a0= coeficiente de aceleración del terreno c =coeficiente sísmico T=periodo natural de interés ta y tb =periodos característicos que delimitan la meseta R= exponente que define la parte curva del espectro de diseño ESTRATIGRAFÌA DEL SUBSUELO A partir de los resultados de la exploración y pruebas de laboratorio realizadas, así como de la recopilación de la información geotécnica del Pozo a cielo abierto y del Sondeo Mixto, se determinó en forma general una estratigrafía compuesta por: PPROFUNDIDAD (M) ESTRATOS 0.00 -0.60 Superficialmente se detecta una losa de concreto de 15 cm de espesor a continuación se detecta un relleno no controlado compuesto por arena limosa con pedacería de tabique rojo y concreto (cascajo), de acuerdo al sondeo 0.6 - 3.00 Limo arenoso color café claro de baja plasticidad de consistencia blanda, media y dura de acuerdo al sondeo. Lente de arena mal graduada color gris claro con arcilla hasta 0.90 m, limo arenoso color café claro de alta plasticidad de consistencia muy dura hasta 1.50 m., arena con poca grava aislada y limo color gris claro hasta 2.50 m, limo con poca arena color café claro de baja plasticidad de consistencia media hasta 3.10 m de acuerdo al sondeo 3.00 – 4.20 Arena limosa color gris verdoso de EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 40 compacidad media a muy suelta 4.20 – 9.60 Arcilla arenosa color gris oscuro de alta plasticidad de consistencia media y blanda con intercalaciones de lentes de limo poco arenoso de alta plasticidad de consistencia blanda 9.60 – 17.40 Limo con poca arena color gris verdoso de alta plasticidad de consistencia media y blanda con presencia de grava aislada 17.40 – 19.20 Limo arenoso color gris verdoso a café claro de consistencia dura 19.20 – 21.00 (fin de sondeo) Arena limosa color gris oscuro a café claro de compacidad media EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 41 PROFUNDIDAD DE NIVEL FREÀTICO El nivel de aguas freáticas se localizó a la profundidad de 3.55 m este nivel puede variar de acuerdo al tiempo de estiaje o de lluvias además de las presiones hidrostáticas del subsuelo. En la siguiente figura se aprecian los perfiles estratigráficos de los sondeos realizados EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 42 CIMENTACIONES En la construcción de cimentaciones formadas por una losa rígida y un grupo de pilotes de fricción o pilas en depósitos de arcilla compresible es común que la losa quede apoyada sobre la superficie del terreno y ligado estructuralmente a la cabeza de los pilotes, formando así un sistema integral en el que la carga de la estructura aplicada a la losa es transferida parcialmente a la superficie de contacto losa suelo y la diferencia tomada por las cabezas de los pilotes. Es por ello de interés PRACTICO determinar la proporción de la carga que se transmite al suelo por estos dos caminos. Ese es el propósito del análisis de interacción de las tres fases que construyen al sistema losa suelo pilotes que se describe a continuación ANÁLISIS GEOTÉCNICO DATOS DEL PROYECTO Y PROPUESTA DE CIMENTACIÓN En base a las consideraciones anteriores y por el tipo de terreno detectado se propone una cimentación a base de una losa rígida sobre pilas o pilotes cabe mencionar que según el proyecto arquitectónico se tiene un semi cajón a una profundidad de -1. 50 m este semi cajón se considerará para el análisis, tomando en cuenta una compensación como se describe más adelante. Con ese tipo de cimentación se limitará a trasmitir el incremento de esfuerzos al subsuelo a valores que nos ven como resultado asentamientos admisibles tanto totales como diferenciales y se transmitirán al subsuelo esfuerzos admisibles durante las acciones dinámicas LOSA se consideró una losa de cimentación desplantada a 1.5 m de profundidad de acuerdo al proyecto del cual en los análisis posteriores se considerará como la compensación a esta profundidad EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 43 PILAS Y PILOTES También se evaluó la capacidad de carga para pilas de fricción y pilotes, la profundidad indicada se considera a partir del nivel de desplante de la cimentación obteniendo los siguientes valores: EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 44 COMPENSACIÓN Esta revisión corresponde a la estimación de los movimientos verticales que sufriera el edificio con respecto al terreno circundante, los hundimientos debidos a la consolidación de los depósitos ansiosos producidos por el incremento de precios meta que será trasmitido al subsuelo, ya que como se mencionó anteriormente la losa presentará una compensación para profundidad de desplante Se propuso un nivel a diferentes profundidades de desplante, se procederá a continuación a determinar la presión neta ejercida por el edificio y la compensación debida al suelo excavado. EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 45 EMPUJES DE TIERRA SOBRE MUROS El empuje para el diseño de los muros laterales del cajón de cimentación se calculó con la condición de muro rígido siguiendo el modelo de Rankine, obteniéndose los siguientes valores de empujes: El esfuerzo que ejerce la masa de suelo en condiciones de reposo, obtenida como el producto acumulado del peso volumétrico total afectados por el coeficiente de presión de tierras en reposo La acción de una sobrecarga uniformemente repartida, actuando en un área contigua al muro, obteniéndose los esfuerzos inducidos bajo un punto en la parte media lateral del área afectada por el coeficiente de presión de tierras en reposo, utilizando una sobre carga estimada q de 2.0 t/m2 EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 46 RECOMENDACIONES MECANICA DE SUELOS RECOMENDACIONES DE DISEÑO Se recomienda realizar el diseño sismico obtenido de las ntc-rcdf, con un coeficiente de cs= 0.40 No debera de desplantar ninguna cimentacion sobre rellenos no controlados o cimentaciones exitentes los cuales se deberan de retirar en su totalidad El desplante de la losa sera a una profundidad de 1.50 m para un peso unitario de 6.38 t/m2 desplantada sobre un grupo de pilotes o en caso de variacion en el peso del edificio, sera a la profundidad que garantice un presion neta (pn)maxima de 2.71 t/m2 (totalmente rigida) En caso de variar el peso del edificio, cambiara la profundidad de desplente y se tendra que evaluar el peso del suelo desalojado, para lo cual se debera considerar un peso volumetrico humedo del suelo igual a 1.7 t/m3 La presion neta pn (carga muerta + carga viva media, incluyendo de la cimentacion- peso del suelo desalojado) no podra ser mayor a 2.71 t/m3 (cajon y totalmente rigida), para no generar asentamientos inadmisibles. La capacidad de carga para la cimentacion a base de pilas se considerara de acuerdo a la siguiente tabla: Asi tambien se debera de considerar los asentamientos analizados, para el grupo de pilotes, esto para el analisis estructuralLos esfuerzos para la revision de estados limites de falla (capacidad de carga) no podran incrementarse por las acciones dinamicas Se debera evitar en lo posible la excentricidad ya que a largo plazo genera inclinacion del edificio, en caso de no poder evitarlo esta no podra ser mayor al 1% de la longitud de la losa Es recomendable rigidizar la cimentacion por medio de contra trabes para uniformizar las descargas EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 47 Se debera contemplar los empujes de tierras para el diseño del muro perimetral, que se presenta en la grafica 1 El proyecto estructural realizara la revision de estados limites de falla ante condiciones dinamicas y se evitaran las tensiones en estos analisis DESCRIPCIÓN ESTRUCTURAL El proyecto de edificio de departamentos municipio libre maneja los siguientes metodos de contrruccion: Cimentación.- el sistema constructivo es a base de grupo de pilas a fricción con cajón de cimentación. El cajón de cimentación así como los muros hasta el nivel +- 0.00 es a base de muros de contención de concreto armado f´c= 250 kg/cm2 Losa.- el sistema constructivo para losas de entrepiso es a base de vigueta y bovedilla de poliestireno. Columnas.- son a base de concreto armado f´c= 250 kg/cm2 hasta el nivel 1 donde se desplantará la mampostería. Trabes son a base de concreto armado f´c =250 kg/cm2 hasta el nivel 1 donde se desplantará la mampostería. Los niveles tipo serán fabricados a base de mampostería de tabimax, con castillos y cerramientos de concreto armado. EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 48 CRITERIOS DE DISEÑO ESTRUCTURAL Normas consideradas: CONCRETO ACI 318M-99 RCDF-NTC Acciones consideradas NIVEL W T/M2 -1.5 M SEMISOTANO 0.36 N 0.00 0.36 N. +1.50 M 0.36 1ER NIVEL 0.36 2DO NIVEL 0.36 3ER NIVEL 0.36 4TO NIVEL 0.36 5TO NIVEL 0.36 NIVEL AZOTEA 0.26 UBICACIÓN ZONA Por tratarse de una delegación del D.F. el proyecto se encuentra en la zona b respecto a la zonificación para análisis de sismo de CFE. EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 49 Características de la estructura: Numero de niveles 7 Descripción desplantados sobre el nivel de suelo Altura entre piso 2.50 mts Altura total Tipo de cimentación profunda Uso de proyecto habitacional Tipo de estructura b (art. 139 RCDF) Características de la zona Clasificación del suelo transición Zona II (art. 170 RCDF) Coeficiente sísmico 0.4 (tabla 7.1 sec.4 RCDF)} Factor de ductilidad q 1.5 ESPECIFICACIONES DEL REGLAMENTO DE CONSTRUCCIONES DE DF Y SUS NTC EL RCDF en su Capituló VI del título sexto propone las condiciones generales para el diseño sísmico de una estructura. Estas indicaciones son reforzadas y complementadas por las normas técnicas complementarias para diseño sísmico del mismo reglamento en general estos documentos establecen las siguientes características elementales del diseño sísmico: a) Todas las estructuras deben analizarse bajo dos componentes ortogonales del movimiento del terreno. b) En el análisis debe considerarse todo elemento estructural o no, que aporte algo a la rigidez del conjunto c) Se debe calcular las fuerzas sísmicas deformaciones y desplazamientos laterales en la estructura incluyendo los giros por torsión. d) Se debe tomar en cuenta los efectos por flexión, por fuerza cortante, por fuerza axial y por torsión de los elementos, así como los elementos de segundo orden en la estructura. e) Se verificará que la estructura no alcance ningún estado límite de falla o servicio a que se refiere el reglamento f) Tanto la estructura como su cimentación deberán resistir momentos torsiónantes y de volteo incluidos por sismo, combinados con los correspondientes a otras solicitaciones y afectados por el correspondiente factor de carga. Además de las indicaciones anteriores existen las siguientes especificaciones que deben ser consideradas: EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 50 La estructura debe revisarse para la combinación de dos acciones horizontales: el valor de diseño de una componente de fuerza más del 30% de los del componente ortogonal. REVISIÓN DE DESPLAZAMIENTOS LATERALES. Las diferencias entre los desplazamientos laterales de pisos consecutivos producidos por las fuerzas cortantes sísmicas de entrepiso calculados con algunos de los métodos de análisis sísmico y teniendo en cuenta lo dispuesto no excederán 0.006 veces la diferencia de elevaciones correspondientes salvo que no haya elementos incapaces de soportar deformaciones apreciables. Al calcular los desplazamientos mencionados puede descontarse los debidos a la flexión de conjunto de la estructura. En edificios en que la resistencia sísmica sea proporcionada esencialmente por sistemas de las losas planas y columnas nos excederá en ningún caso el límite de 0.006 calculado como se indica en el párrafo inicial de esta sección. Desplazamiento máximo= Dmax= 0.006 x h x Q Dmax = 0.006 x 1998 x 1.5 = 17.98 cm Dmax real = 5.84 cm < 17.98 Donde: H= Altura total de la edificación Q= Factor de comportamiento sísmico EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 51 Desplazamiento máximo real se tomó de la tabla de resumen de desplazamientos del programa STAAD Pro se multiplicó por la altura del edificio a partir de nivel 0.00 y se multiplicó por un factor sísmico. ESPECTRO DE DISEÑO SÍSMICO Las fuerzas sísmicas que se calculan para el análisis están basadas en la historia sísmica del lugar es decir la sismicidad de la zona que se ve reflejada en los registros que con el tiempo se han realizado de los movimientos telúricos. Estos datos sirven como partido para suponer el comportamiento sísmico futuro y permiten con un menor margen de error considerar los efectos que estos eventos pueden tener en una estructura El espectro de diseño en el envolvente de los programas obtenidos de los sismos durante un período de tiempo determinado esta gráfica característica de cada lugar y está formada por varios elementos: Donde: C.- coeficiente sísmico de diseño, de acuerdo con el RCDF, es el coeficiente de La fuerza cortante que se aplica en la base de la estructura (vs) entre el peso total de la Misma para el mismo nivel (w). A.- coeficiente de aceleración del terreno, expresa como una fracción de la Aceleración de la gravedad mediante las siguientes expresiones: A = (1+3t/ta) (c/4) si t<ta A= c si ta<t<tb A = q * c si t>tb Donde: q = (tb/t)r Ta y tb .- periodos característicos que delimitan la meseta de la gráfica expresados en Segundos R .- exponentes de definición de la zona curva del espectro de diseño T.- periodo natural de vibración, expresados en segundos C .- coeficiente de aceleración del terreno Para ta y tb y r se tienen valores definidos de acuerdo a la zona en la cual se localiza La estructura. EDIFCIO DE DEPARTAMENTOS MUNICIPIO LIBRE Página | 52 ANÀLISIS DE CARGAS El análisis de cargas gravitacionales es un procedimiento, que permite conocer las cargas que se ejercen sobre los distintos elementos estructurales que integran la construcción debido a su funcionamiento. es decir, las cargas vivas y muertas que en ella actúan durante la operación usual del edificio, este consiste en cuantificar las cargas que se generan desde el último nivel de la estructura, el más alto, hasta el primero. con ello se consigue conocer el peso total que el edificio comunica a su cimentación y a su vez, las cargas que la cimentación transmite al terreno en el cual se desplanta. AZOTEA VIGUETA Y BOVEDILLA 230 KG/M2 IMPERMEABILIZANTE 10 KG/M2 PLAFON YESO 25.25 CARGA POR REGLAMENTO 40 KG/M2 CARGA MUERTA 305.25 kg/ m2 CARGA VIVA POR SISMO
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