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UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL REGIÓN XALAPA

“Proyecto Estructural de un Edificio Mixto”

MEMORIA QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE

INGENIERO CIVIL

PRESENTA

Omar Colorado Yobal

DIRECTOR

Ing. David Hernández Santiago

Xalapa Enríquez Veracruz

2011

Índice Introducción…………………………………………………………………….…....3 Objetivo………………………………………………………………………...…......3 1.0 Descripción general del proyecto....……………………………………….…..4 2.0 Consideraciones generales de carga……………………………..…….……5 3.0 Análisis estructural…………………………………………………...…..…….9 3.1 Método simplificado de diseño……………………..………………..….…..9 3.2 Tipo de piezas.……………….………………………………………………..10 3.3 Modulo de elasticidad…………………………..……….……………………11 3.4 Planos arquitectónicos……………………………………………………….12 3.5 Análisis de carga……………………………………………...……………….16 3.5.1 Análisis de carga de losa de azotea……………………………..………16 3.5.2 Análisis de carga de losa de entrepiso……………………………….....16 3.5.3 Análisis de carga de losa de baño………………………………..……..17 3.5.4 Análisis de carga de rampa de escalera…………………..……………18 3.6 Cálculo de áreas tributarias…………………..……………………………...19 3.7 Revisión por cargas verticales…………………………..…………………...23 3.8 Revisión por sismo………………………………………..…………………..27 4.0 Diseño estructural…………………………………………..…………………. 31 4.1 Diseño de cimentación………………………………………….……………31 4.1.2 Diseño de Zapatas………….…………………………….…………….…37 4.2 Revisión de castillos y cadenas……………………………………..………41 4.3 Diseño de trabes……………………………………………..………………..42

4.4 Diseño de losa………………………………………………………………..44 4.5 Diseño de rampa de escalera………………………………………………48 5.0 Planos estructurales…………………………………………….…………….51 6.0 Conclusión……………………………………………….…………………….52 7.0 Bibliografía………………………………………………..……………………53

Introducción La ciudad de Xalapa, Ver., es una zona estudiantil y por ello hay más demanda de vivienda para los estudiantes foráneos que vienen a terminar sus estudios de cualquier nivel académico. El nivel académico que tiene mayor demanda es el nivel licenciatura. Objetivo Por lo antes mencionado esta memoria de cálculo de un edificio, tiene como fin elaborar un edificio para departamentos localizado en Jardines de Xalapa, ciudad de Xalapa Ver., realizar la memoria de cálculo para diseñar sus cimientos y su estructura a base de mampostería, de tal forma que cumpla con la normatividad vigente en la materia. Es importante tratar de conseguir en esta memoria de cálculo, de que en algún futuro cuando se lleve a la realidad este proyecto, ya se cuente con todos los cálculos y planos, y así ser de gran utilidad en la construcción de un edificio para departamentos.

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1.0 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO. El proyecto consiste en un edificio de tres niveles, en cada planta tendremos dos departamentos por nivel a base de mampostería. Cada departamento consta de tres recamaras, una sala, un comedor, una cocina integral, un patio de servicio, un baño completo y una zona de escaleras para acceso a los niveles superiores. La cimentación será a base de piedra volcánica, en la parte de las escaleras utilizaremos zapatas aisladas. Los muros serán de tabique rojo de la región de 14cm de ancho, 28cm de largo y 7cm de espesor y su confinamiento se lograra con castillos y cadenas de 15 x 20 cm. con 4 varillas de 3/8” y estribos de alambrón a cada 20 cm. de separación. Trabes de liga de 20cm de base x 30cm de peralte con varillas de ½” y 5/8” para reforzar la parte de la cocina y sala adicional al armado de la losa. Las losas serán de 10cm. de espesor armados con varillas de 3/8” como se indica en el plano estructural. Los escalones tendrán una huella de 28cm. y un peralte de 18 cm. forjados con concreto pobre. Los acabados serán en pisos cerámicos de 33cm. x 33cm. por 1cm. de espesor pegados con pegazulejo y junteados con lechada de cemento blanco. Para la instalación eléctrica se usara cable del número 10 para la red principal derivando a contactos y apagadores con cable del numero 12. Para la instalación de gas se utilizara tubo de cobre de ½ pulg. Tipo “L”.

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2.0 CONSIDERACIONES GENERALES DE CARGA. Consideraremos cargas verticales que son permanentes, vivas y accidentales; en permanentes tenemos pesos propios, losas, muros y trabes; en las vivas tenemos peso de personas y pesos de mobiliario; en las accidentales tenemos sismos. Tomamos en cuenta el reglamento de construcción para el D.F. porque es el que nos rige en la ciudad de Xalapa. Art. 194 El factor de carga se determinará de acuerdo con las siguientes reglas. 1. Para la combinación de cargas permanentes y variables. Art. 188, apartado I. “Para las combinaciones que incluyan acciones permanentes y acciones variables, se considerarán 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 su intensidad media cuando se trate de evaluar efectos a largo plazo. Para la combinación de carga muerta mas carga viva, se empleara la intensidad máxima de la carga viva del artículo 199 (del reglamento de construcción para el D.F.) considerándola uniformemente repartida sobre toda el área”. En base a lo antes mencionado se aplicara un factor de carga de 1.4, pero esta edificación es del grupo 1 entonces el factor de carga para el tipo de combinación se tomara igual 1.5. 2. Para la combinación de cargas permanentes, variables accidentales. Art. 188 apartado II “Para las combinaciones que incluyan acciones permanentes variables y accidentales, se consideran todas las acciones permanentes, las acciones variables con sus valores instantáneos y únicamente una acción accidental en cada combinación” en base a lo antes mencionado, se aplicara un factor de carga de 1.1 aplicado a los efectos de todas las acciones que interrumpan en la combinación. 3. Para acciones o fuerzas de diseño internas cuyo efecto sea favorable a la resistencia o estabilidad de la estructura, el factor de carga se tomará igual a 0.9. 5

Artículo 199.- Para la aplicación de las cargas vivas unitarias se deberá tomar en consideración las siguientes disposiciones. Tabla de cargas vivas unitarias, en kg/m2. Destino de piso o cubierta Destino de piso o cubierta W a) Habitacion (casa/habitación, departamentos, viviendas, dormitorios, cuartos de hotel, internados de 70 escuelas, cuarteles, correcionales, horpitales y b) similares). Oficinas, despachos y laboratorios . 100 c) Comunicación para peatones (pasillos, escaleras, 40 rampas, vestíbulos y pasajes de acceso libre al d) público. Estadios y lugares de reunión sin asientos individuales 40 e) Otros lugares de reunión (templos, cines, teatros, gimnasios, salones de baile, rataurantes, bibliotecas, 40 aulas, salas de juego similares) f) Cubiertas y azoteas con pendientes no mayor de 5% 15 g) Cubiertas y azoteas con pendientes no mayor 5% 5 h) Volados en vía pública 15 i) Garages y estacionamientos 40

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Wa Wm 90 170 180 250 150 350 350 450 250 350 70 20 70 100

100 40 300 250

La carga viva máxima Wm se deberá emplear para diseño estructural por fuerzas gravitacionales y para calcular asentamientos inmediatos en suelos así como en el diseño estructural de los cimientos ante cargas gravitacionales.



La carga instantánea Wa se deberá usar para diseño sísmico y por viento y cuando se revisen distribuciones de carga más desfavorables que la uniformemente repartida sobre toda el área.



La carga media W se deberá emplear en el cálculo de asentamientos diferidos y para el cálculo de flechas diferidas.

Observaciones a la tabla de cargas vivas unitarias 1. Para elementos con área tributaria mayor de 36m2, Wm podrá reducirse, tomándola igual a 100 + 420ª-1/2(A es el área tributaria en m2). Cuando sea más desfavorable se considerará en lugar de Wm, una carga de 500kg. Aplicada sobre un área de 50 x 50 cm. en la posición más crítica. 6

Para sistemas de piso ligero con cubierta rigidizante, se considerará en lugar de Wm, cuando sea más desfavorable, una carga concentrada de 250 kg. para el diseño de los elementos de soporte y de 100 kg. para el diseño de la cubierta, en ambos casos ubicadas en la posición más desfavorable. Se considerarán sistemas de piso ligero aquellos formados por tres o más miembros aproximadamente paralelos y separados entre sí no más de 80 cm. y unidos con una cubierta de madera contrachapada, de duelas de madera bien clavadas u otro material que proporcione una rigidez equivalente. 2. Para elementos con área tributaria mayor de 36m2, Wm podrá reducirse, tomándola igual a 180 + 420A-1/2 (A es el área tributaria en m2). Cuando sea más desfavorable se considerará en lugar de Wm, una carga de 1,000 kg. aplicada sobre un área de 50 x 50 cm. en la posición más crítica. Para sistemas de pisos ligeros con cubierta rigidizante, definidos como en la nota (1), se considerará en lugar de Wm, cuando sea más desfavorable, una carga concentrada de 500 kg. para el diseño de los elementos de soporte y de 150 kg. para el diseño de la cubierta, ubicadas en la posición más desfavorable. 3. En áreas de comunicación de casas de habitación y edificios de departamentos se considerará la misma carga viva que en el caso a) de la tabla. 4. En el diseño de pretiles de cubiertas, azoteas y balcones, se supondrá una carga horizontal no menor de 100 kg/m2 actuando al nivel y en la dirección más desfavorable. 5. En estos casos deberá prestarse particular atención a la revisión de los estados límite de servicios relativos a vibraciones. 6. Atendiendo al destino del piso se determinará con los criterios del artículo 187, la carga unitaria, Wm, que no será inferior a 350 kg/m2 y deberá especificarse en los planos estructurales y en placas metálicas colocadas en lugares fácilmente visibles de la construcción. 7. Las cargas vivas especificadas para cubiertas y azoteas no incluyen las cargas producidas por tinacos y anuncios, ni las que se deben a equipos u objetos pesados que puedan apoyarse en o colgarse del techo. Estas cargas deben preverse por separado y especificarse en los planos 7

estructurales. Adicionalmente los elementos de las cubiertas y azoteas deberán revisarse con una carga concentrada de 100kg. en la posición más crítica. 8. Además, en el fondo de los valles de techos inclinados se considerará una carga, debida al granizo de 30 kg. por cada metro cuadrado de proyección horizontal del techo que desagüe hacia el valle. Esta carga se considerará como una acción accidental para fines de revisión de la seguridad y se le aplicarán los factores de carga correspondiente según el artículo 194. 9. Mas una concentración de 1,500 kg. en el lugar más desfavorable del miembro estructural que se trate. Reglamento del instituto Americano del Concreto (ACI) Los factores, que en el reglamento ACI se denominan son: A. Para combinaciones de carga muerta y carga viva: D= Carga Muerta L= Carga Viva V=1.4D+1.7L B. Para combinaciones de carga muerta, carga viva y accidental V=0.75 (1.4D+1.7L+1.7w) ó V=0.75 (1.4D+1.7L+1.87E) W=Carga del viento E=Carga del sismo

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3.0 ANÁLISIS ESTRUCTURAL. Método simplificado de diseño Hipótesis.- Se descartan los problemas de flexión en muro. Este método es aplicable para construcciones de hasta 13 metros. Muros confinados.- Son aquellos que cuyos refuerzos se logra con castillos y cadenas Para cadenas y castillos.- El concreto tendrá una resistencia no menor de 150 kg/m2. El refuerzo longitudinal estará constituido por al menos 3 varillas, cuya área total no será inferior a 0.20 f´c/fy por el área del castillo y estar anclado en los elementos que limitan el muro de manera que pueda desarrollar su esfuerzo de fluencia. El área del refuerzo transversal no será inferior a 1000s/fydc de peralte de castillo o cadena. S= separación de los estribos, que no excederán de 1.5 cm. a 10cm. Existirán castillos por lo menos en los extremos de los muros e intersecciones con otros muros, y en puntos intermedios del muro a una separación no mayor que 1.5H ni 4.50 m. Existirá una cadena en todo el eje horizontal del muro, al menos que este último este ligado a un elemento de concreto reforzado. Además tendrá cadenas en el interior del muro a una separación no mayor de 3mts. La relación altura a espesor del muro cuando excede de 30, deberán proveerse elementos rigidizantes que eviten la posibilidad de pandeo en el muro.

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Tipos de piezas Tabique Macizas

Block Tepezil

Huecas

Confinamiento

con

refuerzo

interior Block Concreto

a base de varillas y escalerillas.

Resistencia de diseño a Compresión de la mampostería para algunos tipos de piezas: Tipos de piezas

Valores de F*m(kg/cm2

Tabique de barro recocido

15

Block de concreto pesado

20

Tabique de concreto

20

Tabique con huecos verticales

40

Las resistencias anteriores corresponden a pilas construidas con piezas sin reforzar, para muros reforzados interiormente, las resistencias anteriores se incrementan en 25% pero sin superar los 7 kg/cm2. En el caso especifico de muros confinados con dalas y castillos la resistencia se incrementa en 4kg/cm2. Resistencia a la fuerza cortante de la mampostería para algunos tipos de piezas: Tipos de piezas

Valores de Fy*m(kg/cm2)

Tabique de barro recocido

3.5

Block de concreto pesado

3

Tabique de concreto

3

Tabique con huecos verticales

3.5 10

En este caso la resistencia nominal de muros reforzados se incrementara de acuerdo al apartado 4.3.2 del reglamento de construcción DF. Modulo de Elasticidad Tabique y

E=800 f*m (cargas de corta duración)

Block de concreto

E=350 f*m (para cargas sostenidas)

Tabique de barro

E=600 f*m (cargas de poca duración)

y otras piezas excepto de concreto Modulo de cortante.-

E=350 f*m (para cargas sostenidas) G=0.3E

Resistencia de muros a cargas verticales.- PR= FR.FE.f*m.At PR= Carga vertical resistente. FR= Factor de reducción de resistencia general a 0.6 para muros confinados o reforzados interiormente. FE= factor de reducción por excentricidad y esbeltez, igual a 0.7 para muros interiores y 0.6 para muros exteriores. f*m= Resistencia nominal de la mampostería. At= Área de la sección transversal. Resistencia de muros a cargas laterales.- VR=FR(0.5v*At*0.3p)