Teorias-1 PROYECTO
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Descripción: TEORIA...
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FUNDACIONES I Univ. Espada Rossell Pablo
1.- INTRODUCCIÓN Este proyecto se a realizado con el único fin de aprender a diseñar las zapatas aisladas para la fundación de edificios, en este caso se trata de un edificio que consta una planta baja, cuatro plantas tipo. El proyecto estará comprendido por los siguientes cálculos: El cálculo de las cargas muertas y la carga viva de la estructura, obtenidas de tablas mas información buscar en anexos. También se hará la simulación de la estructura con la ayuda del programa ETAPS versión 9, para determinación de todos los esfuerzos, momentos y otros. Para el diseño de las columnas se utilizo CPCOLUM, y el diseño de las zapatas se las realizo a mano. 1.1.- OBJETIVOS GENERALES: Aplicar y ampliar nuestro conocimiento adquiridos para así luego aplicarlos en la vida real de construcción Dar una solución económica y segura en el diseño de las columnas y zapatas de fundación de una estructura Poner en práctica todo lo estudiado y aprendido en las materias de Hormigón Armado y Fundaciones I Dar el uso respectivo a las normas vigentes en nuestro país y con el mejor criterio posible 1.2.- OBJETIVOS ESPECIFICOS: El objetivo especifico de este proyecto, es el de aplicar correctamente los conocimientos adquiridos en la materia de Fundaciones I para así lograr el diseño de las zapatas de fundación mas económicas posibles para una estructura Se dará a entender como zapata económica
a aquella zapata que contenga la menor
cantidad posible de refuerzos de acero y Hormigón y que resista satisfactoriamente todas las 1
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cargas de servicio y las ocasionales con un factor de seguridad muy conservador esto debido a que las fundaciones son los elementos estructurales más importantes de una estructura 1.3.-DATOS GENERALES 1.31.- Ubicación del Proyecto El pronto a ser emplazado se encuentra ubicado en la CALLE COCHABAMBA en la ciudad de cbba, Provincia Quillacollo 3ra sección Tiquipaya entre las calles Loa y a una cuadra de la Av. Reducto con una superficie total de construcción de 842.48 m2` DATOS DE ESTRUCTURA
La relación de superficies es lo que limita la construcción por lo que detallamos a continuación:
SUP. LOTE
358.20 m2
SUP. HABITABLE
673.62 m2
SUP. CONSTRUIDA SUPERFICIE UTIL
842.48 m 2 352.00 m2
1.3.2.-Características Generales del Emplazamiento del Proyecto El plano de cimientos nos muestra en planta con 10 zapatas, las columnas se extienden hasta el último nivel, para el diseño se analizara la similitud entre zapatas para realizar un diseño como zapatas tipo 1.3.3.-Propietario El proyecto del edificio en estudio es de propiedad del señor: CRISTOVAL GUZMAN 1.3.4.- Numero de Niveles y Uso del Edificio El edificio cuenta con: 2
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-
Una planta baja destinado como tiendas
-
Cuatro plantas tipo (departamentos)
-
Una terraza DATOS DE ENTRADA
2.- DATOS DEL PROYECTO DATOS DE ENTRADA 2.1.- Características generales del estudio de suelos Cuando se construye cualquier estructura es muy importante tomar en cuenta los esfuerzos que se producen en el nivel de contacto entre la estructura y el suelo de fundación, o sea, entre las fundaciones y el terreno donde éstas se apoyan. Uno de los fenómenos más importantes a considerar es el Incremento de Esfuerzo Vertical, que conduce a un aumento de esfuerzo en la masa de suelo que la soporta, la magnitud de deformación por debajo la estructura dependerá del incremento de esfuerzo producido. El asentamiento que se puede producir en las estructuras está clasificado de 3 maneras: Asentamiento Inmediato, Asentamiento por Consolidación Primaria y el Asentamiento por Consolidación Secundaria, siendo el primero el más frecuente en los suelos arenosos, basado en la teoría de la elástica y los otros dos para suelos arcillosos que resultan de la expulsión gradual del agua y del reordenamiento de las partículas bajo una carga constante. Haciendo frente a estos dos fenómenos podemos mencionar la Capacidad portante de fundaciones superficiales, como es de saber que las fundaciones están diseñadas para satisfacer ciertos criterios de resistencia y servicio. El criterio de resistencia tiene el propósito de asegurar que la fundación tenga suficiente resistencia de reserva para resistir las grandes cargas ocasionales, en cambio el criterio de servicio indica que la fundación debe satisfacer su propósito de diseño bajo cargas de operación normales, este criterio es típicamente una consideración a largo plazo.
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Los términos utilizados que relacionan presiones de soporte y capacidad de soporte son los siguientes: Capacidad ultima de apoyo qu Es el valor de la intensidad de carga a la cual el terreno falla al corte. Máxima capacidad segura de apoyo qs Es la carga última de apoyo dividida por un factor de seguridad adecuado (Ejemplo: FS = 1.5). Carga admisible qa Carga admisible de un suelo es la máxima presión bruta permisible en el terreno en cualquier caso dado 2.2.- Normas de diseño empleados Para el procedimiento del calculo estructural y para el diseño de zapatas se empleara la norma American Concret Institute (ACI 318-05) 2.3.- Cota de Fundación La cota de fundación que se considera en este proyecto esta en función del tipo de suelo en el que se esta fundando, tipo de estructura y construcciones vecinas. Para esto se debe realizar un estudio muy detallado para calcular exactamente la profundidad de fundaciones por eso que por razones académicas se tomara un nivel de fundación de 1.5 m de por debajo de mi semisótano 2.4.- Recubrimiento El recubrimiento que se debe tomar para los diferentes elementos estructurales, depende de la agresividad del medio al que están expuestos y de las características del hormigón. En este caso se tomarán los siguientes valores de recubrimiento en cm. para las columnas y zapatas:
Recubrimiento de columnas = 3.0 cm. 4
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Recubrimiento de Zapatas= 5 0 cm.
2.5.- Justificación del uso del tipo de fundación El siguiente proyecto de realizara con Zapatas Aisladas que serán de exclusivo aprendizaje ya que estas se podrían diseñar con otro tipo para tomar en cuenta economía y caracterización. 2.6.- Valor Adoptado para la Resistencia Admisible del Suelo Ver Anexos – Tabla # 1 Asumimos el terreno de fundación como una arcilla firme, por lo que se tiene: qadm = 75 - 150 KN/m2 tomando un valor de seguridad: qadm = 130 KN/m2 = 1.3 Kg/cm2 Por tanto: Resistencia admisible del suelo de fundación = qadm = 1.0 Kg./cm2 2.7.- Valor Adoptado para el coeficiente de balasto Ver Anexos – Tabla # 2 Asumimos el terreno de fundación como una arcilla húmeda, por lo que se tiene: K = 4.0 – 5.0 K/cm3 tomando un valor de: K = 4.0 K/cm3 K = 4.0 *104 = 416 KN/m3 5
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2.8.- Valor Adoptado para el límite de fluencia del acero Columnas: fy = 4280 Kg./cm2 Zapatas: fy = 4280 Kg./cm2 Se utiliza el limite de fluencia de acero de 4280 debido a que este se encuentra en el mercado y tambien la norma ACI 318 – 05 nos presenta tablas para este tipo de aceros
2.9.- Valor Adoptado para la resistencia característica del hormigón Columnas: fc = 280 Kg./cm2 Zapatas: fc = 280 Kg./cm2 3.- ANALISIS DE CARGAS 3.1.- Determinación de cargas Para iniciar el diseño de las columnas y zapatas, se realizara un análisis minucioso de todas las cargas muertas y vivas que se presentan en la estructura del edificio, Este cálculo se realizara más delante (Cargas muertas) Las cargas muertas son producidas por el peso propio de la estructura (columnas, vigas, losas, escaleras, etc.), los pisos y contrapisos tanto en las losas como en las escaleras, los muros y balcones, etc. Todas las cargas muertas se calcularan para todos los pisos por separado y se distribuirán sobre las vigas, las losas, balcones y escaleras para realizar el cargado correspondiente al paquete estructural ETAPS – 9 para la determinación de esfuerzos. Las cargas vivas serán distribuidas sobre las losas.balcones y escaleras con valores especificados mas adelante (Cargas vivas).como se sabe las losas transmiten las cargas a las vigas y estas a su ves transmiten estas cargas a las columnas.para el caso de las 6
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vigas,losas escaleras,etc se debe realizar un prediseño para determinar la sección, para luego después cargarlo en el ETAPS-9 3.1.1.- Cargas muertas Para cargar al ETAPS-9 se realizaron los siguientes prediseños Predimencionado de las vigas LMAX h ; b 12 2 h Altura de Viga LMAX Long . Maxima de la Viga ( Luz mas L arg a ) h
b Base de la Viga 610 h 50.83 por ser una dim ecion exagarada optamos por tomar 12 un valor mas razonable h 40 cm b 40 cm
Predimencionado de las losas PMax 180 Espesor de Losa
e Losa = e Losa
PMax Perimetro Maximo e Losa =
436 * 2 610 * 2 11 .62 15 cm 180
Se utilizaron los siguientes pesos específicos para los diferentes materiales para el cálculo de las cargas muertas. - Hormigón Armado H° A°
2400 kg/m 3
- Ladrillo cerámico ( 20-30% de huecos )
1400 kg/m 3
- Hormigón en masa
2000 kg/m 3
- Yeso
1250 kg/m 3
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CARGA ASIGNADA A LAS VIGAS debido al peso del ladrillo WMuro
de Ladrillo
WMuro
de Ladrillo
e Ladrillo * H Muro
de Ladrillo
* Ladrillo q
Peso del Muro de Ladrillo
e Ladrillo Espesor del Muro de Ladrillo
Ladrillo
Peso Especifico del Ladrillo
WMuro
de Ladrillo
WMuro
de Ladrillo
kg Planta Tipo m kg 201.6 Terraza m 403.2
WContra Piso eContra Piso * H o
WCielo
WContra Piso Peso del Contra Piso
WCielo
eContra Piso Espesor del Contra Piso
eCielo
H o Peso Especifico del Hormigon
Yeso Peso Especifico del Yeso
WContra Piso 0.05 * 2400 120
kg m2
kg m2 Peso de las Lu min aria
PMuro de Particion PMuro de Particion
Raso
Raso
eCielo Raso * Yeso Peso del Cielo Raso
Espesor del Cielo Raso
WCielo Raso 0.03 *1250 37.5
WLu min arias 10 WLu min arias
Raso
kg m2
WLosa eLosa * H o Ao WLosa Peso de Losa
q*L A Peso del Muro de Particion
e Losa Espesor de Losa
H
q C arg a del Muro por unidad de Longitud L Longitud del Muro de Particion
o
Ao
Peso Especifico del Hormigon Armado
WLosa 0.15 * 2400 360
kg m2
A Area de incidencia del Muro
kg Planta Tipo m2 CM (TOTAL ) Planta Baja Tipo WContra Piso WCielo PMuro de Particion 180
Raso
WLu min arias PMuro de Particion WLosa
kg kg kg kg kg 37.5 2 10 2 180 2 360 2 2 m m m m m kg 707.5 2 m
CM (TOTAL ) Planta Baja Tipo 120 CM (TOTAL ) Planta Baja Tipo
CM (TOTAL ) Terraza WContra Piso WCielo
Raso
WLu min arias WLosa
kg kg kg kg 37.5 2 10 2 360 2 2 m m m m kg 530 2 m
CM (TOTAL ) Terraza 120 CM (TOTAL ) Terraza
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3.1.2.- Cargas vivas Para determinar el peso de la carga viva, nos basaremos en normas y reglamentos según sea la funcionalidad que se de a la estructura, tomando en cuenta siempre la Norma ACI y el Código Boliviano del Hormigón. Por lo tanto tomaremos valores de: CV = 200 Kg./m2 habitaciones de viviendas CV = 488.29 Kg./m2 en escaleras y accesos públicos (con 4.79 KN/M 2) CV = 300 Kg./m2 en oficinas públicas CV = 300 Kg./m2 en Terrazas y balcones
4.- ANALISIS ESTRUCTURAL En la actualidad, sea creado varios programas estructurales que resuelven todo tipo de estructuras complejas las cuales nos tomarían un tiempo muy prolongado si lo hacemos manualmente. Entre estos programas se tienen el Solids Work, Matlab, SAP – 2000, y otos. En el presente proyecto utilizaremos el simulador estructural ETAPS-9 es conocido esto debido a que nos proporciona resultados muy confiables el ETAPS-9 es un programa muy bueno para el análisis estático y dinámico tanto como de estructuras tridimensionales como bidimensionales compuestas por barras rectas (vigas y columnas), placas (Losas) donde su principal propósito del programa es el de analizar las fuerzas de una estructura ,esto significa que el programa nos proporciona resultados de las fuerzas Axiales,Momentos,cotantes,etc para que así se llegue a tomar dediciones de diseño de la estructura. El ETAPS-9 es una importante herramienta que nos ayuda en el análisis de estructuras y en la etapa de diseños el ETAPS emplea en la solución del método de los elementos finitos o FEM (Finita Elements Method) este método consiste en ensamblar el comportamiento de cada electo (vigas, soporte y placas) en una matriz global que representa el comportamiento de la estructura 9
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El ETAPS analiza a las estructuras que se deforman linealmente, para que un a estructura se deforme linealmente se deben satisfacer los siguientes requisitos: -
El material de la estructura debe seguir la ley de Hook
-
Los desplazamientos de estructura deben ser pequeños
-
No existen interacción entere los efectos de flexión y axial en los elementos
Si una estructura no cumple los anteriores requisitos, no puede ser calculada con el ETAPS, la mayoría de estos programas tienen esta restricción. 4.1.- Cargado de Estructura Se ha dibujado en el ETAPS toda la estructura con la mayor cantidad de detalles posible para simular las condiciones reales en las que se encuentra la estructura. Este dibujo consta de barras rectas que pueden ser la columnas o vigas, placas que representas las losas de los pisos, los balcones y las escaleras Para el análisis estructural se utilizo las siguientes cargas: - D
carga muerta
- L
carga viva
Las combinaciones que se realizan son las siguientes: COMB1
1.4 D
COMB2
1.2D +1.6L
COMB5
L+D
9.- DOSIFICASION
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El objetivo de la dosificación de hormigones es determinar las proporciones en que deben combinarse los materiales componentes, de manera de obtener las condiciones previstas para el hormigón. Para este objeto es básico establecer previamente cuales son las condiciones esperadas que debe cumplir el hormigón y, tomando en consideración las propiedades generales en estado fresco y endurecido, determinar las proporciones óptimas que las satisfacen. Estas proporciones son particulares de cada obra o parte de obra, pero generalmente corresponden a las que se señalan en el siguiente cuadro: TIPO DE CONDICION
Condiciones de diseño
CARACTERISTICAS RELACIONADAS Resistencia Docilidad
Condiciones de uso en
Fluidez
obra
Consistencia Características elemento
Condiciones de
Condiciones ambientales
durabilidad
Ataques agresivos
PARAMETROS CONDICIONANTES Tipo de cemento Razón agua/cemento Dosis de agua Granulometría Tamaño máximo Tipo de cemento Uso aditivos Dosis mínima cemento
Condiciones esperadas de un hormigón
9.1.- Determinación de las condiciones de partida de la dosificación Las dos primeras de estas condiciones deben ser definidas de acuerdo a las características de la obra y en base a las siguientes premisas: 11
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a) Tipo de cemento: Queda definido básicamente por la existencia de un ambiente que pueda generar acciones agresivas sobre el hormigón. Eventualmente puede ser necesario considerar la elección de un cemento alta resistencia, si las condiciones de obra requieran de resistencias iniciales más elevadas que las que puede otorgar un cemento corriente. b) Uso de aditivos: Para el uso eventual de aditivos deben considerarse los principios establecidos para su uso. 9.2.- Métodos de dosificación La forma de determinación de las restantes condiciones de partida constituye uno de los objetivos básicos de los métodos de dosificación, lo cual efectúan basándose en las propiedades generales del hormigón en estado fresco y endurecido, para luego definir un procedimiento de cálculo de las cantidades de los materiales componentes. Existen numerosos
métodos para la
dosificación del hormigón, basados en distintos
criterios: - American Concrete Institute - Bolomey - Foury - Granulométrico 9.3.- Desarrollo de métodos de dosificación
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1) Calculo de la resistencia media Para condiciones : f ck
kg 210 2 m
f cm 1.35 * f ck 15 f cm 1.35 * 280 15 f cm 393
kg (Re sistencia Media ) m2
Resistencia a la compresión especificada fck kg/cm2
Resistencia a la compresión requerida fcm kg/cm2
Menos de 210
fcm = 1,15 * fck + 20
De 210 a 350
fcm = 1,35 * fck + 15
Mas de 350
fcm = 1,20 * fck + 10
2) Relación agua/cemento (A/C) Tipo de cemento: Portland P 350 Aridos rodados k A 1 1 C k * f cm 0.5 0.0054 * 393 0.5 A 0.381 0.38 C
Tipo de Cemento
Arido Arido Rodado Machacado
Portland P 250
0,0072
0,0046
Portland P 350
0,0054
0,0035
Portland P 450
0,0043
0,0028
3) Modulo de finura Tamaño Máximo del árido mm. Modulo 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 de finura 5,21 5,45 5,64 5,82 6 6,16 6,29 6,4 6,51 6,6 mf Modulo de finura correspondiente a la parábola de FULLER mfa=3 (Asumidos, arena (2.5 – 3.5)) mfg=7 (Asumidos, grava (6.0 – 8.0)) 13
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Para dimensiones entre 15 a 30 cm. y para vigas, pilares y muros armados tenemos un tamaño máximo de agregado de 20 a 40mm. Entonces asumimos un tamaño máximo de agregado de 40mm Modulo de finura para el tamaño máximo del Árido (de tabla) mf=5.82 4) Porcentaje en peso de arena y grava a mezclar a) Arena x
m fg m f m fg m fa
*100
7.0 5.82 *100 29.5 % 7.0 3.0
*100
5.82 3.0 *100 70.5 % 7.0 3.0
b) Grava y
m f m fa m fg m fa
5) Cantidad de agua en litros por m3 de hormigón Para consistencia: Blanda A=185 lt/m3 Aridos Consistenci Asiento Aridos Rodados Machacados a del 80 40 20 80 40 20 Hormigon cm mm mm mm mm mm mm Seca
0-2
135
155
175 155 175
195
Plastica
3-5
150
170
190 170 190
210
Blanda
6-9
165
185
205 185 205
225
Fluida
10 - 15
180
200
220 200 220
240
Litros por m3 de hormigón 14
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6) Cantidad de cemento en Kg. por m3 de hormigón A 185 0.38 C C 0.38 C 486.84 kg
7) Cantidad de agregados por m3 de hormigón
C G1 G 2 A 1.03 C a g 486.84 185 G1 G2 1.03 3150 1000 2650 2650 G1 G2 1.03 0.339 2650 2650 G1 G2 0.69 G1 G 2 0.69* 2650 2650 2650 G1 G 2 1828.5 G1 x G2 y
G1 29.5 G 2 70.5
DONDE : C Peso del cemento en kg A Volumen del agua en lt G1 Peso de la arena en kg G 2 Peso de la grava en kg
C Peso especifico real del cemento en
kg m3
kg m3 kg g Peso especifico real del grava en 3 m G1 0.41844 * G 2 x Porcentaje en peso de arena en % y Porcentaje en peso de grava en %
a Peso especifico real del arena en
Material
Peso Especifico kg/m3 YReal
YAparente
Cemento
3150
1100
Arena
2650
1550
Grava
2650
1670
Re mplazando en 0.41844 * G 2 G 2 1828,5 1828,5 1289.1 kg 1.41844 G1 0.41844 * G 2 0.41844 * 1289.1 539.40 540 kg
1.41844 * G 2 1828,5
G2
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8) Resúmenes DOSIFICASION
PARA 1 M3 DE HORMIGÓN Por Peso Cemento 486.84 kg Agua 185 lt Arena 540 kg Grava 1289.1 kg
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CARGAS PARA DISENO DE COLUMNAS
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CARGAS PARA DISENO DE ZAPATAS
Piso STORY1 STORY1 STORY1 STORY1 STORY1
Columna C1 C2 C3 C4 C5
Carga (1.2D+1.6L) ACI2 ACI2 ACI2 ACI2 ACI2
P (Tn) M2 (Tnm) M3 (Tnm) -49.16475 0.17472 -0.055027 -104.3903 0.4398534 -0.14024 -64.48082 0.3125236 1.134019 -54.2216 -0.094304 -0.133173 -106.501 -0.184206 0.0365054 18
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STORY1 STORY1 STORY1 STORY1 STORY1 STORY1 STORY1 STORY1 STORY1 STORY1
C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14 C15
ACI2 ACI2 ACI2 ACI2 ACI2 ACI2 ACI2 ACI2 ACI2 ACI2
-63.17301 -49.19038 -104.6919 -41.68995 -48.62675 -108.6909 -44.06476 -57.4098 -127.6155 -80.90375
STORY1 STORY1
C16 C17
ACI2 ACI2
-106.24 0.0273943 -77.58193 -0.145818
Story STORY1 STORY1 STORY1 STORY1 STORY1 STORY1
Column C1 C2 C3 C4 C5 C6
Carga (D+L) ASD ASD ASD ASD ASD ASD
0.0488222 0.9592691 0.1973412 -0.16655 0.2891737 -0.045536 0.3603495 0.8174284 -0.140497 -0.090912 -0.174841 -0.068512 -0.096879 0.7775669 0.067946 -0.215337 0.1134661 -0.36489 0.0889809 1.200769 -0.491651 1.093128
P(Tn) M2(Tnm) M3 (Tnm) -39.12655 0.1361372 -0.037598 -82.50228 0.3469384 -0.10196 -51.1328 0.245376 0.8965451 -42.97442 -0.075378 -0.097747 -83.76514 -0.145137 0.0376296 -49.91334 0.0362703 0.7557096 19
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STORY1 STORY1 STORY1 STORY1 STORY1 STORY1 STORY1 STORY1 STORY1 STORY1 STORY1
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C7 C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14 C15 C16 C17
Elementos
ASD ASD ASD ASD ASD ASD ASD ASD ASD ASD ASD
-39.01037 -82.50062 -33.3838 -38.50945 -85.60483 -35.27684 -45.57545 -100.4301 -63.87118 -83.97829 -61.41263
Posición
Diámetro (mm)
Longitud (cm)
A (cm)
1
16
190
190
3
20
136
76
Número Unitario
total
Longitud total (cm)
Masa (kg)
6
6
1140
18.01
4
4
544
13.44
250
7
7
1750
43.24
250
7
7
1750
43.24
98.22
8 7
8 7
744 1470
11.75 23.22
50.33
Nombre
Número
zapata 1
1
ZAPATA 2
4
20
250
1
5
20
250
ZAPATA
1
6 7
16 16
93 210
74 210
B (cm)
0.1525837 -0.123996 0.2229548 -0.029852 0.2802513 0.650349 -0.111989 -0.063886 -0.137136 -0.049786 -0.078432 0.6197359 0.0486113 -0.162857 0.0856709 -0.276626 0.0690727 0.9458473 0.0172989 -0.376433 -0.119553 0.864306
60
19
Masa total (kg) 31.45
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3 ZAPATA 4
1
ZAPATA 5
1
ZAPATA 6
1
ZAPATA 7
1
ZAPATA 8
1
ZAPATA 9
1
ZAPATA 10
1
ZAPATA 11
1
ZAPATA 12
1
ZAPATA 13
1
ZAPATA 14
1
ZAPATA 15
1
ZAPATA 16
1
ZAPATA 17
1
FUNDACIONES I Univ. Espada Rossell Pablo
8
16
170
170
9
16
87
68
10
16
180
180
19
6
6
1020
16.11
8
8
696
11.00
6
6
1080
17.06
6
6
1080
17.06
4
4
404
9.98
11
16
180
180
12
20
101
77
13
16
250
250
12
12
3000
47.39
14
16
250
250
12
12
3000
47.39
15
16
94
75
8
8
752
11.88
16
16
190
190
7
7
1330
21.01
17
16
190
190
7
7
1330
21.01
18
16
86
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8
8
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19
16
170
170
5
5
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20
16
170
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5
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310
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6
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19
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113.47
28.64
44.87
123.29
66.28
98.77
68.09
21
UMSS INGENIERIA CIVIL
FUNDACIONES I Univ. Espada Rossell Pablo
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