UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER BIBLIOTECA EDUARDO COTE LAMUS

RESUMEN TESIS DE GRADO AUTOR (ES): NOMBRE (S): LISETTE DAIYANA APELLIDOS: CASTILLO RAMOS NOMBRE (S): APELLIDOS: FACULTAD: INGENIERÍA PLAN DE ESTUDIOS: INGENIERÍA CIVIL DIRECTOR: NOMBRE (S): SAMUEL APELLIDOS: MEDINA JAIMES TITULO DE LA TESIS: DISEÑOS ESTRUCTURALES Y PRESUPUESTO DE AULAS ESCOLARES PARA LA INSTITUCIÓN EDUCATIVA CARMEN DE TONCHALA UBICADA EN EL CORREGIMIENTO CARMEN DE TONCHALA EN EL ÁREA METROPOLITANA DE SAN JOSÉ DE CÚCUTA RESUMEN: CARACTERÍSTICAS: PAGINAS: 164 PLANOS: ILUSTRACIONES: CD-ROM: 1

Se determinaron los criterios necesarios para el funcionamiento adecuado de la institución, por medio de una evaluación del estado actual cumpliendo los requerimientos de la NTC 4595 y NTC 4596. igualmente, se realizó la topografía y el estudio de suelos del terreno teniendo en cuenta el articulo A.2.4 del Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10 y el diseño arquitectónico y estructural del área cumpliendo todos los requisitos de diseño y construcción sismo resistente de los títulos A, B, C de la norma. Por ultimo, se elaboró el presupuesto de los diseños con la descripción de las actividades desarrolladas: cantidades, precio unitario y su valor total correspondiente. Palabras clave: diseños, estructurales, presupuesto, aulas, Carmen de Tonchala.

DISEÑOS ESTRUCTURALES Y PRESUPUESTO DE AULAS ESCOLARES PARA LA INSTITUCIÓN EDUCATIVA CARMEN DE TONCHALA UBICADA EN EL

CORREGIMIENTO CARMEN DE TONCHALA EN EL ÁREA METROPOLITANA DE SAN JOSÉ DE CÚCUTA

LISETTE DAIYANA CASTILLO RAMOS

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER FACULTAD DE INGENIERÍA

PLAN DE ESTUDIOS DE INGENIERÍA CIVIL SAN JOSÉ DE CÚCUTA

2013

DISEÑOS ESTRUCTURALES Y PRESUPUESTO DE AULAS ESCOLARES PARA LA INSTITUCIÓN EDUCATIVA CARMEN DE TONCHALA UBICADA EN EL

CORREGIMIENTO CARMEN DE TONCHALA EN EL ÁREA METROPOLITANA DE SAN JOSÉ DE CÚCUTA

LISETTE DAIYANA CASTILLO RAMOS

Trabajo de grado presentado como requisito para optar al título de Ingeniero Civil

Director SAMUEL MEDINA JAIMES

Magíster en Ingeniería Estructural

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER FACULTAD DE INGENIERÍA

PLAN DE ESTUDIOS DE INGENIERÍA CIVIL SAN JOSÉ DE CÚCUTA

2013

  4

  5

CONTENIDO

pág.

INTRODUCCIÓN 16

1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 17

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 17

1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 17

1.3 JUSTIFICACIÓN 18

1.4 OBJETIVOS 19

1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES 20

1.6 DELIMITACIONES 20

2. REFERENTES TEÓRICOS 21

2.1 ANTECEDENTES 21

2.2 MARCO TEÓRICO 21

2.2.1 Ubicación geográfica 22

2.2.2 Condiciones socioeconómicas 22

2.3 MARCO LEGAL 23

3. METODOLOGÍA 26

3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN 26

3.2 POBLACIÓN Y MUESTRA 26

3.3 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS PARA LA RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN 26

3.4 PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN 27

  6

4. ESTUDIO DEL SUELO 28

4.1 OBJETIVO DEL ESTUDIO GEOTECNICO 28

4.2 LOCALIZACION DE PROYECTO A CONSTRUIR 28

4.3 ASPECTOS TOPOGRÁFICOS 30

4.4 CARACTERÍSTICAS GEOLÓGICAS 30

4.5 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA ESTRUCTURA Y CARGA 32

4.6 EXPLORACION Y MUESTREO DEL SUBSUELO 33

4.7 CONDICIONES DE LOS SUELOS 34

4.8 CARACTERISTICAS FISICAS DEL SUELO 34

4.9 NIVEL DE AGUAS 36

4.10 CARACTERISTICAS MECANICAS DEL SUELO 36

4.10.1 Parámetros de resistencia al corte 36

4.10.2 Parámetros de de formalidad (asentamientos) 36

4.10.3 Parámetros sísmicos 37

4.11 PERFIL DEL SUELO DISEÑO SISMO-RESISTENTE 37

4.12 CONDICIONES DE LA CIMENTACION 38

4.12.1 Tipo de cimentación 38

4.12.2 Nivel y suelo de cimentación 39

4.13 ANÁLISIS INGENIERÍA 39

4.14 CAPACIDAD ADMISIBLE 39

4.15 RECOMENDACIONES CONSTRUCTIVAS 40

4.15.1 Excavaciones y rellenos 40

4.15.2 Recomendaciones sobre el drenaje 41

4.16 MEMORIA DE CÁLCULOS CAPACIDAD ADMISIBLE 42

  7

4.17 PROPIEDADES DEL SUELO DE CIMENTACIÓN 42

5. CALCULOS TOPOGRÁFICOS 47

5.1 LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO POR MÉTODO DE RADIACIÓN 47

6. DISEÑOS ESTRUCTURALES 52

6.1 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO ESTRUCTURAL PARA EDIFICACIONES NUEVAS 52

6.2 CALCULO DEL PESO DE LA ESTRUCTURA 56

6.3 ESPECTRO DISEÑO 67

6.4 SISTEMA ESTRUCTURAL 68

6.5 MÉTODO DE ANÁLISIS A UTILIZAR 69

6.6 PERÍODO FUNDAMENTAL DE LA EDIFICACIÓN 70

6.7 COORDENADAS DEL CENTRO DE GRAVEDAD 73

6.8 DISEÑO A FLEXIÓN VIGA B 84

6.9 DISEÑO A CORTANTE 105

6.10 DISEÑO COLUMNA A-2 115

6.11 ELEMENTOS DE CONFINAMIENTO 120

7. ESPECIFICACIONES 123

7.1 ESPECIFICACIONES DE CONSTRUCCIÓN 123

8. CANTIDADES DE OBRA 126

9. PRESUPUESTO FINAL 127

10. CONCLUSIONES 129

  8

11. RECOMENDACIONES 130

BIBLIOGRAFÍA 131

ANEXOS 132

  9

LISTA DE FIGURAS

pág.

Figura 1. Localización general del sitio del proyecto 29

Figura 2. Ubicación geográfica del lote del proyecto 29

Figura 3. Geología de la zona 32

Figura 4. Detalle de cimentación. Cimientos aislados 38

Figura 5. Planta arquitectónica 52

Figura 6. Fachada principal y corte 53

Figura 7. Zonas de amenaza sísmica en función de Aa y Av 58

Figura 8. Valores de Av 59

Figura 9. Diseño a cortante 105

Figura 10. Distribución de estribos tramo A, extremo izquierdo 107

Figura 11. Calculo del cortante a una distancia d - 1 107

Figura 12. Distribución de estribos tramo A, extremo derecho 108

Figura 13. Despiece de estribos 109

Figura 14. Calculo del cortante a una distancia d - 2 109

Figura 15. Distribución de estribos No. 3 112

Figura 16. Distribución estribos por zonas según cálculos tramo B-C, extremo derecho 114

Figura 17. Despiece definitivo 114

Figura 18. Esquema columna 115

Figura 19. Detalle columna 119

Figura 20. Sección columna de confinamiento típica 121

  10

Figura 21. Sección viga de amarre típica 122

  11

LISTA DE CUADROS

pág.

Cuadro 1. Construcción de las edificaciones 32

Cuadro 2. Criterio de sondeos 33

Cuadro 3. Consistencia de los suelos cohesivos 35

Cuadro 4. Capacidad de soporte del suelo 42

Cuadro 5. Cartera de campo 48

Cuadro 6. Cartera de oficina 49

Cuadro 7. Cartera de campo nivelación directa simple 50

Cuadro 8. Cargas de servicio 54

Cuadro 9. Masas de los materiales 55

Cuadro 10. Peso de la estructura 56

Cuadro 11. Clasificación de los perfiles del suelo 60

Cuadro 12. Coeficiente Fa 61

Cuadro 13. Coeficiente Fv 62

Cuadro 14. Valores del coeficiente de importancia I 64

Cuadro 15. Espectro de diseño 67

Cuadro 16. Sistema estructural de pórticos 69

Cuadro 17. Valores de los parámetros Ct y oe 71

Cuadro 18. Cortante basal 71

Cuadro 19. Cortante símico en la base 72

Cuadro 20. Centro de gravedad 73

Cuadro 21. Coordenadas del centro de rigidez 74

  12

Cuadro 22. Excentricidades 75

Cuadro 23. Momento torsor directo 75

Cuadro 24. Torsión accidental (A.3.6.7.1) 75

Cuadro 25. Torsión accidental 76

Cuadro 26. Momentos torsores de diseño 76

Cuadro 27. Momentos torsores 78

Cuadro 28. Derivas 80

Cuadro 29. Dimensiones de los elementos 82

Cuadro 30. Fuerzas sísmicas de diseño – sentido Y 84

Cuadro 31. Fuerzas sísmicas de diseño – sentido X 84

Cuadro 32. Parámetros para el diseño de columnas 118

  13

LISTA DE GRÁFICAS

pág.

Gráfica 1. Carta de plasticidad 35

Gráfica 2. Factor de profundidad 45

Gráfica 3. Coeficiente de ampliación Fa del suelo para la zona de periodos cortos del espectro 62

Gráfica 4. Coeficiente de ampliación Fv del suelo para la zona de periodos cortos del espectro 63

Gráfica 5. Espectro elástico 66

Gráfica 6. Espectro de diseño 68

  14

LISTA DE TABLAS

pág.

Tabla 1. Valores de capacidad admisible Qa (ton/m2) 43

Tabla 2. Asentamientos máximos en (cm) 43

  15

LISTA DE ANEXOS

pág.

Anexo A. Listado de equipos y cuadrillas 133

Anexo B. Prestaciones sociales 134

Anexo C. Cantidades de obra 135

Anexo D. Análisis de precios generales 136

Anexo E. Análisis unitarios 137

Anexo F. Presupuesto general 159

Anexo G. Tabla de rendimientos y duraciones 161

Anexo H. Proveedores 163

Anexo I. Registro fotográfico 164

  16

INTRODUCCIÓN

Las aulas son el lugar de estudio que en condiciones adecuadas y lugares seguros, debe garantizar la protección personal y la convivencia; conectada con los servicios públicos, las calles, los equipamientos, las zonas de comercio y servicios como partes inseparables, posibilita la convivencia social, afianza los lazos de solidaridad, hace realidad el trabajo, y permite disfrutar de la vida y participar del proyecto colectivo de toda la ciudadanía.

Los proyectos de vivienda y hábitat reconocerán las singularidades territoriales y socioculturales y tendrán como protagonistas a barrios y veredas como núcleos de convivencia familiar y vecinal en permanente mejoramiento, consolidación y construcción de los asentamientos humanos. En todo caso, la política habitacional se soportará sobre ámbitos territoriales definidos, que faciliten la apropiación e identidad colectiva, la participación de los moradores, la generación de impactos positivos en la calidad de vida y la eficiencia en la gestión institucional.

Como reconocimiento a los derechos sociales, económicos, culturales, colectivos y del ambiente y en busca de la equidad social y el ordenamiento territorial, los recursos de inversión en vivienda estarán orientados a atender a la población más vulnerable social y económicamente y a estimular las iniciativas comunitarias y sociales en la construcción colectiva de su hábitat.

Los principios que orientan el ordenamiento territorial son: la función social y ecológica de la propiedad, la prevalecía del interés general sobre el particular y la distribución equitativa de cargas y beneficios. Con base en estos principios se afianzarán los instrumentos y mecanismos de planeación y gestión del suelo como un recurso escaso y estratégico, igual objetivo se tendrá con los de financiación del desarrollo territorial.

Aprovechando las oportunidades que nos brindan las políticas territoriales de alcance regional, por el equilibrio urbano regional, se trabajará por el equilibrio urbano regional en el marco de los planes del departamento de Bolívar, por una distribución más equilibrada de los asentamientos humanos; en esta dirección, se pondrá toda la voluntad política en la construcción de Acuerdos Territoriales para el desarrollo de programas y proyectos de vivienda y hábitat de alcance regional.

  17

1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Debido al incremento de estudiantes en la institución por el crecimiento de poblaciones vecinas y el aumento de cursos académicos, la institución presenta hacinamiento por la falta de aulas. En la institución se están agrupando diferentes cursos académicos en un mismo salón;

• Es decir los estudiantes de preescolar y primero se encuentran agrupados en un solo salón.

• Los estudiantes del grado segundo están recibiendo clases en el aula de la mujer que está ubicado fuera del colegio.

• Los grados tercero y cuarto también se agruparon en un salón.

• Los alumnos de cuarto y quinto están hacinados en un solo salón.

• Los grados sexto y séptimo están unidos en un solo aula y por lo tanto presentan un sobrecupo de acuerdo a lo estipulado por la ley.

• Los grados octavo y noveno de igual manera están unidos en una sola aula.

Y algunas veces se requiere trabajar en bloque es decir mientras un grupo realiza una actividad en el salón, el otro debe estar afuera permitiendo que el anterior pueda realizar sus actividades.

Lo anterior minimiza la calidad de la educación en la zona e impide que los alumnos puedan estudiar tranquila y debidamente.

1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

Con la elaboración de los estudios, diseños y presupuestos de las aulas escolares para la institución educativa Carmen de Tonchala en el corregimiento Carmen de

  18

Tonchala en el área metropolitana de San José de Cúcuta para resolver el problema de hacinamiento por falta de infraestructura que afecta a los estudiantes de la institución educativa.

1.3 JUSTIFICACIÓN

El proyecto de extensión, se hace necesario para ofrecer a los estudiantes de la institución educativa Carmen de Tonchala el problema de hacinamiento de estudiantes en la institución ayudando así a los habitantes del corregimiento Carmen de Tonchalay de las Comunidades aledañas Las Delicias, Los Mangos, El Barrio Belén y comunidades de desplazados e invasiones como la comunidad Casa nueva y La invasión Colinas del Tonchala ayudar a disminuir el grado de analfabetismo en general, aumentando el rendimiento de los niños ya escolarizados y disminuyendo el absentismo escolar y aumentar la motivación en el profesorado con la Creación de estas nuevas y mejores infraestructuras que hagan más fácil su trabajo.

El proyecto se realizara con una cobertura de 190 estudiantes con un nivel de educacional que va desde el grado 0(cero) hasta el grado 9(noveno) con modalidad de educación en primaria Escuela nueva primaria y bachillerato Post Primaria posee 5 aulas de clase y la dirección; su población estudiantil es de 190 estudiantes conformados de la siguiente manera=

• Preescolar: 21 Alumnos.

• Primero: 22 Alumnos.

• Segundo: 27 Alumnos.

• Tercero: 23 Alumnos.

• Cuarto: 19 Alumnos.

• Quinto: 22 Alumnos.

• Sexto: 17 Alumnos.

  19

• Séptimo: 22 Alumnos.

• Octavo: 10 Alumnos.

• Noveno: 16 Alumnos.

Y con un impacto hacia la comunidad estudiantil Carmen de Tonchala y de las Comunidades aledañas Las Delicias, Los Mangos, El Barrio Belén y comunidades de desplazados e invasiones como la comunidad Casa nueva y La invasión Colinas del Tonchala.

1.4 OBJETIVOS

Objetivo general. Estudiar, diseñar y realizar el presupuesto de la institución educativa Carmen de institución educativa Carmen de Tonchala en el corregimiento Carmen de Tonchala en el área metropolitana de San José de Cúcuta.

Objetivos específicos. Elaborar una carta de socialización de la comunidad del Carmen de Tonchala con la universidad Francisco de Paula Santander y la Responsable del Proyecto para determinar los criterios necesarios para el funcionamiento adecuado de la institución.

Realizar una evaluación del estado actual de la institución educativa Carmen de Tonchala, determinando si cumple los requerimientos de la norma Norma Técnica Colombiana NTC 4595 que menciona el planeamiento y Diseño de Instalaciones y Ambientes Escolares. Y la norma Norma Técnica Colombiana NTC 4596 que habla de la Señalización para Instalaciones y Ambientes Escolares

Realizar la topografía y el estudio de suelos del terreno donde se van a construir las aulas de clase para la iniciación del diseño, teniendo en cuenta el articulo A.2.4 del Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10 que determina los efectos locales como los son el tipo de perfil de suelo y los valores de coeficiente de sitio.

Realizar el diseño arquitectónico y estructural del área a construir, cumpliendo todos los requisitos de diseño y construcción sismo resistente de los títulos A, B, C del Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10.

  20

Elaborar el presupuesto de los diseños anteriormente mencionados con la descripción de la actividades a desarrollar y en cada una de ellas plasmar las cantidades, precio unitario y su valor total correspondiente.

1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES

El trabajo dirigido le brinda al estudiante continuamente los procesos de formación profesional, fortaleciendo el conocimiento adquiridos y obteniendo experiencia profesional.

Para la realización de este proyecto es necesario considerar aquellos aspectos que hacen de manera más eficiente la optimización del mismo; iniciando por la inspección visual, recolección de información, estudios preliminares, bajo la supervisión del ingeniero (Director de proyecto) y la asesoría de los docentes profesionales de la Universidad Francisco de Paula Santander.

Con el aporte dado se pretende mejorar la calidad de vida de la Comunidad Carmen de Tonchala, de igual forma brindar todos nuestros conocimientos, ofreciendo ideas y soluciones al problema existente, demostrando y dejando en evidencia la calidad de profesionales que forma nuestra universidad Francisco de Paula Santander.

El tiempo requerido en el campo donde se adelanta el proyecto involucra experiencias a nivel personal como profesional asimilando nuevos conceptos que en un futuro muy cercano harán parte del desenvolvimiento diario.

1.6 DELIMITACIONES

Delimitación espacial. El lugar donde se desarrollará el trabajo dirigido será en la Institución Educativa Rural Carmen de Tonchala, ubicada a 10 km del occidente del municipio de Cúcuta, específicamente en el área disponible para la construcción en el plantel

Delimitación temporal. El tiempo previsto para el desarrollo de este trabajo dirigido es según el acuerdo 069 del 5 de septiembre de 1997, según el artículo 5, donde dice que en cualquier modalidad de trabajo de grado el mínimo tiempo de su desarrollo es un semestre académico.

  21

2. REFERENTES TEÓRICOS

2.1 ANTECEDENTES

ORTIZ PUERTO, Orlando y PORTILLO, Julio Jesús A. Patología de los pavimentos de la ciudad de Cúcuta, 1287. Determinó de un modo general las causas de falla que influyen en el deterioro de los pavimentos de la ciudad de Cúcuta y formula recomendaciones para actividades que tienen que ver con el diseño, construcción y mantenimiento. Comprende un informe básico con aspectos geomorfológicos de la ciudad, análisis de transito e información sobre algunas fuentes de materiales existentes en Cúcuta.

YANEZ ZAMORA, Laura Patricia y MORALES OMAÑA, Patricia. 1986: Cálculo de alcantarillado y diseño de pavimentos de un terreno entre los Barrios las Américas, Chapinero y los Rosales de la ciudad de Cúcuta. Universidad Francisco de Paula Santander. Facultad de Ingenierías, Plan de Estudios de Tecnología en Obras Civiles. El objetivo de esta tesis es realizar el cálculo de un sistema de alcantarillado y el diseño de dos alternativas de pavimentos: pavimento flexible y pavimento rígido, incluyendo sus respectivas obras de arte: andenes y sardineles.

CORZO CARREÑO, William Roberto y GARCIA ORTEGA, Nataly. Pasantía de seguimiento y supervisión de obras como auxiliar de ingeniería civil en la secretaria de planeación del municipio de Tibú, Norte de Santander. Trabajo de Grado. Ingeniero Civil. San José de Cúcuta: Universidad Francisco de Paula Santander. Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería Civil, 2010. 56 p. Se realizó una investigación de tipo descriptiva, la cual, permitió conocer la situación actual de los proyectos que fueron asignados por parte de Planeación Municipal de Tibú. Igualmente, se presentaron los informes sobre los avances alcanzados en obra, a través de actas de trabajo donde se garantizó la seguridad de la ejecución de actividades hechas por los contratistas y así tratar de concientizar al personal en un mejor desempeño en su labor diaria. Por último, se realizaron actividades administrativas, las cuales permitieron coordinar las funciones de seguimiento y apoyo, asignado por la Secretaría de Planeación de Tibú.

2.2 MARCO TEÓRICO

La institución Educativa está ubicada en el centro del corregimiento, fue inaugurada en 1960; en el año 1998 fue sede nº 7 del Barrio Belén de Cúcuta constando con cursos de preescolar a quinto y con una modalidad de educación

  22

metodología nueva; Posterioriormente en el 2006 por la falta de recursos de parte de la institución principal esta realizo la Gestión para independizarse y se consolido como institución educativa Centro Educativo Rural Carmen de Tonchala según Decreto (067 del 28 de Febrero del 2007) quedando conformadas 2 sedes Sede 1 Centro Educativo Rural Carmen de Tonchala, Sede 2 San Pedro; en el año 2008 este decreto se modificó y se estableció como única sede mediante el decreto (0325 del 12 de junio de 2008), estipulado con nº de DANE 254001002637 y NIT 900152381-8, la institución poseía 2 (dos) salones y la dirección.

2.2.1 Ubicación geográfica. Es un pequeño corregimiento conformado por un centenar (100) de casas y parcelas, su nivel de población es de un promedio de 500 habitantes con una tasa de natalidad superior a la población a la de la población adulta su desarrollo de caserío a corregimiento a sido esfuerzo a los habitantes y su gestión; La comunidad afronta un serio problema de orden social y económico por la falta de fuentes de trabajo.

Este se encuentra a 20 minutos aproximadamente en el área urbana esto influye en que la población constantemente varié por aquellas personas que emigran en busca de nuevas fuentes de trabajo a la ciudad y aquellas que a su vez llegan de la ciudad al corregimiento en busca de trabajo.

El corregimiento Carmen de Tonchala está ubicado a 10 km del occidente del municipio de Cúcuta limitado al norte con el corregimiento de Buena Esperanza, al sur con el corregimiento de San Pedro, al oriente con el Pórtico y el área urbana de Cúcuta, al occidente con el municipio de San Cayetano.

La altura sobre el Nivel del mar es de 237 m, la temperatura es de 32º a 35º (Grados centígrados)

2.2.2 Condiciones socioeconómicas. Las diferentes formas productivas del sector y la comunidad en la que se halla inserta el corregimiento, en mayoría son las prácticas de avicultura, pocas veces en la carpicultura y piscicultura, muy pocas personas se dedican al sector agrario por la poca ayuda que el gobierno presta para la producción de los cultivos.

El trabajo principal en estas comunidades consiste en la mejora de las Condiciones de vida, con el establecimiento de las condiciones mínimas de salubridad, Asistencia sanitaria y educación.

  23

Estudios topográficos. Conjunto de principios y procedimientos que tienen por objeto la representación gráfica de la superficie de la Tierra, con sus formas y detalles, tanto naturales como artificiales. La topografía esta durante todo el transcurso de la obra, y nos da una idea clara de la geomorfología del lugar.

Estudios geotécnicos. El estudio geotécnico se realiza previamente a la construcción de la obra y tiene por objeto determinar la información geológica, naturaleza y propiedades del terreno, necesarios para definir el tipo y condiciones de cimentación. Es muy importante porque nos ofrece una visión clara sobre el tipo de suelo que se piensa construir y así decidir el tipo de cimentación que vamos a diseñar.-

Diseño arquitectónico. Está asociado a los trazos, dibujos, delineados, esquemas o bocetos de un proyecto de arquitectura. Este proceso tiene una importancia vital en el proyecto arquitectónico, pues le otorga al aspecto temático y artístico aportando a nuevas formas de expresarse en este arte.

Diseño estructural. Rama de la ingeniería civil que se encarga del cálculo y diseño (dimensiones) de las estructuras, satisfaciendo requisitos de seguridad, de acuerdo a la resistencia de los materiales. Se diseñara las estructura teniendo en cuenta los parámetros sísmicos de la zona y el uso sobre el cual se efectuara el proyecto.

Diseño hidro-sanitario. Rama de la ingeniería civil que se encarga del cálculo y trazado del sistema de agua potable y sanitaria con el fin de dar seguridad y comodidad a los estudiantes.

Presupuesto general de obra. Cálculo aproximado del costo total de la obra a ejecutar.

2.3 MARCO LEGAL

Acuerdo No. 065 de agosto 26 de 1996: por el cual se establece el estatuto estudiantil de la Universidad Francisco de Paula Santander del consejo superior universitario. El artículo 140 del acuerdo No 065 incluye al trabajo dirigido dentro de las modalidades de trabajo de grado, más concretamente como proyecto de extensión, debido a que ésta se realiza para colaborar a una comunidad en concreto que pide una solicitud al plan de estudios para que se le pueda dar solución a una problemática.

  24

Acuerdo No. 069 de septiembre 5 de 1997 por el cual se reglamenta el articulo 140 del estatuto estudiantil de la Universidad Francisco de Paula Santander del consejo superior universitario. El consejo superior universitario adoptó mediante acuerdo No 069 de septiembre 5 de 1997 la reglamentación básica de requisitos para trabajos de grado y define en el artículo 2° al trabajo dirigido con la siguiente definición consiste en el desarrollo, por parte del estudiante y bajo la dirección de un profesional en el área del conocimiento a la que es inherente el trabajo, de un proyecto específico que debe realizarse siguiendo el plan previamente establecido en el anteproyecto correspondiente, debidamente aprobado.

Así mismo en el acuerdo No 069 más concretamente en el artículo 5° especifica el tiempo de duración del Trabajo Dirigido como de una duración mínima de un semestre académico y una intensidad horaria no menor a 300 horas.

Norma Técnica Colombiana NTC 4595 que menciona el planeamiento y diseño de instalaciones y ambientes escolares. Es una norma técnica colombiana que reglamenta el planeamiento y diseño de instalaciones y ambientes escolares, con el fin de mejorar la calidad de instituciones en armonía con las condiciones locales, regionales y nacionales. Igualmente, puede ser usada para la mejora de las instalaciones académicas ya existentes. La norma abarca instalaciones y ambientes como el colegio, las aulas, los laboratorios, etc.

El desarrollo de la norma acoge, en el tema educativo, las disposiciones de la Ley 115 de 1994 (Ley General de Educación) y en materia de arquitectura y medio ambiente construido, los temas de accesibilidad, seguridad y comodidad, desde la perspectiva de la sostenibilidad ambiental, para generar así instalaciones con bajos costos de funcionamiento y mínimo deterioro del ambiente.

Norma Técnica Colombiana NTC 4596 que habla de la Señalización para Instalaciones y Ambientes Escolares. Esta norma establece los requisitos para diseñar y desarrollar un sistema integral de señalización en las instituciones educativas para contribuir a la seguridad y fácil orientación de los usuarios.

Reglamento colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10 de la comisión asesora permanente para el régimen de construcciones sismo resistentes, (Creada por la ley 400 de 1997). Es una norma técnica colombiana encargada de reglamentar las condiciones con las que deben contar las construcciones con el fin de que la respuesta estructural a un sismo sea favorable.

  25

Fue promulgada por el Decreto 926 del 19 de marzo de 2010, el cual fue sancionado por el ex-presidente Álvaro Uribe.

La norma fue sometida a evaluación durante 3 años, hasta que obtuvo la aprobación por parte de los ministerios de Ambiente Vivienda y Desarrollo Territorial, de Transporte y del Interior. Uno de los puntos más relevantes de esta versión es el nuevo mapa de sismicidad elaborado por la Red Sismológica Nacional adscrita al Ingeominas, que permite identificar de manera más acertada zonas de amenaza sísmica. Este permitirá hacer variaciones en los diseños estructurales, dependiendo de si la zona es alta, intermedia o baja. Para realizar este mapa se registraron entre 1995 y el 2009 alrededor de 22.000 eventos adicionales (a los 13 mil que crearon la versión NSR-98) que permitieron realizar un mejor estimativo.

Reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico RAS-2000, que esta a cargo de la dirección de agua potable y saneamiento básico del ministerio de desarrollo económico. Su propósito es fijar los criterios básicos y requisitos mínimos que deben reunir los diferentes procesos involucrados en la conceptualización, el diseño, la construcción, la supervisión técnica, la puesta en marcha, la operación y el mantenimiento de los sistemas de acueducto que se desarrollen en la República de Colombia, con el fin de garantizar su seguridad, durabilidad, funcionalidad, calidad, eficiencia, sostenibilidad y redundancia dentro de un nivel de complejidad determinado.

  26

3. METODOLOGÍA

3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN

Descriptivo o de observación directa: procedimiento que se aplica con los trabajos de campo, en los que se desarrolla la topografía, observándose características físicas del terreno.

Documental, puesto que el proyecto se lleva a cabo bajo las normas recomendadas por el reglamento requerido de construcción.

3.2 POBLACIÓN Y MUESTRA

Población. La población del estudio está constituida por los estudiantes que asisten a la escuela, correspondiente a 190 estudiantes matriculados en esta escuela y 7 Docentes distribuidos entre los grados 0(cero) a quinto con 22 estudiantes de educación en primaria Escuela nueva primaria y con 65 estudiantes entre los grados 6 (sexto) y 9 (noveno) y bachillerato Post Primaria.

Muestra. El inmueble objeto de estudio es: Institución Educativa Carmen de Tonchala ubicada en el corregimiento Carmen de Tonchala en el área metropolitana de San José de Cúcuta (3118296089).

3.3 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS PARA LA RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN

Técnicas. Las técnicas de recolección de datos son las distintas formas o maneras de obtener la información, la aplicación de las técnicas se ejecuta a través de los instrumentos entre estos se pueden mencionar: la observación directa.

Instrumentos. De acuerdo a esta consideración, para la técnica de la observación directa se aplica como instrumento toma de instantáneas para mediante el apoyo fotográfico establecer directamente que elementos tanto estructurales como no estructurales presentan falencias o fallas y a su vez consignar dicha información en unos cuadros formatos que resumen los diagnósticos derivados de dicha observación, estos incluirán las posibles causas y sus respectivos elementos

  27

constitutivos para plantear posibles soluciones a fin de facilitar el análisis cuantitativo posterior, por el analista o diseñador.

Durante el proceso de validación de la información se hará el respectivo análisis y se apoyara en juicio de experto, en este caso un docente del área de estructuras con amplia experiencia en el tema planteado, a quien se le consulto y acepto dicho instrumento de modo que permita la evaluación según lo observado y luego según su contenido.

3.4 PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN

Análisis de los datos. Las técnicas de análisis de datos son cualitativas y cuantitativas, las primeras establecen relación causa y efecto entre la variables de la inspección, y se utiliza para sacar conclusiones o inferencias con relación al aspecto planteado, las segundas son las cuantitativas y permite la clasificación de datos numéricos, para el caso de la expresión de las áreas a estudiar y en sus respectivas clasificaciones de ambientes escolares esas se complementan con las cualitativas.

Expone que los datos recopilados por si solos no permiten sacar conclusiones generales que apuntan a esclarecer el problema, por lo tanto es necesario separar la información numérica de la que se expresa verbalmente. En este caso siguiendo los lineamientos que expuestos en los objetivos se procederá de la siguiente forma. Los datos de las áreas irán expresados en cuadros por ambientes debidamente medidos, en donde se reflejara la carencia o no de espacios, los diferentes déficits y superávits de los mismos, como también todo lo relacionado en la norma y por consiguiente brindara una herramienta útil en la aplicación del proyecto educativo institucional cuando se pretenda crecer en cobertura.

  28

4. ESTUDIO DEL SUELO

4.1 OBJETIVO DEL ESTUDIO GEOTECNICO

El presente informe consigna la investigación de suelos realizada para la construcción de unas aulas escolares para la institución educativa ubicada en el sector del Carmen de Tonchala.

El objetivo principal de este estudios es el de investigar las características del suelo existente en el área del proyecto, y dar las recomendaciones que se consideran necesarias para el manejo y tratamiento de los aspectos geotécnicos, de donde se deducirán el tipo de cimentación, profundidad y dimensiones aproximadas del cimiento, teniendo en cuenta los demás aspectos geotécnicos que puedan incidir sobre la estabilidad y seguridad del proyecto a realizar.

También de ser necesario, recomendar sobre situaciones que se pueden presentar a nivel geotécnico tanto en la cimentación como en la estructura, para unificar un sistema constructivo adecuado que asegure plenamente la estabilidad, resistencia y durabilidad de la estructura, mitigando problemas geotécnicos presentes o que en un futuro puedan afectar la funcionalidad de dichas aulas.

4.2 LOCALIZACION DE PROYECTO A CONSTRUIR

El salón comunal, estará ubicado en un lote en las áreas sub-urbanas del municipio de San José de Cúcuta en el corregimiento el Carmen de Tonchala. El proyecto se localiza en un lote que limita en su constado al occidental con una vivienda de un piso y hacia el costado oriental con una cancha de micro fútbol y norte y sur con vías sin identificar. El sector presenta urbanismo. La figura siguiente muestra la ubicación del proyecto con relación al entorno, según coordenadas 7°47´49´´N – 72°28´.25.75” O y una elevación aproximada de 495 msnm.

  29

Figura 1. Localización general del sitio del proyecto

Fuente: ALCALDÍA DE SAN JOSÉ DE CÚCUTA. Mapas. San José de Cúcuta: La Alcaldía, 2012.

Figura 2. Ubicación geográfica del lote del proyecto

Fuente: GOOGLE CORPORATION. Vista aérea. San José de Cúcuta. 2012.

  30

4.3 ASPECTOS TOPOGRÁFICOS

El lote dispuesto para el proyecto ocupa una extensión en forma de rectangular, con dimensiones aproximadas de 30 m x 22.5 m y un área de 680 m2. La topografía de la zona es predominantemente plana, pero en su constado occidental se inicia una pendiente muy suave hasta el costado oriental. El lote se encuentra sin ninguna clase de construcción y con algunos arbustos. El drenaje del lote se da sobre las vías pavimentadas del sector.

4.4 CARACTERÍSTICAS GEOLÓGICAS

Las formaciones Geológicas que se presentan en el sitio del proyecto están caracterizadas por terrazas de origen aluvial, pertenecientes a los depósitos cuaternarios que descansan sobre las formaciones León, Carbonera y Grupo Guayabo. La estratigrafía está representada por gravas, guijarros y cantos rodados aglutinados por matrices arcillo arenosos de reducido espesor de sedimentos finos, frecuentemente con alto grado de cementación.

Predominio de suelos areno limosos y arcillosos o arcillas y limos arenosos de color marrón amarillento y plasticidad media a baja.

Los suelos encontrados desmejoran fácilmente sus propiedades de resistencia y deformación al aumentar su humedad.

(Formación León) (tol). La formación León está compuesta casi en su totalidad de arcillas pizarrosas de color gris a gris verdoso que presentan horizontes limolíticos hacia la parte baja y alta de la misma.

El contacto inferior de la formación es normal y se marca donde ocurre el cambio de las arcillas pizarrosas puras de esta formación a los sedimentos mas arenosos de la formación Carbonera.

El espesor tiene un promedio de 545 m habiéndose observado espesores mayores más al norte en donde la formación se vuelve más arenosa. Palinológicamente la formaciones de edad Oligoceno.

  31

(Formación Carbonera) (Tec). La formación carbonera consta de una serie de arcillolitas intercaladas con areniscas y algunos mantos de carbón en la parte Inferior y en el tope de la formación (carbón fijo de 30.2 a 46.6% con un promedio de 39.7%). Las arcillas son de color gris, comúnmente abigarradas y sideríticas; en la parte inferior y superior de la formación hay algunas arcillas Pizarrosas de color gris oscuro. Las areniscas son de color gris verdoso de grano fino a grueso y algo arcillosas; en las partes inferior y superior estas Areniscas son localmente glauconíticas; en estos mismos intervalos hay pequeñas capas de caliza. La formación carbonera reposa concordantemente sobre la formación Mirador y el límite está marcado por la presencia de las primeras areniscas de grano grueso de la formación Mirador. El espeso pro medio es de 500 m la edad de la formación va del Eoceno Superior al Oligoceno Inferior.

Grupo Guayabo (Tmg). Este complejo de edad Terciaria y período Mioceno reposa concordantemente sobre la formación León, consiste de una serie 21alternada de areniscas de grano fino a grueso, de baja a media cementación, de color pardo, intercaladas con capas de diferente espesor y orientación.

Estos depósitos Afloran sobre la margen derecha del Río Pamplonita, entre Cúcuta y la municipalidad venezolana de Ureña, e igualmente se aprecia en el flanco Este del Anticlinal Tasajero, conformando el cierre periclinal hacia el Norte y en las Quebradas La Floresta y Quebrada Seca, en la ruta de la vía Cúcuta – El Zulia.

Estos materiales conforman los anticlinales volcados que separan el Valle de Cúcuta de la Terraza de Juan Atalaya, así como el sinclinal volcado del Pamplonita, cuyo eje pasa próximo a la localidad de San Faustino de Los Ríos, donde está cubierto por depósitos de terrazas y aluviones del Río Pamplonita y la Quebrada San Faustino.

Este grupo está dividido en dos formaciones:

Formación Cúcuta. Constituida por lodolitas en capas planas paralelas, con intercalaciones delgadas de arenitas.

Formación Cornejo. Compuesta por lodolitas alternadas con arenitas y capas ferruginosas.

  32

Figura 3. Geología de la zona

Fuente: INSTITUTO COLOMBIANO DE GEOLOGÍA Y MINERÍA. Geología. San José de Cúcuta: INGEOMINAS, 2012.

4.5 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA ESTRUCTURA Y CARGA

Según la información obtenida se proyecta la construcción, dentro del área descrita anteriormente de una edificación de un piso destinado como aulas de clase según para desarrollo de las diversas actividades académicas en el sector del Carmen de Tonchala. El sistema estructural consistirá de pórticos de concreto reforzado. La distancia entre ejes es de 6.0 a 9.0 m. El sistema estructural encargada de soportar las cargas, consistirá de vigas y columnas que transportarán las cargas de forma puntual al suelo de cimentación.

Según la información de planos suministrada, se proyecta la construcción de las siguientes edificaciones:

Cuadro 1. Construcción de las edificaciones

Estructuras de un (1) piso

Área construida (m2)

Locales 36 Oficinas generales 47 Área de Plazoleta 250

  33

La carga por columna dependerá del análisis estructural pero por lo general se estima que estará en el orden de 6 Ton.

4.6 EXPLORACION Y MUESTREO DEL SUBSUELO

Conforme a los requerimientos mínimos de sondeos y profundidades de la norma NSR-10 (H.3.2) se establecieron el número y profundidad de sondeos, según la siguiente clasificación.

Cuadro 2. Criterio de sondeos

Categoría: BAJA.

No. sondeos por unidad: 3.

Profundidad: mín. 6.0 m.

Adicionalmente, se aplicó el siguiente aparte de la sección H.3.2.5. (NSR 10) que permite reducir/aumentar la longitud de los sondeos.

Se aplicó el inciso (c) donde se requiere a una profundidad de 2.5 veces el ancho de la zapata. Y el inciso (d) donde se requiere llegar a aglomerados rocosos o capas de suelos firmes en proyectos de categoría baja. Esta longitud indicativa sería de 2.00 m. Considerando la pequeña área destinado, con el fin de conocer las características de suelos en el sitio del proyecto, se procedió a realizar dos (2) apiques distribuidos en el área, las excavaciones se realizaron a una profundidad de 1 a 2m.

Con la información obtenida se observa los estratos que conforman el perfil de suelos de la zona, y de ellos se obtuvieron muestras alteradas para realizar los ensayos de granulometría con lavado sobre tamiz 200, límites de consistencia LL,

  34

LP, clasificación de suelos y humedad natural. Además se complementó la información de laboratorio con pruebas de penetración manual.

4.7 CONDICIONES DE LOS SUELOS

El perfil de suelos encontrado puede resumirse así:

Capa Vegetal. Arcilla arenosa con presencia de materia orgánica. 0.2 a 0.3 m.

Arcilla ligera arenosa. Color marrón oscuro. Algo de humedad, consistencia media, baja plasticidad. Espesor de 1.5 a 2 metros. Lectura del Penetrómetro: 1 a 2.0 kg/cm2. Humedad baja.

Los ensayos de laboratorio y la observación del perfil de suelos encontrado permiten establecer las siguientes características geotécnicas:

4.8 CARACTERISTICAS FISICAS DEL SUELO

El contenido de humedad natural a lo largo del perfil explorado, es moderado, sin llegar a sobrepasar los valores del índice plástico. Las capas predominantes de los perfiles son de tipo netamente ARCILLOSOS LIGERAMENTE CON ARENA, muestran un contenido de arena del 28 % y de finos del 72 % con baja plasticidad.

Según la composición granulométrica y los límites de Atterberg, las capas de los perfiles superficiales investigados en este proyecto se clasifican de acuerdo a la U.S.C. como arcilla ligera con arena de los tipos CL y A-6 por AASHTO. (Limite liquido LL: 24.20 a 31.00 %; Limite plástico: LP: 14.19 a 14.87%; Índice de plasticidad IP: 10.01 a 16.13%). El contenido de arenas es de 26.93 a 27.75%, el contenido de finos es de 72.25 a 73.07%.

El grado de permeabilidad puede estimarse en general como bajo a muy bajo, (K»1.0X10-5 - 10-7 cm/seg). El tipo y condiciones de suelos encontrados y la naturaleza del proyecto permiten despreciar la existencia de fenómenos de licuación, colapso, suelos totalmente expansivos, suelos erosionables y efectos asociados con la vegetación.

  35

El grado de plasticidad, tiende a valores medios a altos para todas las capas encontradas, según la Carta de Plasticidad de Casagrande para clasificación de suelos.

Gráfica 1. Carta de plasticidad

La resistencia al corte no drenada medida con el penetrómetro manual, registra valores entre los 1.0 y 2.0 Kg/cm2, correspondiendo a una consistencia media. Esta descripción se confirma con los resultados de compresión simple, obtenidos de muestras inalteradas recuperadas con tubos Shelby. Resistencia al corte de suelos cohesivos, según Teng.

Cuadro 3. Consistencia de los suelos cohesivos

  36

De los Límites de Atterberg se puede inferir que la expansibilidad de las capas arcillosas del perfil superficial, es media a bajo. Mediante los valores de LL (limite liquido) e I.P (índice de Plasticidad) se puede considerar que el grado de expansión de estas arcillas es no critico equivalente a un potencial volumétrico de cambio (PVC) de 1.0 a 2.0.

4.9 NIVEL DE AGUAS

No se encontró presencia de aguas freáticas en las exploraciones realizadas.

Según las relaciones gravimétricas y volumétricas, el Grado de saturación es medio a bajo. La profundidad del nivel freático estará alejada del nivel superficial, estimándose que supera los 10 metros.

4.10 CARACTERISTICAS MECANICAS DEL SUELO

4.10.1 Parámetros de resistencia al corte. Arcilla ligera arenosa: arcilla ligera arenosa. Color marrón oscuro. Algo de humedad, consistencia media, baja plasticidad. Espesor de 1.5 a 2 metros. Lectura del Penetrómetro H: 1 a 2.0 kg/cm2. Humedad baja. Teniendo en cuenta estas mediciones, los parámetros de resistencia al corte recomendados son:

Cohesión: C = 0.5 Kg/cm2.

Ángulo de fricción = 0°.

4.10.2 Parámetros de de formalidad (asentamientos). Por presentar el suelo Características arcillosas y sin presencia de nivel freático se tendrá un comportamiento de los asentamientos predominantemente de tipo elástico (no presentándose asentamientos por consolidación), los cuales ocurrirán de forma inmediata después de la construcción. Para el cálculo de asentamientos se tienen para este tipo de suelo, los siguientes parámetros:

Módulo de Elasticidad E = 500 ton/m2.

Relación de poisson µ = 0.35.

  37

4.10.3 Parámetros sísmicos. Propiedades dinámicas: con el fin de considerar los efectos sísmicos locales debido al tipo de suelo, se deberán hacer las siguientes consideraciones de acuerdo a la Reglamento Sismo Resistente NSR-10. Definido los criterios técnicos que se estipulan en la NSR-10 se determina el tipo perfil según las características geotécnicas del perfil y sus propiedades físico-mecánicas (Velocidad de onda cortante).

Velocidad de onda sísmico: el módulo cortante obtenido (G) a partir del módulo de elasticidad (E) y la relación de Poisson (P) será:

Como parámetros y propiedades dinámicas teóricas, podrán considerarse las siguientes: (capa arcillosas de alta plasticidad)

Peso Unitario: γ = 1.6 Ton/m3.

Módulo elástico: E = 500 Ton/m2.

Relación de Poisson: µ = 0.35.

Módulo Cortante del suelo: G = E/ 2(1+µ) =185 Ton/m2.

Velocidad de Onda sísmica......Vs = 34 m/s

Tipo de suelo: perfil tipo E. Perfil que cumpla el criterio de velocidad de onda cortante, o 180 m/s >Vs.

4.11 PERFIL DEL SUELO DISEÑO SISMO-RESISTENTE

Considerando la el Reglamento de Construcciones Sismo Resistentes de Colombia del año 2010 (NSR-2010), el perfil de suelo corresponde al Tipo E, los resultados de la exploración en campo y la investigación de laboratorio, permiten establecer los parámetros sísmicos para efectos del análisis y diseño estructural:

Grupo III: edificaciones de atención a la comunidad.

Coeficiente de Importancia, (I): 1.25.

  38

Aa= coeficiente aceleración horizontal pico efectiva: 0.35.

Av= coeficiente de la velocidad horizontal pico efectiva: 0.3.

Zona periodos cortos del espectro Fa: 1.05.

Zona periodos intermedios del espectro Fv: 2.8.

Capacidad de disipación de energía: Especial.

Zona de Amenaza Sísmica: ALTA.

4.12 CONDICIONES DE LA CIMENTACION

4.12.1 Tipo de cimentación. Bloque para salón comunal (1 piso): según las condiciones geotécnicas encontradas y características del proyecto se recomienda sistemas de cimentación tipos:

Cimientos aislados. Consiste de zapatas aisladas, unidas mediante vigas de amarre en las dos direcciones. La sección y refuerzo serán indicadas por el Ingeniero encargado del Diseño Estructural.

Figura 4. Detalle de cimentación. Cimientos aislados

  39

Cimiento aislado: diseño para trabajar con una presión admisible de 10 Ton/m2.

Solado: e = 10 cm.

Viga de rigidez: en dos direcciones de sección y refuerzo según Diseño Estructural.

Capa de sub-suelo: suelo del sitio estabilizado. Numeral 12.1.

Placa de piso: placa de piso en concreto reforzado con malla-electro soldada.

Columna: sección y refuerzo según diseño estructural.

4.12.2 Nivel y suelo de cimentación. Bloque para salón comunal (1 piso): cimientos aislados. El nivel de desplante de esta fundación será a una profundidad de 1.50 m con relación al nivel del terreno del lote. El suelo de cimentación será la capa arcilla ligera arenosa, Color marrón oscuro. Algo de humedad, consistencia media, baja plasticidad

4.13 ANÁLISIS INGENIERÍA

El cálculo de capacidad de soporte del suelo para el tipo de cimiento superficial recomendado, se presenta en el anexo de este informe. Los valores de la capacidad admisible (Qa) en ton/m2, se encuentran tabulados en dicho anexo para diferentes dimensiones de la cimentación asumidas.

4.14 CAPACIDAD ADMISIBLE

Bloque para salón aulas de clase. La capacidad de soporte por carga del suelo para este tipo de cimiento superficial fue calculada utilizando la ecuación de capacidad última (Hanzen y Terzaghi).

Para el nivel de cargas que se presentan en el proyecto, se recomienda utilizar los siguientes valores de presión admisible los cuales no exceden los límites de asentamientos de 2.5 cms.

  40

Cimientos aislados. Zapatas: las zapatas del proyecto (nivel de desplante 1.50 m). Para el nivel de cargas que se presentan en el proyecto, se recomienda utilizar para el diseño estructural una presión admisible de 10 ton/m2. Los asentamientos calculados son menores de 2.5 cms, aceptables para este tipo de estructura, dado su carácter de inmediatos.

Estimativos de carga. La estructura a construir es de un (1) nivel por lo cual las cargas puntual máxima transmitidas al suelo son del orden de 6 Toneladas, de acuerdo a la información asumida por el concepto estructural. Esta carga se utilizó con el fin de evaluar la capacidad portante admisible y los asentamientos esperados de la estructura a construir.

Asentamientos esperados cimentación superficial. El análisis de asentamientos inmediatos tipo elástico para estos cimientos superficiales se efectuó utilizando el Método de Bowles descrito en los anexos. Los asentamientos elásticos o inmediatos se presentarán durante la construcción y serán del orden de 0.2 a 2.5 cms.

4.15 RECOMENDACIONES CONSTRUCTIVAS

4.15.1 Excavaciones y rellenos. Las características de consistencia de las capas de los perfiles permiten adelantar excavaciones con cortes verticales, hasta de una profundidad de cimentación.

La construcción de la cimentación del proyecto, se iniciará con el replanteo de los ejes y la posterior excavación con equipo manual, de la caja correspondiente a cada uno de estos cimientos, manteniendo las dimensiones indicadas por el diseño estructural.

Se deberá hacer la excavación y retiro del material vegetal existente, y dada la naturaleza medianamente expansiva se deberán estabilizar al menos 0.10 m de espesor del suelo. Como medida de estabilización se recomienda utilizar una mezcla del suelo del sitio y cal en porcentajes de 5 a 10 % en peso según el diseño que se realice de la mezcla estabilizada.

Las excavaciones del proyecto correspondientes a las necesarias para la ejecución de los cimientos serán de carácter temporal, y dado el tipo de suelos superficial y su consistencia podrán proyectarse con cortes verticales. Una vez alcanzado el nivel de profundidad establecido en el numeral 10.2, se colocará un

  41

solado en concreto de 5 cms. de espesor, sobre el cual se construirá la cimentación, distribuyendo el refuerzo según el diseño estructural y procediéndose a fundir el concreto con resistencia mínima basada en la especificación del cálculo estructural.

Posteriormente se construirán las columnas y vigas de amarre necesarias, previasmal relleno de las excavaciones. El material proveniente de la excavaciones puede ser utilizado para este relleno recomendándose hacerlo en capas de no más de 20 cms. de espesor, compactadas con pisón manual.

La ejecución de la etapa de cimentación deberá ser lo más rápido posible, con el fin de evitar alteraciones apreciables del suelo de cimentación, en especial ante lluvias que puedan presentarse.

Para la conformación de rellenos artificiales para contra piso, andenes laterales, plazoletas o nivelaciones arquitectónicas se empleará material granular seleccionado, tipo recebo, según las especificaciones Invías 300, 320; (densidad mínima del 90% de la máxima del ensayo proctor modificado) o en su defecto material producto de excavación mezclado con cemento en un 3% en peso como mínimo.

4.15.2 Recomendaciones sobre el drenaje. Tomando en cuenta la naturaleza Arcillosa del suelo de cimentación y la susceptibilidad de este tipo de materiales a perder resistencia y aumentar la de formabilidad ante la presencia de aguas, se hace necesario controlar la infiltración de estas, que podrían desestabilizar el suelo, cambiando sus características. Por lo tanto se recomienda establecer un adecuado sistema de drenaje y evacuación de aguas lluvias, el cual aleje rápidamente la escorrentía superficial y las aguas infiltradas de los alrededores de la edificación. En el proyecto se utilizarán tuberías flexibles tipo PVC, que son capaces de absorber pequeños movimientos del terreno.

En las áreas duras, se recomienda andenes con ancho mínimo de 1,5 metros, adyacentes a la construcción, así como se recomienda dejar los patios como zonas duras (pisos en concreto reforzados con malla electro soldada).

  42

4.16 MEMORIA DE CÁLCULOS CAPACIDAD ADMISIBLE

Capacidad de soporte del suelo:

Obra: aulas de clase.

Fecha: abril 2013.

Cimentación: cimiento aislado.

Cuadro 4. Capacidad de soporte del suelo

4.17 PROPIEDADES DEL SUELO DE CIMENTACIÓN

Descripción: arcilla con arena, color marrón oscuro. Consistencia media.

Cohesión: 5 Ton/m2 (0.5 kg/cm2).

Modulo elasticidad: 500 ton/m2.

Ang. de fricción interna: 0.0°.

Relación de poisson: 0.35.

Profundidad de cimentación: 1.5 m. (Cimiento Asilado).

Posición del nivel freatico: no presente.

  43

Cimentación. Dimensiones:

Ancho: 1.00 – 3.00 m.

Largo: 1.00 – 3.00 m.

Factores de capacidad de carga: Nc: 5.1 - Nq: 1.0 - Ng: 10.9.

Tabla 1. Valores de capacidad admisible Qa (ton/m2)

Tabla 2. Asentamientos máximos en (cm)

  44

Valor de capacidad admisible recomendada:

Cimiento aislado: Qa: 10.0 ton/m2.

Asentamientos menores a 2.5 cms.

Asentamientos máximos (cm):

Espesor finito. Método Bowles Para B= 1.5 m.

q= Carga/Área = 28 Ton / (1.5x1.5) = 12.5 Ton/m2 (presión de contacto).

El asentamiento se calcula empleando las expresiones:

En este caso H=5.00 m. (Profundidad asumida donde se encontrara un estrato a semejable a roca).

Se analiza el asentamiento en el centro, para esto se divide el cimiento en cuatro partes iguales de dimensiones B´=B/2 y L´=L/2.

  45

B´= 1.5 /2 = 0.75 m

L´= 1.5 /2 = 0.75 m

M =L´/B´ = 0.75 / 0.75 = 1.0

N = H/B´ = 5.0 / 0.75 =6.67

Reemplazando los valores de M=2.0 y N=1.33en las ecuaciones se obtiene:

I1= 0.467

I2= 0.023

Reemplazando los valores de I1, I2 y µ=0.35 en la ecuación:

Is=0.47

De la figura, se obtiene el mismo valor de IfIf=0.65, para la relación 1.50/1.50 =1.5, e interpolando para L/B = 1.0 y µ=0.3.

Gráfica 2. Factor de profundidad

Fuente: BOWLES, Joseph. Foundation analysis and design. Mexico: Mc Graw Hill, 1996.

  46

El factor corregido de influencia para el cimiento, reemplazando en la ecuación IseIf es:

Cs = 0.47* 0.74 = 0.35

El factor calculado, corresponde a la esquina del cimiento B´ x L´, el asentamiento total en el centro del cimiento B x L será cuatro veces el de la esquina del cimiento B´ x L´.

Variando B (ancho mínimo del cimiento) y aplicando un F.S =3.0, las presiones admisibles arrojan valores inversamente proporcionales a las cargas aplicadas, oscilando los asentamientos inmediatos (elásticos) en un rango no mayor a 3.0, garantizando así la estabilidad de la estructura del proyecto.

Asentamientos por consolidación. Dadas las características de los estratos subyacentes a la cimentación se descarta el fenómeno de consolidación bajo estas sobrecargas.

  47

5. CALCULOS TOPOGRÁFICOS

5.1 LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO POR MÉTODO DE RADIACIÓN

Este tipo de levantamiento topográfico consiste en ubicar un punto estratégico (Estación) dentro o fuera del lote a medir, en donde se estaciona el teodolito, para luego medir el azimut y distancia horizontal hasta cada una de las esquinas o vértices del lote.

Condiciones de aplicación. Para la aplicación de este método de levantamiento se debe tener en cuenta lo siguiente:

• Todos los puntos que definen el lindero del lote, se deben observar desde el punto estratégico elegido.

• Los alineamientos entre la estación y los puntos que definen los linderos, deben estar libres de obstáculos con el objeto de poder medir las distancias entre estos.

• La distancia tomada entre la estación y los puntos radiados es la distancia horizontal, mientras no se diga lo contrario.

Procedimiento para la toma de datos de campo. Materializar los puntos de lindero (estacado).

Localizar y materializar el punto estratégico (estación) para la radiación, que cumpla con las condiciones ya mencionadas.

Centrar y nivelar del teodolito en la estación, desde donde se va a radiar Orientar el teodolito: consiste en colocar en ceros el teodolito con un meridiano (generalmente es la Norte), ya sea magnético (brújula), real o arbitrario.

Visualiza el primer punto del lindero (empleando como ayuda jalón o plomada).Para facilitar los cálculos el primer punto es el más cercano al meridiano de referencia, en el sentido del movimiento de las manecillas del reloj. Los demás puntos se ordenan de la misma forma, es decir, alejándose en ángulo del meridiano de referencia, como lo muestra la figura.

  48

Tomar datos: ángulo (azimut) y distancia horizontal.

Repetir los pasos 5 y 6 para los puntos restantes que definen el lindero.

Verificar la precisión del levantamiento. Para esto se lee nuevamente el azimutal primer punto de lindero; si la diferencia con respecto al primer azimut tomado, por defecto o por exceso, es mayor que la aproximación del teodolito se toman nuevamente todos los azimut.

Cuadro 5. Cartera de campo

  49

Cuadro 6. Cartera de oficina

  50

Cuadro 7. Cartera de campo nivelación directa simple

  51

Cuadro 7. (Continuación)

  52

6. DISEÑOS ESTRUCTURALES

6.1 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO ESTRUCTURAL PARA EDIFICACIONES NUEVAS

Paso 1: Pre dimensionamiento y coordinación con los otros profesionales. Definición del sistema estructural, dimensiones tentativas para evaluar preliminarmente las diferentes solicitaciones tales como: la masa de la estructura, las cargas muertas, las cargas vivas, los efectos sísmicos y las fuerzas del viento.

Estas dimensiones preliminares se coordinan con los otros profesionales que participan en el diseño.

Figura 5. Planta arquitectónica

Fuente: ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SÍSMICA. Reglamento colombiano de construcción sismo resistente. NSR 10. Bogotá: AIS, 1997.

  53

Figura 6. Fachada principal y corte

Fuente: ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SÍSMICA. Reglamento colombiano de construcción sismo resistente. NSR 10. Bogotá: AIS, 1997.

  54

Cuadro 8. Cargas de servicio

  55

Paso 2: evaluación de las solicitaciones definitivas (tabla A.1.3 – 1). Con las dimensiones de los elementos de la estructura definidas como resultado del paso 1, se evalúan todas las solicitaciones que pueden afectar la edificación de acuerdo con los requisitos del Título B del Reglamento. Estas incluyen: el efecto gravitacional de la masa de los elementos estructurales, o peso propio, las cargas de acabados y elementos no estructurales, las cargas muertas, las fuerzas de viento, las deformaciones impuestas por efectos reo lógicos de los materiales estructurales y asentamientos del suelo que da apoyo a la fundación. Así mismo se debe determinar la masa de la edificación y su contenido cuando así lo exige el

Reglamento, la cual será empleada en la determinación de los efectos sísmicos, de acuerdo con los pasos siguientes.

Cuadro 9. Masas de los materiales

Fuente: ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SÍSMICA. Reglamento colombiano de construcción sismo resistente. NSR 10. Bogotá: AIS, 1997.

  56

6.2 CALCULO DEL PESO DE LA ESTRUCTURA

Cuadro 10. Peso de la estructura

Paso 3: obtención del nivel de amenaza sísmica y los valores de Aa y Av. Este paso consiste en localizar el lugar donde se construirá la edificación dentro de los mapas de zonificación sísmica dados en el Capítulo A.2 del Reglamento y en determinar el nivel de amenaza sísmica del lugar, de acuerdo con los valores de los parámetros Aa y Av obtenidos en los mapas de zonificación sísmica del

Capítulo A.2. El nivel de amenaza sísmica se clasificará como alta, intermedia o baja. En el Apéndice A-4 se presenta una enumeración de los municipios colombianos, con su definición de la zona de amenaza sísmica, y los valores de los parámetros Aa y Av, entre otros.

  57

A.2.2.1 — Los movimientos sísmicos de diseño se definen en función de la aceleración pico efectivo, representada por el parámetro Aa, y de la velocidad pico efectivo, representado por el parámetro Av, para una probabilidad del diez por ciento de ser excedidos en un lapso de cincuenta años. Los valores de estos coeficientes, para efectos de este Reglamento, deben determinarse de acuerdo con A.2.2.2 y A.2.2.3.

A.2.2.2 — Se determina el número de la región en donde está localizada la edificación usando para Aa el mapa de la figura A.2.3-2 y el número de la región donde está localizada la edificación para Av ,en el mapa de la figura A.2.3-3.

A.2.4 — efectos locales:

A.2.4.1 Se prescriben dos factores de amplificación del espectro por efectos de sitio, Fa y Fv los cuales afectan la zona del espectro de períodos cortos y períodos intermedios, respectivamente. Los efectos locales de la respuesta sísmica de la edificación deben evaluarse con base en los perfiles de suelo dados a continuación, independientemente del tipo de cimentación empleado.

A.2.4.4 — definición del tipo de perfil de suelo — El procedimiento que se emplea para definir el tipo de perfil de suelo se basa en los valores de los parámetros del suelo de los 30 metros superiores del perfil. (Tabla A.2.4-1).

Clasificación de los perfiles de suelo).

A.2.4.5.4 — Velocidad de la onda de cortante en roca — La roca competente del perfil tipo A, debe definirse por medio de mediciones de velocidad de la onda de cortante en el sitio, o en perfiles de la misma formación donde haya meteorización y fracturación similares. En aquellos casos en que sabe que las condiciones de lroca son continuas hasta una profundidad de al menos 30 m, la velocidad de onda de cortante superficial puede emplearse para definir Vs.

  58

Figura 7. Zonas de amenaza sísmica en función de Aa y Av

Fuente: ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SÍSMICA. Reglamento colombiano de construcción sismo resistente. NSR 10. Bogotá: AIS, 1997.

  59

Figura 8. Valores de Av

Fuente: ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SÍSMICA. Reglamento colombiano de construcción sismo resistente. NSR 10. Bogotá: AIS, 1997.

  60

Cuadro 11. Clasificación de los perfiles del suelo

fuente: ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SÍSMICA. Reglamento colombiano de construcción sismo resistente. NSR 10. Bogotá: AIS, 1997. Paso 4: movimientos sísmicos de diseño. (Tabla A.1.3 -1). Deben definirse unos movimientos sísmicos de diseño en el lugar de la edificación, de acuerdo con los requisitos del Capítulo A.2 del Reglamento y, en el caso de Edificaciones cubiertas por A.1.2.3.3, con los requisitos del Capítulo A.12 del Reglamento, tomando en cuenta:

• La amenaza sísmica para el lugar determinada en el paso 3, expresada a través de los parámetros Aa y Av, o Ad , según sea el caso, los cuales representan la aceleración horizontal pico efectiva y la velocidad horizontal pico efectiva expresada en términos de aceleración del sismo de diseño.

  61

• Las características de la estratificación del suelo subyacente en el lugar a través de unos coeficientes de sitio Fa y Fv

• La importancia de la edificación para la recuperación de la comunidad con posterioridad a la ocurrencia de un sismo a través de un coeficiente de importancia.

Las características de los movimientos sísmicos de diseño se expresan por medio de un espectro elástico de diseño. El Reglamento contempla descripciones alternativas del sismo de diseño, ya sea a través de familias de acelerogramas, o bien por medio de expresiones derivadas de estudios de microzonificación sísmica, las cuales deben determinarse siguiendo los requisitos dados en el Capítulo A.2.

A.2.4.5.5 — En la tabla A.2.4-3 se dan los valores del coeficiente Fa que amplifica las ordenadas del espectro en roca para tener en cuenta los efectos de sitio en el rango de períodos cortos del orden de T0, como muestra la figura A.2.4-1. Para valores intermedios de Aa se permite interpolar linealmente entre valores del mismo tipo de perfil.

Cuadro 12. Coeficiente Fa

Fuente: ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SÍSMICA. Reglamento colombiano de construcción sismo resistente. NSR 10. Bogotá: AIS, 1997.

  62

Interpolando obtuvimos un valor de Fa de 1.05.

Cuadro 13. Coeficiente Fv

Fuente: ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SÍSMICA. Reglamento colombiano de construcción sismo resistente. NSR 10. Bogotá: AIS, 1997.

Obtuvimos un valor de Fv de 2,8.

Gráfica 3. Coeficiente de ampliación Fa del suelo para la zona de periodos cortos del espectro

Fuente: ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SÍSMICA. Reglamento colombiano de construcción sismo resistente. NSR 10. Bogotá: AIS, 1997.

  63

A.2.4.5.6 — En la tabla A.2.4-4 se dan los valores del coeficiente Fv que amplifica las ordenadas del espectro en roca para tener en cuenta los efectos de sitio en el rango de períodos intermedios del orden de 1s. Estos coeficientes se presentan también en la figura A.2.4-2. Para valores intermedios de Aa se permite interpolar linealmente entre valores del mismo tipo de perfil.

Gráfica 4. Coeficiente de ampliación Fv del suelo para la zona de periodos cortos del espectro

Fuente: ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SÍSMICA. Reglamento colombiano de construcción sismo resistente. NSR 10. Bogotá: AIS, 1997.

A.2.5.1 — grupos de uso — Todas las edificaciones deben clasificarse dentro de uno de los siguientes Grupos de Uso.

A.2.5.1.4 — Grupo I — Estructuras de ocupación normal — Todas la edificaciones cubiertas por el alcance de este Reglamento, pero que no se han incluido en los

Grupos II, III y IV.

  64

A.2.5.2 — coeficiente de importancia — El Coeficiente de Importancia, I, modifica el espectro, y con ello las fuerzas de diseño, de acuerdo con el grupo de uso a que esté asignada la edificación. Los valores de I se dan en la tabla A.2.5-1.

Cuadro 14. Valores del coeficiente de importancia I

Fuente: ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SÍSMICA. Reglamento colombiano de construcción sismo resistente. NSR 10. Bogotá: AIS, 1997.

A.2.6 — Espectro de diseño:

A.2.6.1 — Espectro de aceleraciones — La forma del espectro elástico de aceleraciones, Sa expresada como fracción de la gravedad, para un coeficiente de cinco por ciento (5%) del amortiguamiento crítico, que se debe utilizar en el diseño, se da en la figura A.2.6-1 y se define por medio de la ecuación A.2.6-1, con las limitaciones dadas en A.2.6.1.1 a A.2.6.1.3.

A.2.6.1.1 — Para períodos de vibración menores de TC, calculado de acuerdo con la ecuación A.2.6-2, el valor de Sa puede limitarse al obtenido de la ecuación a.2.6.3

  65

A.2.6.2.2 Para períodos de vibración mayores que TL, calculados de acuerdo con la ecuación A.2.6-4, el valor de Sv, en m/s, no puede ser menor que el dado por la ecuación A.2.6-10.

A.2.6.2.3 — Cuando se utilice el análisis dinámico, tal como se define en el Capítulo A.5, para períodos de vibración diferentes del fundamental, en la dirección en estudio, menores de T0 calculado de acuerdo con la ecuación A.2.6- 6, el espectro de velocidades de diseño, en m/s, puede obtenerse de la ecuación A.2.6-11.

  66

Gráfica 5. Espectro elástico

Fuente: ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SÍSMICA. Reglamento colombiano de construcción sismo resistente. NSR 10. Bogotá: AIS, 1997.

  67

6.3 ESPECTRO DISEÑO

Cuadro 15. Espectro de diseño

  68

Gráfica 6. Espectro de diseño

Paso 5: características de la estructuración y del material estructural empleado. El sistema estructural de resistencia sísmica de la edificación debe clasificarse dentro de uno de los sistemas estructurales prescritos en el Capítulo A.3: sistema de muros de carga, sistema combinado, sistema de pórtico, o sistema dual.

El Reglamento define limitaciones en el empleo de los sistemas estructurales de resistencia sísmica en función de la zona de amenaza sísmica donde se encuentre localizada la edificación, del tipo de material estructural empleado(concreto estructural, estructura metálica, mampostería estructural, o madera), de la forma misma como se disponga el material en los elementos estructurales según esté en posibilidad de responder adecuadamente ante movimientos sísmicos como los esperados por medio de su capacidad de disipación de energía, la cual puede ser especial (DES), moderada (DMO) o mínima (DMI); de la altura de la edificación, y de su grado de irregularidad.

6.4 SISTEMA ESTRUCTURAL

A.3.2.1 — tipos de sistemas estructurales:

A.3.2.1.3 — Sistema de pórtico Es un sistema estructural compuesto por un pórtico espacial, resistente a momentos, esencialmente completo, sin diagonales, que resiste todas las cargas verticales y fuerzas horizontales.

  69

Cuadro 16. Sistema estructural de pórticos

Fuente: ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SÍSMICA. Reglamento colombiano de construcción sismo resistente. NSR 10. Bogotá: AIS, 1997.

Paso 6: grado de irregularidad de la estructura y procedimiento de análisis. Definición del procedimiento de análisis sísmico de la estructura de acuerdo con la regularidad o irregularidad de la configuración de la edificación, tanto en planta como en alzado, su grado de redundancia o de ausencia de ella en el sistema estructural de resistencia sísmica, su altura, las características del suelo en el lugar, y el nivel de amenaza sísmica, siguiendo los preceptos dados en el Capítulo A.3.

6.5 MÉTODO DE ANÁLISIS A UTILIZAR

A.3.4.2.1 — Método de la fuerza horizontal equivalente — Puede utilizarse el método de la fuerza horizontal equivalente en las siguientes edificaciones: (a) Todas las edificaciones, regulares e irregulares, en las zonas de amenaza sísmica baja,

  70

• (b) Todas las edificaciones, regulares e irregulares, pertenecientes al grupo de uso I, localizadas en zonas de amenaza sísmica intermedia,

• (c) Edificaciones regulares, de 20 niveles o menos y 60 m de altura o menos medidos desde la base, en cualquier zona de amenaza sísmica, exceptuando edificaciones localizadas en lugares que tengan un perfil de suelo tipo D, E o F, con periodos de vibración mayores de 2TC,

• (d) Edificaciones irregulares que no tengan más de 6 niveles ni más de 18 m de altura medidos a partir de la base, A.3.3. configuración estructural de la edificación:

A.3.3.1 Para efectos de diseño sísmico la edificación debe clasificarse como regular o como irregular en planta y en altura o como redundante o con ausencia de redundancia de acuerdo con los requisitos de esta sección.

Paso 7: determinación de las fuerzas sísmicas. Obtención de las fuerzas sísmicas, Fs, que deben aplicarse a la estructura para lo cual deben usarse los movimientos sísmicos de diseño definidos en el paso 4.

A.3.6.7.1 — Torsión accidental — Debe suponerse que la masa de todos los pisos está desplazada transversalmente, hacia cualquiera de los dos lados, del centro de masa calculado de cada piso, una distancia igual al 5 por ciento (0.05) de la dimensión de la edificación en ese piso, medida en la dirección perpendicular a la dirección en estudio.

6.6 PERÍODO FUNDAMENTAL DE LA EDIFICACIÓN

A.4.2.2 — Alternativamente el valor de T puede ser igual al período fundamental aproximado, Ta, que se obtenga por medio de la ecuación A.4.2-3.

  71

Cuadro 17. Valores de los parámetros Ct y oe

Fuente: ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SÍSMICA. Reglamento colombiano de construcción sismo resistente. NSR 10. Bogotá: AIS, 1997.

Cuadro 18. Cortante basal

Fuente: ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SÍSMICA. Reglamento colombiano de construcción sismo resistente. NSR 10. Bogotá: AIS, 1997.

A.4.3 — fuerzas sísmicas horizontales equivalentes:

A.4.3.1 — El cortante sísmico en la base, Vs, equivalente a la totalidad de los efectos inerciales horizontales producidos por los movimientos sísmicos de diseño, en la dirección en estudio, se obtiene por medio de la siguiente ecuación:

  72

Cuadro 19. Cortante símico en la base

Fuente: ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SÍSMICA. Reglamento colombiano de construcción sismo resistente. NSR 10. Bogotá: AIS, 1997.

Fuerza horizontal equivalente a la altura 3 m. A.4.3.2 — La fuerza sísmica horizontal, Fx, en cualquier nivel x, para la dirección en estudio, debe determinarse usando la siguiente ecuación:

  73

6.7 COORDENADAS DEL CENTRO DE GRAVEDAD

Cuadro 20. Centro de gravedad

  74

Cuadro 21. Coordenadas del centro de rigidez

Excentricidades:

eX = XCG – XCR = 2.129 m – 2.025 m = 0,104 m

eY = YCG – YCR = 8.941 m – 10.433 m = 1.492 m

  75

Cuadro 22. Excentricidades

Momento Torsor directo:

MTX = VX*eY =345.328 KN*1.492 m = 515.3433401 KN*m

MTY = VY*eX =345.328 KN*0.104 m = 35.82389321 KN*m

Cuadro 23. Momento torsor directo

Torsión accidental (A.3.6.7.1):

eX = 0.05*(Longitud X) = 0.05*4.2m =0.210 m

eY = 0.05*(Longitud Y) = 0.05*21.35m = 1,068 m

Cuadro 24. Torsión accidental (A.3.6.7.1)

  76

MTX = FX*eY* =345.328 KN*1,068 m = 368.638 KN*m

MTY = FY*eX =345.328KN*0.210m = 72.519 KN*m

Cuadro 25. Torsión accidental

Momentos Torsores de diseño:

Torsión de Diseño = Torsión Directa + Torsión Accidental (A.3.6.7.3)

MTX=MTXD + MTXA = (515.3433401+ 368.638)KN*m = 883.981 KN*m

MTY=MTYD + MTYA = (35.82389321 + 72.519)KN*m = 108.343 KN*m

Cuadro 26. Momentos torsores de diseño

Cortante directo y por torsión:

Cortante Directo sentido Y:

  77

Cortante Directo sentido X:

Cortante por Torsión Sentido Y:

Cortante por Torsión Sentido X:

MTX = Momento torsor producido por le cortante del piso actuando en el sentido paralelo al eje X.

MTY = Momento torsor producido por le cortante del piso actuando en el sentido paralelo al eje Y.

YT= Distancia Paralela al eje Y entre en centro de rigidez del elemento resistente y el centro de rigidez del piso.

XT= Distancia Paralela al eje X entre en centro de rigidez del elemento resistente y el centro de rigidez del piso.

RX=Rigidez del elemento considerado en el sentido X.

  78

RY=Rigidez del elemento considerado en el sentido Y.

Cuadro 27. Momentos torsores

Paso 8: análisis sísmico de la estructura. El análisis sísmico de la estructura se lleva a cabo aplicando los movimientos sísmicos de diseño prescritos, a un modelo matemático apropiado de la estructura, tal como se define en el Capítulo A.3. Este análisis se realiza para los movimientos sísmicos de diseño sin ser divididos por el coeficiente de capacidad de disipación de energía, R, y debe hacerse por el método que se haya definido en el paso 6.

Deben determinarse los desplazamientos máximos que imponen los movimientos sísmicos de diseño a la estructura y las fuerzas internas que se derivan de ellos.

Montaje de modelos en SAP. Tipo pórtico:

Creación de la Grilla de Trabajo.

  79

Definición de Material

Propiedades de Sección

Dibujo de Elementos Estructurales.

División de Elementos.

Definición de cargas patrones. (Load Patterns)

Asignación de Restricción de Diafragma.

Asignación de Cargas. Definición de combinaciones de carga. (32combinaciones)Corrida del Modelo y Resultados.

Paso 9: desplazamientos horizontales. Evaluación de los desplazamientos horizontales, incluyendo los efectos torsionales de toda la estructura, y las derivas (desplazamiento relativo entre niveles contiguos), utilizando los procedimientos dados en el Capítulo A.6 y con base en los desplazamientos obtenidos en el paso 8.

Evaluación de las derivas. La deriva máxima (A.6.3.1.2) para cualquier nudo viene dada, con la siguiente ecuación (A.6.3-1):

Límite de Desplazamiento.

Para estructuras de concreto reforzado:

  80

Los pórticos se cargaron con todas la combinaciones donde se generó la envolvente, con la cual se cargaron los pórticos de donde se generaron los desplazamientos que se muestran en las siguientes.

Cuadro 28. Derivas

  81

Cuadro 28. (Continuación)

Paso 10: verificación de derivas. Comprobación de que las derivas de diseño obtenidas no excedan los límites dados en el Capítulo A.6. Si la estructura excede los límites de deriva, calculada incluyendo los efectos torsionales de toda la estructura, es obligatorio rigidizarla, llevando a cabo nuevamente los pasos 8, 9 y 10, hasta cuando cumpla la comprobación de derivas.

Casos de estudio. Análisis dinámico estructura tipo pórtico mediante fuerza horizontal equivalente.

  82

Análisis dinámico estructura tipo pórtico mediante fuerza horizontal equivalente. Para el uso del método de la fuerza horizontal equivalente, partimos del cálculo de la masa de la estructura basados en un pre-dimensionamiento de vigas y columnas. Con este valor de masa determinamos las fuerzas equivalentes de entrepiso y las fuerzas de torsión accidental contempladas en la norma NSR-10.

Luego del planteamiento de los casos de carga de la estructura, combinación de las fuerzas equivalentes de sismo y de torsión accidental en cada una de las direcciones, nos enfocamos en el chequeo de las derivas de la estructura.

Las dimensiones propuestas para la estructura fueron 30 x 30 centímetros para columnas y 30 x 20 centímetros para vigas, medidas que satisficieron las condiciones de deriva máxima determinadas por la NSR-10 (0,01hp= 3cm).

Cuadro 29. Dimensiones de los elementos

Paso 11: combinación de las diferentes solicitaciones. Las diferentes Solicitaciones que deben ser tenidas en cuenta, se combinan para obtener las fuerzas internas de diseño de la estructura, de acuerdo con los requisitos del Capitulo B.2 de Reglamento, por el método de diseño propio de cada material estructural. En cada una de las combinaciones de carga requeridas, las solicitaciones se multiplican por el coeficiente de carga prescrito para esa combinación en el Capítulo B.2 del reglamento. En los efectos causados por el sismo de diseño se tiene en cuenta la capacidad de disipación de energía del sistema estructural, la cual se logra empleando unos efectos sísmicos reducidos de diseño, E, obtenidos dividiendo las fuerzas sísmicas Fs, determinadas en el paso 7, por el coeficiente de capacidad de disipación de energía R( E=Fs/R). El coeficiente de capacidad de disipación de energía, R, es función de:

• El sistema de resistencia sísmica de acuerdo con la clasificación dada en el Capítulo A.3

• Del grado de irregularidad de la edificación

  83

• Del grado de redundancia o ausencia de ella en el sistema estructural de resistencia sísmica y

• De los requisitos de diseño y detallado de cada material, para el grado de capacidad de disipación de energía correspondiente (DMI, DMO, DES), tal como se especifica en el Capítulo A.3 Fuerzas Sísmicas Reducidas – NSR10. Bases Generales De Diseño Sismo Resistente (e) (A.3.1): Se efectúa el diseño de los elementos y sus conexiones utilizando todas las solicitaciones requeridas por el Título B del Reglamento, debidamente combinadas según se exige allí. Las fuerzas sísmicas obtenidas del análisis Fs., se reducen, dividiéndolas por el coeficiente de capacidad de disipación de energía, R, correspondiente al sistema estructural de resistencia sísmica, para obtener las fuerzas sísmicas reducidas de diseño (E=Fs. /R) que se emplean en las combinaciones de carga prescritas en el Título B.

• El valor del coeficiente de capacidad de disipación de energía para ser empleado en el diseño, corresponde al coeficiente de disipación de energía básico, R0,multiplicado por los coeficientes de reducción de capacidad de disipación de energía por irregularidades en altura, en planta, y por ausencia de redundancia en el sistema estructural de resistencia sísmica R=ΦaΦpΦrR0 sistema estructural de pórtico resistente a momentos (Nota 1) Pórticos resistentes a momentos con capacidad especial de disipación de energía (DES). De concreto (DES) Valor R0= 7.0.

A.3.3.8.2 En edificaciones con un sistema estructural con capacidad de disipación de energía moderada (DMO) y especial (DES) el valor del factor de reducción de resistencia por ausencia de redundancia en el sistema estructural de resistencia sísmica, Φr, se le puede asignar un valor de la unidad Φr =1.0.

Aunque no se cumplan las condiciones enunciadas en (a) a (d) el factor de reducción de resistencia por ausencia de redundancia en el sistema estructural de resistencia sísmica, Φr, se le debe asignar un valor igual a la unidad Φr = 1.0

Se permite que esta combinación de sistemas estructurales no se considere irregular Φp= Φa= 1.0, y el sistema puede diseñarse sísmicamente utilizando el método de la fuerza horizontal equivalente, tal como lo prescribe el Capítulo A.4.

  84

Cuadro 30. Fuerzas sísmicas de diseño – sentido Y

Cuadro 31. Fuerzas sísmicas de diseño – sentido X

Paso 12: diseño de los elementos estructurales. Se lleva a cabo de acuerdo a los requisitos propios del sistema de resistencia sísmica y del material estructural utilizado. Los elementos estructurales deben diseñarse y detallarse de acuerdo con los requisitos propios del grado de disipación de energía mínimo (DMI), moderado (DMO), o especial (DES), prescrito en el capítulo A.3, según les corresponda, lo cual permitirá a la estructura responder, ante la ocurrencia de un sismo, en el rango inelástico de respuestas y cumplir con los objetivos de la norma sismo resistentes. El diseño de los elementos estructurales debe realizarse para los valores desfavorables obtenidos de las combinaciones obtenidas en el paso 11, tal como prescribe en Titulo B de este Reglamento.

6.8 DISEÑO A FLEXIÓN VIGA B

f’c = 21 Mpa ,fy = 420 Mpa, b= 0.3 m, h = 0.20m, d = 0.15 m.

  85

El área acero mínimo recomendado por NSR-10 dado por numeral C.10 - 3:

Pero no menor a:

Y no debe ser mayor a:

  86

Suponiendo que se trata de una sección controlada por tracción (De acuerdo a C.10.3.4 de la NSR-10 son aquellas en que la deformación unitaria neta de tracción en el refuerzo de acero extremo en tracción, εt, es igual o mayor a 0,005),

De esta cuadrática se toma el menor valor ρ = 0,004521.

Área de acero:

As calculado es mayor que Amín y menor que Amáx OK.

Se verifico adicionalmente que la deformación del acero de las viguetas es mayor que la mínima permitida para flexión en vigas (C.10.3.5 deformación unitaria de tracción en el acero extremo en tracción para el estado de resistencia nominal, no debe ser menor a 0.004).

  87

La sección está controlada por tracción,εt> 0,005, entonces φ = 0,9.

Momento = 6,32KN.m.

Asumiendo sección controlada por tracciónφ = 0,9

Área de acero:

As calculado es menor a l Amín, entonces se asume As = 150 mm2.

Momento = -12,38KN.m.

Suponiendo que se trata de una sección controlada por tracción (De acuerdo a C.10.3.4 de la NSR-10 son aquellas en que la deformación unitaria neta de tracción en el refuerzo de acero extremo en tracción, εt, es igual o mayor a 0,005),

  88

De esta cuadrática se toma el menor valor ρ = 0,005167.

Área de acero:

As calculado es mayor que Amín y menor que Amáx OK.

Se verifico adicionalmente que la deformación del acero de las viguetas es mayor que la mínima permitida para flexión en vigas (C.10.3.5 deformación unitaria de tracción en el acero extremo en tracción para el estado de resistencia nominal, no debe ser menor a 0.004).

La sección está controlada por tracción,εt> 0,005, entonces φ = 0,9.

Momento = 4,41KN.m.

  89

Asumiendo sección controlada por tracciónφ = 0,9.

Área de acero:

As calculado es menor a l Amín, entonces se asume As = 150 mm2.

Momento = -19,16KN.m.

Suponiendo que se trata de una sección controlada por tracción (De acuerdo a C.10.3.4 de la NSR-10 son aquellas en que la deformación unitaria neta de tracción en el refuerzo de acero extremo en tracción, εt, es igual o mayor a 0,005).

  90

De esta cuadrática se toma el menor valor ρ = 0,008328

Área de acero:

As calculado es mayor que Amín y menor que Amáx OK.

Se verifico adicionalmente que la deformación del acero de las viguetas es mayor que la mínima permitida para flexión en vigas (C.10.3.5 deformación unitaria de tracción en el acero extremo en tracción para el estado de resistencia nominal, no debe ser menor a 0.004).

  91

La sección está controlada por tracción,εt> 0,005, entonces φ = 0,9.

Momento = 14,98KN.m.

Suponiendo que se trata de una sección controlada por tracción (De acuerdo a C.10.3.4 de la NSR-10 son aquellas en que la deformación unitaria neta detracción en el refuerzo de acero extremo en tracción, εt, es igual o mayor a 0,005),

De esta cuadrática se toma el menor valor ρ = 0,006346

Área de acero:

As calculado es mayor que Amín y menor que Amáx OK.

Se verifico adicionalmente que la deformación del acero de las viguetas es mayor que la mínima permitida para flexión en vigas (C.10.3.5 deformación unitaria de tracción en el acero extremo en tracción para el estado de resistencia nominal, no debe ser menor a 0.004).

  92

La sección está controlada por tracción,εt> 0,005, entonces φ = 0,9.

Momento = -21,87KN.m.

Suponiendo que se trata de una sección controlada por tracción (De acuerdo a C.10.3.4 de la NSR-10 son aquellas en que la deformación unitaria neta de tracción en el refuerzo de acero extremo en tracción, εt, es igual o mayor a 0,005).

  93

De esta cuadrática se toma el menor valor ρ = 0,009676.

Área de acero:

As calculado es mayor que Amín y menor que Amáx OK.

Se verifico adicionalmente que la deformación del acero de las viguetas es mayor que la mínima permitida para flexión en vigas (C.10.3.5 deformación unitaria de tracción en el acero extremo en tracción para el estado de resistencia nominal, no debe ser menor a 0.004).

La sección está controlada por tracción,εt> 0,005, entonces φ = 0,9.

Momento = 14,88KN.m.

  94

Suponiendo que se trata de una sección controlada por tracción (De acuerdo a C.10.3.4 de la NSR-10 son aquellas en que la deformación unitaria neta de tracción en el refuerzo de acero extremo en tracción, εt, es igual o mayor a 0,005).

De esta cuadrática se toma el menor valor ρ = 0,006346.

Área de acero:

As calculado es mayor que Amín y menor que Amáx OK.

Se verifico adicionalmente que la deformación del acero de las viguetas es mayor que la mínima permitida para flexión en vigas (C.10.3.5 deformación unitaria de tracción en el acero extremo en tracción para el estado de resistencia nominal, no debe ser menor a 0.004).

  95

La sección está controlada por tracción,εt> 0,005, entonces φ = 0,9.

Momento = -19,34KN.m.

Suponiendo que se trata de una sección controlada por tracción (De acuerdo a C.10.3.4 de la NSR-10 son aquellas en que la deformación unitaria neta de tracción en el refuerzo de acero extremo en tracción, εt, es igual o mayor a 0,005),

  96

De esta cuadrática se toma el menor valor ρ = 0,008416.

Área de acero:

As calculado es mayor que Amín y menor que Amáx OK.

Se verifico adicionalmente que la deformación del acero de las viguetas es mayor que la mínima permitida para flexión en vigas (C.10.3.5 deformación unitaria de tracción en el acero extremo en tracción para el estado de resistencia nominal, no debe ser menor a 0.004).

  97

La sección está controlada por tracción,εt> 0,005, entonces φ = 0,9.

Momento = 5,51KN.m.

Asumiendo sección controlada por tracciónφ = 0,9

Área de acero:

As calculado es menor a l Amín, entonces se asume As = 150 mm2.

Momento = -9,55KN.m.

  98

Suponiendo que se trata de una sección controlada por tracción (De acuerdo a C.10.3.4 de la NSR-10 son aquellas en que la deformación unitaria neta detracción en el refuerzo de acero extremo en tracción, εt, es igual o mayor a 0,005).

De esta cuadrática se toma el menor valor ρ = 0,003925.

Área de acero:

As calculado es mayor que Amín y menor que Amáx OK.

Se verifico adicionalmente que la deformación del acero de las viguetas es mayor que la mínima permitida para flexión en vigas (C.10.3.5 deformación unitaria de tracción en el acero extremo en tracción para el estado de resistencia nominal, no debe ser menor a 0.004).

  99

La sección está controlada por tracción,εt> 0,005, entonces φ = 0,9.

Diseño a flexión viga 4. f’c = 21 Mpa, fy = 420 Mpa, b= 0.3 m, h =0.20m, d =0.15 m

El área acero mínimo recomendado por NSR-10 dado por numeral C.10 - 3:

Pero no menor a:

  100

Y no debe ser mayor a:

Momento = -39,94KN.m.

Asumiendo sección controlada por tracciónφ = 0,9.

  101

Área de acero:

As calculado es mayor que él Amáx., entonces se hace necesario reforzar esta sección con armadura a compresión, tomando como φ el valor correspondiente a una deformación de 0,004 (límite establecido en NSR-10 C.10.3.5).

  102

Entonces:

Momento = 38,07KN.m.

Asumiendo sección controlada por tracciónφ = 0,9.

Área de acero:

As calculado es mayor que él Amáx., entonces se hace necesario reforzar esta sección con armadura a compresión, tomando como φ el valor correspondiente a una deformación de 0,004 (límite establecido en NSR-10 C.10.3.5).

  103

Entonces:

Momento = -39.88KN.m.

  104

Asumiendo sección controlada por tracciónφ = 0,9.

ρ = 0.020719

Área de acero:

As calculado es mayor que él Amáx., entonces se hace necesario reforzar esta sección con armadura a compresión, tomando como φ el valor correspondiente a una deformación de 0,004 (límite establecido en NSR-10 C.10.3.5).

  105

Entonces:

6.9 DISEÑO A CORTANTE

VIGA 1 Tramo A –B.

Vu = 6.81 KN.

Primero se calcula el cortante:

Figura 9. Diseño a cortante

  106

Como la fuerza ΦVc es mayor que la fuerza Vu (d) el elemento no requiere estribos.

Para la colocación del acero (estribos) en el elemento estructural se debe tener en cuenta una serie de disposiciones estipulada por la NSR 10 (C.21.5), ya que la viga hace parte de un sistema estructural de resistencia sísmica, y pertenece a una edificación de zona de amenaza sísmica alta:

C.21.5.3.1- Deben disponerse estribos cerrados de confinamiento en las siguientes regiones de los elementos pertenecientes a pórticos:

(a) En una longitud igual a dos veces la altura del elemento, medida desde la cara del elemento de apoyo hacia el centro de la luz.

C.21.5.3.2 - El primer estribo cerrado de confinamiento debe estar situado a no más de 50 mm de la cara del elemento del apoyo. El espaciamiento de los estribos cerrados de confinamiento no debe exceder el menor de:

• d/4= 375mm.

• Ocho veces el diámetro de las barras longitudinales más pequeñas= 127mm.

• 24 veces el diámetro de la barra del estribo cerrado de confinamiento=228.6mm.

• 300 mm.

  107

C.21.5.3.4 - Cuando no se requieran estribos de confinamiento, deben colocarse estribos con ganchos sísmicos en ambos extremos, espaciados a no más de d/2 en toda la longitud del elemento.

Figura 10. Distribución de estribos tramo A, extremo izquierdo

Vu = 7.52 KN.

Primero se calcula el cortante a una distancia d (desde la cara del apoyo).

Figura 11. Calculo del cortante a una distancia d - 1

  108

Como la fuerza ΦVc es mayor que la fuerza Vu(d) el elemento no requiere estribos.

En consideración a los requisitos C.21.5 (Suponiendo que la viga forma del sistema estructural de resistencia sísmica, y pertenece a una edificación de una zona de amenaza sísmica alta):

Figura 12. Distribución de estribos tramo A, extremo derecho

  109

Figura 13. Despiece de estribos

Viga 4 tramo A-B Vu = 68,65 KN.

Primero se calcula el cortante a una distancia d (desde la cara del apoyo).

Figura 14. Calculo del cortante a una distancia d - 2

  110

Por relación de triángulos, se realiza el cálculo.

Como (Vu)d es mayor φVc determinamos cual es el esfuerzo suministrado por los estribos:

Se verifica que los esfuerzos suministrados por los estribos no sean mayores a los contemplados por el reglamento:

Se evalúa cual es la separación máxima permitida por el reglamento NSR -10 (C.11.4.5):

  111

Por lo tanto la separación máxima permitida por la NSR-10 es 0,075 m (d/2), ya que ΦVs< Φ*0,33*(√f`c)*b*d.

La separación requerida: ecuación (C.11-15) de la NSR-10. Utilizando estribos rectangulares No 3 ó 3/8” (dos ramas verticales), que tienen un área equivalente (Av) al doble del área de la barra (No.3), es decir 2*71 mm2 = 142 mm2.

Se podrá aplicar una separación constructiva de 50 mm, para la zona crítica. Con el fin de optimizar el refuerzo, se reducirá hasta los puntos de d/2 y d/4 ubicados en el diagrama de cortante.

Cuando S = d/4 = 0,0375m, la fuerza cortante suministrada por el refuerzo (φVs) es equivalente a:

Y la fuerza cortante total es equivalente a lo que aporta el acero más lo que soporta el concreto:

Cuando S = d/2 = 0,075 m, la fuerza cortante suministrada por el refuerzo (φVs) es equivalente a:

  112

Y la fuerza cortante total es equivalente a lo que aporta el acero más lo que soporta el concreto:

• Vu = 32.62KN.

• (Vu)d=29.9 KN.

• φVc= 26.29 KN.

Figura 15. Distribución de estribos No. 3

Como Vu)d es mayor φVc determinamos cual es el esfuerzo suministrado por los estribos:

  113

Se verifica que los esfuerzos suministrados por los estribos no sean mayores a los contemplados por el reglamento:

Se evalúa cual es la separación máxima permitida por el reglamento NSR -10 (C.11.4.5):

Por lo tanto la separación máxima permitida por la NSR-10 es 0,175 m (d/2), ya que ΦVs< Φ*0,33*(√f`c)*b*d.

La separación requerida:

Con el fin de optimizar el refuerzo, se reducirá hasta el punto de d/2

Cuando S = d/2 = 0,075 m, la fuerza cortante suministrada por el refuerzo (φVs) es equivalente a:

  114

En la primera zona se deben colocar estribos No 3 cada 0,0375 m a una distancia.

L = 0.3 m – 0,175 m - 0.05 m = 0,81 m.

Luz libre estribos No 3 cada 0,175 m.

Figura 16. Distribución estribos por zonas según cálculos tramo B-C, extremo derecho

Figura 17. Despiece definitivo

  115

6.10 DISEÑO COLUMNA A-2

Figura 18. Esquema columna

Datos del elemento:

• f’c = 21 Mpa, fy = 420 Mpa,

• b= 0.3 m, h = 0.3m, d = 0.25 m, d`= 0,05 m

• Carga Axial = P = 27.84 KN

• Mx = 10.84KN.m

• My = 13.48KN.m

  116

Parámetros para el diseño de columnas del proyecto NSR-10:

Para (DES) C.21.6.1.Se basa en chequeo de las dimensiones mínimas. Carga axial mayorada de compresión Pu> 0.10 f`c Ag. Para el caso se aplica esta condición y se siguen los parámetros de (C.21.6)

Se determina la máxima excentricidad

Escogiendo la mayor excentricidad tenemos:

Para ex mayor a b/2:

  117

Donde:

Remplazando:

Tomamos 900 mm2 por ser el área mínima de refuerzo longitudinal según la norma.

  118

Cuadro 32. Parámetros para el diseño de columnas

  119

Figura 19. Detalle columna

  120

6.11 ELEMENTOS DE CONFINAMIENTO

Materiales:

Concreto = 21 MPa

Acero de refuerzo = 420 Mpa

Columnas de confinamiento. Dimensiones: según el artículo E.4.3.3 de la NSR-

10, la sección transversal de las columnas de confinamiento debe tener un área no inferior a 200cm2, con un espesor igual al del muro que lo confina.

Ancho Columna = Ancho del muro = 15cm

Largo Columna = = 13.33 cm

Para obtener un mejor comportamiento sísmico, se adoptan unas dimensiones de columna de:

15 cm x 25 cm

Ubicación: deben colocarse columnas de amarre en los extremos de los muros seleccionados, en las intersecciones con otros muros y en lugares intermedios a distancias no mayores de 35 veces el espesor efectivo del muro, 1.5 veces la distancia vertical entre elementos horizontales de confinamiento o 4m.

Longitud entre columnas ≤ 1.5* h (piso)

35* e muro

4.0 [Rige]

  121

Refuerzo mínimo: según el artículo E.4.3.4 de la NSR-10, el refuerzo mínimo para las columnas de confinamiento debe ser el siguiente:

Refuerzo longitudinal: no debe ser menor a 4 barras No. 3 (3/8”) ó 3 barras 4 (1/2”).

Refuerzo transversal: debe utilizarse refuerzo transversal consistente en estribos cerrados mínimo de diámetro N°2 (1/4”), espaciados a 20cm. Los primeros 6 estribos se deben espaciar a 10cm en las zonas adyacentes a los elementos horizontales de amarre.

Para el proyecto, se suministrarán 4 barras N°4 como refuerzo longitudinal (suministrando muy cerca del refuerzo mínimo para elementos sometidos a compresión (As suministrado = 1.72%* Ag)) y estribos No. 3 espaciados a 20cm en el centro de la columneta, y a 10cm en los primeros 60cm a partir de cada extremo del elemento.

Figura 20. Sección columna de confinamiento típica

  122

Vigas de confinamiento. Dimensiones: según el artículo E.4.4.2 de la NSR-10, la sección transversal de las columnas de confinamiento debe tener un área noinferior a 200cm2, con un espesor igual al del muro que lo confina.

• Ancho de la viga = Ancho del muro = 15cm

• Altura de la viga = = 13.33 cm

Para obtener un mejor comportamiento sísmico, se adoptan unas dimensiones para las vigas de amarre de:

15 cm x 25 cm

Ubicación: deben disponerse vigas de amarre formando anillos cerrados en un plano horizontal, entrelazando los muros estructurales en las dos direcciones principales para conformar diafragmas con ayuda del entrepiso o la cubierta.

Para el proyecto, se suministrarán 4 barras No. 4 como refuerzo longitudinal y estribos No. 3 espaciados a 20cm en el centro de la luz, y a 10cm durante los primeros 50cm de cada extremo de la luz.

Figura 21. Sección viga de amarre típica

  123

7. ESPECIFICACIONES

7.1 ESPECIFICACIONES DE CONSTRUCCIÓN

Demoliciones. La demolición del muro existente, se hará manualmente y estos es combros se retiraran de la obra en volquetas.

Se mide, analiza y paga por M2.

Campamento. Sus dimensiones serán de 5mts de ancho por 3mts de largo y 3 mts de alto.

Se construirá en bloque Nº 5 de segunda, teja de zinc y la puerta en tablón también de segunda.

Se ubicara en una esquina del parque temporalmente. Se mide, analiza y paga en forma global.

Localización y replanteo. Considerando que ya hay un parque construido y objetos que pueden servir de referencia, la localización y el replanteo lo hará personal de la obra utilizando varas de madera y puntillas. Se mide, analiza y paga por M2.

Excavaciones. Se hará en forma manual. Se mide, analiza, y paga por M3.

Rellenos. Será compactado y con material seleccionado, excepto el relleno para zonas verdes; la compactación se hará manual y encapas de 30cm.

El relleno para las zonas verdes se hará con tierra negra adecuada para empradizar.

Ambos rellenos se miden, analizan y pagan por M3.

Sardinel en concreto. Se fabricara en concreto 1:2:3 de 3000psi. Tendrá unas dimensiones de 0.10mts de base por 0.40mts de alto.

  124

Se utilizara vibrador durante la fundida. Se mide, analiza y paga por ML.

Muro para jardinera. Se construirá en ladrillo prensado a la vista en soga El mortero de pega será de proporción 1:3 y tendrá un espesor de 0.02mts.

Se mide, analiza y paga por M2.

Muro tipo banca h=0.60mts. Se construirá en ladrillo prensado a la vista y de e=0.12mts; la ultima hilada también será en ladrillo pero es taira en tizón (e=0.25 mts).

El mortero de pega será de proporción 1:3 y tendrá un espesor de 0.02 mts. Se mide, analiza y paga por M2. Piso en tableta Se construirán en tableta de gress vitrificada de 25 x 25. Para su pegue se utilizara mortero 1:3 de 0.02 mts de espesor.

Se mide, analiza y paga por M2.

Piso en concreto. Se construirá en concreto 1:2:3 de 3000 psi.

Las losas serán de 2 metros de largo por 1.5 de ancho por un e = 0.10 mts

Las dilataciones. Se harán con aceite quemado. Se mide, analiza y paga por M2. Pista multifuncional. Se construirá en concreto 1:2:3 de 3000psi. Las losas serán de 2 mts de ancho por 3 mts de largo con un e=0.10.

El tamaño de la huella será de 0.25 mts y la contra huella de 0.12mts. El mortero de pegue será 1:3 y la brecha medirá 2 cms.

Se mide, analiza y paga por M2.

Sardinel en ladrillo. Se construirá a lado y lado del piso en concreto y en donde especifiquen los planos.

Se hará en ladrillo prensado puesto en canto y en tizón. El mortero de pegue será 1:3 y la brecha medirá 2 cms. Se mide analiza y paga por ML.

  125

Antepiso. Será en concreto 1:2:3 y tendrá un espesor de 0.05 mts.

Su acabado debe ser óptimo para permitirla perfecta colocación de la tableta.

Se mide, analiza y paga por M2.

Empradización. Se hará en las áreas destinadas para zonas verdes. Se mide, analiza y paga por M2.

Juegos infantiles. Se construirán en hierro y serán resistentes a la intemperie. Se mide, analiza y paga en forma global.

Banca metálica. Sefabricaranentuboytendránunasmedidasde0.6mtsde asiento por1.50 mts de largo.

Se entregaran pintadas.

Se mide, analiza y paga por Un.

  126

8. CANTIDADES DE OBRA

Las cantidades de obra para este proyecto, se calcularon con base a los planos entregados por la Junta de Acción Comunal.

Estas cantidades de obra se presentan en un cuadro con sus respectivas unidades de cálculo; es de gran importancia que el cálculo de las cantidades se haga lo más preciso posible pues de ellas depende en un 50% la confiabilidad del presupuesto general de la obra.

Con el fin de proporcionar mayor ordenen la elaboración del cuadro de cantidades de obra, estas se han dividido de acuerdo al tipo de actividad al que corresponden agrupándolas por capítulos e ítems.

  127

9. PRESUPUESTO FINAL

La finalidad más importante de un presupuesto general de obra es conoce los costos parciales y totales de cada una de las actividades previstas en el proyecto a ejecutarse.

Para el presente proyecto, se establecieron los costos de los materiales, costos de salarios y prestaciones sociales todos actualizados.

Conociendo los costos de los materiales y los rendimientos de la mano de obra y consumos e inició la elaboración de los análisis de precios unitarios para cada una de las actividades a tener en cuenta en el desarrollo de la obra.

El análisis de precios contempla además, la evaluación de costos, materiales, personal y herramientas empleadas, teniendo en cuenta los gastos de administración e imprevistos y utilidades que puedan presentarse durante el desarrollo del proyecto.

Los materiales juegan un papel importante en la construcción, por que debido a la calidad de estos y una adecuada selección de sus precios, se puede obtener una óptima elaboración de la obra.

Mano de obra: debe tener se en cuenta la selección de un personal práctico, hábil e idóneo, procurando trabajar con rendimientos reales.

Las herramientas deben ser de buena calidad, con el fin de evitar gastos adicionales en la continuidad y ejecución de la obra.

Costos directos: aquí se contempla el valor de los materiales y la mano de obra de cada una de las actividades, sin tener en cuenta los gastos administrativos e imprevistos que demande la obra.

Costos indirectos: se tomó como porcentaje el 25% y comprenden los gastos generales y de administración de la obra y contempla además, los gastos ocasionados por los imprevistos que puedan suceder durante el transcurso de tiempo de la ejecución de obra.

  128

La distribución de los porcentajes se hará de la siguiente manera:

• Administración: 9%.

• Imprevistos: 6%.

• Utilidades: 10%.

  129

10. CONCLUSIONES

La baja capacidad portante y la baja plasticidad del suelo, resultantes en el estudio preliminar de suelos, genera una gran expectativa de trabajo; la clasificación de suelos hace que debamos analizar cada aspecto con una mayor intensidad para no cometer errores.

Nuestros diseños deben cumplir con los requisitos mínimos establecidos por las NSR-10, gracias a la alta amenaza de actividad sísmica con la que cuenta nuestro departamento, anticipándonos a cualquier eventualidad de catástrofe natural.

Gracias a cada una de las herramientas de cálculo adquiridas durante el proceso académico, podemos presentar un elaborado estudio de diseño apoyados en los recursos ofimáticos que la tecnología nos ofrece.

El diseño arquitectónico, propuestas y espacios, esperamos se respete en su totalidad; de hacerse necesario un replanteo, recomendamos hacerlos SOLO para garantizar un óptimo comportamiento estructural.

Los suelos del municipio del Carmen de Tonchala presentan una baja capacidad portante y baja plasticidad.

Emplear el levantamiento por el método de la radiación topográfico asegura una reducción de errores, rapidez en el levantamiento y eficacia superior.

Para este tipo de construcciones podemos manejar un caudal hidrosanitario mínimo de 2 mca, que nos asegura una excelente distribución de la red y buenas presiones en los diferentes puntos de distribución.

Realizar un diseño presupuestal anticipado y honesto, con valores reales de mano de obra, materiales y diferentes procedimientos, nos garantiza una excelente administración y manejo de los recursos económicos.

  130

11. RECOMENDACIONES

Para garantizar una construcción idónea y segura es necesario seguir al máximo las especificaciones constructivas y los detalles descritos en los planos.

Cabe la posibilidad de realizar los diseños estructurales e hidráulicos por otros procedimientos matemáticos, para fortalecer a un más la validez de los diseños presentados en este proyecto.

Es necesaria la revisión de todos los diseños presentados en este proyecto, por parte de un ingeniero civil o arquitecto, antes de llevar a cabo su construcción y aprobación definitiva.

Además, para llevar a cabo la revisión se recomienda leer y verificar todas las normas utilizadas y tenidas en cuenta para la ejecución de este proyecto.

Debido a la naturaleza altamente expansiva del suelo se recomienda estabilizar mecánicamente el subsuelo debajo del cimiento con un material granular con una altura variable (dependiendo de las zonas más críticas del terreno), debidamente compactada.

Se recomienda seguir los diseños, ya que estos se rigen por las normas técnicas colombianas vigentes en cuanto a diseño sismo-resistente se trata, para así garantizar la vida útil y el buen funcionamiento de la construcción.

Se recomienda también usar los equipos y materiales propuestos en el diseño hidro-sanitario y descrito en el presupuesto ya que el cambio de alguno de estos llevaría al mal funcionamiento de los aparatos hidráulicos y/o sanitarios.

  131

BIBLIOGRAFÍA

ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SÍSMICA. Reglamento colombiano de construcción sismo resistente. NSR 10. Bogotá: AIS, 1997. 626 p.

COLOMBIA. MINISTERIO DE DESARROLLO ECONÓMICO. Reglamento técnico para el sector de agua potable y saneamiento básico-RAS. RAS 2000. Bogotá: El Ministerio, 2000. 358 p.

INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS Y CERTIFICACIÓN. Ingeniería civil y arquitectura planeamiento y diseño de instalaciones y ambientes escolares. NTC 4595 y señalización para instalaciones y ambientes escolares. NTC 4596. Bogotá: ICONTEC, 2006. 83 p.

MINKE, Gernot. Manual de construcción para viviendas antisísmicas de tierra. Kassel: Universidad de Kassel, 2001. 52 p.

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER. Acuerdo 065. (26, agosto, 1996). Por el cual se establece el estatuto estudiantil de la Universidad Francisco de Paula Santander del consejo superior universitario. San José de Cúcuta: UFPS, 1996. 30 p.

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER. Acuerdo 069. (5, septiembre, 1997). Por el cual se reglamenta el articulo 140 del estatuto estudiantil de la Universidad Francisco de Paula Santander del consejo superior universitario. San José de Cúcuta: UFPS, 1997. 4 p.

  132

ANEXOS

  133

Anexo A. Listado de equipos y cuadrillas

  134

Anexo B. Prestaciones sociales

  135

Anexo C. Cantidades de obra

  136

Anexo D. Análisis de precios generales

  137

Anexo E. Análisis unitarios

  138

  139

  140

  141

  142

  143

  144

  145

  146

  147

  148

  149

  150

  151

  152

  153

  154

  155

  156

  157

  158

  159

Anexo F. Presupuesto general

  160

  161

Anexo G. Tabla de rendimientos y duraciones

  162

  163

Anexo H. Proveedores

  164

Anexo I. Registro fotográfico