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INTRODUCCIÓN.
El informe es una recopilación de las actividades realizadas durante el periodo
de pasantías largas, en la empresa FABIORIANA F1 C.A. ubicada en la urbanización
Parque Tuy, en la ciudad de Ocumare del Tuy, específicamente en el área de
proyectos, bajo la tutoría del Ing. Fabián Guzmán.
El informe está estructurado de manera de presentar la comprensión y alcance
del trabajo ejecutado, las fases y la metodología empleada para llegar a las
conclusiones y cumplir con la meta trazada.
Este trabajo está conformado por 6 capítulos, los cuales se describen a
continuación:
Capítulo I: Planteamiento del problema, en el cual se desarrollo: la
formulación del problema, objetivos de la investigación, justificación e importancia,
limitaciones de la investigación.
Capítulo II: Descripción del marco teórico: los antecedentes de la
investigación, bases teóricas, marco legal y operacionalización de las variables.
Capítulo III: Marco Metodológico, tipo de investigación, nivel de
investigación, diseño de la investigación, población y muestra, técnicas e
instrumentos, áreas de aplicación y fases del proyecto.
Capítulo IV: Exposición de los resultados de la ejecución del proyecto
tomando en consideración los métodos, técnicas e instrumentos utilizados
anteriormente.
Capítulo V: Propuesta, está compuesto por objetivos de la propuesta, general y
específicos, técnicas para realizar la propuesta (desarrollo de la metodología, los
pasos y fases que se empleó para la implementación del proyecto), estudio de
factibilidad económica, técnica y operativa, resultados y presentación de la propuesta.
Capítulo VI: Conclusiones y recomendaciones; es un resumen de los
principales resultados y aportes más relevantes del proyecto, conclusiones en relación
directa con el objetivo del trabajo.
MARCO ORGANIZACIONAL.
Reseña de la empresa.
La constructora FABIORIANA C.A., dio su inicio en la rama de la
construcción, el 05 de Agosto del 2005.
Tiene como principal objeto todo lo relacionado con la construcción,
remodelación, desarrollos habitacionales y para comercio, alquiler de maquinaria
liviana y pesada, proyectos arquitectónicos, estudios de suelos y de vientos,
topografía, ferretería y materiales de construcción en general.
La constructora FABIORIANA F1 C.A. está ubicada en la Urbanización
Parque Tuy, calle ciega, tercera etapa, casa n°82, Ocumare del Tuy, en el estado
Miranda.
Misión
Somos una empresa líder y competitiva en el ramo de la construcción a nivel
nacional, reconocida por su capacidad, calidad y cumplimiento, utilizando métodos
unidores que permitan desarrollar proyectos y construcciones de mayor calidad para
así satisfacer las necesidades de la población.
Visión
Construir y promover proyectos de construcción donde se une la innovación,
calidad, personal calificado, trabajo en equipo, servicio y una tecnología de punta
para satisfacer las necesidades de nuestros clientes, del mercado de la construcción y
de nuestros colaboradores.
2
Estructura Organizacional.
La constructora FABIORIANA F1 C.A. cuenta con la capacidad técnica,
profesional y administrativa, permitiendo la posibilidad de efectuar diversos servicios
y proyectos que le sean asignados, a continuación se presenta un organigrama
representativo de la empresa:
Gráfico 1: ORGANIGRAMA DE LA CONSTRUCTORA
FABIORIANA F1 C.A.
Fuente: FABIORIANA F1 C.A.
3
Tabla 1: Relación de Obras Ejecutadas.Fuente: FABIORIANA F1 C.A.
Continuación tabla 1.
4
Continuación tabla 1.
5
ACTIVIDADES REALIZADAS
6
Plan de Pasantía
1. Semana 1 (Desde el 25 hasta el 29 de Enero): Conocer la empresa e
identificarme con el proyecto asignado, para así lograr un buen resultado
durante la ejecución del mismo.
2. Semana 2 (Desde el 1 hasta el 5 de Febrero): Generación del modelo
estructural de la manera más óptima para definir como se realizará el proyecto
de acuerdo a los planos proporcionados por la empresa.
3. Semana 3 (Desde el 8 hasta el 12 de Febrero): Definición de
materiales, secciones de acero, secciones de área en losa, vigas y columnas para
lograr satisfacer y asignar los materiales adecuados según la propuesta
estructural planteada.
4. Semana 4 (Desde el 22 hasta el 26 de Febrero): Asignación de las
propiedades del modelo estructural para crear el modelo más próximo a lo
planteado.
5. Semana 5 (Desde el 1 hasta el 5 de Marzo): Definición de patrones
de carga y casos de carga cumpliendo con las normativas vigentes.
6. Semana 6 y 7 (Desde el 8 hasta el 12 de Marzo y desde el 15 hasta
el 19 de Marzo, respectivamente): Cargas estáticamente y dinámicamente el
modelo estructural como: asignación de diafragma rígido por nivel, definición
del espectro diseño, masas, casos de cargas sísmicas verificando las normativas
correspondiente al proyecto.
7
7. Semana 8 (Desde el 22 hasta el 26 de Marzo): Definición de las
combinaciones de cargas de acuerdo a las normas COVENIN (1756-2001,
1618-1998).
8. Semana 9 y 10 (Desde el 5 hasta el 9 de Abril y desde el 12 hasta el
16 de Abril, respectivamente): Efectuar el análisis estructural para obtener los
primeros resultados el modelo creado.
9. Semana 11 y 12 (Desde el 19 hasta el 23 de Abril y desde el 26
hasta el 30 de Abril, respectivamente): Control de la desplazabilidad
derivadas por normativas para crear una estructura segura.
10. Semana 13 y 14 (Desde el 3 hasta el 7 de Mayo y desde el 10 hasta
el 14 de Mayo, respectivamente): Efectuar el diseño estructural para
corroborar todos los pasos anteriores.
11. Semana 15 y 16 (Desde el 17 hasta el 21 de Mayo y desde el 24
hasta el 28 de Mayo, respectivamente): Optimizar el diseño con el fin de
perfeccionar el proyecto a través de un buen análisis estructural dándole
cumplimiento a todas las normativas de construcción exigidas.
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TABLA 2: CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES (GRAFICO DE GRANT).
9
CAPITULO I
EL PROBLEMA
Generalidades.
El capítulo I está conformado, por el planteamiento del problema donde se
incluyen los preámbulos en donde se introduce de manera paulatina a la problemática
planteada, los objetivos general y específicos el cual establece la meta a lograr con
este proyecto, la justificación en donde se plantea de manera coherente y sustentada
los beneficios tangibles que acarreara el desarrollo del proyecto, y los alcances de
manera compacta de principio a fin, los aspectos que abarca el proyecto.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.
Según Arias 2006, “consiste en describir de manera amplia la situación objeto
de estudio, ubicándola en un contexto que permita comprender su origen y
relaciones.”
Las estructuras son el elemento básico de toda construcción y su función es
recibir y transmitir su peso y el de las fuerzas exteriores al terreno, de manera que
todos sus elementos estén en equilibrio. La transmisión de dichos esfuerzos se logra
mediante la transformación en esfuerzos internos y su distribución a lo largo de las
piezas estructurales.
10
El acero constituye uno de los materiales estructurales por excelencia. Junto al
concreto armado, el aluminio, la madera, la mampostería y demás materiales
tradicionales, las estructuras de acero representan en la actualidad una solución
utilizada por las constructoras a la hora de desarrollar un proyecto.
La escuela Básica Nacional Chacao se ubicada en la población de Yare, en el
municipio autónomo de Simón Bolívar en el estado Miranda. Fue fundada en Abril de
1938 durante la presidencia del ex-presidente Juan Vicente Gómez. El colegio
comienza a funcionar como una casa, poseía 4 aulas en la que se dictaban materias
como agricultura y siembra, historias sociales, tejidos, cocina y matemáticas.
Luego en 1940 se realiza la primera etapa de la edificación, que hoy la
compone, esta fue proyectada para poseer dos niveles, está constituida por una
estructura de concreto armado aporticada, pero por cuestiones económicas solo se
elaboró la planta baja, esta contaba con solo 4 aulas y fue designada como la escuela
Federal N°410 con Nicolina de Malpica como su primera preceptora, para ese
entonces ya el colegio contaba con 142 alumnos inscritos, luego en 1942 fue se le
reasigno el nombre como escuela Federal N°571; siendo Ana Graciela Francia su
preceptora.
En 1957 la escuela contaba ya con un aproximado de 400 alumnos inscritos, lo
cual trajo como consecuencia, una nueva estructuración en sus instalaciones y se le
construye un nivel más con 4 salones más, la estructura hecha fue realizada en acero a
pesar de que sus fundaciones fueron proyectadas para resistir un segundo piso de
concreto armado, se decidió hacerse de acero ya que es una estructura más económica
y además más liviana; para entonces el colegio contaba con 8 salones y un teatro.
Diagnóstico de la Necesidad
Hoy en día después de 72 años la actual Escuela Básica Nacional Chacao,
cuenta en sus instalaciones a 809 (404 en el turno de la mañana y 405 en la tarde),
alumnos procedentes de la población de yare y sus alrededores, 45 docentes, 4
monitores de educación física, 1 entrenador deportivo 2 secretarias 6 obreros, de todo
11
este personal está a cargo la directora la profesora Marisol Guevara y la subdirectora
la profesora Sonia Zerpa. Sus instalaciones cuentan con 12 aulas, para un total de 24
secciones, 1 teatro, 1 cancha para deportes, baños, en un área de 1590 metros
cuadrados.
Además la empresa privada en conjunto con las autoridades gubernamentales
establece restricciones y condiciones mínimas a cumplir a través de reglamentos, que
se tienen que considerar en un proyecto, para que la autoridad respectiva pueda
evaluar y comprobar la aplicación reglamentaria.
Es Por eso que la elaboración de un proyecto a nivel estructural es
indispensable para obtener la permisologia respectiva, que deberá estar siempre en la
obra para demostrar que se construye de acuerdo con lo proyectado y autorizado.
Otro aspecto que resulta de vital consideración es el hecho de que en Venezuela
el empleo del acero es uno de los recursos tecnológicos más difundidos en todo tipo
de edificaciones, particularmente en las infraestructuras.
En concordancia con lo antes expuesto se hace necesaria la elaboración de
nuevas propuestas de edificaciones para albergar la creciente demanda de alumnos
del colegio para cubrir parte de las necesidades existentes en cuanto a espacio se
refiere. La pasantía se enfoca en la Elaboración de un proyecto estructural para la
extensión del colegio “Chacao” en el municipio “Simón Bolívar” del estado
Miranda utilizando programas de análisis estructural; para la Escuela Básica
Nacional Chacao, ubicada en la población de yare en el municipio autónomo Simón
Bolívar en el estado Miranda.
Formulación del Problema.
¿Cuáles son los conocimientos aplicados para la realización del proyecto en la
extensión colegio “Chacao” ubicado en la población de Yare, del municipio Simón
Bolívar del estado Miranda?
12
¿Qué problemática afecta al colegio “Chacao” ubicada en la población de Yare,
del municipio Simón Bolívar del estado Miranda?
¿Cuáles son las normativas a utilizar en la elaboración del proyecto estructural?
OBJETIVO GENERAL.
Elaborar un proyecto estructural para la extensión del colegio “Chacao” en el
municipio “Simón Bolívar” del estado Miranda, utilizar programas de análisis
estructural.
OBJETIVO ESPECIFICO.
Diagnosticar la situación actual en el colegio “Chacao” en el Municipio “Simón
Bolívar” del Estado Miranda.
Recopilar documentación bibliográfica existente sobre el colegio “Chacao” en
el Municipio “Simón Bolívar” del Estado Miranda.
Elaborar una propuesta sobre la extensión del colegio “Chacao” ubicado en el
Municipio “Simón Bolívar” del Estado Miranda a través de la elaboración de un
proyecto utilizando programas de análisis estructural.
Ejecutar el análisis estructural en la superestructura e infraestructura en la
extensión del colegio “Chacao” en el Municipio “Simón Bolívar” del Estado Miranda
mediante la aplicación de los programas ETABS y SAFE respectivamente.
JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO.
Debido a la dificultad que presenta la unidad Educativa Básica Nacional
Chacao, ubicada en el pueblo de San Francisco de Yare, perteneciente al municipio
autónomo Simón Bolívar, en el estado Miranda, de aumento en la matricula
13
estudiantil, la cual ha ido en ascenso en los últimos años trayendo como consecuencia
la falta de espacio necesario para el optimo desarrollo educativo de la comunidad, ha
llevado a realizar el proyecto estructural de una futura extensión de la mencionada
escuela, que cumpla con las normativas vigentes, forma parte de la solución al
problema del aumento en la demanda estudiantil, en cuanto a cantidad de aulas se
refiere con materiales de construcción seguros y adecuados que se puedan adquirir de
manera fácil y económica en el mercado.
Por lo tanto con esta nueva extensión se logra la inclusión de nuevos alumnos
rezagados por la falta de espacios destinados a la educación básica.
La importancia de esta pasantía:
Para el pasante: aplicar y complementar los conocimientos teóricos prácticos
adquiridos durante el proceso de formación académica en la universidad realizando
un proyecto estructural que va a ser ejecutado.
Para la sociedad: la realización del proyecto que cumplan con las normativas
reglamentarias favorecen y forman parte de la solución a la problemática social que
se presenta en la unidad educativa estadal Chacao, ubicada en el municipio autónomo
Simón Bolívar, además de asegurar vidas humanas que ocupen edificación.
Para la universidad: permite al pasante desarrollar los conocimientos
adquiridos en el campo laboral y de esta forma hacer ingenieros de excelente calidad
que pueden desenvolverse en cualquier organización pública o privada ubicando en
alto, el nombre de la universidad.
14
ALCANCE.
El presente proyecto pretende el desarrollo a nivel estructural, a través
programas de análisis estructural para así optimizar el modelo arquitectónico que
cumpla con todas las normativas de construcción vigentes, garantizando de esta
manera el buen desempeño estructural de la edificación para minimizar cualquier
riesgo en la vida de quienes ocupen este nuevo lugar de estudios.
LIMITACIONES.
- Material necesario.
- Tiempo debido al horario y funcionamiento de la escuela.
- Transporte.
- Factor económico.
- Enlazar lo que se quiere con lo que se debe tomando en cuenta la seguridad y
normativa de construcción.
15
CAPITULO II
MARCO REFERENCIAL.
Generalidades.
Según Arias 2006, “El marco teórico o marco referencial, es el producto de la
revisión documental y bibliográfica, y consistente en una recopilación de ideas,
posturas de autores, conceptos y definiciones, que sirven de base a la investigación
por realizar.”
Con respecto a este tema Balestrini (2002) señala:
El marco teórico, es el resultado de la selección de aquellos aspectos más
relacionados del cuerpo teórico epistemológico que se asume, referido al tema
especifico elegido para su estudio. De allí pues, que su racionalidad, estructura lógico
y consistencia interna, va a permitir el análisis de los hechos conocidos, así como,
orientar la búsqueda de otros datos relevantes. En consecuencia, cualquiera que sea el
punto de partida, para la delimitación y el tratamiento del problema se requiere de la
definición conceptual y la ubicación del contexto teórico que orienta el sentido de la
investigación. (p. 91)
En este capítulo se encuentra todos aquellos fundamentos teóricos que se han
considerado necesarios para el buen entendimiento del proyecto. Este está
conformado por los antecedentes de la investigación, los aspectos teóricos,
conceptuales y legales.
16
ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN.
En lo que se refiere a los antecedentes de la investigación Arias (2006)
menciona:
Esta sección se refiere a los estudios previos: trabajos y tesis de grado, trabajos
de ascenso, articulo e informes científicos relacionados con el problema planteado, es
decir, investigaciones realizadas anteriormente y que guardan vinculación con el
problema en estudio, por lo que no debe confundirse con la historia del objeto en
cuestión.los antecedentes reflejan los avances y el estado actual del conocimiento en
un área determinada y sirven de modelo o ejemplo para futuras investigaciones.
(p.94)
Palacios (2005). Desarrollo un informe de pasantías industriales titulado
Elaboración del proyecto estructural de un edificio residencial utilizando el programa
ETABS, para optar el título de ingeniero civil de la Universidad Nacional
Experimental Politécnica de la Fuerza Amada Nacional, cuyo objetivo general es
calcular un edificio en estructura de acero para uso residencial utilizando ETABS. La
metodología utilizada por el autor fue de proyecto factible.
A su vez como conclusiones evidencio que la realización de un proyecto
estructural implica una gran responsabilidad para el ingeniero civil, es por tanto que
el mismo debe tener muy claros los conocimientos manteniéndose actualizado en
cuanto a las normas que se encuentran vigentes y a los programas de última
generación, donde el análisis teórico se acerca cada día más a la realidad.
Se recomendó incluir en el pensum académico el uso obligatorio de programas
de análisis estructural en las cátedras de estructuras, proyectos de acero y concreto
armado. Incluir en el pensum académico como materia obligatoria el programa
autocad. La evaluación de manera continua de las pasantías, para verificar que el
objetivo se esté cumpliendo y en caso de haber detalles o disconformidad ser
corregidas a tiempo. Para el manejo de programas se debe tener mucha cautela a la
17
hora de ingresar los datos y definir parámetros a los cuales se va a someter a análisis,
ya que el programa no los va a corregir y los resultados no serán los correctos ni los
esperados, para un ingeniero con experiencia en calculo es fácil de detectar los
errores, pero para un principiante es más difícil.
La relación de este informe con el presente proyecto es que la implementación
de programas de análisis estructural simplifica la tarea de cálculo de estructuras,
además la finalidad es obtener un diseño óptimo que resista todas las solicitaciones a
la cual estará expuesta.
Borregales. y Recondo (2005) Elaboraron un trabajo especial de grado titulado:
“La Influencia de la disposición de muros estructurales y del desempeño sísmico de
una edificación de 70 metros de altura”; mediante la aplicación del programa
ETABS, para optar el título de ingeniero civil de la Universidad Nacional
Experimental Politécnica de la Fuerza Amada Nacional, cuyo objetivo general fué
estudiar la influencia en el diseño estructural de las diferentes disposiciones de muros
estructurales en el desempeño sísmico de una edificación de setenta (70) metros de
altura. La presente tesis se caracteriza por ser un proyecto de tipo factible.
Concluye que los modelos con configuraciones Tipo “T”, bien sean dos o
cuatro elementos, resultaron ser los más efectivos para controlar los efectos
torsionales. Los modelos con muros ubicados en núcleo central presentaron un
excelente control de desplazabilidad, por lo que son una buena opción para ajustar las
derivas. El modelo con cuatro muros perimetrales en forma de “T” resultaron ser los
menos adecuados para controlar desplazamiento, y es el único modelo que no
cumplió con los parámetros máximos exigidos por las normativas para la deriva. Lo
más económico en cuanto a cantidad de acero requerido para niveles inferiores de la
edificación resultaron ser los modelos con muros en forma de C e I en el núcleo
central de la misma.
Recomienda que las diferentes configuraciones de muros posibles cuando se
desea diseñar una edificación alta, antes de establecer una arquitectura que después
pueda limitar el diseño estructural y por ende perjudicar el desempeño sísmico del
edificio. Tratar en lo posible de mantener simetría en la edificación tanto en su
18
arquitectura como en la disposición y ubicación de los elementos. Colocar muros
estructurales hacia los núcleos centrales de la estructura, colocando columnas
perimetrales que ayuden a controlar la torsión dinámica. Controlar las diferencias de
rigidez para cada sentido de la estructura, cuando se colocan muros en el centro del
edificio, para evitar el sobredimensionamiento y así no perder la economía. Colocar
dinteles de acople entre los muros que se puedan conectar como las alas de los muros
en C cuando se colocan dos, uno frente al otro, por ejemplo para lograr un mejor
desempeño sísmico.
La relación existente entre esta investigación y el presente proyecto es que se
busca optimizar un diseño para lograr una estructura confiable, de buena calidad y
que cumpla con las normativas vigentes de construcción además de economizar en lo
posible en la cantidad de los materiales de construcción sin perder la eficacia
estructural.
Carabaño Y Pérez (2006) Elaboraron un trabajo especial de grado titulado
“Evaluar el comportamiento estructural del edificio sede UNEFA Chuao debido a las
nuevas solicitaciones sismoresistentes a que es sometido por el cambio de uso, con el
programa de análisis estructural Etabs, para optar el título de ingeniero civil de la
Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Amada Nacional, cuyo
objetivo general es Evaluar el comportamiento estructural del edificio sede UNEFA
Chuao debido a las nuevas solicitaciones sismoresistentes a que es sometido por el
cambio de uso con el programa de análisis estructural ETABS. El presente trabajo se
caracteriza por ser un proyecto de tipo evaluativo.
Las conclusiones y recomendaciones fueron que después de toda la evaluación
estructural del edificio sede U.N.E.F.A. Chuao se concluye que no cumple con las
especificaciones de diseño ni de uso actual y recomendó el reforzamiento del edificio
o la disminución de las cargas variables a la cual está sometido.
La relación existente entre esta evaluación y el presente proyecto es que se puso
a prueba a través de un programa de análisis estructural el comportamiento de la
estructura antes las solicitaciones a la cual está expuesta.
19
BASES TEÓRICAS.
Programa de análisis estructural, ETABS.
Según Morrison F. (2000) ETABS es un programa sofisticado y de fácil manejo
desarrollado específicamente para la elaboración de sistemas estructurales de todo
tipo, por la empresa Computers and Structures (Computadores y Estructuras) Inc.
California en los Estados Unidos de Norteamérica.
ETABS es un programa de análisis y diseño de sistemas estructurales que desde
hace más de 30 años ha estado en continuo desarrollo, para brindarle al ingeniero una
herramienta confiable, sofisticada y fácil de usar. ETABS posee una poderosa e
intuitiva interfaz grafica con procedimientos de modelaje, análisis y diseño sin igual,
todos integrada usando una base de datos común.
El programa posee una interface intuitiva y simple, se encajan poderosos
métodos numéricos, procedimientos de diseño y códigos internacionales de diseño,
que funcionan juntos desde una base de datos comprensiva. (Ob.-cit)
Posee una rápida solución de ecuaciones, esfuerzos y desplazamientos
inducidos por cargas, elemento frame de sección no prismática, elemento shell muy
exactos, análisis dinámicos, múltiples sistemas de coordenadas, varios tipos de
constrain, ofrece la facilidad de fusionar mallas de elementos independientes. Un
único modelo estructural puede utilizarse para una amplia variedad de diferentes tipos
de análisis y diseño. (Ob.-cit)
Admiten una amplia variedad de códigos de diseño nacionales e internacionales
más recientes, entre ellas ACI-318, ASIC-ASD, ASIC-LRFD, UBC, y
EUROCÓDIGOS; además su constante actualización a nivel de normas hacen de este
programa uno de los más confiables del mundo.
Además es considerado uno de los mejores cuatros programas en el mundo ya
que analiza y diseña la estructura de edificios usado un modelo creado a través de
una interface grafica facilitando la comunicación entre el usuario y el ordenador, para
así optimizar los resultados y facilitar el proceso de cálculo. (Ob.-cit)
20
- Proporcionar una ayuda a los diseñadores estructurales, en el desarrollo de las
complejas y difíciles ecuaciones generadas al momento de analizar una
estructura.
- Convertirse en el programa de aplicación más completo y eficiente para
desarrollar el análisis estructural de edificaciones, así como evaluar el
desempeño de los elementos de una estructura.
- Permitir a la comunidad de la ingeniera trabajar con programas que logren
llevar hasta los niveles más productivos y eficientes de las estructuras.
ETABS al igual que su programa hermano SAP2000 ofrece la mayor cantidad
de herramientas de análisis y diseño disponibles para el ingeniero estructural.
Algunas de las ventajas que ofrece este programa son: (Ob.-cit)
- Facilidades en el modelaje de edificios comerciales, gubernamentales y de
salud de múltiples pisos.
- Estacionamientos con rampas lineales y circulares.
- Edificios basados en sistemas de líneas de referencia (Grid Lines).
- Edificios de Acero, de Concreto y Mixtos.
- Muros, Rampas y Losas de concreto.
- Pisos con láminas de acero y topping de concreto, para estructuras metálicas.
- Estructuras sujetas a cualquier cantidad de casos de carga y combinaciones,
tanto lateral como vertical. Incluyendo carga automáticas por viento y sismo.
21
- Estructuras con Amortiguadores y Aisladores en la Base.
- Uso de Diafragmas Rígidos y Flexibles.
- Posee un poderoso diseño en acero estructural y concreto armado, incluyendo
muros de corte, completamente integrado, todos disponibles desde la misma
interfaz usada para modelar y analizar el modelo.
- El diseño de miembros de acero permite el pre-dimensionado inicial y una
optimización interactiva, y el diseño de elementos de concreto incluye el
cálculo de la cantidad de acero de refuerzo requerido.
- Múltiples casos de carga por espectros de respuesta, con curvas
predeterminadas.
- Transferencia automática de cargas verticales de pisos a vigas y muros.
- Análisis P-Delta con análisis dinámicos o estáticos.
- Análisis de cargas por secuencia de construcción.
- Múltiples casos de carga por funciones en el dominio del tiempo lineal y no
lineal en cualquier dirección.
Apoyo de fundación / soporte.
- Análisis de grandes desplazamientos.
- Pushover estático no lineal.
- Reducción automática de carga viva vertical.
22
Programa de diseño asistido por ordenador, AutoCAD
John Walker (1982) Autodesk AutoCAD es un programa de diseño asistido por
ordenador (CAD "Computer Aided Design"; en inglés, Diseño Asistido por
Computadora) para dibujo en 2D y 3D. Actualmente es desarrollado y comercializado
por la empresa Autodesk.
Al igual que otros programas de Diseño Asistido por Ordenador (DAC),
AutoCAD gestiona una base de datos de entidades geométricas (puntos, líneas, arcos,
etc) con la que se puede operar a través de una pantalla gráfica en la que se muestran
éstas, el llamado editor de dibujo. La interacción del usuario se realiza a través de
comandos, de edición o dibujo, desde la línea de órdenes, a la que el programa está
fundamentalmente orientado. Las versiones modernas del programa permiten la
introducción de éstas mediante una interfaz gráfica de usuario o en inglés GUI, que
automatiza el proceso.
Como todos los programas y de DAC, procesa imágenes de tipo vectorial,
aunque admite incorporar archivos de tipo fotográfico o mapa de bits, donde se
dibujan figuras básicas o primitivas (líneas, arcos, rectángulos, textos, etc.), y
mediante herramientas de edición se crean gráficos más complejos. El programa
permite organizar los objetos por medio de capas o estratos, ordenando el dibujo en
partes independientes con diferente color y grafismo. El dibujo de objetos seriados se
gestiona mediante el uso de bloques, posibilitando la definición y modificación única
de múltiples objetos repetidos.
Parte del programa AutoCAD está orientado a la producción de planos,
empleando para ello los recursos tradicionales de grafismo en el dibujo, como color,
grosor de líneas y texturas tramadas. AutoCAD, a partir de la versión 11, utiliza el
concepto de espacio modelo y espacio papel para separar las fases de diseño y dibujo
en 2D y 3D, de las específicas para obtener planos trazados en papel a su
correspondiente escala. La extensión del archivo de AutoCAD es .dwg, aunque
permite exportar en otros formatos (el más conocido es el .dxf). Maneja también los
formatos IGES y STEP para manejar compatibilidad con otros softwares de dibujo.
23
El formato.dxf permite compartir dibujos con otras plataformas de dibujo CAD,
reservándose AutoCAD el formato.dwg para sí mismo. El formato.dxf puede editarse
con un procesador de texto básico, por lo que se puede decir que es abierto. En
cambio, el.dwg sólo podía ser editado con AutoCAD, si bien desde hace poco tiempo
se ha liberado este formato (DWG), con lo que muchos programas CAD distintos del
AutoCAD lo incorporan, y permiten abrir y guardar en esta extensión, con lo cual lo
del DXF ha quedado relegado a necesidades específicas. (Ob.-cit)
Es en la versión 11, donde aparece el concepto de modelado sólido a partir de
operaciones de extrusión, revolución y las booleanas de unión, intersección y
sustracción. Este módulo de sólidos se comercializó como un módulo anexo que
debía de adquirirse aparte. Este módulo sólido se mantuvo hasta la versión 12, luego
de la cual, AutoDesk, adquirió una licencia a la empresa Spatial, para su sistema de
sólidos ACIS.
El formato.dwg ha sufrido cambios al evolucionar en el tiempo, lo que impide
que formatos más nuevos.dwg puedan ser abiertos por versiones antiguas de
AutoCAD u otros CADs que admitan ese formato (cualquiera). La última versión de
AutoCAD hasta la fecha es el AutoCAD 2010, y tanto él como sus productos
derivados (como Architectural DeskTop ADT o Mechanical DeskTop MDT) usan un
nuevo formato no contemplado o trasladado al OpenDWG, que sólo puede usar el
formato hasta la versión 2000. (Ob.-cit)
Programa de análisis y diseño de cimentaciones, Safe.
Según Morrison F. (2000). Safe es la última versión herramienta para el diseño
de sistemas de piso de concreto y cimientos. Desde el diseño enmarcar todo el camino
a través de los detalles de producción de dibujo, Safe integra los aspectos del proceso
de diseño de ingeniera en un entorno fácil e intuitivo. Seguro ofrece beneficios sin
igual para el ingeniero con su combinación única de poder, capacidad global, la
facilidad de uso.
24
Maquetación de modelos es rápido y eficiente con las herramientas de dibujo
sofisticado, o utilizar una de las opciones de importación para traer los datos de CAD,
hoja de cálculo o base de datos de programas. Losas o fundaciones pueden ser de
cualquier forma, y pueden incluir bordes en forma circular y con curvas spline.
Post-tensado puede ser incluido tanto en losas y vigas para equilibrar un
porcentaje del peso propio. Losas suspendidas pueden incluir planos, de dos vías,
gofres, con nervios elaboración de sistemas. Los modelos pueden tener columnas,
tirantes, muros y rampas de conexión de los pisos de arriba y abajo. Las paredes
pueden ser modeladas como rectas o curvas.
Colchonetas y fundaciones pueden incluir elevación no lineal de los
manantiales del suelo, y un análisis no lineal agrietado está disponible para las losas.
Generación de cargas superficiales patrón se hace fácilmente Safe con una opción
automatizada. Tiras de diseño pueden ser generados por Safe o elaborado de forma
totalmente arbitraria por parte del usuario, siempre con un control completo para la
localización y el tamaño del refuerzo calculado. Diseño de elementos finitos sin tiras
también está disponible y útil losas con geometrías complejas.
Amplia e informes personalizables están disponibles para todos los análisis y
los resultados de diseño. Los planes detallados, secciones, alzados, horarios, t tablas
se pueden generar, visualizar, imprimir y desde dentro de Safe o exportados a los
paquetes. (Ob.-cit)
Seguro proporciona un inmenso capaz aun programa fácil de usar para los
diseñadores estructurales, provideing la única herramienta necesaria para el modelo,
análisis, diseño y los detalles de los sistemas de losa de hormigón y fundación.
25
Características del Safe:
- Diseño de cimentaciones o fundaciones con la forma real, (sin aproximar la
Geometría).
- Cimientos Aislados (circulares, Rectangulares, irregulares, etc.), de Borde, de
Esquina, combinados, Sobre pilotes.
- Plateas con diferentes espesores, sobre distintos terrenos (en un mismo sistema
de cimentaciones), con huecos, etc.
- Se pueden Definir las condiciones de Frontera que el usuario indique (Naturales
o Impuestas).
- Refinamiento automático de mallas.
- Exportación al Autocad de la planta general de fundaciones.
- Cuantificación “instantánea” de Materiales a utilizar.
- Análisis estructural normal o iterativo.
El acero como material estructural.
Joseph E. Bowles (1993) establece que, el acero es uno de los más importantes
materiales estructurales. Entre sus propiedades de particular importancia en los usos
estructurales, están la alta resistencia, comparada con cualquier otro material
disponible, y la ductilidad. (p.19)
Ductilidad es la capacidad que tiene el material de deformarse sustancialmente
ya sea a tensión o compresión antes de fallar. Otras ventajas importantes en el uso del
acero son su amplia disponibilidad y durabilidad, particularmente con una modesta
cantidad de protección contra el medio ambiente.
26
El acero se produce por la refinación del mineral de hierro y metales de
desecho, junto con agentes fundentes apropiados, coke (para el carbono) y oxígeno,
en hornos a alta temperatura, para producir grandes masas de hierro llamadas arrabio
de primera fusión. El arrabio se refina aún más para remover el exceso de carbono y
otras impurezas y/o se alea con otros metales como cobre, níquel, cromo, manganeso,
molibdeno, fósforo, sílice, azufre, titanio, columbio, y vanadio, para producir las
características deseadas de resistencia, ductilidad, soldadura y resistencia a la
corrosión. (Ob.-cit)
Los lingotes de acero obtenidos de este proceso pasan entre dos rodillos que
giran a la misma velocidad y en direcciones opuestas para producir un producto
semiterminado, largo y de forma rectangular que se llama plancha o lingote,
dependiendo de su sección transversal. Desde aquí, se envía el producto a otros
molinos laminadores para producir el perfil geométrico final de la sección,
incluyendo perfiles estructurales así como barras, alambres, tiras, placas y tubos. El
proceso de laminado, además de producir el perfil deseado, tiende a mejorar las
propiedades materiales de tenacidad, resistencia y maleabilidad. Desde estos molinos
laminadores, los perfiles estructurales se embarcan a los fabricantes de acero o a los
depósitos, según se soliciten.
El fabricante de estructuras de acero trabaja con los planos de ingeniería o
arquitectura para producir dibujos detallados de taller, de los que se obtienen las
dimensiones requeridas para cortar, aserrar, o cortar con antorcha, los perfiles al
tamaño pedido y localizar con exactitud los agujeros para barrenar o punzonar. Los
dibujos originales también indican el acabado necesario de la superficie de las piezas
cortadas. Muchas veces se arman las piezas en el taller para determinar si se tiene el
ajuste apropiado. Las piezas se marcan para facilitar su identificación en el campo y
se embarcan las piezas sueltas o armadas parcialmente hasta el sitio de la obra para su
montaje. El montaje en el sitio la ejecuta a menudo el propio fabricante, pero la puede
hacer el contratista general. (Ob.-cit)
27
Clasificación de los aceros.
Según Fratelli (1999) establece que los aceros se pueden clasificarse según:
a) Su composición química.
b) Su contenido de óxidos.
c) Sus propiedades mecánicas.
d) Su calidad.
a) De acuerdo con su composición química, los aceros pueden ser:
1) Aceros sin alear.
2) Aceros semi-aleados.
3) Aceros aleados.
Las aleaciones influyen en las propiedades del acero. Entre los elementos de
aleación se pueden citar el cobre (cu), níquel (ni), aluminio (Al), Silicio (Si),
Manganeso (Mn), Molibdeno (Mo) y Cromo (Cr). El fosforo y el azufre generalmente
se segrega, ya que constituyen impurezas difíciles de eliminar. (p.17)
El cromo mejora notablemente la resistencia a la corrosión y al desgaste, así
como el cobre incrementa la ductibilidad y la resistencia a la corrosión. El manganeso
facilita la soldabilidad y el molibdeno permite una mejor deformación en frio; el
níquel incrementa la resistencia a la tracción y el aluminio le confiere al material
28
características de envejecimiento y una estructura de grano fino, con buenas
propiedades de soldabilidad. (Ob.-cit)
b) Según el contenido de oxido, el grado de desoxidación del acero permite
clasificarlos en:
1) Aceros efervescentes.
2) Aceros semi-calmados.
3) Aceros calmados.
1) Aceros efervescentes.
La primera reducción del acero en el alto horno, provoca la fusión de los óxidos
contenido en el mineral. Para activar el proceso, se agregan generalmente elementos
ávidos de oxígenos, como ser el carbono y el manganeso, propiciando la formación
de monóxidos y dióxidos de carbono. (Ob.-cit)
Cuando la desoxidación del acero liquido resulta débil, se obtienen metales con
alto grado de segregación y concentración de elementos. Evidencia de ello es la
formación en el lingote, de una piel exterior relativamente pura durante su
solidificación y enfriamiento, mientras que en el interior de la masa su composición
química se ve alterada por impurezas tales como el azufre y el fosforo, que debilitan
el acero, disminuyendo su calidad y haciéndolo poco apto para soldar.
En consecuencia, los aceros efervescentes se usan solo para la fabricación de
planchas o elementos planos de espesor reducido, conformados en frio.
2) Aceros semi-calmados.
Son los aceros parcialmente desoxidados con propiedades intermedias entre los
aceros efervescentes y los calmados. Se usan preferentemente en la fabricación de
perfiles estructurales, barras y planchas.
29
3) Aceros calmados.
Son los aceros completamente desoxidados, en los cuales no existen reacciones
posteriores del carbono con el oxigeno, durante la solicitación y conformación de
lingotes.
Estos aceros presentan una estructura cristalina homogénea, de composición
química uniforme, apta para la fabricación de tubos sin costura, rieles y piezas
forjadas.
Los aceros calmados ofrecen excelentes características mecánicas, buenas
posibilidades de ser soldados y gran ductibilidad. Con fines estructurales, se los
emplea generalmente en perfiles de espesor considerable, que deban soportar fuertes
solicitaciones. (Ob.-cit)
c) Según sus propiedades mecánicas, los aceros se clasifican en:
1) Acero común (o dulce).
2) Aceros de alta resistencia.
3) Aceros especiales.
Las propiedades mecánicas de los aceros dependen de su composición química,
de sus aleaciones, de su proceso de laminación, forma de enfriamiento, tratamiento
térmico posterior y el tipo de solicitaciones a que sean sometidos.
Las siguientes propiedades físicas, sin embargo, son comunes a todos los
aceros:
Tabla 3.
30
El acero común, también conocido por acero dulce o acero al carbono no fue
muchos años el material más usado en la construcción de puentes y edificios.
Es un acero con bajo contenido de carbono (entre 0,12 y el 0,6 %) en peso.
Entre estos aceros están el Sidor PS25, el ASTM A36 y el Din ST 37.
La variación en el contenido de carbono resulta decisiva en las propiedades
mecánicas de los diferentes aceros. Por otra parte, las aleaciones también contribuyen
a mejorar la resistencia.
Los aceros de alta resistencia son aquellos que han incrementado notablemente
su punto de cedencia, por contenidos elevados de carbono (entre el 1,4 y el 1,7 %) o
por aleaciones adecuadas, si bien su ductibilidad se ve drásticamente disminuida. En
algunos casos, las elevadas resistencias se logran mediante tratamientos térmicos y
templados, o trabajos en frio. (Ob.-cit)
Los aceros especiales se fabrican con sofisticadas aleaciones, para cubrir
necesidades especificas y no todos son adecuados para su aplicación estructural. Por
ejemplo, los aceros de los cascos de submarinos, equipos espaciales o construcción de
maquinas de alta precisión.
Tabla 4.
31
Propiedades mecánicas del acero.
Según Fratelli (1999) establece que entre las propiedades mecánicas del acero
se pueden enumerar:
- La tensión de cedencia FY.
- El límite de proporcionalidad FPR
- La tensión de agotamiento Fu.
- La ductibilidad.
- El modulo de elasticidad E.
- El modulo de endurecimiento EST
- El coeficiente de Poisson µ.
- El modulo de corte G.
Las mencionadas propiedades mecánicas representan la resistencia de un
miembro estructural de acero bajo solicitaciones estáticas, y se obtienen del diagrama
tensión versus deformación. (p.20)
Otras propiedades mecánicas de los aceros son:
- La tenacidad.
- La dureza.
- La soldabilidad.
32
- La deformabilidad.
- La durabilidad y resistencia a la corrosión.
- La resistencia al impacto.
- La fresabilidad y trabajabilidad.
- La resistencia a fatiga.
- La resistencia a fractura frágil.
- La sensibilidad a entalladura.
- El creep.
- La relajación.
También interesa al ingeniero estructural, conocer el comportamiento de las
secciones de acero bajo los siguientes efectos:
- Efectos del trabajo en frio.
- Tensiones residuales.
- Concentración de tensiones.
- Efecto de la temperatura.
En el diagrama tensión-deformación de dos tipos de acero, como resultado de
ensayos normativos de tracción uniaxial. (Ob.-cit)
33
Gráfico 2.
Gráfico 3.
A continuación se especifican las propiedades mecánicas de los diferentes
aceros, y su comportamiento bajo los efectos y condiciones de servicios enumerados.
34
Tensión de cedencia Fy:
En los aceros elasto-plasticos (acero común) la tensión de cedencia Fy es el
valor de esfuerzo para el cual las deformaciones se incrementan notablemente sin
aumento de la carga. (Ob.-cit)
El diagrama esfuerzo-deformaciones exhibe un punto superior de cedencia y
orto inferior, presentando luego una porción plana bien definida que se designa por
rango o intervalo plástico.
En los aceros de alta resistencia (aceros tratados, templados y aleados) no se
evidencia un escalón de cedencia definido, sino que el diagrama esfuerzos-
deformaciones muestra una curva ascendente continua hasta llegar al punto de la
tensión de agotamiento. Por ello, la tensión de cedencia en estos casos se define como
el punto específico de la curva que resulta de trazar una paralela a la parte inicial del
diafragma, desfasada un 0,2 % de deformación unitaria. El punto de intercepción de
esta línea con la curva esfuerzos- deformaciones, se adopta como el valor de la
tensión Fy.
Limite de proporcionalidad FPR.
Es el esfuerzo máximo para el cual es válida la ley de Hooke, de esfuerzos
directamente proporcional a las deformaciones.
FPR indica el rango de esfuerzos para el que serpa valida la suposición de acción
elástica. Su determinación depende de la exactitud y precisión del equipo de medición
del ensayo. (Ob.-cit)
Tensión de agotamiento Fu.
Es el esfuerzo correspondiente a la carga máxima alcanzada en la prueba de
tracción uniaxial.
La relación Fu/Fy mide la reserva de resistencia, bajo determinadas condiciones
de carga.
35
Ductibilidad.
Es el índice de la deformabilidad inelástica, medida según % de alargamiento.
El factor de ductibilidad se designa por la relación:
Ecuación 1.
Donde el sub índice “u” es indicativo de condición de agotamiento, y el “y” de
cedencia.
Bajo ciertas condiciones, la ductibilidad del material puede verse afectada,
como por ejemplo, variaciones de temperatura o fatiga. (Ob.-cit)
Modulo de elasticidad longitudinal E.
El modulo de elasticidad (modulo de Young) es la relación entre el esfuerzo
que se aplica y la deformación elástica resultante. En el diagrama tensiones-
deformaciones E resulta la pendiente de la curva en rango elástico. Para todos los
aceros, E tiene un valor prácticamente constante:
Ecuación 2.
Módulo de endurecimiento EST
Es la pendiente de la curva esfuerzo-deformación en el rango de
endurecimiento por deformación, y varía dependiendo de la magnitud de la
deformación alcanzada.
Coeficiente de Poisson µ.
Es la relación entre la deformación transversal y la longitudinal del elemento
solicitado por carga axial. (Ob.-cit)
36
Los ensayos demuestran que el alargamiento de la barra en la dirección
longitudinal va acompañado de un estrechamiento transversal proporcional.
Designado por:
Ecuación 3.
Resulta:
Ecuación 4.
Para el acero en rango elástico se acepta: µ=0,3.
El modulo de Poisson es su inversa: m=1/µ.
Modulo de elasticidad transversal G.
También conocido como modulo de corte, G representa la relación del esfuerzo
cortante, a la deformación unitaria por corte, dentro del rango elástico. Puede
determinarse mediante la expresión:
Ecuación 5.
Para los aceros estructurales, puede adoptarse G= 845.000 Kg/cm2.
Tenacidad.
La tenacidad es la capacidad de un material de absorber una gran cantidad de
energía, antes que sobrevenga la rotura. El área encerrada por la curva del diagrama
esfuerzo-deformación del acero, mide el grado de tenacidad del material. Por lo tanto,
la tenacidad depende de la resistencia y de la ductibilidad. Para medir la tenacidad se
usan las pruebas de Charpy y de Izod. (Ob.-cit)
37
Dureza.
Se define como la resistencia de un material a la penetración de su superficie.
El número de dureza Brinell es un índice de dureza calculado a partir del área de
penetración de una gran masa con una esfera muy dura de acero o carburo de
tungsteno, bajo una carga estándar. (p.22)
La dureza Rockwell es otro de varios índices comunes de dureza usados en
ingeniería, que mide la penetración de un pequeño y estandarizado penetrador.
Soldabilidad.
Es la propiedad de permitir la ejecución y perfecto funcionamiento de una
unión mediante soldadura, bajo determinadas condiciones, sin que se afecten las
propiedades mecánicas del acero.
La soldabilidad varía considerablemente para diferentes tipos de aceros, y
según los procesos de soldadura.
Una aproximación para determinar el grado de soldabilidad de un acero es el
criterio del carbono equivalente (CE) en relación a las aleaciones que contiene.
Entre las formulas propuestas del carbono equivalente tenemos:
Ecuación 6.
De los resultados obtenidos, se deduce el grado de soldabilidad del acero.
Tabla 5.
38
Las normas y reglamentos que rigen los procesos de soldabilidad indican las
posibilidades de selección de los electrodos recomendados para cada tipo de acero.
(Ob.-cit)
Formabilidad.
Es la facilidad con que el material puede ser cambiado de forma sin fracturarlo
o producirle daño. Un ejemplo es la acción de los trenes de laminación.
Resistencia a la corrosión.
La capacidad de resistencia al deterioro en la intemperie o medio ambiente
agresivo, define la durabilidad y resistencia a la corrosión.
La corrosión es el resultado de una compleja acción electroquímica por defecto
de la humedad y se mide el espesor del material perdido, en “mils” (milésimas de
pulgadas). (Ob.-cit)
La presencia de oxigeno, vapor de agua, sulfatos y otros agentes corrosivos en
la atmosfera, disminuye la resistencia a fatiga de un elemento estructural de acero. La
falla del metal por la acción simultánea de cargas cíclicas y agentes corrosivos se
conoce como “fatiga corrosiva”.
La forma más usual de protección son las pinturas anticorrosivas sobre capas
protectoras, a las cuales se deben dar eficaz y continuo mantenimiento.
Las aleaciones de cromo y cobre mejoran notablemente la resistencia a la
corrosión de los aceros, favoreciendo la formación de una capa transparente auto-
protectora que no deja pasar el oxigeno. Un buen acabado superficial incrementa la
eficacia del proceso.
Resistencia al impacto.
39
Impacto es la aplicación súbita de una carga viva o carga dinámica. La
capacidad de absorber la energía provocada por este tipo de cargas es la resistencia al
impacto, y es siempre un valor comparativo.
Estructuralmente, este efecto se toma en consideración como un esfuerzo
adicional a las cargas vivas aplicadas, incrementado la magnitud de las fuerzas
estáticas de un 30 a un 100 % de su valor. (Ob.-cit)
La resistencia al impacto se reduce al disminuir la temperatura. Los puentes de
ferrocarril, los puentes carreteros y las grúas son estructuras en las cuales se debe
tomar en cuenta la resistencia al impacto.
Fresabilidad y Trabajabilidad.
La facilidad con que un acero permite ser taladrado, fresado, labrado o
trabajado, sin que se vean afectadas sus propiedades mecánicas, define su fresabilidad
o trabajababilidad. (p.24)
Esta propiedad reviste especial importancia en ingeniería mecánica.
Resistencia a la fatiga.
Cuando un miembro estructural o una conexión soportan cargas de variación
cíclica, con elevado número de repeticiones en su vida útil, pueden fallar por fatiga,
con esfuerzos muy inferiores a los correspondientes a la falla bajo cargas estáticas.
La fatiga esta siempre asociada a fuerzas de tracción y la falla por fatiga
comienza donde existe una fisura inicial en el metal por defectos en el acabado de los
bordes cizallados, o donde existen muescas o cambios bruscos de sección. (Ob.-cit)
La resistencia a fatiga se define como el esfuerzo máximo que puede ser
soportado durante un determinado número de ciclos, sin fractura del elemento
estructural. La vida en fatiga es el número de ciclos que tarda en romperse.
Fractura frágil.
40
En general, el acero se comporta en forma plástica y cede cuando más allá de su
punto de fluencia, ocurre un desplazamiento por reorientación de cristales, a lo largo
de ciertos planos de fractura, con elevados esfuerzos cortantes. (Ob.-cit)
El esfuerzo principal máximo de tracción correspondiente al instante en que se
produce la fractura, se designa por resistencia a la fractura frágil, y el esfuerzo
cortante máximo al presentarse el desplazamiento, es el esfuerzo de cedencia a corte.
Sin embargo, el comportamiento de un mismo material puede ser plástico o
frágil dependiendo del tipo de solicitación y de la temperatura, así como también
influye la presencia de esfuerzos residuales.
Por ejemplo, una unión a temperatura bajo cero, con esfuerzos residuales altos,
pueden sufrir fractura frágil bajo cargas muy inferiores a las que producirían la falla
en el miembro sin soldar y a temperatura normal.
Sensibilidad a entalladura.
La sensibilidad a entalladura es la tendencia a la fractura frágil en presencia de
muestras o entalladuras. (p.26)
La prueba de Charpy de la muesca en V es una forma de medir
cuantitativamente la capacidad de un acero para soportar cargas de impacto, en
función de la calidad del acero y la temperatura.
La prueba evalúa la tenacidad del acero, o resistencia a la fractura en presencia
de una muesca, y se realiza con una pequeña barra rectangular con una muesca en V
en su sección media, con dimensiones especificadas y simplemente apoyada en sus
extremos, la cual es fracturada mediante golpes de impacto de un péndulo que se deje
hacer libremente sobre la muestra.
Figura 1.
41
Creep o escurrimiento.
Se define por creep la cedencia gradual, o la variación en las dimensiones, bajo
carga sostenida constante. En el acero, el creep no reviste importancia a temperatura
normal. Si por contrario, la temperatura es elevada y las tensiones altas, la velocidad
del escurrimiento producido se incrementa.
Relajación.
Relajación es la disminución de las cargas o esfuerzos bajo una deformación
sostenida constante. Adquiere importancia bajo condiciones similares a las descritas
para el creep. (Ob.-cit)
Productos de acero.
Según Arguelles (2005) establece que los productos en acero se dividen en dos
grupos, como a continuación se especifican:
1) Perfiles laminados.
42
Figura 2: Perfiles laminados.
2) Productos laminados
Perfiles Huecos.
Son aquellos que están conformados en frio, de sección cerrada, no maciza, de
pequeño espesor con relación a las dimensiones geométricas de la sección, destinados
a servir de elementos resistentes. Se fabrican a partir de chapa laminada en caliente de
acero, mediante conformación en frio y soldadura. (p.1.16).
Perfiles y placas Conformados.
Estos tienen espesor constante y pequeño en relación con la máxima dimensión
y consta de caras planas o cilíndricas enlazadas sin aristas vivas y sin soldaduras.
Antes o después de su conformación pueden someterse a procesos de pintado,
galvanizado, entre otros. (p.1.17)
Figura 3: Secciones de perfiles y placas conformadas.
43
Criterios de diseño estructural.
Según Fratelli establece (1999). El diseño estructural consiste en seleccionar la
solución óptima de miembros y uniones, entre un conjunto de alternativas, para cada
caso en particular.
El diseño de las estructuras de acero se realizara para resistir las tensiones
producidas por las cargas de servicio, en régimen elástico y de acuerdo a las tensiones
admisibles especificadas en las Normas Venezolanas, Estructuras de acero para
edificaciones. Proyecto, fabricación y construcción, COVENIN 1618-98. (p.30)
El comportamiento de estructuras de acero responde a las siguientes hipótesis:
- El material es perfectamente elástico. Se cumple la ley de Hooke de
proporcionalidad entre tensiones y deformaciones.
- El material es isótropo y homogéneo.
44
- Los valores de los módulos de elasticidad longitudinal E, el elasticidad
transversal G y el coeficiente de Poisson µ, permanecen constantes durante la
respuesta del sistema bajo las cargas aplicadas.
- Las deformaciones son pequeñas en relación a las dimensiones de los
miembros. (Criterio de deformaciones infinitésimas). Por ello las ecuaciones de
equilibrio se plantean en el cuerpo sin deformar. (Análisis de primer orden).
- Es válido el principio de superposición de causas y efectos.
- Se desprecia la influencia de las tensiones residuales o los efectos derivados de
las concentraciones de esfuerzos en el diseño.
Seguridad Estructural, Estados Límites.
Según Arguelles (2005) establece que la seguridad, servicio y economía han de
ser consideraciones en el diseño de la estructura con el fin de que cumpla los
objetivos previstos en el periodo de vida asignado, sin provocar incomodidades a los
usuarios, debidas a defectos de ejecución o de proyecto. Las incomodidades a los
usuarios, debidas a defectos de ejecución o de proyecto.
La probabilidad de que se presente un fallo local o parcial por la presencia de
cargas accidentales excepcionales debe ser muy pequeña. No obstante, consecuencia
de las incertidumbres existentes en todas las construcciones no existe estructura que
sea absolutamente segura. Siempre es posible la presencia de lluvias torrenciales,
nevadas excepcionales, vientos huracanados o sismos que generan cargas muy
superiores a las previstas. Incluso con carga en principio conocidas, como son en
general las cargas permanentes, hay cierta tolerancia que modifican los valores
pronosticados. (p.2.2.)
45
Por otro lado las propiedades resistentes adjudicadas a la estructura pueden
desviarse de las pronosticadas por las causas siguientes:
- Características resistentes deferentes a las previstas.
- Dimensiones reales de las piezas no ajustadas suficientemente a las teóricas.
- Deterioro de la estructura debido a cargas repetidas.
- Corrosiones.
- Inadecuado control de calidad.
- Análisis de la estructura no ajustado debidamente a su comportamiento.
- Errores e imperfecciones de los trabajos realizados en taller y en el montaje.
Se considera como fallo de una estructura, el incumplimiento de los fines para
los que ha sido prevista durante el periodo de vida útil se le ha asignado. El concepto
de vida útil es de difícil precisión, pero a modo orientativo podrán considerarse los
periodos siguientes:
- Viviendas 100 años.
- Oficinas 50 anos.
- Almacenes 80 años.
- Industrias 25 años.
Puede hablarse de dos clases de fallos:
46
a) Fallos que afecten a la seguridad de las personas, otros seres vivos, o el medio
ambiente y que están asociados al colapso de toda o una parte de la estructura.
Esta situación puede presentarse por alguna de las causas siguientes:
- Perdida de equilibrio de la estructura o cualquier parte de ella considerada como
cuerpo rígido.
- Agotamiento de secciones críticas al alcanzarse en ellas lyes de tensiones que
provoca su fallo. Por ejemplo, un tirante sometido a una fuerza de tracción N >
AfY (A, área de la sección transversales del tirante; fY limite elástico del acero).
- Formación de mecanismos parciales o totales de ruina al generarse un número
suficiente de rotulas plásticas.
- Fallos de inestabilidad de piezas aisladas (pandeo de columnas vuelco lateral de
vigas, entre otras).
- Inestabilidad global de la estructura.
- Fallos locales por abolladura de elementos planos comprimidos (alas o almas)
de secciones esbeltas.
- Fallos debidos a una rotura frágil.
- Fallos debidos efectos dependientes del tiempo (durabilidad, fatiga).
- Fallos provocados por uniones defectuosas, incluyendo apoyos y
cimentaciones.
47
d) Fallos que afectan al uso de la estructura y a su durabilidad provocando una
pérdida de las presentaciones esperadas. Los más importantes son los
siguientes:
- Deformaciones o flechas que afectan a la apariencia al uso de la estructura
(incluyendo el mal funcionamiento de maquinas o servicios) o cusan daños de
acabados o de elementos no estructurales.
- Vibraciones que cusen falta de confort a las personas, daños al edificio o a sus
contenidos, o que limiten su eficacia funcional.
- Excesiva corrosión. Daños o deterioros que puedan afectar negativamente a la
apariencia, a la durabilidad o a la funcionalidad de la estructura.
Como en el caso anterior a) la comprobación de la estructura ante esta clase de
fallo corresponde a su análisis en los estados limite de servicio (E.L.S.). (Ob.-cit)
Fundaciones directas aisladas y continuas.
Según Fratelli (1999) establece que toda fundaciones directas que se apoyan en
toda el área de la base sobre el terreno, en un estrato no mayor a 5 m de de
profundidad, medido desde la cota superior del predio a construir, y donde el suelo
ofrezca la suficiente capacidad portante para soportar las cargas impuestas por la
superestructura, con moderados asentamientos.
Existe una amplia variedad de fundaciones directas, entre las cuales se pueden
mencionar:
- Fundaciones aisladas.
- Fundaciones continuas.
48
- Fundaciones combinadas.
- Fundaciones conectadas.
- Placas de fundación.
En la mayoría de los casos, las fundaciones directas se materializan en concreto
armado, y por excepción, en concreto sin armar o ciclópeo. Las fundaciones aisladas
resultan del ensanchamiento del extremo inferior de las columnas o pedestales en el
plano de apoyo sobre el suelo, de modo de disminuir la magnitud de las presiones de
contacto con este y asegurar la estabilidad de la superestructura.
Figura 4.
Las fundaciones continuas, se conocen también como corrida y son las que
transmiten al suelo de fundación las cargas de los muros de concreto, las paredes de
mampostería o una fila de columnas alienadas próximas entre sí. Las fundaciones
combinadas son las que sirven de apoyo a dos columnas muy cercanas, evitando así la
superposición de sus bases aisladas. La forma y dimensiones en planta deben
adaptarse para que la resultante de las cargas y momento de las columnas coincida
con el baricentro de la base, de modo de poder obtener una distribución uniforme de
presiones en toda el área de contacto con el suelo.
Figura 5.
49
Las fundaciones conectadas, soportan cargas excéntricamente aplicadas en las
columnas y al unirlas mediante tensores o vigas rígidas se anula el efecto de
volcamiento y se otorga estabilidad al conjunto.
Por último, las placas de fundación son las que reciben las cargas de un grupo
de columnas y muros. Se las utiliza cuando el área en planta de las bases aisladas
resulta prácticamente la misma que la superficie dl terreno bajo la construcción. Las
placas de fundación presentan por lo general un espesor considerable y en algunos
casos tienen nervios o vigas de entramado conectando las columnas y los muros, que
cumplen la función de disminuir el espesor de las placas y aumentar la rigidez de la
fundación.
Figura 6.
No es conveniente que las bases se hallen directamente en contacto con el suelo
de fundaciones, por lo cual es práctica usual extender una placa de 10 a 15
centímetros de concreto pobre, o de piedra y arena apisonadas, antes de vaciar el
concreto de lavase, y respetar además los espesores del recubrimiento previstos en el
diseño, colocando separadores y soportes en las barras de la armadura resistente, de
50
modo de mantenerlas en su lugar durante el hormigonado. El concreto pobre que se
utiliza es de piedra o ladrillos partidos con una dosificación de 150 a 200 kilogramos
de cemento por metro cubico, y la excavación de los últimos 20 cm. De espesor en el
terreno se debe realizar inmediatamente antes de vaciar el concreto pobre o colocar la
capa de piedra y arena apisonada donde se apoyara la base.
En las bases directas, en forma similar a los restantes elementos estructurales de
un edificio, se deben satisfacer las exigencias de resistencia y estabilidad para
cualquier combinación de las cagas exteriores actuantes previstas en el cálculo. Se
deben distinguir dos etapas:
1. Análisis de la base, que corresponde a la determinación de su forma y
dimensiones en planta.
2. Diseño de la base, mediante el cual se define su altura útil, y la cantidad y
forma de distribución de la armadura de acero resistente.
La determinación de la forma y dimensiones de la planta depende de varios
factores:
a) La magnitud de las cargas de servicio que deben resistir la base.
b) La calidad de3l suelo de fundación y sus esfuerzos admisibles.
c) La profundidad del estrato en el cual apoya la base.
d) El espacio disponible de la planta para ubicarla.
La determinación de la dimensiones en planta de las bases se realiza con cargas
de servicio y esfuerzos admisibles del suelo, mientras que el diseño exige cargas
mayoradas y resistencias aminoradas, para todo tipo de secciones en concreto
armado.
51
Las cargas de servicio que deben soportar las bases son las impuestas por la
superestructura y comprende las gravitacionales que actúan en la columna, (cargas
muertas, y sobrecargas móviles), el peso propio de la columna y la bases, las cargas
transmitidas por las vigas de riostra y las lonas de sótano, así como el peso de la tierra
que cubre la base.
Si además el análisis comprende la consideración de carga s de vientos o de
sismo, se debe sumar su efecto a las anteriores, (pero en forma simultánea el viento y
el sismo).
En zonas sísmicas se permite adoptar esfuerzos admisibles incrementados en un
33% para el suelo de fundación, al tomar en cuenta estas cargas. En todos los casos,
se deben realizar todas las combinaciones posibles de las cargas que actúan directa o
indirectamente sobre cada base, y seleccionar el caso más desfavorable. El criterio a
aplicar en el análisis es el siguiente:
1. Tomar la combinación de carga más desfavorable, excluyendo el sismo, y
verificar que no se supere en el suelo de fundación el valor del esfuerzo
admisible.
2. Tomar la combinación de carga más desfavorable, incluyendo las del sismo, y
verificar que no se supere en el suelo de fundación el valor del esfuerzo
admisible incrementado en un 33%.
Adicionalmente, las bases pueden soportar cargas de impacto o cíclicas, como
ocurre por ejemplo en bases de ramplas, puentes grúas o estribos de puentes y en
cimientos de maquinas. En muros de contención, actúan asimismo cargas laterales
debidas a empujes de masas de suelo, materiales granulares o contenidos, por lo cual
sus bases deben verificarse a deslizamiento y volcamiento.
Debe tratarse de que la resultante de las cargas exteriores se halle aplicada en el
baricentro de la base de la planta. Para cualquier combinación de las cargas
gravitacionales, toda la base debe resultar comprimida, y si la combinación incluye
52
cargas de sismo, el área tracccionada de la base no puede superar el 25 % de la
superficie total de contacto en planta, con el suelo de fundación.
Los momentos flectores en el pie de las columnas o pedestales pueden ser
resistidos en fundaciones según los siguientes criterios:
- Colocando vigas de riostra conectando las diferentes fundaciones del edificio.
- Considerando la carga axial de la columna, trasladada paralelamente por efecto
del momento existente, y centrando la base con el punto de aplicación de esa
resultante.
En cada caso, el proyectista decide la solución a adoptar. Sin embargo las vigas
de riostra dan una solución más coherente al problema, enlazando los pies de las
diferentes columnas de la estructura, y permitiendo que a nivel de fundaciones el
sistema trabaje como conjunto arriostrado, más estable y seguro.
Cuando ya se ha determinado la forma y dimensiones de una base, se procede a
su diseño para cargas mayoradas, según las combinaciones indicadas en la Sección
1.3 A estas cargas mayoradas corresponde una reacción ficticia del suelo o , cuyo
valor es solo una herramienta del diseño pues permite calcular la magnitud de los
momentos flectores y fuerzas de corte y punzonado mayoradas en las bases, para
poder definir en cada caso la altura útil, y el área necesaria de las barras de acero de
armadura resistente.
Por lo tanto, este valor de o empleado, no tiene ningún significado desde el
punto de vista de la mecánica de suelos y no debe confundirse con él o a que se hace
referencia en los capítulos anteriores, y que representa el esfuerzo de agotamiento u
del suelo en compresión axial.
Cuando para el diseño de conocen solamente las cargas de servicio de la
columna, sin especificación detallada de la magnitud parcial de las cargas
permanentes, accidentales, viento, sismo, etc. Se aconseja utilizar un factor de
mayoración global de 1,6 para obtener las cargas mayoradas.
53
Bases aisladas.
Las fundaciones de concreto armado para columnas aisladas son generalmente
de forma cuadrada o rectangular, y consiste en una placa o losa armada según dos
direcciones ortogonales, que se apoya directamente sobre el suelo de fundación. Se
conoce también por zapatas. Para diseñar las bases aisladas se seguirá el siguiente
procedimiento:
a) Se deben conocer las cargas de servicio totales que actúen sobra cada base, y la
combinación más desfavorable de las cargas mayoradas.
b)
c) obtener un perfil del suelo, con los esfuerzos admisibles en los diferentes
estratos y profundidades, así como la magnitud de los probables asentamientos
que se pueden producir bajo las cargas de superestructuras.
d) Elegir la profundidad de apoyo de las bases de modo de permitir una armoniosa
distribución en planta de las fundaciones.
e) determinar la forma y tamaño de cada una de las bases, en función de los datos
enumerados previamente.
f) Diseñar las bases, par a las cargas mayoradas y según la calidad de los
materiales a usar, respetando los espesores mínimos, las cuantías de acero
recomendables y las longitudes de desarrollos exigidas.
Pedestales
Los pedestales son ensanchamientos de la parte inferior de las columnas, que
permiten incrementar el área de contacto de esta con la base, transmitiendo las cargas
axiales de los momentos flectores a la fundación o a la viga de riostra.
Figura 7.
54
La sección transversal de los pedestales puede ser diferente a las de las
columnas, pero se exige que ambas sean concéntricas. Entre las funciones que
cumplen los pedestales se enumeran:
- Transmitir más uniformemente las cargas de las columnas a las zapatas.
- Disminuir las magnitudes de los momentos flectores y fuerzas cortantes en las
bases, producidas por el suelo.
- Dar mayor estabilidad al conjunto de las fundaciones.
Los pedestales se vacían simultáneamente con las bases, y se arman en forma
similar a las columnas de concreto armado. En el caso especial de columnas
metálicas, los pedestales ahogan el perfil de la columna y la plancha de base,
debiéndose además armar con cuantía mínima de acero.
La altura de los pedestales es variable según las necesidades de cada proyecto
pero generalmente se haya entre 1 mt y 1.5 mt.
Viga de riostra.
55
Las bases aisladas deben conectarse entre sí y con el resto de las fundaciones de
la estructura, mediante vigas de riostra que cumplen la función de encadenado. En
zonas sísmicas las vigas de riostra se conectan en direcciones ortogonales con los
extremos inferiores de las columnas o con la parte superior de las zapatas. Además,
ubicadas perimetralmente, vinculan las bases excéntricas de lindero. Se forma si un
retículo en planta que impide todo desplazamiento lateral de las bases y mantiene el
conjunto en posición estable, rigidizándolo.
Figura 8.
Las vigas de riostra pueden encofrarse o vaciarse directamente en una siempre
en contacto con el mismo, la sección mínima será cuadrada de 40 cm de lado u el
recubrimiento libre igual o mayor a 7 cm. En este último caso, sin embargo, se
aconseja colocar antes del vaciado de la viga, una capa de concreto pobre de 10 cm.
De espesor, o de arena y piedra apisonadas, para evitar que la viga asiente y se fisura.
Figura 9.
56
Se estima suficiente que las vigas de riostra sean capaces de resistir cargas
axiales de tracción o compresión de magnitud igual al 10 o 15 % de la carga axial de
la columna mas cargada de las dos que conecta. Adicionalmente, las vigas de riostra
resistirán los momentos flectores transmitidos por las columnas o pedestales.
En el caso en el que resistan solo cargas axiales de tracción, la riostra se
diseñara como un tensor, donde el acero del esfuerzo absorbe todos los esfuerzos
impuestos, mientras el concreto solo cumple una función de recubrimiento para
proteger las barras de la oxidación y el deterioro. Por lo tanto, se debe cumplir:
Ecuación 8.
Pu es la carga mayorada de la columna mayorada y Ø es el factor de
minoración de resistencia que en este caso Ø = 0.7
Cuando se desee tomar en consideración la colaboración del concreto para
resistir los esfuerzos de tracción, se adoptara
Ecuación 9.
Resulta así una sección de concreto: para Ø = 0.7, válida para F 'c ≤ 280
Kg/cm2 y Fy ≤ 4200 Kg/cm2.
Ecuación 10.Es el esfuerzo límite de la tracción en el concreto.
Sin embargo, cuando la viga de riostra se encofra fuera de la excavación
realizada en el terreno, está libre de pandear. Para evitar la posibilidad de pandeo se
debe respetar la siguiente relación para el lado minino de la sección transversal: b ≥
L/20, siendo L la luz libre entre columnas, pedestales o lados de la base, según se
57
ubique la riostra. En ausencia de pandeo, la riostra, considerada como columna debe
cumplir: para Ø = 0.7
Ecuación 11.Sin embargo, la condición dada en la ecuación, y resulta determinante para la
armadura. Se exige además:
Ecuación 12.
Esta última condición permite controlar la figuración por retracción que se
suele presentar al conectar la riostra a dos macizos de considerable rigidez.
Figura 10.
Si la viga de riostra no está aislada, sino que sirve de apoyo a una losa o placa
de sótano de la planta baja de una construcción, está impedida de pandear, por lo cual
no se exige en este caso el cumplimiento de la condición 8.3.
Por otra parte si además de las cargas mencionadas, la viga de riostra soporta el
peso de muros de mampostería, lozas, placas, etc. Y la flexión transmitida por las
columnas, debe diseñarse a flexotraccion o flexocompresion.
Las vigas de riostra se armaran con un minino de 4 barras longitudinales
colocadas en los vértices de su sección transversal. El A requerido deberá cumplir
con la mayor de las aéreas dadas en las ecuaciones, con un diámetro mínimo de Ø ½”
58
y estribos según lo especificado. Se aconseja en este caso que la separación de los
estribos cumpla.
El diámetro de los estribos será de Ø 3/8”. La armadura longitudinal debe
anclarse en las bases o pedestales, cumpliendo la longitud de desarrollo. En las vigas
de riostra con alturas igual o mayor a 75 cm, deberá disponerse armadura de
parámetro según lo indicado.
Ecuación 13.
Bases de concreto sin armar
Las bases de concreto sin armar son fundaciones de considerable volumen que
transmiten al suelo las cargas de las columnas o pedestales por compresión pura, o
con muy limitada flexión.
Figura 11.
Estas bases son dados de concreto simples, de gran altura para los cuales el ángulo 8 debe cumplir con lo indicado en la figura 11. Este último caso contempla las bases escalonadas. Debido a la reducida flexión que soportan, los esfuerzos de tracción cumplen con la condición:
Ecuación 14.
59
Y no es necesario colocar armadura de tracción.
Si bien son bases sencillas, resultan poco comunes por su excesivo volumen de
concreto, ya que en general se las diseña con espesores más reducidos y en concreto
armado.
Figura 12.
También se las puede materializar en concreto ciclópeo, con un peso especifico
ϒc=2800Kg/m3.
Bases aisladas cuadradas.
Cuando una columna transmite a la base solo cargas centradas, coincidentes con
el baricentro de la base, y cuando el área en planta lo permite, se deben diseñar bases
cuadradas, que son las que ofrecen el mejor comportamiento estructural y la mayor
economía.
Los diferentes perfiles de las bases cuadradas pueden ser: planas;
trocopiramidales; troncocónicas y escalonadas. En general, las bases se construyen
sin encofrado, siendo las de perfil plano o las trocopiramidales las más comunes. El
área en planta de la base se obtiene considerando todas las cargas de servicio
actuantes: permanentes, móviles, vibratorias, etc.
60
Figura 13.
La totalidad de las cargas que transmite la columna correspondientes a: cargas
gravitacionales de la superestructura, en régimen de servicio, peso propio de la
columna, vigas de riostra, etc. Se designan por P. Esta carga será siempre un dato del
problema, así como la magnitud del esfuerzo admisible del suelo de la fundación y la
calidad de los materiales a emplear.
Por el contrario, el peso propio de la base y el peso de la tierra de relleno se
desconoce a priori, por lo cual se los debe asumir afectando la carga P del factor V de
mayoración, en forma aproximada, para luego verificar los resultados obtenidos.
En consecuencia, el proceso de diseño resulta de tanteos, si bien la
convergencia al resultado correcto es rápida. El área necesaria en planta se obtiene:
Ecuación 15.
B es un valor que debe redondearse por exceso, en cm. Y ser múltiplo de 5. Los
valores aproximados de v para comenzar el análisis, en función de la profundidad H
del plano de apoyo de la base, en relación a la cota superior del terreno.
Figura 14.
61
Algunos autores consideran que para tomar en cuenta el peso propio de la base
y el relleno de tierra basta con suponer todo el volumen ocupado por la base y el
hueco de la excavación, como de una masa uniforme con peso intermedio de 2100
Kg/m3. Este valor se obtiene como promedio entre el peso del concreto de la base
(ϒc= 2400 a 2500 Kg/m3) y el suelo (variable entre ϒs = 1700 y 2000 Kg/m3).
Luego de definir el área en planta de la base, se la diseña, para lo cual se
mayoran las cargas y se selecciona la combinación más desfavorable según el tipo de
cargas actuantes. En virtud de que el diseño no se toma en cuenta las cargas debidas
al peso propio de la base ni al relleno de la tierra, pues no produce corte ni flexión en
la base, tampoco se aplica el factor mayoracion V para determinar la altura o el acero
de la armadura.
De las cargas mayoradas Pu se obtiene el valor de la reacción ficticia del suelo
Ơu en bases cuadradas,
Ecuación 16.
Ơu es una presión que actúa de abajo hacia arriba en la base, en el plano de
contacto de esta con el suelo de fundación, dando lugar a la flexión y corte
mayorados, los cuales definen el diseño de la zapata.
Figura 15.
62
De esta manera Ơu es una magnitud no real de reacciones del suelo, que
permiten crear las mismas condiciones de solicitación de las bases, que las originan
las cargas mayoradas en miembro estructural de concreto, que se diseña en resistencia
limite. En bases que soportan columna en pedestales de concreto, los planos críticos
para flexión son los agentes a los lados del área cargada, como muestra la figura. Por
simetría solo basta con tomar uno de ellos, por ejemplo el a-a indicado, para el casi de
la columna cuadrada. El momento Mu se obtiene:
Ecuación 17.
En las bases escalonadas, se deben calcular el Mu en cada una de las
discontinuidades del perfil de la base, para determinar la altura útil de en los
diferentes planos de diseño.
El esfuerzo de corte máximo se halla en la sección 1-1, a distancia d de la cara
de la columna o pedestal. Se obtiene:
Ecuación 18.
63
La integral representa al volumen de esfuerzo debido a la reacción del suelo,
que produce corte en la sección 1-1, por lo tanto:
Ecuación 19.
Las bases no se arman a corte (salvo casos de excepción cuando se debe limitar
su altura). Por lo tanto, el corte mayorado Vu será resistido solo por el concreto, para
Ø=0.85.
Ecuación 20.
De esta forma, la altura útil debe cumplir la condición:
Ecuación 21.
Para que la base sea resistente a corte simple. Además debe verificar
punzonado, que resulta del efecto punzante de la columna o pedestal sobre la zapata,
en el área del perímetro crítico a distancia alrededor del área cargada.
Ecuación 22.
La fuerza mayorada por punzado Vu vale:
Ecuación 23.
64
Donde la integral representa el volumen de esfuerzo bajo el área punzonado,
encerrada dentro del perímetro bo, que para el caso de columna cuadrada es:
Por lo tanto la ecuación para el corte máximo puede escribirse;
Ecuación 24.
Para los esfuerzos de punzonado sean resistidos únicamente por el concreto se
debe cumplir, para Ø=0.85.
Ecuación 25.
Sin embargo, en ec. 8.18, tanto el valor bo como la fuerza de corte por
punzonado Vu dependen de la altura útil d, por lo cual el resultado se obtiene por
tanteo. Una forma de comenzar el diseño es definir la altura útil por flexión, con la
ecuación:
Ecuación 26.
Respetando la condición de ductibilidad de la sección, y luego aumentar el
valor de d para que cumpla los requisitos de resistencia a corte simple y por
punzonado en la base. En las bases aisladas, es generalmente el punzonado el que
controla el diseño.
Asimismo se deben verificar los esfuerzos de aplastamiento en el plano de
contacto entre la columna y la zapata.
La carga máxima que soporta a la columna o pedestal con sección transversal
de área se obtiene, para Ø=0.7
65
Ecuación 27.
Y la carga máxima en la base se calcula:
Ecuación 28.
Se definió en bases y columnas cuadradas.
Ecuación 29.
El acero por flexión se calcula:
Ecuación 30.
El acero mínimo definido por las normas de espaciamiento de las barras exigen
que en las bases, las separación del acero principal no sea mayor a 35 cm. Ni a dos
veces el espesor de la placa de base. Sin embargo, en la práctica, no se aconseja
separar las barras de la armadura más de 25 cm. Ni menos de 10 cm., para facilitar la
ejecución. Usualmente se usa:
Tabla 6.
Para una inspección más fácil en obra. Las bases cuadradas se armas en dos
direcciones ortogonales, paralelas a los lados y las barras se distribuyen
uniformemente en todo el ancho de la base. La longitud de desarrollo de los
66
empalmes en las zapatas debe regirse por las exigencias de la sección 2.3. En los
extremos, las puntas dobladas de las barras deben respetar un recubrimiento lateral
libre de 7 cm. Para protegerlas de la corrosión y para asegurarse que puedan ubicarse
sin inconvenientes dentro de la excavación.
Edificaciones Sismo-resistentes.
Según Grases (1984) establece que por sus características particulares, la
amenaza sísmica exige un enfoque ingenieril singular cuando se trata de mitigar sus
efectos en las construcciones. En efecto, dado lo infrecuente de los eventos más
intensos, la solución tiende a ser óptima desde un punto de vista económico si en los
criterios de diseño contra esos eventos de extrema severidad se acepta daños
importantes en las construcciones, incluso daños estructurales, en lugar de pretender
evitar a base de soluciones más robustas y costosas.
Esto perfila una filosofía general de diseño ampliamente aceptada en lo códigos
modernos, según la cual en las construcciones ubicadas en zonas sísmicas se debe
lograr una solución estructural económica, capaz de resistir sismos moderados sin
sufrir daños de importancia y que, bajo la acción de sacudidas más intensas propias
de los sismos mas fuertes esperados, el sistema resistente a sismos de la edificación
pueda sufrir daños sin alcanzar la condición de colapso. Las nuevas normas
venezolanas para construcciones sismo-resistentes se fundamentan explícitamente en
la filosofía anterior. (p.10)
Dedo que las normas son de aplicación en todo el país, este ha sido zonificado
desde el punto de vista de las acciones sísmicas con fines de ingeniería. Para cada una
de las zonas se establecen valores de la fracción de la gravedad correspondiente a la
aceleración máxima del terreno AO, asociado a probabilidades de excedencia en 50
años que oscilan entre un 5 % y un 20 % aproximadamente dentro de cada zona.
Durante la vida útil de la edificación, si ésta está situada en la zona mayor amenaza
sísmica (zona 4), probablemente experimentara: varios temblores de moderada
intensidad y duración, y por lo menos un sismo de elevada intensidad y larga
67
duración. La intensidad de las sacudidas sísmicas puede ser caracterizada por los
espectros de respuesta elástica y es decreciente en las zonas sísmicas subsiguientes.
En las normas se consideran cuatros tipos de terrenos de fundación
caracterizados por sus perfiles del subsuelo y por sus espectros de respuesta. En
formas general estos terrenos corresponden a suelos duros (SI), suelos intermedios
(S2), suelos Blandos (S3) y suelos duros o densos (materiales medianamente rígidos)
de gran profundidad (S4); estos tipos de suelos se tipifican en un mapa del territorio
nacional llamados espectros de respuesta elástica.
Toda edificaciones a ser construidas en una zona sísmica, debe poseer un
conjunto de elementos que suministren la resistencia, rigidez y ductibilidad necesaria
para soportar las acciones sísmicas prescritas para esa zona, conjunto este que ha sido
definido como sistema resistente a sismos. Estos sistemas han quedado caracterizados
en las normas por su capacidad para absorber y disipar energía bajo acciones
sísmicas, definiéndose así los cuatro tipos esquematizados. Esa caracterización se
traduce en un factor D que describe la ductilidad global esperada de cada sistema
resistente a sismos, y cuantifica la reducción entre los desplazamientos máximos
reales y los desplazamientos calculados suponiendo un comportamiento elástico
lineal de la estructura. Para las prescripciones de diseño de miembros de concreto
armado, los valores esperados de D correspondiente a cada uno de los tipos
esquematizados. En cada caso, los mayores valores de D corresponden a los diseños
que garantizan mayores incursiones en el rango inelástico sin pérdida de capacidad
portante del sistema resistente a sismos.
Cualidades de un buen diseño contra acciones de tipo sísmico.
Según Grases (1984) estable que una edificación se considera bien diseñada
para soportar movimientos sísmicos intensos debidamente seleccionados de acuerdo a
la amenaza sísmica presente en el sitio, cuando satisface un conjunto de cualidades
que se pueden agrupar en los cinco aspectos siguientes:
68
a) Una configuración estructural adecuada y una buena disposición de la
tabiquería.
b) Una selección adecuada tanto del modelo matemático como del procedimiento
de análisis que conduzcan a solicitaciones realistas y pongan en evidencia las
zonas críticas de la estructura.
c) Un dimensionado y detallado que suministre a la estructura la necesaria
capacidad de absorción y disipación de energía, y que sea consistente con los
factores de ductibilidad adoptados.
d) Un sistema de fundaciones que garantice una transmisión eficaz de
solicitaciones al terreno, así como la estabilidad de la edificación.
e) Una ejecución satisfactoria, debidamente controlada por una inspección
inteligente y honesta. (p.40)
Ventajas del acero como material estructural.
Alta resistencia.- La alta resistencia del acero por unidad de peso implica que
será poco el peso de las estructuras, esto es de gran importancia en puentes de
grandes claros.
Uniformidad.- Las propiedades del acero no cambian apreciablemente con el
tiempo como es el caso de las estructuras de concreto reforzado.
Durabilidad.- Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado
duraran indefinidamente.
Ductilidad.- La ductilidad es la propiedad que tiene un material de soportar
grandes deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensión. La naturaleza dúctil
de los aceros estructurales comunes les permite fluir localmente, evitando así fallas
prematuras.
69
Tenacidad.- Los aceros estructurales son tenaces, es decir, poseen resistencia y
ductilidad. La propiedad de un material para absorber energía en grandes cantidades
se denomina tenacidad.
Otras ventajas importantes del acero estructural son:
a) Gran facilidad para unir diversos miembros por medio de varios tipos de
conectores como son la soldadura, los tornillos y los remaches.
b) Posibilidad de prefabricar los miembros de una estructura.
c) Rapidez de montaje.
d) Gran capacidad de laminarse y en gran cantidad de tamaños y formas.
e) Resistencia a la fatiga.
f) Posible rehúso después de desmontar una estructura.
Desventajas de las estructuras de acero.
Costo de mantenimiento.- La mayor parte de los aceros son susceptibles a la
corrosión al estar expuestos al agua y al aire y, por consiguiente, deben pintarse
periódicamente.
Costo de la protección contra el fuego.- Aunque algunos miembros
estructurales son incombustibles, sus resistencias se reducen considerablemente
durante los incendios.
Susceptibilidad al pandeo.- Entre más largos y esbeltos sean los miembros a
compresión, mayor es el peligro de pandeo. Como se indico previamente, el acero
tiene una alta resistencia por unidad de peso, pero al utilizarse como columnas no
resulta muy económico ya que debe usarse bastante material, solo para hacer más
rígidas las columnas contra el posible pandeo.
70
BASES LEGALES
Además debido a que el presente proyecto, se muestra bajo la modalidad de
Proyecto Factible, es necesario apoyarse en documentos de tipo legal, es decir normas
vigentes, reglamentos y leyes que estén relacionados con el tema a tratar, con la
finalidad de solucionar el problema y generar una propuesta que esté amparada por
los documentos antes descritos.
CONSTITUCIÓN DE LA REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
Publicada en Gaceta Oficial del Jueves 30 de diciembre de 1999, N° 36.860
Capítulo VIDe los Derechos Culturales y Educativos
Artículo 102. La educación es un derecho humano y un deber social
fundamental, es democrática, gratuita y obligatoria. El Estado la asumirá como
función indeclinable y de máximo interés en todos sus niveles y modalidades, y como
instrumento del conocimiento científico, humanístico y tecnológico al servicio de la
sociedad. La educación es un servicio público y está fundamentada en el respeto a
todas las corrientes del pensamiento, con la finalidad de desarrollar el potencial
creativo de cada ser humano y el pleno ejercicio de su personalidad en una sociedad
democrática basada en la valoración ética del trabajo y en la participación activa,
consciente y solidaria en los procesos de transformación social consustanciados con
los valores de la identidad nacional, y con una visión latinoamericana y universal. El
Estado, con la participación de las familias y la sociedad, promoverá el proceso de
educación ciudadana de acuerdo con los principios contenidos de esta Constitución y
en la ley.
Para efecto de esta investigación se tomo este articulo ya que este hace
referencia a un derecho que nos corresponde a todo venezolano este guarda relación
71
con este proyecto ya que se trata del cálculo de la extensión del colegio “Chacao” en
donde se imparte educación.
Artículo 103. Toda persona tiene derecho a una educación integral, de calidad,
permanente, en igualdad de condiciones y oportunidades, sin más limitaciones que las
derivadas de sus aptitudes, vocación y aspiraciones. La educación es obligatoria en
todos sus niveles, desde el maternal hasta el nivel medio diversificado. La impartida
en las instituciones del Estado es gratuita hasta el pregrado universitario. A tal fin, el
Estado realizará una inversión prioritaria, de conformidad con las recomendaciones
de la Organización de las Naciones Unidas. El Estado creará y sostendrá instituciones
y servicios suficientemente dotados para asegurar el acceso, permanencia y
culminación en el sistema educativo. La ley garantizará igual atención a las personas
con necesidades especiales o con discapacidad y a quienes se encuentren privados de
su libertad o carezcan de condiciones básicas para su incorporación y permanencia en
el sistema educativo.
Las contribuciones de los particulares a proyectos y programas educativos
públicos a nivel medio y universitario serán reconocidas como desgravámenes al
impuesto sobre la renta según la ley respectiva.
Este artículo guarda relación con el presente proyecto ya que este en específico
hace referencia a que cada uno de los venezolanos tenemos el derecho de recibir una
educación gratuita y de calidad, de acuerdo a esto el calcular la estructura a través de
un programa de análisis estructural obtendremos una edificación segura y de calidad.
Artículo 104. La educación estará a cargo de personas de reconocida moralidad
y de comprobada idoneidad académica. El Estado estimulará su actualización
permanente y les garantizará la estabilidad en el ejercicio de la carrera docente, bien
sea pública o privada, atendiendo a esta Constitución y a la ley, en un régimen de
trabajo y nivel de vida acorde con su elevada misión. El ingreso, promoción y
permanencia en el sistema educativo, serán establecidos por ley y responderá a
72
criterios de evaluación de méritos, sin injerencia partidista o de otra naturaleza no
académica.
NORMAS COVENIN
Se tomaron las normas COVENIN como basamento legal, ya que estas más
que ser normas de calidad, el ministerio de obras publica y vivienda (MOPVI), a
través de la ley la construcción, hace referencia a estas normas por lo tanto poseen
carácter de legalidad.
Norma COVENIN 1756-2001 (Edificaciones Sismo-resistentes).
Se utilizaran con el fin de obtener los parámetros sísmicos de la estructura que
generará el espectro de diseño, además de proveer información teórica y técnica
acerca del tema. Ver fragmentos de la norma utilizados en este proyecto en el
apéndice C.
Norma COVENIN-MINDUR 2002-1988 (Criterio de Acciones Mínimas para el
Proyecto de Edificaciones).
Esta norma se emplea para conseguir las cargas que actuaran sobre la
estructura, dependiendo del uso a la cual será destinada, en el caso del proyecto a
desarrollar el uso es Educativo. Ver fragmentos de la norma utilizados en este
proyecto en el apéndice C
Norma COVENIN 1618-1998 (Estructuras de Acero para Edificaciones. Métodos de los Estados Límites).
Es el principal basamento legal utilizado como guía para el desarrollo del
proyecto, mediante el uso en el programa de una similar, el código AISC-LRFD99.
Los requeridos de este código vienen predeterminados en el ETABS, y se pueden
73
emplear para desarrollar este proyecto debido a que la Norma COVENIN 1618-1998,
que es la vigente, estipula que cualquier actualización del código AISC-LRFD99,
puede ser empleado en el país hasta que no se desarrolle una nueva norma nacional.
Cabe resaltar que en el tercer párrafo de la introducción en la pagina i, aclara textualmente lo siguiente:
“Tomando los documentos del AISC como base, se han adoptado totalmente a
la realidad venezolana de manera que el diseño sismorresistente sea lo común y el
diseño no sismorresitente la excepción. Igualmente esta Norma aborda el problema
estructural de manera sistémica, partiendo de la concepción del sistema estructural al
detalle de los miembros y sus conexiones, tomando en cuenta sus interacciones en los
posibles mecanismos de falla, que en la medida de lo posible se jerarquizan. Para
facilitar al usuario un seguimiento de la futura evolución de las normas de acero, se
suministra una extensa referencia bibliográfica y las direcciones físicas y electrónicas
donde consultar oportunamente.” Ver fragmentos de la norma utilizados en este
proyecto en el Apéndice C.
74
TABLA 9: VARIABLE.
75
CAPITULO III
MARCO METODOLÓGICO
Generalidades
Según Arias, (2006). “La metodología del proyecto incluye el tipo o tipos de
investigación, las técnicas y los instrumentos que serán utilizados para llevar a cabo
la indagación. Es el “como” se realizara el estudio para responder al problema
planteado.” (p. 110)
En este capítulo se desarrollan todos los aspectos metodológicos que conllevan
a obtener un resultado final, este está conformado primeramente por el tipo de
investigación, nivel de investigación, el diseño de investigación, población y muestra,
técnicas e instrumentos, áreas de aplicación y fases del proyecto.
TIPO DE INVESTIGACIÓN.
Según Balestrini (2002) en el caso especifico, de los proyectos de investigación,
relacionados con una propuesta de tipo factible, donde se propone alguna opción
ideal, sistema o modelo, que implica cambios en una realidad dada, que puede ser:
organizacional, educativa, económica, jurídica, administrativa, social, técnicas que se
usaran para la formulación y presentación del modelo operativo o sistemas que se ha
de propone. Se trata en esta parte del marco metodológico del proyecto de
investigación, plantear el tipo de métodos y procedimientos técnicos, inherentes a la
disciplina de procedencia, que se aplicara para formular el sistema o modelo que se
propone diseñar, como una alternativa de transformaciones o cambio en situaciones
reales. (p. 191)
76
Hay que advertir, que según sea la propuesta factible, formulada en una
determinada área de competencia profesional, se emplearan en el diseño de las
misma, un conjunto de métodos y técnicas, que deberán cumplir ciertos requisitos y le
proporcionaran rigurosidad y validez al sistema o modelo que se presenta. Esa
variedad de técnicas muy especializadas, que se utilizan, es la que se ha de incorporar
en este aspecto de proyecto de investigación, a fin de proporcionar una visión global
de la naturaleza del trabajo que se propone realizar (ob. Cit)
El tipo de investigación a realizar en este trabajo, se ubica en un proyecto
factible el cual se define como:
Según Balestrini (2002) “este tipo de estudios prospectivos……, sustentado en
un modelo operativo, de una unidad de acción, están orientados a proporcionar
respuestas o soluciones a problemas planteados en una determinada realidad” (p.8).
NIVEL DE LA INVESTIGACIÓN
“En esta sección se indica el tipo de investigación según el nivel de grado de
profundidad con el que se realizara el estudio. En este sentido, la investigación podrá
ser exploratoria, descriptiva o explicativa. En cualquiera de los casos es
recomendable justificar el nivel adoptado”. (Ob – cit)
De acuerdo a la naturaleza y característica de esta investigación, se puede
calificar como una investigación descriptiva.
Se dice el nivel de investigación es descriptivo ya que comprende el análisis e
interpretación del problema planteado, tomando en consideración la naturaleza de la
misma. Este nivel es fundamentado según la descripción que Arias elabora del
mismo, la cual es:
Investigación Descriptiva: Según Arias (2004) “Consiste en la caracterización
de un hecho, fenómeno o grupo con el fin de establecer su estructura o
comportamiento. Los resultados de este tipo de investigación se ubican en un nivel
intermedio en cuanto a la profundidad de los conocimientos se prefiere. (p.22).
77
DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN:
Según Arias (2004) el diseño de la investigación es la estrategia general que
adopta el investigador para responder al problema planteado. En este punto se
especifica el tipo de investigación según el diseño o estrategia adoptada para
responder al problema planteado.
Recuerde que según el diseño, la investigación puede ser documental, de campo
o experimental. Así mismo cada uno de los tipos mencionados se puede realizar a
nivel exploratorio, descriptivo o explicativo. (p.98).
Investigación de campo: Según Arias (2004) “consiste en la recolección de
datos directamente de los sujetos investigados, o de la realidad donde ocurren los
hechos (datos primarios), sin manipular o controlar variable alguna.” (p.28).
ÁREAS DE APLICACIÓN.
La ingeniería civil es la rama de la ingeniería que aplica los conocimientos de
física, química y geología a la elaboración de infraestructuras, principalmente
edificios, obras hidráulicas y de transporte, en general de gran tamaño y para uso
público. Pero no solo esto, es la ingeniería de la civilización, término que abarca
mucho más que la infraestructura.
Tiene también un fuerte componente organizativo que logra su aplicación en la
administración del ambiente urbano principalmente, y frecuentemente rural; no sólo
en lo referente a la construcción, sino también, al mantenimiento, control y operación
de lo construido, así como en la planificación de la vida humana en el ambiente
diseñado desde esta misma. Esto comprende planes de organización territorial tales
como prevención de desastres, control de tráfico y transporte, manejo de recursos
hídricos, servicios públicos, tratamiento de basuras y todas aquellas actividades que
garantizan el bienestar de la humanidad que desarrolla su vida sobre las obras civiles
construidas y operadas por ingenieros.
78
Los conocimientos necesarios para ejercer de ingeniero civil son:
- Conocimientos de cálculo de esfuerzos y deformaciones en estructuras ante
diferentes acciones (comportamiento de las vigas de un puente ante el paso de
un tren, de una presa ante la presión hidrostática del agua que retiene, de una
zapata al transmitir el peso de la estructura que sustenta al terreno.
- Conocimientos de los materiales que se utilizarán en la ejecución de la obra
(resistencia, peso, envejecimiento, etc.).
- Conocimientos del comportamiento del terreno ante las solicitudes de las
estructuras que se apoyen en él (capacidad portante, estabilidad ante dichas
solicitaciones, etc.).
- Conocimientos de Hidrología para el cálculo de avenidas o caudales para el
diseño de presas o azudes, dimensionamiento de luces de puentes, etc.
- Conocimiento de técnicas de cálculo de aforos para el dimensionamiento de las
carreteras, etc.
- Conocimientos de estética, de historia, de arte, del paisaje, etc.
- En Venezuela, conocimientos de urbanismo y de ordenación del territorio, que
le permiten comprender las fuertes implicaciones territoriales y de ordenación
poblacional que suponen las grandes obras de infraestructura.
- Y, por supuesto, conocimiento de los procedimientos, técnicas y maquinaria
necesarios para la aplicación de los conocimientos anteriores.
En general, existe un gran número de posibles soluciones técnicas para un
mismo problema y muchas veces ninguno de ellas es claramente preferible a otra. Es
79
la labor de un Ingeniero Civil conocer todas ellas para descartar las menos adecuadas
y estudiar únicamente aquellas más prometedoras, ahorrando así tiempo y dinero. Es
también labor del Ingeniero Civil el conocimiento de las posibles formas de ejecución
de la solución adoptada o de la maquinaria disponible para ello. Debe, además, tener
los conocimientos necesarios para evaluar los posibles problemas que se puedan
presentar en la obra y adoptar la decisión correcta, considerando, entre otros, aspectos
de carácter social y medio ambiental.
Por todo ello, además de una sólida formación, es vital en la labor de un
Ingeniero Civil una dilatada experiencia laboral, que le permita reconocer a simple
vista el problema y adoptar soluciones que hayan demostrado su fiabilidad en el
pasado.
Departamento en donde se realizo las pasantías.
Departamento de proyectos el cual tiene como principal objetivo crear, evaluar,
diseñar y coordinar los trabajos referentes a proyectos técnicos que por su naturaleza
necesiten de un estudio detallado para su correcto funcionamiento.
Entre las funciones que desempeña este departamentos son:
- Definir y filtrar la información necesaria e importante para empezar a conseguir
un proyecto.
- Coordinar los trabajos de análisis de precios unitarios, dibujos de los diferentes
tipos de planos.
- Interpretar las resoluciones de estudio, flujos, estructurales, mecánicas de suelo,
etc.
80
- Definir y sugerir cuales estudios especializados se tienen que revisar por
personal externo como son: mecánica, estructurales, socioeconómico, impacto
ambiental, impacto social, mercadeo, etc.
- Supervisar que los datos plasmados en los planos, memorias, técnicas,
especificaciones y otros documentos de obras sean sencillos, claros y legibles.
- Trabajar simultáneamente con los otros departamentos para efectuar, realizar y
evaluar las normas técnicas y especificaciones.
- Elaborar presentaciones referentes a proyectos, para su exposición antes el
cliente.
- Proponer, modificar, evaluar y adecuar las mejores opciones del desarrollo de
las obras en cuanto a su mejor ubicación, niveles topográficos y de proyecto
final.
- Elaborar las especificaciones particulares y complementarias, alcances y
normas constructivas para el control de las obras de inversión, construcción y
mantenimiento.
Faces del Proyecto.
Fase I: Diagnóstico.
Es el proceso mediante el cual se analizan las situaciones previas, presentadas
en la Unidad donde se analiza la investigación, para así determinar los problemas y
las necesidades del mismo.
Según Balestrini M. (2002), define el Proyecto de Investigación "es aquel
documento escrito representado en perspectiva, que está referido al plan o la
81
estrategia que se ha delimitado y se propone alcanzar, inicialmente, en el despliegue
de una investigación". (p.3).
Según Hurtado (2000), establecen que “La población es el conjunto de seres
que poseen la característica o evento a estudiar conforman la población. En algunos
casos la población es tan grande que no se puede estudiar toda, entonces el
investigador tendrá la posibilidad de seleccionar una muestra. Es importante que el
investigador determine si la unidad de estudio es una persona, un grupo, una
organización, una institución, un texto, un objeto, un trozo de tierra. Así mismo, es
necesario delimitarlo: si es un grupo de personas, se debe precisar la edad, sexo, nivel
socioeconómico, contexto geográfico, otros.” (p.31).
También señala que la muestra, "según dada la característica de una población
pequeña y finita, se tomará como unidad de estudio a todos los individuos que lo
integran, por consiguiente no aplicarán criterios muéstrales, a objeto de extraer una
muestra reducida del universo" (p.130).
En la presente investigación la población está definida en la municipio Simón
Bolívar el cual se divide políticamente en dos parroquias San Antonio de Yare y San
Francisco de Yare; y sus alrededores, este se encuentra ubicado al norte con el
municipio Cristóbal Rojas, al sur con el municipio Lander, al este con el municipio
Independencia y al oeste con el municipio Cristóbal Rojas. El municipio cuenta con
una población total según el censo del 2001 de 31.944 habitantes.
Sujetos Participantes o muestra.
Se definió la muestra como los alumnos y personal que labora en la unidad
educativa Chacao, la cual alberga en sus instalaciones a 809 alumnos (404 en el turno
de la mañana y 405 en la tarde), 45 docentes, 4 monitores de educación física, 1
entrenador deportivo, 2 secretarias, 6 obreros, 1 sub directora y 1 directora. En sus
instalaciones se cuenta con 12 aulas, para un total de 24 secciones, 1 teatro, 1 cancha,
baños; para una muestra total de 869 personas que ocupan las instalaciones de la
82
unidad educativa. En esta por ser una muestra tan grande solo se implemento un 50 %
de la misma elegida de forma arbitraria.
Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos
Según Balestrini (2002), establece que la técnica de recolección de datos “Trata
de introducir en primer término, aquellas técnicas relacionadas con el análisis
documental de las fuentes bibliográficas, pero que al mismo tiempo facilitarán la
redacción del trabajo escrito.
Al mismo tiempo que estamos haciendo referencia a investigaciones que
introducen un diseño de campo, necesariamente se debe situar, aquellas técnicas
denominadas también vivas o de relaciones individuales o de grupos, que se dedican
a la observación de la realidad y como anteriormente se ha señalado, exigen
respuestas directa de los sujetos estudiados, donde a partir de una muestra de
individuos; representativa de un colectivo mucho más grande empleando
procedimientos estandarizados, se interrogan a las personas en entrevistas orales o
por escrito con el uso de encuestas, entrevistas, cuestionario o las medidas de
actitudes. (p.132).
Para Hurtado de Barrera (2000), técnica indica "cómo se va a recoger la
información y el instrumento señala la cuál información seleccionar" (p.429).
Se utilizó como técnica la encuesta, para recabar los datos pertinentes a la
investigación, permitiendo entrevistar a las personas que laboran en la Unidad
Educativa Básica Nacional Chacao. La Encuesta es definida por Morales (1994),
como "una técnica de Investigación dirigida al estudio cuantitativo de las opiniones y
comportamientos de conjuntos de personas". (p.49).
El instrumento a usar es el cuestionario, consta de diez (10) preguntas con
respuestas dicotómicas, es decir, presentadas dos alternativas como respuestas de
forma cerrada, Si ( ) ó No ( ). (Ver apéndice A)
83
Para Balestrini (2002), el cuestionario "es considerado un medio de
comunicación escrito y básico entre el encuestador y el encuestado, facilita traducir
los objetivos y las variables de la investigación a través de una serie de preguntas
muy particulares previamente preparadas de una forma cuidadosa, susceptibles de
analizarse en relación con el problema estudiado." (p.138).
Validez del Instrumento
En este sentido Balestrini (2002), señala que la validez en términos generales
"se refiere al grado en que un instrumento realmente mide la variable que pretende
medir". (p.139).
Mientras Hernández (1998), afirma que “Se puede aportar 3 tipos de evidencia
para la validez: Evidencia relacionada con el contenido, la cual se obtiene
contrastando el universo de ítems contra los ítems presentes en el instrumento de
medición. La validez de criterio que se obtiene comparando los resultados de aplicar
el instrumento de medición contra los resultados de un criterio externo. La validez de
constructo que se puede determinar mediante el análisis de factores”. (p.332)
Antes de su aplicación a la población en estudio, el instrumento fue sometido a
validez, mediante la revisión del mismo por 3 expertos, uno (1) en metodología y dos
(2) en ingeniería; para ello se elaborará un formato de revisión del instrumento, donde
se consideren aspectos tales como coherencia, claridad y pertinencia. (Ver apéndice
A).
Confiabilidad del Instrumento.
Según Hernández (2006), establecen que la confiabilidad, "se refiere al grado
en que su aplicación repetida al mismo sujeto u objeto produce iguales resultados. La
confiabilidad varía de acuerdo con el número de ítems que incluya el instrumento de
medición". (p.332).
84
Tabla 10.N° C D TP
1 5 5 10
2 7 3 10
3 2 8 10
4 3 7 10
5 4 6 10
6 5 5 10
7 2 8 10
8 6 4 10
9 8 2 10
10 5 5 10
TOTAL 47 53 100 6
Concordante: SI.
Discordante: NO.
Ecuación 31.
Resultado Cc= 53-47 x 100/ 100= 6 de confiabilidad.
Procedimiento
Para llevar a cabo el Diagnóstico se hace necesario la ejecución de los
siguientes pasos:
- En primer lugar se entrevisto a la directora Marisol Guevara para
determinaran las personas que laboran y estudian en dicha Unidad Educativa,
los cuales serán el objeto del estudio.
85
- Luego se seleccionó la técnica e instrumento de recolección de datos, siendo
esta el cuestionario.
- Respectivamente y por último se determinará la validez y confiabilidad del
instrumento que se aplicó y las estadísticas correspondientes al mismo.
Técnicas de Análisis de Datos
Constituye el diseño estadístico descriptivo, logrando el porcentaje que se
representará gráficamente en forma cuantitativa, utilizando técnicas que se reflejan en
el gráfico pastel.
Fase II: Diseño de la Propuesta
En esta fase contemplan los sujetos participantes, técnicas e instrumentos de
recolección de datos y procedimiento para llevar a cabo el diseño de la propuesta.
Sujetos Participantes o muestra.
En la propuesta participaran el tutor industrial y el autor de la presente
investigación.
Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos
La técnica utilizada fue el torbellino de ideas, la cual permitió conocer la
necesidad de proponer un Sistema de Control Administrativo.
Para el Centro Nacional para el Mejoramiento de la Enseñanza de la Ciencia
"CENAMEC", (1995), el torbellino de ideas establece que "la participación de todos
la miembros de un grupo, genera flexibilidad mortal, riqueza y variedad de ideas con
la finalidad de establecer propuesta ingeniosas" (p.45).
Procedimientos
Los pasos a seguir para el diseño de la propuesta, son los siguientes:
86
- Consultas de los medios bibliográficos.
- Opiniones y alternativas de los empleados que laboran en la empresa donde se
realizo la presente investigación.
- Se escogió la técnica que está más acorde con la solución que se requiere para
el problema, resultando así el torbellino de ideas.
Fase III. Factibilidad de la Propuesta
En la presente fase se contempla los sujetos participantes, técnica e instrumento
de recolección de datos, procedimiento, técnica de análisis de datos y resultados de la
factibilidad de la propuesta.
Sujetos Participantes o Muestra.
Se refiere a los individuos que conforma a la investigación y participan en esta
fase, y son las que se relacionan directamente con la empresa FABIORIANA F1 C.A.
Hernández (1998), dicen que el sujeto participante "son los sujetos en objetivos de
estudio, es decir, la unidad de análisis, (personas, organizaciones, periódicos etc.)".
(p.143).
Técnica e Instrumento de Recolección de Datos.
La técnica aplicada para determinar la factibilidad de la propuesta fue el sondeo
de opiniones mediante el cual se evidenció la aceptación de la propuesta por parte de
los sujetos que intervinieron en la investigación. El cumplimiento aplicado fue una
lista de cotejos que a través de ella se verificó la conformidad o aceptación de la
propuesta.
87
Procedimiento
- Reunión con los sujetos participantes en la factibilidad.
- Formulación de preguntas.
- Elaboración y aplicación del instrumento.
88
CAPITULO IV.
ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
En este capítulo se definen los resultados generados por los instrumentos, se
analizan de manera comparativa en el cual se serán presentados a la empresa para su
respectivo análisis y próxima aprobación, este está comprendido con los análisis de
los datos y resultados técnicos.
El Cuestionario
De la técnica e instrumento empleado, se recaudaron los siguientes resultados:
Tabla 9.
Gráfico 4.
89
Según la opinión de los sujetos participantes respecto al ítems 1, se observa que
la el 62% de los entrevistados respondió que no y un 38% dijo que si lo que se quiere
decir con esto es que la población desconoce de lo que es un proyecto estructural.
Tabla 10.
Gráfico 5.
Referente a los resultados obtenidos por los sujetos entrevistados, se observa
que según el 100% expresaron que si estarían de acuerdo con la estructura sea
evaluada a través de de programas de análisis estructural.
90
Tabla 11.
Gráfico 6.
Según la opinión de los sujetos que opinaron en el ítems 3, se observa que la
totalidad (100%) de los encuestados expuso que a la unidad educativa le hace falta
una ampliación o modificación.
Tabla 12.
91
Gráfico 7.
En función de la respuesta emitida por los sujetos entrevistados, la totalidad
(100%) ha manifestado que si se optimizaría el diseño a través de un programa de
análisis estructural.
Tabla 13.
Gráfico 8.
92
Según la opinión emitida por los encuestados considera que en un 100% que la
comunidad debería de apoyar el proyecto estructural para la unidad educativa.
Tabla 14.
Gráfico 9.
Según resultados expuestos por los entrevistados los cuales expusieron
afirmativamente en un (100%), que el proyecto estructural es totalmente factible, lo
que constituye una fortaleza para el desarrollo del proyecto estructural.
Tabla 15.
93
Gráfico 10.
En consideración al ítems numero 7 se observa que el (100%) de los
encuestados manifiesta que el análisis estructural lograría un mejorar la calidad de
servicio de la unidad educativa.
Tabla 16.
Gráfico 11.
Según los resultados expresado por los encuestados el (100%) ha manifestado
que indudablemente el desarrollo del proyecto estructural mejoraría el ambiente
94
educacional de los alumnos y docentes que laboran en el plantel, este resultado
corrobora que es necesario que se desarrolle el proyecto estructural.
Tabla 17.
Gráfico 12.
Según lo expresado por los participantes de esta en cuesta consideran en un
(100%) que la implementación de un programa de análisis estructural como
herramienta para el cálculo de la construcción, garantiza la confiabilidad del mismo.
Tabla 18.
95
Gráfico 13.
El (100%) por ciento de los encuestados considera que el proyecto estructural
servirá como modelo para la creación de nuevos espacios educativos los cuales
beneficiaran a la población estudiantil en el desarrollo académico.
Factibilidad Operativa
En la actualidad la Escuela Básica Nacional Chacao posee una gran demanda en
su matrícula escolar. Por tal motivo, la propuesta de elaboración de un proyecto
estructural para la extensión del colegio “Chacao” en el municipio “Simón
Bolívar” del estado Miranda utilizando programas de análisis estructural, posee
un gran índice de factibilidad operativa, ya que el desarrollo del mismo podrá
solventar parte de la problemática existente además de crear nuevas fuentes empleos
tanto directos como indirectos.
Factibilidad Social
La propuesta de elaboración de un proyecto estructural para la extensión del
colegio “Chacao” en el municipio “Simón Bolívar” del estado Miranda utilizando
programas de análisis estructural producirá cambios de naturaleza social, ya que la
comunidad será beneficiada con un nuevo espacio que garanticen y resguarde la vida
de quienes la ocupan obteniendo como resultado un funcionamiento eficaz para el
desarrollo de las actividades académicas y que permita alcanzar las metas
planificadas con éxito.
96
Factibilidad Económica
La propuesta de elaboración de un proyecto estructural para la extensión del
colegio “Chacao” en el municipio “Simón Bolívar” del estado Miranda utilizando
programas de análisis estructural, no tiene límite, ya que dicho propuesta permitirá a
los trabajadores adscrito a la a la unidad de proyectos, realizar un trabajo efectivo y
eficaz garantizando que se cumplan con las normativas de construcción exigidas por
los organismos competentes.
RESULTADOS TÉCNICOS.
Generación del modelo estructural.
Al entrar al programa se presenta una pantalla de fondo negro, donde en la parte
inferior derecha se puede seleccionar las unidades con las que se desea generar la
geometría. De acuerdo al capítulo 2 titulado Definiciones, notaciones y unidades, en
la página 11 de la norma COVENIN-MINDUR 2002-1988, establece que el sistema
de unidades usado, es el sistema internacional M,K,S (metro m, kilogramo Kg,
segundo s). Es importante destacar que estas unidades pueden cambiarse a
conveniencia en cualquier momento:
Figura 16.
97
Luego se procede a seleccionar las nuevas condiciones para el nuevo modelo
estructural, haciendo Click “Nuevo modelo” en la opción de la barra de herramientas.
A continuación se presenta una nueva ventana donde a parece la opción de elegir
entre la base de datos de un archivo ya existente o generar datos nuevo, para el caso
en particular de este proyecto se elige la opción generar un modelo nuevo en el cual
se presentan los diferentes sistemas estructurales predeterminados por el programa,
en esta ventana definimos las grillas o malla en la cual se realizara el modelo unifilar,
en este se colocan los números de líneas en las distintas direcciones del sistema
cartesiano, además editamos los espaciamientos de las malla y niveles de piso para
colocar las dimensiones tipificadas en los planos arquitectónicos. Para efecto del
cálculo el sistema estructural optado es la opción “Solo Malla”.
Figura 17.
98
Luego utilizando las herramientas de dibujo como son nodos y líneas; se
procede a crear la estructura unifilar. Dentro de este proceso el programa por defecto
ya le ha asignado secciones a cada elemento unifilar, además se les asigno las
propiedades de articulado o empotrado a las juntas, dependiendo del tipo de función
que el elemento valla a realizar; para así obtener la estructura unifilar a utilizar, esta
deberá ser lo más próxima a los planos entregados por la empresa.
Figura 18.
Definición de los materiales.
99
En este paso se procedió a definir los materiales a usar de acuerdo a las
indicaciones tipificadas en los planos y sistema estructural, haciendo click en la barra
de herramientas “Definir-Propiedades Materiales”, aparecerá una nueva ventana en
donde se encontraran las diferentes opciones para crear o modificar los materiales a
usar en el proyecto.
Figura 19.
En esta ventana desplegada se podrá agregar nuevos materiales como modificar
los ya existentes. Para efecto del cálculo se procede a crear nuevos materiales como
concreto de 210 para la losa acero y fundaciones y acero A36 para cada una de las
secciones usadas en el sistema estructural.
Al crear el material como es el caso del concreto de resistencia 210 Kg/cm2, se
despliega una ventana en la cual se procede a colocar cada una de las propiedades
mecánicas que el programa solicita para él calculo. Las propiedades asignadas son: el
tipo de material en el caso del concreto es isotrópico, el peso por unidad de volumen
que es 2500 kg/m3, la masa por unidad de volumen se obtiene dividiendo el peso por
unidad de volumen entre la aceleración de la gravedad, el modulo de elasticidad que
es igual a 15100 x √(f´c), la relación de poisson que para el caso del concreto es 0,2,
el coeficiente de expansión térmica que es igual a 9,90-6 °C, el modulo de corte el
programa lo calcula automáticamente pero se puede resolver aparte con la siguiente
ecuación G= (E/(2(1+U)), también hace referencia a la norma con la cual está
trabajando que es la ACI 318-05/IBC 2003 que es su equivalente a la norma
COVENIN 1753-2006, la resistencia a compresión que es 210 Kg/cm2 y el esfuerzo
100
de fluencia de refuerzo que corresponde a la resistencia de las cabillas que es 4200
Kg/cm2
Figura 20.
Para crear el material como el acero, se refiere a las propiedades del acero
estructural que según la norma COVENIN 1618-1998 lo establece como A36, las
propiedades mecanicas descritas en esta norma son: el tipo de material en este es
isotrópico, el peso por unidad de volumen que es 7850 kg/m3, la masa por unidad de
volumen se obtiene dividiendo el peso por unidad de volumen entre la aceleración de
la gravedad, el modulo de elasticidad que es igual a 2,1 x 106, la relación de poisson
que para efectos del acero es de 0,3 , el coeficiente de expansión térmica que es igual
a 1,17-5 °C, el modulo de corte el programa lo calcula automáticamente pero se puede
resolver aparte con la siguiente ecuación G= (E/(2(1+U)), la resistencia ala
compresión que es 2500 Kg/cm2 y el esfuerzo ultimo que según la norma COVENIN
1618-1998 es de 3700 Kg/cm2 y costo por precio unitario.
Figura 21.
101
Definición de las secciones.
Una vez determinado los materiales se procede a crear las secciones de acero,
para eso se hace click en la barra de menú en la opción “Definir-secciones tipo
marco” luego se despliega la ventana en la cual se definirán las secciones a utilizar en
el modelo para esto se recurre a una base de datos previamente creada e importamos
las secciones correspondientes a las columnas, cerchas, volados entre otras cosas.
Luego el programa presenta en una ventana adicional las propiedades de la sección
como son: la altura del alma, el espesor del alma y ala respectivamente, el material
con el cual está hecho, entre otras cosas de carácter dimensional.
Figura 22.
102
Después de haber importado todas aquellas secciones que se van a utilizar en el
cálculo, se procede a crear etiquetas o grupos de secciones que contendrán cada una
de las secciones tipos a asignar en el modelo unifilar, esto re realiza para que el
programa automáticamente asigne las secciones correspondientes a cada elemento de
acuerdo al cálculo.
Figura 23.
Sucesivamente se comienza a crear las secciones correspondientes a las losas
que se utilizaran, según el plano, son losa acero haciendo click en “Definir-Secciones
103
tipo muro/losa/Deck” en esta parte se deberá crear cada una de las secciones de área
que corresponden a losas como son los entrepiso, techo, y escaleras; el programa pide
como datos, el tipo de material, la geometría de la losa acero, el peso unitario y
pernos con la cual estará compuesta.
Figura 24.
Asignación de las propiedades
En esta parte del proceso se asignan cada una de las secciones creadas en el
modelo unifilar, correspondientes a las cerchas, volados y columnas. Para logra esto
se hace click en los distintas líneas de la estructura unifilar luego, se selecciona las
secciones haciendo click en el menú “Asignar-Marco/Linea-Sección Tipo marco”
correspondiente al elemento unifilar que se desea fijar de acuerdo a los planos. En el
caso de las losas de entrepiso, techo y escalera se deberá hacer click en la barra de
menú del programa “Asignar-Shell/área-Sección tipo muro/losa/deck…”
consecutivamente se presentara una ventana en el cual se podrá asignar el tipo de
sección correspondiente a entrepiso, techo o escalera, de acuerdo a los planos. Para el
104
caso del presente proyecto se colocaran una losa acero de 10 cm para el entrepiso,
una losa acero de 8 cm para el techo y para las escaleras una losa acero de 12 cm.
Figura 25.
En el caso de las losas de entrepiso estará dividida según el ambiente como son
pasillos, oficinas y aulas de clases, para que dicha losa para efectos del cálculo se
comporte como una sola se deberá asignar un solo centro de masa y dividir el área de
la losa en fragmentos cuadrados para una mejor distribución de las cagas en las
correas o vigas secundarias.
Para dividir el área de losa elige la opción para la división de pisos haciendo
click “Asignar-Shell/Área-Op. Para dividir objetos de áreas” inmediatamente muestra
una ventana para la división del área, se elige para mayor comodidad la opción “Por
defecto (dividir automáticamente en vigas y muros si es membrana- no dividir
automáticamente si es Shell o placa)”
Figura 26.
105
Y en la asignación del centro de masa se seleccionan todas las áreas de los
distintos ambientes en el entrepiso y haciendo click “Asignar-Shell/Área-Op.-
Diaphagms…” se crea un diafragma rígido.
Figura 27.
El programa lo representara como una serie de líneas que tienen como origen el
centro de la losa.
Figura 28.
106
Haciendo click “Ver-Selecc. Opc. Visualización Edificio…” se obtiene una
venta en la cual se encuentran todas las opciones de vista del edificio, en efectos
especiales se elije la opción “Extrusión”, esta mostrara en una forma interactiva cada
unos de los elementos asignados a la estructura, resulta cómoda esta opción ya que
permite visualizar las secciones de acuerdo a los planos.
Figura 29.
Figura 30.
107
Definición de los casos cargas.
En este proceso se definen los casos de cargas, haciendo click en el menú
“Definir-Casos de Cargas Estáticos”, de acuerdo a las normas COVENIN 1618-1998
(Estructuras de Acero para Edificaciones. Métodos de los Estados Límites) en
conjunto con las normas COVENIN 1756-2001 (Edificaciones sismo-resistentes). La
definición de cada una de las cargas se encuentran en tipificadas en las normas
COVENIN-MINDUR 2002-1988 (Criterio de Acciones Mínimas para el Proyecto de
Edificaciones) en sus capítulos 4 (Acciones Permanentes) y 5 (Acciones Variables).
En el programa se han asignado de la siguiente forma:
- Carga Viva “CV”, es de tipo viva.
- Carga Viva Techo “CVT”, es de tipo viva.
- Carga Muerta “CM”, es de tipo muerta.
- Viento “W”, es de tipo viento.
108
- Sismo en la dirección x “SX”, está definida de acuerdo al espectro sísmico que
posteriormente se creara.
- Sismo en la dirección y “SY”, está definida de acuerdo al espectro sísmico.
Figura 31.
Combinaciones de cargas.
Posteriormente se definen las combinaciones de cargas según las norma
COVENIN 1618-1998 (Estructuras de Acero para Edificaciones. Métodos de los
Estados Límites) en conjunto con las normas COVENIN 1756-2001 (Edificaciones
sismo-resistentes), en el caso del programa se usa su equivalente normativo que es la
norma AISC-LRFD99, para crear las combinaciones de cargas, se hace click
“Definir-Combinaciones de cargas”, las combinaciones a crear por normativa son las
siguientes:
- Comb. 1) 1,4 x CM.
- Comb. 2) 1,2 x CM + 1,6 x CV +0,5 x CVT.
- Comb. 3) 1,2 x CM + 1,6 x CVT + 0,5 x CV.
109
- Comb. 4) 1,2 x CM + 1,6 x CVT + 0,8 x W.
- Comb. 5) 1,2 x CM + 1,3 x W + 0,5 x CV + 0,5 x CTV.
- Comb. 6) 0,9 x CM + 1,3 x W.
- Comb. 7) 0,9 x CM - 1,3 x W.
- Comb. 8) 1,2 x CM + 0,5 x CV + (SX + 0,3 x SY).
- Comb. 9) 1,2 x CM + 0,5 x CV - (SX + 0,3 x SY).
- Comb. 10) 1,2 x CM + 0,5 x CV + (SY + 0,3 x SX).
- Comb. 11) 1,2 x CM + 0,5 x CV - (SY + 0,3 x SX).
- Comb. 12) 0,9 x CM + (SX + 0,3 x SY).
- Comb. 13) 0,9 x CM - (SX + 0,3 x SY).
- Comb. 14) 0,9 x CM + (SY + 0,3 x SX).
- Comb. 15) 0,9 x CM - (SY + 0,3 x SX).
110
Figura 32.
Análisis de Cargas por nivel en la estructura.
El análisis de cargas es un procedimiento que permite conocer las cargas que se
ejercen sobre los distintos elementos estructurales que integran la construcción
debido a su funcionamiento. Es decir las cargas vivas y muertas que en ella actúan
durante la operación usual de la edificación.
Para efectos del presente proyecto se presentan en las siguientes tablas el
análisis de cargas correspondiente a cada uno de los niveles que componen la
edificación.
111
Tabla 19: Análisis de carga, nivel entrepiso, losacero esp. 10 cm, (áreas públicas)
TOTAL
Relleno + Acabado=
esp* mortero= 0.05m * 2000 Kg/m3 100 Kg/m2
Friso= esp * δ mortero = NO APLICA 00 Kg/m2
Tabiquería 150 Kg/m2
Base de pavimento NO APLICA 00 Kg/m2
Concreto losa acero
e=10 cms = 0.075*2500188 Kg/m2
Peso propio losa acero calibre 22 7,45Kg/m2
∑CM=446 Kg/m2
CV (AREAS PÚBLICAS)= 400 Kg/m2
El software (ETABS), incorpora directamente el peso de la lámina de losacero
y el concreto; por lo tanto. Cuando se cargan las losas solamente se le incluye el
relleno más acabado y la tabiquería (250 kg/m2).
Tabla 20: Análisis de carga nivel entrepiso, losacero esp. 10 cm, (áreas privadas)
112
TOTAL
Relleno + Acabado=
esp* mortero= 0.05m * 2000 Kg/m3 100 Kg/m2
Friso= esp * δ mortero = NO APLICA 00 Kg/m2
Tabiquería 150 Kg/m2
Base de pavimento NO APLICA 00 Kg/m2
Concreto losa acero
e=10 cms = 0.075*2500188 Kg/m2
Peso propio losa acero calibre 22 7,45Kg/m2
∑CM=446 Kg/m2
CV (ÁREAS PRIVADAS)= 300 Kg/m2
El software (ETABS), incorpora directamente el peso de la lámina de losacero
y el concreto; por lo tanto. Cuando se cargan las losas solamente se le incluye el
relleno más acabado y la tabiquería (250 kg/m2).
Tabla 21: Análisis de carga de escaleras, losa maciza de espesor 12 cms (escaleras).
113
TOTAL
Friso0.055 mts * 2000 Kg/m3 30 Kg/m2
Peso propio concreto de la losa maciza e=12 0.12 mts * 2500 kg/m3 300 Kg/m2
∑CM=330 Kg/m2
CV (ESCALERAS)= 500 Kg/m2
El software (ETABS), incorpora directamente el peso del concreto; por lo tanto.
Cuando se cargan las losas solamente se le incluye el friso (30 kg/m2).
Tabla 22: Análisis de carga nivel techo losacero espesor 8 cms.
114
TOTAL
Relleno para pendientes 0.05*2000 100 Kg/m2
Friso= esp * δ mortero = NO APLICA 00 Kg/m2
Concreto losa acero
e=8 cms = 0.055*2500138 Kg/m2
Peso propio losa acero
Calibre 227,45Kg/m2
Impermeabilización 30 Kg/m2
∑CM=276 Kg/m2
CV (Techo < 15%)= 100 Kg/m2
El software (ETABS), incorpora directamente el peso de la lámina de losacero y el concreto; por lo tanto. Cuando se cargan las losas solamente se le incluye el relleno más acabado y la tabiquería (130 kg/m2).
En el programa, para ingresar los valores de las cargas previamente analizadas, de acuerdo a la norma COVENIN-MINDUR 2002-1988, se procede a seleccionar el área de losa en la estructura unifilar correspondiente a cada uno de los ambientes como son los salones, oficinas, pasillos, techo entre otros.
Haciendo click en Asignar/Cargas de superficies/ Uniforme, se despliega una
ventana en la cual se podrá cargar las cargar correspondientes como son las vivas y
muertas.
Figura 33.
115
Luego para comprobar que se ha cargado las áreas de losas correctamente se
realiza un click con el botón derecho sobre la losa en la cual se desea conocer sus
propiedades de cargas como lo indica la siguiente figura.
Figura 34.
Creación del espectro sísmico.
Para simular los efectos de de las fuerzas sísmicas se creó, un espectro de
diseño sísmico que simula fracciones de aceleraciones de la gravedad, siguiendo los
parámetros exigido por la norma COVENIN 1756-2001 (Edificaciones sismo-
resistentes) a través de una hoja de cálculo para generar los valores de aceleración
con respecto al tiempo, los datos necesarios para obtener el espectro de diseño son los
siguientes:
116
- Vsp= 300m/seg.
- H= 30 mtrs
- Zona sísmica (municipio Simón Bolivar estado Miranda)= 4
- Coeficiente de aceleración horizontal A0=0,25
- Coeficiente de aceleración vertical 0,7A0=0,18
- Grupo= A.
- Factor de importancia α=1,30.
- Nivel de diseño ND3.
- Factor de reducción de respuesta R=6,00.
- Forma espectral (respuesta del suelo)= S2.
- Factor de corrección del coeficiente de aceleración horizontal φ=0,80.
- Tipo de sistemas estructurales resistentes a sismos: 1.
- Edificación de acero (aporticado).
Figura 35.
117
118
Figura 36.
119
Tabla 23.
120
Gráfico 14.
Los valores del espectro de diseños son copiados y pegados en un programa
llamado bloc de notas, este tiene como formato “.txt”, dicho formato es el que
reconoce el programa ETABS para poder reconocer el espectro de diseño. Para poder
importar este espectro al ETBS se hace click “Definir-Funciones espectro de
respuesta”, al elegir esta opción se despliega una ventana para seleccionar la norma
con la cual el programa calculara el sismo, pero para el caso de este proyecto se va a
importar un espectro a acuerdo a la norma COVENIN 1756-2001 (Edificaciones
sismo-resistentes).
121
Figura 37.
Figura 38.
Análisis de los primeros resultados.
Para obtener los primeros resultados se procede a activar la función (hacer
click) “Analizar- Correr Análisis”, dentro de los primeros resultado obtenido, al
menos 1347 elementos no concuerdan y por lo tanto el programa solicita que para
122
efectos de optimización se debe ejecutar el cálculo de nuevo tantas veces el programa
lo requiera, de esta manera el programa disminuye la cantidad de elementos a
optimizar, en este proceso el programa prueba cada una de las secciones previamente
cargadas dentro de cada uno de los grupos correspondientes, las pruebas que
internamente el programa realiza son para obtener las secciones ideales que cumplan
con todas aquellas condiciones y solicitaciones de cargas.
Consecutivamente después del proceso de cálculo realizado por el programa,
este muestra la estructura con diferenciación de colores. Estos colores muestran el
esfuerzo que cada elemento posee. Cada uno de estos colores representan un
intervalo, el primer intervalo es de color azul y comprende los números desde el 0
hasta el 0,90, el color verde desde el 0,90 hasta el 0,95, el amarillo desde el 0,95 hasta
el 0,98, el morado desde 0,98 hasta el 0,95, el color rojo que va desde el 0,95 hasta el
1.
Cada uno de estos intervalos representa el esfuerzo producido por las
solicitaciones, la coloración desde el azul hasta el rojo simula el grado de
peligrosidad de manera creciente, producto de las deformaciones y esfuerzos.
Sucesivamente se procede a asignar en cada elemento que componen a las vigas
y columnas, aquellas secciones más desfavorables para darle simetría a la estructura y
uniformidad. Una vez finalizado este proceso se corre por última vez el cálculo
estructural para corroborar que las secciones cumplen con el análisis. Además dentro
de este mismo proceso se controla la desplazabilidad para crear una estructura más
segura, en la siguiente figura se muestra un recuadro donde encontramos el
formulario para la verificación de información de acuerdo a la normativa de acero, en
este podemos encontrar los esfuerzos, desplazamiento, entre otras propiedades de la
sección seleccionada.
123
Figura 39.
Cabe destacar que los desplazamientos o deformaciones indicadas como Stress
Ratio no deben sobrepasar el valor de 0,90 ya que pone en riesgo la estabilidad de la
estructura. El desplazamiento de cada uno de los niveles lo podemos encontrar en la
siguiente tabla.
Tabla 24.
Como se puede observar en las coordenadas locales los desplazamientos en
cada uno de los niveles, es muy pequeño por lo tanto la estructura esta apta y cumple
124
con las especificaciones exigidas por las normativas de construcción (las cuales han
sido mencionada en el capítulo II en el Marco legal).
Figura 40.
Resultado:
Dentro de este proceso de optimización se puede realizar la siguiente tabla
comparativa en donde se muestran las secciones originales del diseño entregado por
la empresa a través de los planos y las nuevas secciones de diseño optimizado. Donde
se puede apreciar las secciones usadas en el plano origina y las secciones propuestas
en este trabajo.
125
Tabla 25.
Fundaciones:
Las fundaciones han sido definidas en el programa Etabs como pequeñas losas
macizas en la base de la estructura en esta no se colocan los pedestales ya que la
transmisión de las reacciones desde la bases de las columnas hasta la zapatas son
directas; además están son definidas de acuerdo al estudio de suelos y la profundidad
de los golpes realizados por las pruebas de resistencia, en este momento para efecto
del cálculo el pedestal no se toma en cuenta.
Figura 41.
Para el cálculo de las fundaciones solo se necesitan las cargas de la estructura
que se transmiten al suelo. Dichas cargas son copiadas desde el programa de análisis
126
estructural Etabs hasta a un programa de análisis de fundaciones llamado Safe, en
este se procede a cargar las fundaciones según los planos. En este programa se
definen al igual que en el programa de análisis estructural, los patrones descargas, los
casos de cargas y las combinaciones de cargas.
Definición de los patrones de cargas:
Para definir los patrones de cargas se procede hacer click “define-load
pratterns…” una vez seleccionado esto en el menú del programa se despliega una
ventana en el cual se cargan los patrones de cargas. Que al igual que el programa
Etabs son:
PP peso propio, el cual posee un múltiplo de 1 equivalente al 100% del peso
propio.
Cv carga viva, tipo live, no posee factor multiplicador ya que no toma en cuenta
el peso propio.
CVT carga viva techo, tipo live, factor multiplicardor por peso propio es igual a
cero “0”.
CM carga muerta, de tipo Dead, al igual que los otros patrones no posee factor
multiplicador por peso propio.
SX y SY sismo en sentido X y Y, son de tipo Quake fator multiplicador por
peso propio no posee.
Cabe destacar que para efectos del cálculo de fundaciones no se toma en cuenta
el viento.
127
Figura 42.
Definición de casos de cargas (Infra-estructura).
En este proceso se definen los casos de cargas estáticos, estos son los utilizados
para la creación de las combinaciones de cargas.
Figura 43.
Definición de Combinaciones de cargas.
Según las norma 1753-2006 (Proyectos y construcción de obras en concreto
estructural) en la pagina 54 las combinaciones de cargas correspondientes al uso de
fundaciones o infraestructura.
Las combinaciones para usar en las fundaciones o infraestructura son las
siguientes:
128
- Comb. 1) 1,1 x CM + CV + CVT.
- Comb. 2) 1,1 x CM + CV + CVT + (SX + 0,3 x SY).
- Comb. 3) 1,1 x CM + CV + CVT - (SX + 0,3 x SY).
- Comb. 4) 1,1 x CM + CV + CVT + (SY + 0,3 x SX).
- Comb. 5) 0,9 x CM + 1,3 x W + 0,5 x CV + 0,5 x CTV.
- Comb. 6) 0,9 x CM + (SX + 0,3 x SY).
- Comb. 7) 0,9 x CM - (SX + 0,3 x SY).
- Comb. 8) 0,9 x CM + (SY + 0,3 x SX).
- Comb. 9) 0,9 x CM - (SY + 0,3 x SX).
Figura 44.
129
Figura 45.
Definición de tipo de suelo.
Según el tipo de suelo proporcionado por el estudio de suelo realizado por la
empresa, se obtuvo una resistencia de 1,5 Kgf/cm2, este el valor utilizado para
ingresarlo a programa haciendo click en el menú del programa “Define-Soil Subgrade
Properties”
130
Definición de las propiedades del suelo.
Figura 46.
Datos de las propiedades del suelo.
Figura 47.
El resto de los datos como son las secciones de las zapatas, las reacciones y
momentos transmitidos a las fundaciones, algunos de los casos de para las
combinaciones de cargas, la norma a utilizar, entre otros datos importantes han sido
importadas directamente del programa Etabs.
131
Resultados de fundaciones.
En este proceso se procede a correr el análisis estructural para las fundaciones
haciendo click “Run- Run Analysis and Desing”. En estos resultados se obtendrán, al
igual que el programa Etabs, una serie de intervalos con ciertos colores
predeterminados por el programa los cuales indican las deformaciones y esfuerzos
producidos en las fundaciones producto de las cargas proveniente de la súper
estructura.
Figura 48.
132
CAPITULO V
LA PROPUESTA
Generalidades
La elaboración de la propuesta es el producto final del procesamiento de los
insumos obtenidos a través del diagnostico o evaluación de necesidades, mediante
entrevistas o la aplicación de instrumentos de discrepancia. En este capítulo se
comprende los objetivos de la propuesta técnicas para realizar las propuesta, estudio
de factibilidad económica, técnica y operativa, resultados y presentación de la
propuesta.
PRESENTACIÓN DE LA PROPUESTA.
Se presenta la propuesta de elaborar un proyecto estructural para la extensión
del colegio “Chacao” en el municipio “Simón Bolívar” del estado Miranda utilizando
programas de análisis estructural. Y la misma trabaja en base a un proyecto factible.
OBJETIVOS DE LA PROPUESTA.
Objetivo general.
Adecuar el diseño de la estructura a las dimensiones que determino el programa
de análisis estructural Etabs a fin de optimizar el diseño y disminuir costos.
133
Objetivo específicos.
Modificar el plano del diseño original adaptando las secciones calculadas para
generar un nuevo diseño.
Realizar el estudio de costo de la nueva estructura verificando así que el diseño
sea el más adecuado económicamente.
Garantizar el diseño de construcción en conjunto con las normas vigentes.
Métodos, técnicas e instrumentos para realizar la propuesta.
“la metodología del proyecto indica las técnicas y los procedimientos que serán
utilizados para llevar a cabo las actividades desarrolladas durante la pasantía”. (E/P,
2005)
Metodología:
En el caso especifico, de los proyectos de investigación, relacionados con una
propuesta de tipo factible, donde se propone alguna opción ideal, sistema o modelo,
que implica cambios en una realidad dada, que puede ser: organizacional, educativa,
económica, jurídica, administrativa, social, técnicas que se usaran para la formulación
y presentación del modelo operativo o sistemas que se ha de propone. Se trata en esta
parte del marco metodológico del proyecto de investigación, plantear el tipo de
métodos y procedimientos técnicos, inherentes a la disciplina de procedencia, que se
aplicara para formular el sistema o modelo que se propone diseñar, como una
alternativa de transformaciones o cambio en situaciones reales. (balestrini, 2002, p.
191)
Hay que advertir, que según sea la propuesta factible, formulada en una
determinada área de competencia profesional, se emplearan en el diseño de las
misma, un conjunto de métodos y técnicas, que deberán cumplir ciertos requisitos y le
proporcionaran rigurosidad y validez al sistema o modelo que se presenta. Esa
134
variedad de técnicas muy especializadas, que se utilizan, es la que se ha de incorporar
en este aspecto de proyecto de investigación, a fin de proporcionar una visión global
de la naturaleza del trabajo que se propone realizar (ob. Cit)
El tipo de investigación a realizar en la propuesta, se ubica en un proyecto
factible el cual se define como:
“este tipo de estudios prospectivos……, sustentado en un modelo operativo, de
una unidad de acción, están orientados a proporcionar respuestas o soluciones a
problemas planteados en una determinada realidad” (Balestrini, 2002, p.8).
Técnicas y recolección de datos.
Según Arias (2004) “Las técnicas y recolección de datos son las distintas
formas o maneras de obtener la información. Son ejemplos de técnicas; la
observación directa, la encuesta en sus dos modalidades: oral o escrita (cuestionario),
la entrevista el análisis documental, análisis de contenido, etc. Los instrumentos son
los medios materiales que se emplean para recoger y almacenar la información.
Ejemplo: fichas, formatos de cuestionario, guía de entrevista, lista de cotejo, escalas
de actualidades u opinión, grabador, cámara fotográfica o de video”. (p. 99).
En relación son aquellos métodos que centran su atención en la observación y el
examen de la diversidad de fuentes documentales, que faciliten la descripción, el
análisis y la interpretación del datos que abordan, para lo cual se hace necesario
incorporar un conjunto conjunto de técnicas y protocolos instrumentales, propias de
las investigación documental, independiente del tipo de investigación en cuestión, es
necesario indicar en el Marco Metodológico del proyecto de investigación:
Según Balestrini (2002) realiza la siguiente pregunta ¿Cuáles son las técnicas y
protocolos instrumentales relativos a la investigación documental, que se utilizaran y
el significado y alcance de cada una de ellas dentro de la investigación? Importa
destacar, que muchas veces por desconocimiento, esta diversidad de técnicas y
protocolos tecno-operacionales, por cuanto, contienen los procedimientos metódicos
135
y críticos que permiten organizar toda la información escrita que se manejara en el
proceso de investigación planteado. (p.147).
La adecuación de la estructura a las dimensiones que determino el programa de
análisis estructural Etabs a fin de optimizar el diseño y disminuir costos. Se basara en
el modelo indicado por Marian Balestrini Acuña; aplicando las técnicas de
observación científica, búsqueda de información en archivos y otras fuentes escritas;
registrado y formalizando adquirida.
Datos Primarios
Según Sabatino (1994). “Los que provienen del trabajo de campo, habrán de
obtenerse por medio de instrumentos de recolección, sean estos aparatos
específicamente diseñados para tal fin (microscopios, medidores, cámaras, etc) o se
trate de pautas o cuestionarios elaborados por el propio investigador”. (p. 127).
Observación científica
Según Sabatino (1994). “Es el uso sistemático de nuestros sentidos, en la
búsqueda de los datos que necesitamos para resolver un problema a de
investigación”. (p. 160).
Observación simple
“Los datos recogidos provienen de instrumentos, que actúan como
amplificadores entre nuestros sentidos y los objetos investigados. (Ob.-cit)
Observación participante:
“Implica que el investigador debe integrarse a la comunidad o Institución objeto
de estudio, enriquecido con experiencia vivida los datos, reuniendo el cuerpo de
información variado y completo, en donde los hechos se observan a medida que se
producen, y tal como se muestren.” (Ob-cit).
136
Datos secundarios
Son aquellos materiales escritos que se encuentran diseminados en múltiples
archivos y fuentes de información, de donde el investigador extraerá todo aquello que
sea de su interés para el desarrollo del trabajo. (Ob.-cit)
Las fuentes a investigar serán las diferentes normas existentes sobre la
construcción de edificaciones, boletines informativos, documentos electrónicos,
páginas Web, trabajos especiales de grado, entre otros; que servirán para sustentar
todo lo relacionado a la propuesta planteada en este trabajo de investigación la cual
consiste en la adecuación de la estructura a las dimensiones determinadas por el
programa de análisis estructural Etabs a fin de optimizar y disminuir costos del
proyecto desarrollado en la empresa.
ESTUDIO DE FACTIBILIDAD.
Económica.
De acuerdo a los cálculos estructurales realizados se ha podido contemplar una
disminución económica en cuanto a los materiales que conforman la estructura.
Además este proyecto se encuentra en los actuales momentos en la fase de aprobación
por parte de los entes gubernamentales.
Técnica.
En su totalidad fue posible a que se contaba con todas las herramientas
necesarias para su ejecución.
Operativa.
Operativamente proporciona el cálculo para la extensión del colegio “Chacao”
un lugar seguro que cumple con todas las normativas de construcción vigente.
137
Las fases de la propuesta
Evaluar la propuesta.
Analizar el modelo original a través del programa de análisis estructural.
Desarrollar la propuesta.
Someter a reflexión los resultados obtenidos con los programas de análisis
estructural, en la empresa para su consideración y desarrollo.
Ejecutar la propuesta.
Considerar a nivel económico propuesta y coordinación de la ejecución del
proyecto.
Estudio de factibilidad económica.
Surge de analizar si los recursos económicos y financieros necesarios para
desarrollar la propuesta del presente proyecto con el objetivo de que se elabore.
Estudio de factibilidad operativa
Está determinada por la disponibilidad de todos los recursos necesarios para
llevar adelante la ejecución de la propuesta planteada en este proyecto.
Estudio de factibilidad técnica
Se relaciona con el equipo necesario, el personal calificado, mano obrera, los
conocimientos, las habilidades y la experiencia para hacer que la propuesta se lleve a
cabo.
138
RESULTADOS DE LA PROPUESTA.
La optimización del proyecto estructural representa para la empresa ahorro de
tiempo en el cálculos, mayor confiabilidad en los valores obtenidos, asegurar que el
diseño está de acuerdo a las norma de construcción y mejorar el rendimiento de los
recursos económicos.
En concordancia con lo antes expuesto se propone la adecuación del diseño de
la estructura a las dimensiones que determino el programa de análisis estructural
Etabs a fin de optimizar el diseño y disminuir costos.
139
CAPITULO VI
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
Generalidades.
En este capítulo se reflejara las conclusiones y recomendaciones en el proceso
de da la investigación
CONCLUSIONES.
El desarrollo de la investigación en su evolución permitió reflejar aspectos de
gran relevancia en la planeación para la optimización de un modelo estructura, el cual
constituye un elemento estratégico que incide positivamente en la programación
predeterminada en la empresa, y en el caso de la institución beneficiada, se
determinaron las siguientes conclusiones:
Por lo tanto se concluye la realización de un proyecto de estructuras implica
una gran responsabilidad para el ingeniero civil, es por tanto que el mismo debe estar
constantemente actualizado en cuanto a las normas que se encuentran vigentes y a los
programas de última generación, donde el análisis teórico se acerca cada día más a la
realidad.
Después del desarrollo de la modelación estructural a través de los programas
de análisis estructural se obtuvo como resultado una estructura totalmente optimizada
que garantiza el cumplimiento de todas las normativas de construcción exigidas.
140
Cabe destacar que este proyecto se base en una propuesta factible por cuanto
los elementos que constituyen la misma permitieron que estos factores enfoquen la
viabilidad del proyecto estructural.
RECOMENDACIONES.
Se recomienda a la universidad U.N.E.F.A. incluir en el pensum académico el
uso de programas de análisis estructural en las cátedras de estructuras, proyectos de
acero y concreto armado. Además de incluir en el pensum académico el dibujo
asistido por ordenador (AutoCad).
Se debe mejorar el contacto con las empresas del área y con las comunidades a
fin de orientar las pasantías para solventar sus problemas.
Se sugiere a la empresa FABIORIANA F1 CA permitir a más estudiantes de la
universidad U.N.E.F.A. hacer sus pasantías en las instalaciones de la empresa. Se
plantea la aplicación del modelo estructural optimizado desarrollado en este proyecto
para demostrar la factibilidad del mismo.
141
