MEMORIA TÉCNICA DE CÁLCULO Y DISEÑO …emuviviendaep.gob.ec/wp-content/uploads/2017/02/MEMORIA-E... · memoria tÉcnica de cÁlculo y diseÑo estructural: proyecto "mi casita linda"

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MEMORIA TÉCNICA DE CÁLCULO Y DISEÑO

ESTRUCTURAL: PROYECTO "MI CASITA LINDA"

P R O Y E C T O S E S T R U C T U R A L E S

E N E R O , 2 0 1 7

ING. G U S T A V O C E U LOAIZA

Proyectos Estructurales

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Proyectos Estructurales

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CASA MODELO S

MODELO DE CASA TIPO 4 (EJEMPLO PARA 2 NIVELES)

GENERAL

El calcuio de tas casas Modelo se analizara según la Norma Ecuatoriana de Construcción NEC 2015.

2

N E C

1 CAHGAS

N E C N E C

V1V!EM0A.S DE MASTA. 1 PT^Dí C O « t K C f S

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El estudio del proyecto incluye el análisis y diseño estructural de 5 tipos de vivienda (4 CASAS DE UNA PUNTA Y UNA CASA DE 2 PLANTAS) según los siguientes puntos:

- Cálculo de cargas de la estructura.

- Modelo estructural en ETABS V.9.7.4.

- Análisis estructural.

Revisión de elementos estructurales.

CÓDIGOS

El código empleado para el análisis y diseño de la estructura, según sus capítulos, es:

Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC 2015 o Capítulo 1 {Cargas NO Sísmicas) o Capítulo 2 {Cargas Sísmicas y de diseño sismoresistente) o Capítulo 10 (Vivienda de hasta 2 pisos con luces de hasta 5 metros)

- American Concrete Institute. ACI318-SR-08.

MATERIALES

Los materiales utilizados en las estructuras son:

Hormigón - Resistencia a la Compresión: f e =210Kg/cm2. - Acero en Varillas: Resistencia a la Fluencia: fy = 4200Kg/cm2. - Acero electrosoldado de mallas : resistencia a la fluencia Fy: 5000 Kg/cm2

Proyectos Estructurales 3

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altura minini4 LonsitudRui Ratucrzo ds actrc total d* Mínima d* laminado

f*'"^'^ Et«f i . . f . to rnteim» • « ^ ' « > ^ * T r « « v « « l M i n m » d » la matims attiira laminado « n ( «st r ibosl vivMnda c a l » m «

(ID) (cm X

i i

1

Cokxnnas

250

2Qx20(a) 1 % Dtáme&o S tren @ 10

cm

1

Vigas

250

t4/rylnr.

DUmetro s mm Q 5 en U4 (exfiwTKS) y 10 cm (cetmo)

2

CoMimas

4 0 2 5 0

P l w 1 25x25

RSO 2. 20X20

t% Dúmetao 8 mm Q 10

2

v<9u

4 0 2 5 0

20x20(b)

Didfnctro 8 mn Q 5 en U4 (exlremos) y 10 cm (centoD)

U)t*a S ReqtmHos m í n i m o » *n twncico <lel n n n m o d e p l iM cte l a v»w*!!i»¿ki c o n (w>fc.<ii óe hioimiqlfyn

CARGAS CONSIDERADAS

CARGAS MUERTAS

Definición: Se considera como cargas muertas las que actúan permanentemente, tales

como el peso propio de la estructura, baldosas, paredes, maquinarias de instalaciones

diversas, etc.

Pesos:

Paredes de Mamposten'a con enlucido ambas caras 1800 Kg/m3

Paredes de mamposteria enlucida 2 caras 150 kg/m2

Sobrepisos ligeros 100 Kg/m2

Mortero de cemento: 2000Kg/m3

Tierra compactada 1.800 Kg/m3

Acero 7.850 Kg/m3


A

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CARGAS VIVAS

Definición: Son las provisionales y que no tienen carácter de permanente.

Áreas destinadas a:

• Cubierta 70 Kg./m2

r ^ ^ ^ ^ OcifMcián o Uso Carga

uniformo C « g a coftcenti oda (kN)

C u b i « r u i s

0.70

CubmtKoes tnacbsenpdner i aopd iaBd» nwnan. CtlsÉBias oestradas paia piopúGiKs eapacíaiB

JiAJ 430 r

Losa de Piso (Modelo 5) 200 Kg./m2

CARGAS ACCIDENTALES (SÍSMICAS!

Las cargas sísmicas se obtuvieron de la Norma Ecuatoriana de Construcción NEC.

ACCIONES SÍSMICAS.

Este capítulo considera a los sistemas estructurales definidos en la Tabla 3 para la

aplicación en el diseño y construcción de viviendas sismo resistentes. Cualquier otro

sistema estructural que no conste en este listado requerirá de la aprobación del Comité

Ejecutivo NEC. t

Acciones sísmicas de diseño ^

Los sistemas constructivos utilizados para la construcción de vivienda, son redundantes

pero carecen de ductilidad. Por tal razón, el diseño sismo-resistente está basado e


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fuerzas y consiste en verificar que la resistencia lateral de la estructura, Vmr , es mayor o

igual a la demandada por el sismo de diseño, Vtase- El análisis de las derivas de piso no es

mandatorio.

' base — V m r

Dónde:

Demandada por el sismo de diseño

Resistencia lateral de la esmicnua

FUENTES DE MASA

Para calcular los modos de vibración, un modelo debe contener masa. La masa debe ser

determinada y asignada en ETABS usando alguno de los siguientes:

• ETABS determina la masa de la vivienda en las bases de la masa del propio objeto

(definido en la tarea de propiedades) y cualquier masa adicional que se

especifique. Esta es la función predeterminada.

• ETABS determina la masa de la combinación de carga que se especifique.

CARGA SÍSMICA REACTIVA W

• Según la NEC, la carga W representa la carga reactiva por sismo, y es igual a la

carga muerta total de la estructura.

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01 F n n L M d a

0 « t n * M * ( * Mt j « «*« tal L<MÓ»

L<Md M u l v i M

Modty

U M p L o h M l M a n a l S t o t y L v v a t t

DETERMINACIÓN PEI FACTOR Z.

El sitio donde se construirá la estructura determinará una de las seis zonas sísmicas del

Ecuador, caracterizada por el valor del factor de zona 2, de acuerdo el mapa de la Figura

2.1 .

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E! valor de Z de cada zona representa la aceleración máxima en roca esperada para el

sismo de diseño, expresada como fracción de la aceleración de la gravedad. Todo el

territorio ecuatoriano esta catalogado como de amenaza sísmica alta, con excepción del

nor-oriente que presenta una amenaza sísmica intermedia y del litoral ecuatoriano que

presenta una amenaza sísmica muy alta (Tabla 2.1).

T ^ i U 2.1. \ ' a l « r a dd factor Z n ímmcii» ér la niKa láuBfea adoptaáa

Zona sbnrica 1 I I III IV \ VI \r fartor / 0 15 0.35 0.40 >0.S0 C'aracImzaciM ár la amcma/a látinka

IntcTTiMCÜa Aha Aha Aha Alta Muy Afta

Para facilitar la determinación del valor de Z, en la Tabla 2.2 se incluye un listado de

algunas poblaciones del país con el valor correspondiente.

Si se ha de diseñar una estructura en una población o zona que no consta en la lista y que

se dificulte la caracterización de la zona en la que se encuentra utilizando el mapa de la

Figura 2.1, debe escogerse el valor de la población más cercana.

IMPORTANCIA DE LA CONSTRUCCIÓN SISMO RESISTENTE

Ecuador se encuentra en una zona de actividad sísmica alta, es por ello que establecer

requisitos mínimos para el análisis, diseño y construcción de viviendas sismo-resistentes,

permitirá que las edificaciones tengan un comportamiento adecuado para resistir la

acción de fuerzas causadas por sismos, protegiendo ta vida y los bienes de las personas

que las ocupan.

Tanto el sistema estructural como la altura de diseño de las viviendas que se definen en

este capítulo se especifican en la Tabla 3.

A DETERMINACION DEL CORTANTE BASAL

El cortante basal sísmico se debe determinar mediante la siguiente expresión:

i Proyectos Estructurales

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ZCW/R

Dónde:

Z Facror de zona que depeude de ia posicióu geogiáfica del proyecto y su correspondieute zoua sísmica defuüda en la sección 3.1.1 de la NEC-SE-DS.

c Coeficiente de resiniesta síquica obtenido sestm Tabla 2

w Peso sísmico efectivo de la esmictiua. ísual a la carea muerta total de ia estnictiua más im 25°o de la carea viva de uiso (véase ia NEC-SE-CG 1. En el caso de estnicnuas de bodeeas ó de almaceiiaje. W se calcula como la carga muerta más uu 50*'' o de la carga viva de piso.

R Factor de reducción de resisteucia sísmica: se debe adoptar de los valores establecidos en la Tabíft ?• segi'm el sistema estnicniral adoptado.

Zona geográfica C

Costa y Galápagos 2.4

Sierra y Oriente 3

Tabla 2: Coeficiente de Respuesta Sísmica

SISTEÍVIAS ESTRUCTURALES Y COEFICIENTE "R" DE REDUCCIÓN DE RESPUESTA ESTRUCTURAL

Los coeficientes de reducción R son expuestos, según los sistemas estructurales de viviendas resistentes a cargas sísmicas, en ia siguiente tabla:

2=0.50; R = 3; C=2.40

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Sistema Estructural r 1 í t h n H a c i ^ en ; Materiales j Coeficiente R altura (núni^o

de pisos)

Homiigon Armado con secciones de dimensión menor a la esoecíficada en fa NFC-SF -HM reforzado con ac^ro laminado en cattente.

3 2(b)

P ^ c c « resistentes a Momento

Hormigón Armado con secciones de dimensión menor a ia especificada en la NEC-SE-HM con armadura electro-soldada de alta resistencia.

2.5 2

P ^ c c « resistentes a Momento

Acero Doblado en Frío 1,5 2(b)

Tabla 3: Sistemas estructurales de viviendas resistentes o cargas sísmicas

Se destaca que:

• (b) Cuando estos sistemas tengan más de 2 pisos y tuces mayores a 3.50m, el diseño estará regido por las NEC-SE-DS. NEC-SE-HM, NEC-SE-AC. NEC-SE-MP.

0.50 * 2.40 * W

b a s e

V b a s e = 0.40 * W

Se considerará como acción sísmica fuerzas laterales con una magnitud igual al pjiarenta

por ciento del peso de la edificación.

Proyectos EstructOígJes 10

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Se recalca que solo se ha utilizado como peso reactivo la carga muerta total sin incluir

porcentaje de carga viva para estar de acuerdo a la norma NEC-SE-DS (Peligro Sísmíco-

Diseño Sismo Resistente)

METODO DE ANALISIS ESTATICO

Se considera que si la estructura está capacitada para resistir el total de la acción sísmica

en cada dirección ortogonal, entonces también podrá resistir el sismo actuando en

cualquier dirección oblicua, lo cual producirá componentes menores que el total de dicha

acción.

El criterio de diseño de que se aplicará es el siguiente:

1 . - Se realizará análisis estructural de elementos que participan en el diseño.

2. - Se mostrara la hoja de detalle tanto de momentos resistentes Mr, como la fuerza

cortante resistente Vr. Comparando esto con los momentos flexionantes y cortantes

últimos.

Si los efectos resistentes son mayores o iguales (Mr>Mu; Vr>Vu) que los efectos últimos de

los diversos elementos, significa que cumple con la condición reglamentaria de diseño.

COMBINACIONES DE CARGAS UTILIZANDO EL DISEÑO POR RESISTENCIA

Las estructuras, componentes y cimentaciones, deberán ser diseñadas de tal manera que

la resistencia de diseño iguale o exceda los efectos de las cargas incrementadas, de

acuerdo a las siguientes combinaciones:

1 .1 .4D

2.1.2 D+1.6 L+0.5(LróSóR)

3,1.2 D+ 1.6(Lr ó S ó R)+(L ó 0.5W)

4. 1.2 D+ 1.0 W+L+0.5 (Lr ó S ó R)

S .1.2 D+l.OE+L+0.2 S

6,0.9 D + 1.0 W

7. 0.9D+1.0E


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SÍMBOLOS Y NOTACIÓN

D_f carga permanente

E = carga de sismo

F = carga de fluidos con presiones y alturas máximas bien definidas

Fa = carga de inundación

H = carga por la presión lateral de suelo, presión de agua en el suelo, o presión de

materiales a granel

L = sobrecarga

Lr = sobrecarga cubierta

Recarga de lluvia

S = carga de granizo

T_= cargas por efectos acumulados de variación de temperatura, flujo plástico, retracción,

y asentamiento diferencial

W = carea de viento

DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE CONCRETO REFORZADO

REQUISITOS GENERALES

Los elementos estructurales de hormigón armado deben cumplir con las especificaciones

vigentes del Comité 318 del Instituto Americano del Concreto (Código ACI-318-SR-08),

excepto en lo referente a su capítulo "Estructuras Sismo Resistentes", en las partes que es

sustituido por este Capítulo,

PROPIEDADES MECÁNICAS Y FACTORES DE REDUCCIÓN DE RESISTENCIA

Los materiales utilizados deben cumplir con las especificaciones del Capítulo 1 del NEC. La

resistencia mínima especificada del hormigón a la compresión debe ser 21 M P a y ¿

resistencia máxima especificada a la compresión para elementos de hormigón Itviaro

debe ser 35 M P a .

Los factores de reducción de resistencia,0, son los que señala el Código ACI-318:

(al Secciones controladas por tracción 0.90


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( b ) Tracción axial. 0.90

(el Secciones controladas por compresión:

• Elementos con refuerzo transversal en espiral 0.75

• Otros elementos reforzados 0.65

(di Cortante y torsión 0.75

(el Aplastamiento 0.65

Para secciones en las cuales ia deformación unitaria neta de tracción en el acero extremo

de tracción en condición de resistencia nominal, et, está dentro de los límites definidos

para secciones controladas por compresión y tracción, fy/Esy 0.005 respectivamente, se

permite que 0 aumente linealmente del valor correspondiente a una sección controlada

por compresión hasta 0.90, conforme et aumente del valor correspondiente al límite de

deformación unitaria de una sección controlada por compresión, fy/Es hasta 0.005, donde

Es es el módulo de elasticidad del acero de refuerzo, el cual se puede considerar como

200000 MPa.

El factor de reducción de resistencia al corte es 0.60, para aquellos elementos en los

cuales se permita diseñar para una capacidad en cortante menor al máximo

correspondiente a la capacidad en flexión.

GEOMETRIA DEL MODELO ESTRUCTURAL

Se modeló en el programa de elementos finitos EtabsV9.7.4 toda la geometría de la estructuras tal como se indica en los planos estructurales.

DEFINICIÓN DE MATERIALES

Se definió de material el acero estructural y hormigón con sus propiedades re^ectivas (unidades Kg/cm^).

Proyectos Estructucales 13

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Modas ofEIsbcity

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4200

CASA MODELO 1

CASA MODELO 1: (ESTRUCTURACtON MODELADO 3D)

DEFINICION DE SECCIONES GENERALES

Las secciones definidas en el modelo de ETABS 7.9.7.4 son las mismas que constan en los

planos estructurales del proyecto /


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CASA MODELO 1: (ELEMENTOS ESTRUCTURALES)

DEMANDA POR EL SISMO DE DISEÑO (CASA MODELO H

CARGA REACTIVA (CASA MODELO 1 Story Poínt Load F2

Ton BASE 1 PESO 0.7 BASE 4 PESO 0.98 BASE 7 PESO 0.78 BASE 8 PESO 0.95 BASE 11 PESO 1.34 BASE 14 PESO 1.04 BASE 15 PESO 0.7 BASE 18 PESO 0.98 BASE 21 PESO 0.79

CARGA REACTIVA PESO: 1.0*D

PESO TOTAL (W) 8.26 Ton

^ b a s e = 0-40 * (8.26) = 3.30 Ton

Proyectos Estruct

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DISEÑO DE ELEMENTOS Y RESULTADOS MEDIANTE Et PROGRAMA ETABSV9.7.4.

Área de acero longitudinal de vigas v columnas CASA MODELO 1

REVISION DE DETALLES DE COLUMNA CRITICA

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M í Ü l i^ÜB/IBC 2 1 » COLUWt ^ C T I O N OESIGH ^ w ^ : J IMII t n t r r M a i a t e U n l t s : n ñ - W ~ ^ i á H i r y l '

SI0RV1 Lev e l

Sect lon ID Conbo ID S t a t i o n Loe

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R L L F - 1 . H I

D-m.2ba r c -2 - tM.aM

AXIAL FaACL R BIAXIOl NDtCNT FACIB*S

Na]ar Bendlng(H3) Hinnr Bendlns(HZ)

SHEM KSIGN FDR UZ.US

Majar Shei r (U2) m n o r Shear(U3)

JOIHI aiEM) MStBH

ttojor S I » a r ( I H t ) •Uñar' Shear(US)

P t i i ( G a i i f i r K « l n n ü p l r a l ) : W.'fSÉ' pniccoHprp^slon-Tl iMl) : Ph l (Tvns lon C o n t r a l l a d } : I . V H Pti lCSdrar] : « . Í S I P h i ( S F Í s f l i i : She*r): a.mi Phl<jDlftt S h H r ) : a . B S a i

t^ lM. FMICE BlAKIftL MIMHr D r s i n t rOR PU, H2, HB < ' 1 ^ Rebar Deslgn Drsigti D n i g n

Area Pu m m

MlBor R a t i a

REVISION DE DETALLES DE VIGA CRITICA

1 ACI 31«-

Leuel E l c w n t Sectioft I » CoMo ID S t a t i o n L B C

/IBC ÍU9 BEAH SECIION K S I B H Ti/pfzSvay In te r iKO ia te

ST0RV1-1

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CASA MODELO 2

CASA MODELO 2: (ESTRUCTURACION MODELADO 3D)

DEFINICIÓN DE SECCIONES GENERALES

s .


Proyectos Estruc

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DEMANDA POR EL SISMO DE DISEÑO (CASA MODELO 21

CARGA REACTIVA (CASA MODELO 2 Story Point Load FZ

TON BASE 1 PESO 0.84 BASE 4 PESO 1.1 BASE 7 PESO 0.75 BASE 8 PESO 0.89 BASE 11 PESO 1.26 BASE 14 PESO 0.97 BASE 15 PESO 0.66 BASE 18 PESO 0.91 BASE 21 PESO 0.74


PESO TOTAL 8.12 TON

Vbase = 0-40 * (8.12) = 3.24 Ton

Proyectos Estructurales, 19

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DISEÑO DE ELEMENTOS Y RESULTADOS MEDIANTE EL PROGRAMA ETABSV9.7.4.

Área de acero longitudinal de vigas v columnas CASA MODELO 2

Proyectos EstVucturales

Ing. Gustavo CelU Loaiza Cdla. Kennedy Norte Mi D villa 1

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CASA MODELO 3

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CARGA REACTIVA (CASA MODELO 3) Story Point Load FZ

TON BASE 1 PESO 0.66 BASE 4 PESO 0.72 BASE 9 PESO 0.95 BASE 12 PESO 1.38 BASE 15 PESO 1.02 BASE 16 PESO 0.92 BASE 19 PESO 1.31 BASE 22 PESO 1.00 BASE 23 PESO 0.61 BASE 26 PESO 0.84 BASE 29 PESO 0.69

10.10 TON

0.40 * (10.10) = 4.04 Ton


^base —

Proyectos EstructuriTes 23

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DISEÑO DE ELEMENTOS Y RESULTADOS MEDIANTE EL PROGRAMA ETABSV9.7.4.

Área de acero longitudinal de vigas y columnas CASA MODELO 3


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CASA MODELO 4

CASA MODELO 4: (ESTRUCTURACION MODELADO 3D)

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Ing. Gustavo Celli Loaiza Cdla. Kennedy Norte Mz D villa 1 Mail: gcelil407&hatma¡i.com Telf.2283833 • 0994793477


CARGA REACTIVA (CASA MODELO 4) Story Point Load FZ

TON BASE 1 PESO 0.61 BASE 4 PESO 0.78 BASE 9 PESO 0.94 BASE 12 PESO 1.35 BASE 15 PESO 1.14 BASE 16 PESO 1.00 BASE 19 PESO 1.44 BASE 22 PESO 1.08 BASE 23 PESO 0.66 BASE 26 PESO 0.92 BASE 29 PESO 0.75

10.67 TON

CARGA REAaiVA PESO: 1.0*D

^hase = 0.40 * (10.67) = 4.27 Ton

i Proyectos Estructurales

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Ing. Gustavo Celli Loaiza Cdla. Kennedy Norte M2 D villa 1

Mail: [email protected] Telf.2283833 • 0994793477


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Ing. Gustavo Celli Loaiza Cdla. Kennedy Norte Mz D villa 1 Mail: [email protected] Telf.2283833 - 0994793477


Ing. Gustavo Celli Loaiza Cdla. Kennedy Norte Mi D villa 1 Mail: [email protected] Telf.2283833 - 0994793477

Para obtener esta opción de diseño las vigas de losa serán de sección de 20x20 con una

losa aligerada en una dirección de espesor de 20cm, las columnas en la planta baja se

mantendrán de 25x25 y para el nivel de cubierta se reducen a columnas de 20x20. Las

vigas de cubierta se mantendrán de misma forma que cuando se confrontaba con una sola

planta.

SOBRE CARGA MUERTA ADICIONAL EN LOSA= 100Kg/m2

CARGA VIVA SEGÚN NEC 15= 2O0Kg/m2

CARGA REACTIVA (CASA MODELO 4, DOS PLANTAS)

Story Point Load FZ TON

BASE 1 PESO 1.52 BASE 4 PESO 2 BASE 9 PESO 3.3 BASE 12 PESO 5.45 BASE 15 PESO 3.71 BASE 16 PESO 3.59 BASE 19 PESO 5.97 BASE 22 PESO 3.66 BASE 23 PESO 1.79 BASE 26 PESO 2.86 BASE 29 PESO 1.87

35.72 TON


Vbase = 0.40 * (35.72) = 14.28 Ton

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Ing. Gustavo Celli Loaiza Cdla. Kennedy Norte Mi D villa 1

Mail: gcelil407&>hotma¡Lcom Telf.22a3S33 • 0994793477

DISEÑO DE ElEMENTOS Y RESULTADOS MEDIANTE El PROGRAMA ETABSV9.7.4.

Área de acero longitudinal de vigas v columnas CASA MODELO 4 DOS PLANTAS

DL 3 D We-.í LongttudiMl Reirrforcirg (AO 3IS OB.'fflC TOCO',


Ing. Gustavo CelU Loaiza Cdh. Kennedy Norte Mz 0 vtíla 1 Mail: [email protected] Teif.2283833 - 0994793477


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Ing. Gustavo Celli Loaiza Cdla. Kennedy Norte Mí D villa 1 Mail: [email protected] Telf.22a3833-0994793477

Conclusiones:

Se revisó cada opción, y las conclusiones son las siguientes;

• El diseño estructural cumple satisfactoriamente los estados límite de resistencia

bajo la Norma Ecuatoriana de Construcción NEC y el código ACI 318-SR-08, TANTO

PARA LA OPCION DE UNA PLANTA COMO PARA LA OPCION DE 2 PUNTAS.

• El diseño estructural cumple satisfactoriamente los estados límite de servicio bajo

la Norma Ecuatoriana de Construcción NEC y el código ACI 318-SR-08, TANTO

PARA lA OPCION DE UNA PLANTA COMO PARA LA OPCION DE 2 PLANTAS.

• Los esfuerzos máximos actuantes en todos los elementos estructurales son

menores a los esfuerzos resistentes de los mismos; por lo tanto la respuesta de la

estructura ante un evento sísmico es satisfactoria, TANTO PARA LA OPCION DE

UNA PLANTA COMO PARA LA OPCION DE 2 PLANTAS.

• El diseño sismo-resistente verifica que la resistencia lateral de la estructura, VMR,

en cada elemento crítico. El análisis de las derivas de piso no es mandatorio.

• En cuanto al diseño de la CIMENTACION SUPERFICIAL , el dimensionado y diseño

por mecánica de suelos y estructura cumplen satisfactoriamente ambas

condiciones.-

Guayaquil, Febrero 7 de 2017

IN(í>GL|STAVO CELI LOAIZA


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MEMORIA TÉCNICA DE CÁLCULO Y DISEÑO …emuviviendaep.gob.ec/wp-content/uploads/2017/02/MEMORIA-E... · memoria tÉcnica de cÁlculo y diseÑo estructural: proyecto "mi casita linda"