universidad de san carlos de guatemala

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
DISEÑO DEL MERCADO DE GRANOS BÁSICOS PARA LA
CABECERA MUNICIPAL DE SAN JUAN SACATEPÉQUEZ,
GUATEMALA.
LUIS ALBERTO BALTAZAR
ASESORADO POR: ING. ALFREDO ARRIVILLAGA OCHAETA
GUATEMALA, JULIO DE 2004
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA
DISEÑO DEL MERCADO DE GRANOS BÁSICOS PARA LA
CABECERA MUNICIPAL DE SAN JUAN SACATEPÉQUEZ,
GUATEMALA
TRABAJO DE GRADUACIÓN
PRESENTADO A JUNTA DIRECTIVA DE LA
FACULTAD DE INGENIERÍA
POR
LUIS ALBERTO BALTAZAR
ASESORADO POR:
ING. MANUEL ALFREDO ARRIVILLAGA OCHAETA
Al conferírsele el título de
INGENIERO CIVIL
GUATEMALA, JULIO DE 2004
HONORABLE TRIBUNAL EXAMINADOR
Cumpliendo con los preceptos que establece la ley de la Universidad de
San Carlos de Guatemala, presento a su consideración mi trabajo de
graduación titulado:
DISEÑO DEL MINIMERCADO DE GRANOS BÁSICOS PARA LA CABECERA
MUNICIPAL DE SAN JUAN SACATEPÉQUEZ,
GUATEMALA.
Tema que me fuera asignado por la Dirección de La Escuela de Ingeniería Civil,
con fecha 5 de mayo de 2003.
Luis Alberto Baltazar.
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA
NÓMINA DE JUNTA DIRECTIVA
DECANO
Ing. Sydney Alexander Samuels Milson
VOCAL I
Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos
VOCAL II
Lic. Amahán Sánchez Álvarez
VOCAL III
Ing. Julio David Galicia Celada
VOCAL IV
Br. Kenneth Issur Estrada Ruiz
VOCAL V
Br. Elisa Yazminda Vides Leiva
SECRETARIO
Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco
TRIBUNAL QUE PRACTICÓ EL EXAMEN GENERAL PRIVADO
DECANO:
Ing. Sydney Alexander Samuels Milson
EXAMINADOR:
Ing. Ángel Roberto Sic García
EXAMINADOR:
Ing. Carlos Salvador Gordillo García
EXAMINADOR:
Ing. Silvio José Rodríguez Serrano
SECRETARIO:
Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco
AGRADECIMIENTOS
A Dios:
Dándole infinitas gracias por tantas cosas buenas que me ha brindado,
especialmente por permitir finalizar mi carrera.
A las autoridades municipales de San Juan Sacatepéquez:
Por permitirme realizar dicho proyecto en su administración.
Al ingeniero Manuel Alfredo Arrivillaga Ochaeta:
Por su apoyo, asesoría y el tiempo dedicado a este trabajo.
A mi familia, amigos:
Y todas las personas que, de una u otra forma colaboraron en la
realización de éste trabajo de graduación.
A la gloriosa Universidad de San Carlos de Guatemala:
Por hacer de mí, un profesional.
DEDICATORIA
A mis abuelos:
Donato Baltazar y Gregoria Morales, por ser los
formadores de lo que soy como persona.
A mi madre:
Carmelina Baltazar, por darme el regalo más valioso,
la vida.
A mis hermanos:
Por su amistad, por su apoyo incondicional en todo
momento y por formar parte importante de mi vida.
A toda mi familia:
Por su apoyo brindado en el transcurso de estos años.
ÍNDICE GENERAL
INDICE DE ILUSTRACIONES
IV
LISTA DE SÍMBOLOS
VI
GLOSARIO
VII
RESUMEN
IX
OBJETIVOS
XI
INTRODUCCIÓN
XII
1.
INVESTIGACIÓN
1.1.
Monografía
01
1.1.1.
Tipo de localidad, jurisdicción municipal y departamental
01
1.1.2.
Aspectos físicos
01
1.2.
1.1.2.1.
Ubicación
01
1.1.2.2.
Límites y colindancias
02
1.1.2.3.
Población
02
1.1.2.4.
Clima
02
1.1.2.5.
Producción
02
1.1.2.6.
Topografía
03
1.1.2.7.
Idioma
04
Diagnóstico de la cabecera municipal
04
1.2.1.
Accesibilidad
04
1.2.2.
Servicios existentes
04
1.2.3.
Distribución del mercado municipal
05
1.2.4.
Población potencialmente consumidora
05
1.2.5.
Necesidades prioritarias
06
1.2.6.
Inmigración
06
1.3.
2.
Antecedentes del proyecto a ejecutar
1.3.1.
Aspectos sanitarios respecto a mercados
07
1.3.2.
Descripción de un mercado municipal
08
1.3.3.
Situación actual
08
1.3.4.
Problemas ocasionados por la situación actual
09
1.3.5.
Diagnóstico
10
1.3.6.
Descripción del proyecto
10
DISEÑO PRELIMINAR
2.1.
Levantamiento topográfico
2.1.1.
3.
07
13
Planimetría
13
2.2.
Diseño arquitectónico
14
2.3.
Prediseño de estructura
14
2.3.1.
Cargas vivas, muertas y factores de seguridad
14
2.3.2.
Losas
15
2.3.3.
Normas de prediseño para vigas
17
2.3.4.
Predimensionamiento de vigas
18
2.3.5.
Normas de prediseño para columnas
19
2.3.6.
Predimensionamiento de columnas
22
CÁLCULO Y DISEÑO ESTRUCTURAL
3.1.
Cálculo estructural
3.1.1.
Análisis estructural
23
23
3.1.1.1.
Método de aplicación: Marcos rígidos
23
3.1.1.2.
Cargas para marcos estructurales
26
3.1.1.2.1.
Determinando cargas horizontales
26
3.1.1.2.2.
Determinando cargas verticales
31
Programa para el análisis estructural
33
3.1.1.3.
3.1.1.4.
3.2.
Diseño estructural
36
Diseño de losa
36
3.2.2.
Diseño de vigas
40
3.2.3.
Diseño de columnas
44
3.2.4.
Diseño de zapatas
46
3.2.4.1.
Zapatas concéntricas
46
3.2.4.2.
Zapatas excéntricas
50
Diseño de escalera en voladizo
54
3.2.5.1.
Método de Sauter
54
DISEÑO DE INSTALACIONES
4.1.
5.
34
3.2.1.
3.2.5.
4.
Procesamiento de datos
Diseño de instalación hidráulica, eléctrica y drenajes
55
PRESUPUESTO
5.1.
Costo del proyecto
57
5.2.
Resumen
62
CONCLUSIONES
63
RECOMENDACIONES
65
BIBLIOGRAFÍA
67
ANEXOS
69
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
FIGURAS
1. Ubicación de a y b
13
2. Sección de viga
17
3. Columna típica
20
4. Áreas tributarias
23
5. Fuerza cortante por nivel
26
6. Cargas distribuidas
31
7. Modelo matemático
32
8. Numeración de elementos
33
9. Planta ejes 5 –6
34
10. Losa 3
35
11. Momentos en X-X
35
12. Momentos balanceados
36
13. Distribución de refuerzo para el eje X-X
37
14. Armado de viga
39
15. Longitud de desarrollo en viga
40
16. Corte de zapata
46
17. Corte punzonante
46
18. Armado en zapata
47
19. Armado de viga conectora
49
20. Corte en zapata excéntrica
50
21. Punzonante en zapata excéntrica
51
22. Armado en zapata excéntrica
52
23. Planta arquitectura primer nivel
71
24. Planta arquitectura segundo nivel
73
25. Planta acotada primer nivel
75
26. Planta acotada segundo nivel
77
27. Plano de fachadas
79
28. Plano de secciones
81
29. Plano de cimentaciones
83
30. Plano secciones cimiento combinado
85
31. Plano vigas primer nivel
87
32. Plano vigas segundo nivel
89
33. Plano armado de losa primer nivel
91
34. Plano armado de losa segundo nivel
93
35. Plano de detalles
95
TABLAS
I. Sexo masculino
6
II. Sexo femenino
7
III. Peraltes mínimos
15
IV. Factores de riesgo sísmico Z
22
V. Factores I
22
VI. Factores K
23
VII. Peso por nivel
26
VIII. Rigidez por marco
27
IX. Distribución de fuerzas horizontales Y-Y
28
X. Distribución de fuerzas horizontales X-X
29
XI. Cargas distribuidas marco No.5
32
XII. Momentos máximos
33
XIII. Cortes máximos
34
XIV. Acero requerido
37
XV. Momentos máximos a rostro de columnas
38
XVI. cortes máximos a rostro de columnas
38
LISTA DE SÍMBOLOS
A
área de una región
Ac
área crítica para el esfuerzo punzonante
As
área de acero
Asmin
área de acero mínimo
cm
carga muerta
cv
carga viva
C.U.
carga última
d
peralte efectivo
e
excentricidad de carga axial
h
altura de elemento
hmin
profundidad mínima de zapata o cimiento
l
distancia entre apoyos
L
longitud de elemento
ρb
porcentaje de acero en la falla balanceada
r
recubrimiento del acero
s
espaciamiento entre estribos
t
espesor
Vc
fuerza de corte nominal que resiste el concreto
Vr
fuerza de corte
Vs
valor soporte del suelo
Wc
peso específico del concreto
Ws
peso total del suelo
GLOSARIO
Bastones
refuerzo que se coloca para soportar esfuerzos de
tensión en los extremos de vigas y losas.
Carga axial
es la carga de tensión o compresión perpendicular a la
sección del elemento estructural.
Carga muerta
es una carga permanente, inamovible, no cambia de
posición.
Carga viva
es una carga que depende del uso de la estructura
que se diseñará. Carga no permanente.
Carga factorizada
cargas vivas y muertas multiplicadas por factores de
seguridad.
Código ACI
código del Instituto Americano del Concreto (ACI
siglas en inglés), contiene requerimientos para la
construcción en concreto reforzado.
Esfuerzo
fuerza por unidad de área.
Estribo
refuerzo utilizado con el fin de resistir los esfuerzos de
corte en vigas y columnas.
Franja tributaria
área de carga con la que se diseña determinada
estructura.
Momento
una fuerza a cierta distancia de su centro de masa.
Peralte efectivo
es la distancia medida de la fibra extrema hasta el
centroide del refuerzo sujeto a tensión.
Rigidez
capacidad de un elemento para no permitir flexión
debido a cargas.
RESUMEN
El siguiente trabajo de graduación titulado Diseño del Mercado de Granos
para la Cabecera Municipal de San Juan Sacatepéquez, esta formado por 5
capítulos los cuales se describen a continuación.
En el primer capítulo tenemos información general del municipio.
Constataremos que en la población predomina la cultura Cakchiquel, que su
clima es frío con algunos lugares cálidos. La población actual en el municipio de
acuerdo al INE es de 147,953 habitantes.
Se hace especial mención que la forma en que se llegó a determinar las
necesidades prioritarias en el municipio fue a través de encuestas, la cantidad
realizada muestra en forma tabulada las necesidades representativas con los
porcentajes respectivos de dicha investigación.
Como parte final de este capítulo se habla de los inconvenientes actuales
en el mercado así como la importancia de la construcción de un mercado de
granos.
El capítulo dos contiene información de la arquitectura tipo colonial
aplicada en la fachada. Se describe la distribución que tendrá el mercado y
porque no se considera un parqueo para el mercado. En este capítulo
encontraremos la teoría necesaria que se utiliza para el prediseño de vigas y
columnas de acuerdo al Código ACI e IMCYC. Para el diseño de losa
tendremos el Método 3 del ACI, el cual nos da una serie de lineamientos para el
diseño de losa plana.
El tercer capítulo, con la teoría obtenida se realiza el cálculo estructural.
Se inicia con el análisis estructural, del cual obtendremos información de
momentos y cortes que actúan en vigas y columnas. El análisis estructural es
importante ya que con los resultados procedemos a diseñar vigas, columnas y
zapatas.
En el cuarto capítulo, se considera las instalaciones necesarias para el
buen funcionamiento del edificio. Veremos los aspectos importantes que se
tomaron para el diseño de instalaciones de agua potable, drenajes e
instalaciones eléctricas.
El quinto capítulo corresponde a los costos de construcción. Estos datos
incluyen precios de mano de obra con sus respectivas prestaciones y precios
de materiales puestos en obra. El resultado de los costos se presenta por
renglones para un tiempo de desarrollo de 10 meses.
OBJETIVOS
General
Realizar el diseño del mercado de granos básicos en la cabecera
municipal de San Juan Sacatepéquez, Guatemala.
Específicos
1. Diseñar un mercado de granos que reúna las condiciones sanitarias y de
funcionamiento en beneficio de la población.
2. Proporcionar a las autoridades municipales los planos respectivos del
mercado de granos para su pronta ejecución.
3. Aplicar la mayoría de los conocimientos adquiridos en la Facultad de
Ingeniería al realizar el diseño estructural.
4. Contribuir con el diseño del mercado de granos al ordenamiento de
ventas en ambos mercados.
INTRODUCCIÓN
Como personas pertenecientes a una sociedad organizada, recurrimos a
lugares definidos para adquirir productos que satisfagan nuestra necesidad de
alimentación. Derivado de esto surgen los mercados donde se obtienen
productos alimenticios que generalmente llevamos a casa para su preparación.
En San Juan Sacatepéquez, el constante crecimiento poblacional genera
en el mercado municipal un positivo movimiento económico, creando un gran
número de empleos directos e indirectos.
Debido al crecimiento acelerado del comercio actualmente el espacio se
hace insuficiente en el mercado municipal. Adicionalmente existe el problema
que no se consideró un espacio para los comercios de granos por lo que están
dispersos en todo el sector.
La Universidad de San Carlos de Guatemala a través de mi persona ve
como solución a lo anteriormente descrito, la construcción de un mercado de
granos básicos. Para efectuar el proyecto la Universidad de San Carlos brindará
apoyo técnico para el diseño del Mercado de Granos Básicos para la Cabecera
Municipal de San Juan Sacatepéquez, el cuál será entregado a las autoridades
municipales para que se encarguen de su ejecución.
1.
1.1
INVESTIGACIÓN
Monografía
1.1.1
Tipo de localidad, jurisdicción municipal y departamental
San Juan Sacatepéquez es municipio del departamento de Guatemala,
por medio del Acuerdo Gubernativo del 8 de marzo de 1923, considerando en
ese entonces su rápido crecimiento y desarrollo agrícola, comercial, social y
cultural, fue ascendida a Villa. El municipio es de 2da categoría.
En la jurisdicción de San Juan Sacatepéquez tenemos: 13 aldeas,
1caserios, 3 fincas, 4 colonias y la cabecera municipal que esta dividido en 4
zonas anteriormente barrios: El Calvario, El Cielito, San Bernardino (también
llamado San Isidro) y Santa Rosa.
1.1.2
Aspectos físicos
1.1.2.1
Localización
El municipio de San Juan Sacatepéquez está ubicado al norte del
departamento de Guatemala a 31 kilómetros de la capital, en una hondonada
llamada Pajul.
1.1.2.2
Límites y colindancias territoriales
El municipio colinda con los siguientes municipios: Al Norte con el
municipio de Granados (Baja Verapaz); Al Este con los municipios de San
Raimundo y San Pedro Sacatepéquez (Guatemala); Al Sur con el municipio de
San Pedro Sacatepéquez (Guatemala); al Oeste con los municipios de San
Martín Jilotepeque, el Tejar (Chimaltenango) y con Santo Domingo Xenacoj
(Sacatepéquez).
1.1.2.3
Población
De acuerdo con la información del Instituto Nacional de Estadística INE,
en el censo nacional realizado el 24 de noviembre al 7 de diciembre de 2002 el
número de habitantes es de 147,953 en el municipio.
1.1.2.4
Clima
San Juan Sacatepéquez es un municipio de clima frío. Debido a que el
municipio tiene también terrenos montañosos y quebrados existen algunos
lugares con clima cálido.
1.1.2.5
Producción
Dado a la variedad de suelo existente, la mayoría de las tierras son
productivas, la mayoría de pobladores se dedican al cultivo de maíz, café,
frutas, hortalizas. Existen productos no tradicionales que recientemente han
tomado gran auge para la explotación, como el ejote, suchini y otros que se
exportan a EE.UU. y Europa. En el municipio, también se cultivan flores que
han tenido muy buena aceptación en el mercado nacional como internacional.
Actualmente se observa el inicio del desarrollo de la industria en éste
municipio. Entre sus industrias principales, aunque en escala relativamente
pequeña, está la jarcia, fabricación de ladrillos y teja de barro cocido, alfarería,
tejidos típicos, elaboración de muebles de madera.
1.1.2.6
Topografía
La topografía del municipio es irregular, bastante montañosa y quebrada,
presenta pocas planicies, tiene muchas pendientes y hondonadas, cubiertas de
verde exuberante vegetación. Tiene regiones fértiles que gradualmente van
haciendo contacto con partes de terrenos secos, barrosos y hasta arenosos.
Cuenta con cerros importantes como: El cerro Candelaria; situado al
norte de la cabecera, se extiende desde el Río Raxtunyá hasta las afueras del
municipio, posee vetas de calcio. También puede mencionarse el cerro
Carnaval en Sajcavillá, el cual contiene minas de mármol, el cerro Mala Paga
en la Aldea lo de Mejía, el Cerro Colorado en la aldea Camino de San Pedro, el
Cerro Chuisec, cerro La Campana, cerro Santa Ana, en la Aldea Montúfar.
1.1.2.7
Idioma
Debido a la interculturalidad que se da en el municipio, actualmente se
habla español y cakchiquel.
1.2
Diagnóstico de la cabecera municipal
1.2.1
Accesibilidad
El acceso a la cabecera municipal de San Juan Sacatepéquez se
clasifica como eficiente, ya que cuenta con una buena carretera de
comunicación. La carretera que comunica el municipio con la ciudad capital, es
asfaltada y con una longitud de 31 kilómetros. Lamentablemente la mayoría de
las carreteras hacia las aldeas y caseríos son aún de terracería.
1.2.2
Servicios existentes
Entre los servicios existentes de infraestructura social y productiva,
educación, salud, vivienda, recreación y turismo están: Agua potable, drenajes,
servicio telefónico de línea directa y celular, Policía Nacional Civil, transporte
extraurbano, oficina de correos, escuelas preprimaria y primaria, mercado
municipal, parque central recién remodelado, carretera asfaltada desde la
ciudad capital y hacia San Raimundo, rastro municipal, parroquia de segunda
categoría, templos evangélicos, cancha de fútbol y dos de básquet ball, salón
comunal, bancos (G&T Continental, Banrural y Bancafé), Juzgado de paz, así
como una unidad operatoria del Instituto Guatemalteco de Seguridad Social,
además de un Centro de Salud Estatal.
Los lugares de atracción turística son: Villa Lourdes, La Concepción,
Vista Bella, Villa Olga, El Bulí, El Pilar, La Viña, Ocaña, La Laguneta de San
Miguel Pachalí, El Río Grande o Motagua y otros.
1.2.3
Distribución del mercado municipal
El mercado municipal ubicado en la cabecera de San Juan Sacatepéquez
posee una estructura inaugurada en 1999 por la administración (1996-2000).
Esta estructura posee 5 niveles los cuales están distribuidos de la siguiente
manera:
- El quinto nivel cuenta con carnicerías y verduras.
- El cuarto nivel cuenta con carnicerías, verduras, comedores y depósitos
de productos empacados.
- El tercero y segundo nivel tienen ventas de ropa variada, calzado,
productos de cuero, etc.
- El primer nivel cuenta con locales que dan a la calle, en él se ubican:
tiendas carnicerías, ferreterías, zapaterías.
A pesar de ser una obra de gran magnitud, desarrollada en beneficio de
toda la población, no se consideró dentro de la estructura un sector que le diera
cabida a los productos de granos básicos.
1.2.4
Población potencialmente consumidora
El municipio de San Juan Sacatepéquez, se ha convertido en un
municipio bastante poblado y la cabecera municipal es un punto de enlace para
llegar a la mayoría de lugares, generando una actividad económica bastante
dinámica, por lo que el mercado se mantiene prácticamente abarrotado de
personas todos los días de la semana. Por ello la cabecera municipal es el
centro de comercio más importante en el municipio y el número de potenciales
consumidores que llegan al municipio es grandísimo.
1.2.5
Inmigración
En éste municipio se ha presentado el fenómeno de inmigración y en los
últimos años se ha dado el crecimiento acelerado en el ámbito poblacional, por
consiguiente el de viviendas debido a la expansión del casco metropolitano de
la ciudad de Guatemala. Este fenómeno provoca el aparecimiento de múltiples
lotificaciones e invasiones, las cuales provocan serios problemas a la
municipalidad en aspectos de distribución de agua potable, energía eléctrica,
basura, recolección y disposición final de aguas servidas y desechos sólidos,
delincuencia, transporte, etc.
Este municipio se ha convertido en una Ciudad Dormitorio, la falta de
control y planificación por parte de las autoridades municipales al autorizar
nuevas lotificaciones, sin preveer todas las alteraciones que traen debido a su
crecimiento.
1.2.6
Necesidades prioritarias
Para poder determinar en este municipio las necesidades básicas que
deben solucionarse, se realizó una investigación utilizando el método de
encuesta a través de entrevista directa a personas mayores de edad. El número
de entrevistas realizadas es de 300, siendo la mitad para cada sexo. El lugar
donde se realizó la encuesta fue en la cabecera municipal.
Se tomó el total de encuestas realizadas para obtener el siguiente
resultado en orden de prioridad:
Tabla No. I Sexo masculino
No.
NECESIDADES PRIORITARIAS
PORCENTAJE
1
Asfaltar las carreteras que comunican la cabecera
municipal con las aldeas
Cobertura total de drenajes para aguas residuales
Servicio de agua potable en aldeas circundantes
Sistema de recolección de desechos sólidos
Áreas de recreación
otros
30
25
20
15
8
2
2
3
4
5
6
Tabla No. II Sexo femenino
No.
NECESIDADES PRIORITARIAS
PORCENTAJE
1
2
3
4
5
6
Un nuevo edificio para el mercado de granos básicos
Plantas de tratamiento de aguas residuales
Sistema de recolección de desechos sólidos eficiente
Ampliación del Centro de Salud
Control estricto para evitar la tala desmedida de bosques
otros
40
23
12
11
10
4
Entre las necesidades identificadas, se llegó a la conclusión y con
acuerdo de las autoridades municipales de que para la realización del proyecto
de E.P.S. se diseñará un edificio que albergue en su mayoría la venta de
granos, a un costado del mercado municipal.
1.3
Antecedentes del proyecto a ejecutar
1.3.1
Aspectos sanitarios respecto a mercados
Éste es uno de los aspectos más importantes a considerar en el buen
funcionamiento de un mercado, pues es el lugar donde la mayoría de grano
saldrá para el consumo de las personas que habitan la cabecera así como
aldeas cercanas. Y la posible contaminación de estos productos es sumamente
delicada ya que podría generar enfermedades a las personas que los
consumen.
Mientras se tomen las medidas sanitarias adecuadas para tratar los
granos así como el entorno de la estructura, se prevendrán enfermedades
provocadas por roedores (las ratas y ratones son reservorio potencial para un
número de importantes enfermedades. Las enfermedades van de simples
molestias locales, causadas por su mordedura, a la grave enfermedad, Tifus
Murino que viene a ser mortal), como también por insectos (el mosquito y
pulgas son considerados los principales vehículos de infección).
De nada servirá las acciones sanitarias tomadas dentro del mercado, sí
se adquieren productos ya contaminados y se almacenan posteriormente dentro
del lugar.
1.3.2
Descripción de un mercado de granos
Un mercado de granos no representa mayor cambio con respecto a los
tradicionales mercados que aglomeran todas las actividades económicas. Al
contrario, se hace fácil su diseño ya que en el mercado de granos no se
consideran instalaciones para mantener en buenas condiciones a carnicerías,
comedores, ventas de verduras. Los acabados en el interior de los locales no
requieren ser finos como azulejos, pisos pulidos, etc.
1.3.3
La
Situación actual
cabecera municipal de San Juan Sacatepéquez, actualmente no
cuenta con un lugar para la venta de granos que reúna las condiciones mínimas
necesarias para el intercambio comercial en una forma centralizada, que llene
los requisitos mínimos de seguridad y salubridad.
Actualmente lo que se visualiza es una estructura ya muy deteriorada,
locales hechos por los vendedores de una manera improvisada haciendo
locales muy pequeños. Lo anterior provoca que los vendedores saquen sus
productos a los pasillos, obstaculizando así el libre tránsito del consumidor
potencial. Debido a los inconvenientes que se dan en el actual mercado de
granos, los compradores prefieren no llegar al lugar. Los vendedores han
obtenido locales en otras partes del mercado no aptos para la venta, generando
un desorden en la venta de granos.
1.3.4
Problemas ocasionados por la situación actual
Los problemas ocasionados por la falta de infraestructura adecuada para
la venta de granos básicos son numerosos, entre ellos podemos mencionar:
-
Fuente potencial de enfermedades por falta de instalaciones adecuadas
para el comercio de granos.
-
Desorden y contaminación en las calles producidas por ventas
improvisadas y ambulantes de granos.
-
Perdidas económicas ocasionadas por los daños que ocasionan
roedores e insectos.
-
Poco movimiento económico debido al desinterés que despierta en los
consumidores comprar granos en éste lugar.
-
Los vendedores se ven obligados a ubicarse en otros lugares para
vender
sus
productos,
ocasionando
poca
utilidad
para
estos
comerciantes.
1.3.5
Diagnóstico
Considerando la situación actual y los problemas ocasionados, es
necesario la construcción de un edificio que reúna las condiciones necesarias
para el intercambio comercial de granos. Lo anterior se justifica considerando el
alto índice de crecimiento de éste municipio, la necesidad de comprar productos
también crece.
Siendo una de las responsabilidades principales de las autoridades
municipales velar por el bienestar de sus habitantes tanto actuales como
futuros, la construcción del mercado de granos básicos vendrá a solucionar la
problemática ocasionada por la gran demanda de estos productos así como dar
un lugar digno para éste tipo de comercio.
1.3.6
Descripción del proyecto
La construcción de este mercado auxiliar vendrá a beneficiar aun más el
comercio de la cabecera municipal de San Juan Sacatepéquez, así como sus
aldeas cercanas y en general a todo el municipio, ya que no existe en la
actualidad un lugar similar en el municipio donde se pueda desarrollar la venta y
compra de granos básicos de una manera específica.
El mercado, contará con dos niveles techados con losa y está diseñado
para un posible tercer nivel en donde se ubicara otros negocios temporales al
aire libre. Además contará con instalaciones necesarias para que el intercambio
comercial pueda llevarse a cabo de una manera ordenada e higiénica.
A pesar de que el fin primordial de la estructura es darle un mejor servicio
a los productos de granos básicos, se dará cabida a otras secciones de
productos como tiendas, cocinas, venta de ropa y zapatos, así como un espacio
especial para las personas que venden sus productos únicamente los fines de
semana en el llamado piso de plaza.
2.
2.1
2.1.1
DISEÑOS PRELIMINARES
Levantamiento topográfico
Planimetría
Para el levantamiento topográfico del terreno se utilizó el método de
radiaciones, ya que en el lugar existe una estructura que no permite ubicarse
directamente en los puntos a visar y por lo mismo es imposible utilizar el
método de poligonal cerrada.
El método de radiaciones es exacto siempre que se use en distancias
cortas. Se recomienda tener mucho cuidado al hacer las observaciones y tomar
sus lecturas debido a que no se puede chequear error de cierre y la única forma
de comprobar si el trabajo es correcto, es volver a visar el primer ángulo al final
del levantamiento para comprobar si no se ha cometido algún error. Si dicho
ángulo varía y la diferencia es mayor que la aproximación del aparato, hay que
efectuar nuevamente las lecturas y observaciones.
El equipo necesario para el levantamiento topográfico que se
realizó fue: un teodolito WILD GST20, estadal, cinta de 50 metros, nivel,
plomada y cuadrilla de topografía.
Se tomaron como base los mojones indicados en el lugar, obteniendo los
datos para hacer los planos de ubicación y localización, los cuales sirvieron de
base para el diseño estructural del “Mercado de Granos Básicos para la
Cabecera Municipal”.
2.2
Diseño arquitectónico
Para darle una imagen atractiva a la estructura, recurrimos a darle una
fachada tipo colonial. San Juan Sacatepéquez es un lugar donde se observan
aspectos arquitectónicos de la colonia, un lugar de campo. Se diseñará en cada
nivel pestañas en todo el contorno del edificio colocando tejas de barro cocido.
A ésto se agregará ventanales arqueadas de metal-vidrio, puertas con detalle
colonial y tragaluces en paredes de piedra marterinada.
En el primer nivel estará diseñado para albergar a los vendedores de
granos en locales de 3.00 x 3.00 m. El segundo nivel albergara otros tipos de
ventas como: zapaterías, textiles, etc., siendo los locales de la misma medida
que los anteriores. En el diseño no se tiene un parqueo ya que el predio es
demasiado pequeño y no hay espacio suficiente para su diseño.
2.3
Prediseño de estructura
2.3.1
Cargas vivas, cargas muertas, factores de seguridad
En todo diseño de estructura, se consideran cargas de diseño el cual
será útil en el análisis de la estructura. Las cargas de diseño que se considera
son:
- Carga viva: 600 kg/m2, carga variable no permanente en el edificio.
- Carga muerta: es el peso propio de cada elemento, varia de acuerdo al
elemento analizado.
En cuanto a los factores de seguridad, el código ACI 318-89 estipula los
factores siguientes: ocasionado por carga viva(1.7) y el que genera la carga
muerta(1.4).
Para combinaciones de carga que toman en cuenta resistencias a cargas
por viento, sísmicas, vivas y muertas, además de otros factores tenemos las
combinaciones ACI mínimas para análisis estructural:
V1= 1.4 CM + 1.7 CV
V2= 0.75 ( 1.4 CM + 1.7 CV + 1.87 CS)
V3= 0.75 ( 1.4 CM + 1.7 CV - 1.87 CS)
V4= 0.9 CM + 1.43 CS
V5= 0.9 CM – 1.43 CS
2.3.2
Losas
En este sentido se debe mencionar que existen varios métodos
recomendados por el código ACI para el diseño de losas planas. Pero en este
trabajo utilizaremos el llamado Método Tres el cual es muy sencillo de usar. A
continuación se dan los lineamientos específicos para el proyecto que se esta
desarrollando.
Losas en dos direcciones:
Una losa requiere ser reforzada en 2 direcciones cuando:
1.) La relación m = a/b > 0.5
2.) Tiene 4 apoyos o 2 perpendiculares entre sí.
Figura 1. Ubicación de a y b
b
a
Respecto al espesor de losa, el código ACI hasta la edición del 63,
recomendaba un peralte mínimo de h = p/180 > 0.09 mt, donde p = perímetro
de losa. A pesar de que han venido otras ediciones que recomiendan otras
ecuaciones, la anterior es la que aun se utiliza con mayor frecuencia.
Para el proyecto desarrollado tomaremos la losa más crítica para
determinar el espesor de éstas:
h = (4.80x2) + (5.60x2) = 11.56 cm
180
El espesor de losa que obtuvimos es de 11.56 cm, por lo que nuestro
espesor de losa para todas las áreas serán de 12 cm.
El Método Tres sirve para encontrar los momentos actuantes en los
extremos de las losas a diseñar. A continuación se da la notación que se utiliza
en las tablas que se utilizan para encontrar los momentos actuantes, los cuales
se muestran en el apéndice de este documento.
NOTACIÓN:
A = longitud del claro libre corto
B = longitud del claro libre largo
C = coeficientes para los momentos, como se dan en las tablas 7.2, 7.3 y
7.4. Los coeficientes tienen índices de identificación, como CAneg, CBneg,
CB DL, CA LL, CB LL
m = relación del claro corto al largo
W = carga uniforme por pie2. Para los momentos negativos y fuerzas
cortantes, w es la carga muerta total más la carga viva, cuando se usa la tabla
7.2. para los momentos positivos, w se va a separar en cargas muerta y viva
para usar las tablas 7.3 y7.4.
En los bordes discontinuos se usará un momento negativo igual a un
tercio (1/3) del momento positivo.
Las secciones críticas para el cálculo de momentos están localizadas
como sigue:
-
Para el momento negativo a lo largo de los bordes del tablero en las
caras de los apoyos.
-
Para el momento positivo a lo largo de las líneas centrales de los
tableros.
Para encontrar los momentos flexionantes en las franjas intermedias se
calcularán usando las tablas 7.2, 7.3 y 7.4 con: MA = CwA2
y
MB = CwB2
Los momentos flexionantes en las franjas de las columnas se reducirán
gradualmente del valor total de MA Y MB del borde de la franja intermedia a un
tercio (1/3) de estos valores en el borde del tablero. Cuando el momento
negativo en un lado de un apoyo es menor de 80% que el del otro lado, la
diferencia se distribuirá en proporción a la rigidez relativa de las losas.
La demostración de cómo se diseñan éstas losas, se da en el capítulo
siguiente(3).
2.3.3
Normas de prediseño para vigas
El código ACI contempla peraltes mínimos en vigas para una rigidez
adecuada sin grandes deflexiones. Éstos peraltes se muestran a continuación:
Tabla 1. Peraltes mínimos según el ACI
Peralte Mínimo h (cm)
Elemento
Peralte
Simplemente
apoyada
l/16
con 1 extremo
continuo
ambos extremos
continuos
voladizo
l/18.5
l/21
l/8
Otra alternativa desarrollada para predimensionar vigas rectangulares es
la que da el Instituto Mexicano del Cemento y el Concreto(IMCYC) ha publicado
en un libro titulado “Criterios para el Proyecto de Estructuras de Concreto”,
donde considerando los criterios del Código ACI y otros, hace algunas
recomendaciones que se pueden acomodar a nuestro país para efectos de
predimensionamiento. Algunos de esos criterios son los siguientes:
1.) Si se tienen tableros mayores de 3.00 x3.50 m2, es conveniente peraltar las
vigas entre l/10 y l/15 en la mayoría de los casos, se considera un peralte
estándar de 30 cm y base de 15 cm.
2.) Si se trata de estructuras aporticadas, cuyas columnas son flexibles que el
sistema de piso(rigidez menor), el peralte de vigas oscila entre l/10 y l/15 e
incluso de mayor peralte.
3.) En voladizo, el peralte de vigas para el mismo tipo de las anteriores.
d= (longitud libre del voladizo)/5
2.3.4
Predimensionamiento de vigas
Según recomendación del código ACI, el peralte debe estar entre:
1.) h1 = 6.00 = 0.33 m
2.) h2 = 6.00 = 0.29 m
21
18.5
3.) h3 = 1.20 =0.15 m
entonces mi hprom = 0.25 m
8
También debemos considerar las recomendaciones del IMCYC:
a.) h1 = 6.00 = 60 cm
b.) h2 = 6.00 = 40 cm
10
Entonces mi hprom = 0.50 m
15
De los promedios anteriores tomaremos el mayor, para garantizar que mi
peralte soporte cargas extremas. Ahora procedemos a determinar el ancho de
nuestra viga:
Peralte = 50 cm
Relación b/h = 0.50
b = 0.50h
b = 0.50x50cm = 25 cm
Área= 1,250 cm2
En la siguiente figura se muestra las dimensiones de la viga.
Figura 1. Sección de viga
Sección
de
viga
50 cm
25 cm
2.3.5
Normas de prediseño para columnas
Recomendaciones ACI
a. Columnas circulares: por lo menos 30 centímetros de diámetro
b. Columnas rectangulares: la dimensión menor debe ser 20 cm.
El área total debe ser de 600 cm2
c. Algunos consideran la menor dimensión mayor o igual a 30 cm.
d. 0.4 < b/h < 1
e. Se considera una carga y un momento, siendo el momento de
diseño mínimo el valor de la carga axial por su excentricidad.
Recomendaciones IMCYC
El instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, sugiere dos formas de
predimensionar columnas:
a. Se recomienda, para columnas cuadradas, basándose en las longitudes de
las mismas y considerando tableros mayores de 3.00 x 3.50 m, estimar las
secciones de la siguiente manera:
b = h, tiene que estar comprendido entre: b = l/10 y
b = l/15
Se debe tomar en cuenta que en este caso las columnas tienen que
poseer una rigidez mayor a la de las vigas.
b. La publicación “Criterios para el proyecto de concreto”, del IMCYC, contiene
gráficas elaboradas basándose en las ecuaciones de Wilburg, se han
desarrollado un conjunto de gráficas en las cuales se estimó la suma mínima
de los momentos de inercia en columnas de planta baja para limitar
distancia a ejes entre las vigas de dos pisos consecutivos. Dichas gráficas
predicen la rigidez de entrepiso. Estas gráficas se adjuntan en el apéndice
de este trabajo.
Consideraciones para el uso de tablas:
La estructura debe analizarse, por lo menos, en dos direcciones
perpendiculares entre sí, satisfaciendo requisitos de rigidez y resistencia ante
fuerzas laterales.
Se elige la tabla que corresponda al área construida.
Se busca Σ I/L, en la dirección analizada.
Se elige la que corresponde al concreto a usar.
Se obtiene Σ Ic´ a partir de éste se calculan las dimensiones con la siguiente
expresión:
m
I/L = Σ Iy/Ly
T
Donde:
m = número de claros del marco
Iti = momento de inercia del claro i
Lti = longitud del claro i
En cada dirección se tendrá:
(Σ I/L)x =Σ t Kx= suma de los factores (I/L) parelelos al eje X-X
(Σ I/L)y = Σ t Ky= suma de los factores (I/L) paralelos al eje Y-Y
Para lo anterior cabe mencionar que son útiles las gráficas y cálculos
para columnas menos rígidas y más rígidas que el sistema de piso, aunque en
el segundo caso los resultados son menos exactos.
2.3.6
Predimensionamiento de columnas
Para el diseño del mercado se tomó el criterio de diseñar con columnas
simétricas, para tener las mismas inercias en ambos ejes.
- Según ACI, se propone las siguientes dimensiones:
Columna de 20x20 cm = 400 cm2
- Según IMCYC
1.) h1 = 417 cm = 41.7 cm
10
hprom = 0.35 m
2.) h2 = 417 cm = 27.8 cm
Area = 1,225 cm2
15
De ambas combinaciones, debemos tomar el dato mayor. En éste caso
sería el que sugiere el IMCYC, pero debemos observar que con las
dimensiones que ésta tiene, es menos rígida que las vigas. Por ello debemos
aumentar la dimensión de la columna como se muestra en la siguiente figura:
Figura 2. Columna típica
Columna típica
Área
1,600 cm2
40 cm
40 cm
3.
3.1
CÁLCULO Y DISEÑO ESTRUCTURAL
Cálculo estructural
3.1.1
Análisis estructural
3.1.1.1
Método de aplicación
La utilización de marcos rígidos se origina debido a la necesidad que
surge en el diseño de este mercado de granos:
1.) Dar mayor espacio libre dentro de la estructura, sin usar paredes que
obstaculicen física y visualmente el interior del mercado
2.) Para optimizar el área donde se ubicará el mercado
3.) Para crear dos niveles más sobre la estructura inicial.
Para la realización del análisis estructural nos apoyaremos en los
siguientes términos:
a.) El código ACI da recomendaciones para el uso de estructuras de concreto
armado. Para combinaciones de carga que tomen en cuenta resistencias a
cargas por viento, sísmicas, vivas y muertas, además de otros factores tenemos
las combinaciones ACI mínimas para análisis estructural:
V1= 1.4 CM + 1.7 CV
V2= 0.75 ( 1.4 CM + 1.7 CV + 1.87 CS)
V3= 0.75 ( 1.4 CM + 1.7 CV - 1.87 CS)
V4= 0.9 CM + 1.43 CS
V5= 0.9 CM – 1.43 CS
b.) Todo edificio debe ser diseñado y construido para resistir un mínimo total de
fuerza sísmica lateral, que pueda ser resistida por marcos estructurales o por
muros. Para evaluar la fuerza sísmica mínima de corte en la base se
determinará por el método SEAOC el cual utiliza la fórmula:
V = ZIKCSW
Donde:
Z = factor de riesgo sísmico
I = factor que depende de la importancia del edificio
K = factor que depende del tipo de estructura
Tabla 2. Factores de riesgo sísmico Z
Z
0.25
0.50
1.00
RIESGO SÍSMICO
Daño menor, riesgo sísmico lejano
Daño moderado, con intensidades de VII en
la escala de Mercalli Modificado.
Daño mayor, con intensidades de VIII en la
escala de Mecalli Modificado.
Tabla 3. Factores I
I
1
1.25
1.4
1.5
EDIFICIO
Para viviendas unifamiliares
Para viviendas multifamiliares
Escuelas, universidades
Hospitales, estaciones de bomberos
Tabla 3. Factores K
K
0.67
0.80
1.33
2.00
TIPO DE ESTRUCTURA
Sistema de marcos
Los marcos también tienen muros de corte
Sistema tipo caja
Estructuras con grandes masas en su punta
C = factor que depende del período de vibración del edificio (t).
1
C=
≤ 0.12
15 t
t=
donde
con: t = periodo de vibración
0.09 × h
b
h = altura total de la estructura
b = base de la estructura paralela al sismo.
S = factor que depende del tipo de suelo en donde se cimienta el edificio, si no
Conoce el tipo de suelo, S = 1.5
W = peso total de las cargas muertas del edificio + 25% de la carga viva.
C x S no debe ser mayor que 0.14
c.) Determinación de cargas verticales por el método de áreas tributarias:
Éste método se refiere a la forma en que la losa puede sufrir flexión. En
éste proyecto se determinará que nuestra losa trabaja en dos sentidos por lo
tanto se obtienen 4 áreas tributarias (ver figura).
Figura 3. Áreas tributarias
B
A
45º
AT3
45º
AT1
AT2
45º
AT4
45º
Donde los anchos tributarios son:
Para el lado corto = a/3
Para el largo = A/3(3-m2 / 2)
3.1.1.2
Determinación de cargas para marcos estructurales
3.1.1.2.1
Carga horizontal (por sismo)
Primer Nivel
W vigas = Longitud total x peso del concreto x sección de viga
W vigas = (132.06+153)m x 2400 x (0.25x0.50) = 85,500 kg.
W losa = peso de concreto x espesor losa x área
W losa = 2400 kg/m3 x0.12 m x 598 m2 = 172,224 kg
W col = Altura de col x sección col x peso de concreto
W col = 6.01 m x (0.40 x 0.40 ) m x 2400 kg/m3 = 92,314 kg
W acabados = 688 m2 x 25 kg/m2 = 17,200 kg
W paredes = (475 m2 + 481 m2 ) x 110 kg/ m2 = 105,215 kg
Wpiso = 598 m2x100 kg/m2 = 59,800 kg
Wescalera = 2400 kg/m3 x (0.20 m + 0.07 m) x 16 m2 = 11,631 kg
CV = Área x 25% de carga viva
CV = (598 m2 +13 m2 ) x 600 kg/m2 x 0.25 = 91,660 kg.
W primer nivel = 638,298 kg.
Segundo Nivel
W vigas = Longitud total x peso del concreto x sección de viga
W vigas = (132.06+153)m x 2400 x (0.25x0.50) = 85,500 kg.
W losa = peso de concreto x espesor losa x área
W losa = 2400 kg/m3 x0.12 m x 598 m2 = 172,224 kg.
W col = Altura de col x sección col x peso de concreto
W col = 1.34 m x (0.40 x 0.40 ) m x 2400 kg/m3 X 40 col = 20,582 kg.
W acabados = 688 m2 x 25 kg/m2 = 17,200 kg.
W paredes = 37,176 kg.
Wpiso = 598 m2x100 kg/m2 = 59,800 kg
W escalera =2400 kg/m3 x (0.20 m + 0.07 m) x 16 m2 = 11,631 kg
CV = Área x 25% de carga viva
CV = (582 m2 + 13 m2 ) x 600 kg/m2 x .25 = 91,220 kg.
W segundo nivel = 490,707 kg.
W total = 1,129,005 kg.
CORTE BASAL SEGÚN SEAOC
V = ZIKCSW
Z=1
I = 1.5
K = 0.67
T=
0.09(7.84)
= 0.14 ≤ 0.25 Æ
24.11
ft = 0
1
= 0.17
15 0.14
CS = 0.17(1.50) = 0.25 > 0.14
C=
Æ
como CS no debe ser mayor que 0.14, tomaremos 0.14
V = 1 x 1.5 x 0.67 x 0.14 x 1,129,005 = 158,851 kg.
Tabla 4. Peso por nivel
NIVEL
PESO (kg)
ALTURA (m)
WXH
1
638,298
4.42
2,821,277
2
490,707
7.59
3,724,466
TOTAL =
F 1x =
F 2x =
(158 ,851 − 0 ) × 2 ,821 , 277
6 ,545 , 743
(158 ,851 − 0 ) × 3, 274 , 466
6 ,545 , 743
6,545,743 kg-m
= 68 , 467 Kg
= 90 ,385 Kg
Figura 4. Fuerza cortante por nivel
90.39 ton.
68.47 ton.
Debido a que nuestra estructura es asimétrica (ver planos), debemos
hacer un análisis por torsión determinando lo siguiente: como primer paso
debemos determinar en que punto de la estructura esta el centro de masa CM.
Con la ayuda de computadora (Autocad ) es fácil determinarlo. Para el proyecto
el CM se localiza en las coordenadas siguientes: X = 16.20 mt.
Y = 5.47 mt.
Determinando rigideces (K)
Como el fin de este trabajo es demostrar el proceso de diseño, solo se
indica el proceso, ya que considero que el lector está relacionado con estos
términos. Además en la tabla 5 se muestra los resultados para cada marco.
Para el segundo nivel:
K=
= 0.837
1
Donde:
= 15100 281
Ph3 + 1.2Ph
E
3EI
G = 0.4E
AG
P = 10,000 kg
K mi = k x N.de col. por eje
I = 1/12(40)4
K m1 = 0.837x7 = 5.859
h = 2.67 mt
K m2 = 0.837x5 = 4.185
Tabla 5 Rigideces por marco
MARCO
Km
L
KL
1
2
3
4
5
6
4.19
4.19
5.86
5.86
5.86
5.86
31.82
-7.95
-4.24
0.20
5.40
10.60
16.45
-33.31
-17.77
1.17
31.64
62.12
96.40
140.25
∑=
∑=
CRY2 = 140.25/31.82 = 4.40761 mt.
Básicamente de la misma manera procedemos a encontrar la rigidez en
X, para el cual se obtuvo CRX2 =15.6776 mt.
Con los datos obtenidos del centro de masa y el centro de rigidez,
procedemos a encontrar la excentricidad provocada por la asimetría de la
estructura. Dicho dato será de utilidad para determinar las fuerzas respectivas
para cada marco debido al efecto que provoca los aspectos antes
mencionados.
ex = 16.2001 – 15.6976
ey = 5.4766 – 4.4076
ex = 0.5025 m
ey = 1.0690 m
Con estos datos procedemos a determinar las fuerzas proporcionales en
cada marco debido a las rigideces. En la tabla 6 y 7 se muestra el resultado:
Tabla 6 Distribución de fuerzas horizontales Y-Y (segundo nivel)
KM
A
3.35
-15.48
-51.85
802.63
-54.59 9,276.65
-827.84
8,448.81
B
3.35
-11.22
-37.60
421.99
-75.29 9,276.65
-600.26
8,676.39
C
3.35
- 7.02
-23.53
165.25
-120.31 9,276.65
-375.63
8,901.01
C´
2.51
- 4.46
-11.20
50.01
-252.67 6,950.56
-178.86
6,771.70
D
5.02
- 1.17
- 5.89
6.91
-480.52 13,901.1
-94.05
13,807.1
E
5.02
2.83
14.19
40.11
199.50 13,901.1
226.53
14,127.7
F
5.02
8.83
44.31
391.09
63.89 13,901.1
707.39
14,608.5
G
5.02
13.78
69.16
952.76
40.93 13,901.1
1,105.10
15,005.2
32.64
DI
KM*DI KM*DI2
Marco
2,830.7
EI
F1
F2
90385.00 - 38.62
Fm
90346.38
Tabla 7. Distribución de fuerzas horizontales X-X (2do. Nivel)
KM*DI KM*DI2
Marco
KM
DI
EI
F1
1
5.86
12.04
70.59
2
5.86
6.19
3
5.86
0.99
4
5.86
- 4.21
-24.66 103.74
5
4.19
- 8.65
6
4.19
-12.36
850.27
30.29
16,645.4
3,190.1
19,835.5
36.29
224.71
58.92
16,645.4
1,639.9
18,285.3
5.82
5.77
367.63
16,645.4
262.82
16,908.2
- 86.71 16,645.4
-1,114.3
15,531.1
-36.24 313.43
- 59.00 11,901.7
-1,637.77 10,264.0
-51.79 640.03
- 41.28 11,901.7
-2,340.4
31.82
3.1.1.2.2
2137.9
F2
90385.00 0.42
Fm
9,561.4
90385.42
Cargas verticales
Para efectos demostrativos, a continuación se presenta la integración de
cargas verticales para el marco No. 5.
⎛
(3.52) ⎞ ⎞⎟ × 3.52
⎛
Al = 1 ⎜⎜ 5.6 + ⎜ 5.61 − 2
⎟
2⎝
2 ⎠ ⎟⎠
2
⎝
AL = 6.776 m2
Ac =
3.52 × 1.76
2
Ac = 3.10 m2
CM =
3.10 × 523
+ 300
3.52
CM = 760.60 kg/m
CV = 3.10 m2 x 600 kg/m
CV = 528.41 kg/m
A continuación se presenta los resultados finales para el marco No. 5
VIGA A-B
CM1 = 760.24 +791.62 = 1,552 kg/m
CV1 = 528 +564 = 1,092 kg/m
VIGA B-C
CM2= 816.46 + 816.46 = 1,633 kg/m
CV2= 592.50 + 592.50 = 1,185 kg/m
VIGA C-D
CM3= 1,031.36 + 1,022.34 = 2,054 kg/m
CV3 = 839.03 + 828.68 = 1,668 kg/m
VIGA D-E
CM4 = 790.31 + 790.31 = 1,581 kg/m
CV4 = 562.50 + 562.50 = 1,125 kg/m
VIGA E-F
CM5 = 1,044.16 + 1,037.26 = 2 081 kg/m
CV5 = 853.72 + 845.80 = 1,700 kg/m
VIGA F-G
CM6 = 914.53 + 914.53 = 1,829 kg/m
CV6 = 705 + 705 = 1,410 kg/m
En la siguiente figura se muestra la distribución de cargas para el marco
5. Por falta de espacio solo se indica el tipo de carga aplicada a nuestro marco.
Figura 5. Cargas distribuidas (Marco 5.)
A
CM1
CV1
B
CM2
CV2
C
CM3
CV3
D
CM4
CV4
E
CM5
CV5
F
CM6
CV6
G
11.90 ton.
CM1
CM2
CM3
CM4
CM5
CM6
CV1
CV2
CV3
CV4
CV5
CV6
.
.
9.00 ton.
Marco No.5
3.1.1.3
Programas para el análisis estructural
Para el análisis de marcos estructurales se pueden utilizar métodos
exactos como lo son: Croos, Kani, Rígideces y otros.
Para el proyecto desarrollado en la práctica de EPS se utiliza un método
exacto diferente a los mencionados para el diseño de los elementos
estructurales de los marcos de edificios.
Para este proyecto se ha recurrido a un programa de computadora
llamado SAP 2000, el cuál se basa en un método matricial que permite realizar
cambios en cargas, secciones de elementos, características mecánicas de los
materiales, etc. Este programa como otros de computadora permite la
optimización de los elementos a diseñar, pues el análisis se hace en un tiempo
relativamente corto.
3.1.1.4
Procesamiento de datos
Como el objetivo principal de este documento, es dar una demostración
general de cómo se realiza el diseño; a continuación se muestra como se
desarrolló el análisis estructural. Para tal uso se tomará el marco No. 5 (ver
planos), con las cargas que se muestran en la figura 6 y 7.
Figura 6. Modelo matemático
A
CM1
CV1
B
CM2
CV2
C
CM3
CV3
D
CM4
CV4
E
CM5
CV5
F
CM6
CV6
G
11.90 ton.
CM1
CM2
CM3
CM4
CM5
CM6
CV1
CV2
CV3
CV4
CV5
CV6
.
.
9.00 ton.
Marco No.5
Tabla 8. Cargas distribuidas (Marco 5.)
VIGA
CM ( kg/m )
CV ( kg/m )
A-B
B-C
C-D
D-E
E-F
F-G
1,552
1,633
2,054
1,581
2,081
1,829
1,092
1,185
1,668
1,125
1,700
1,410
Figura 7. Numeración de elementos
16
8
18
20
9
15
1
10
17
22
11
19
2
3
24
12
21
4
26
13
23
5
14
25
6
.
7
Marco No.5
Para el análisis de éste marco utilizaremos las ecuaciones mínimas que
recomienda el Código ACI para marcos estructurales, en el cual considera
cargas horizontales y verticales:
V1= 1.4 CM + 1.7 CV
V2= 0.75 ( 1.4 CM + 1.7 CV + 1.87 CS)
V3= 0.75 ( 1.4 CM + 1.7 CV - 1.87 CS)
V4= 0.9 CM + 1.43 CS
V5= 0.9 CM – 1.43 CS
A continuación se presenta los resultados finales del análisis para el
elemento No.23
Tabla 9. Tabla de momentos máximos
Combinación
Moment Izq
Moment Med
Moment Der
M Inv. Izq
M inv. Der
V1
V2
V3
V4
V5
-7.12
-5.62
-17.81
----------11.2
11.15
9.03
7.7
5.31
4.75
-16.61
-20.64
-4.28
-13.64
-----------
------------------------------1.24
----------
-----------------------------------------3.05
Tabla 10. Tabla de cortes máximos
EXTREMO COMB.1
DERECHO
INQUIERDO
3.2
COMB.2
19.03
18.68
COMB.3
11.23
15.64
COMB.4
16.25
17.25
COMB.5
13.23
12.35
9.36
10.36
Diseño estructural
3.2.1
Diseño de losa
Datos generales:
e = 12 cm
CV = 600 kg/m2
f´c = 281 kg/cm2
CM = 523 kg/m2
fy = 4200 kg/cm2
CVu = 1.7 x 600 = 1,020 kg/m
3
Wc = 2400 kg/m
Cmu = 1.4 x 523 = 732 kg/m
Figura 8. Planta ejes 5-6
3.30
3.85
5.55
3.70
5.70
4.70
6
1
2
3
4
5
6
5.41 m
5
y
X
Para efectos demostrativos, se diseñará la losa No. 3 (ver planos) para el
eje X. En la figura siguiente se muestra las dimensiones de nuestra losa de
diseño:
Figura 9. Losa 3
5.55 m
m = a/b
m = 5.41/5.55
m = 0.95 > 0.50
5.41 m
La losa trabaja en 2 sentidos.
Caso 8
y
X
De las tablas 7.2, 7.3 y 7.4 tenemos:
Ma (-) = 0.081 x 1,752 x (5.41)2 = 1,945 kg-m
Mb (-) = 0.011 x1,752 x(5.51)2 = 585 kg-m
Ma (+) = 0.022 x 732 x (5.41)2 + 0.031 x 1,020 x (5.41)2 = 1,396 kg-m
Mb (+) = 0.021 x 732 x (5.55)2 + 0.027 x 1,020 x (5.55)2 = 1,322 kg-m
Del la misma manera se obtienen los momentos para las demás losas.
En la gráfica que a continuación se presenta contiene el resultado de los
momentos en las losas del eje X.
Figura 10. Momento en X-X
.
2066
.
1466
Y
X
2103
3022
564
1114
1322
457
2960
1247
2516
1109
315
Balanceo de momentos en juntas de losas
Ver losa 3 – 4
0.40
0.60
K3 = 1/5.55 = 0.18
3,022
564
K4 = 1/3.70 = 0.27
- 983
1,475
% de rigidez 3 = 0.18 / 0.18+0.27 = 0.40
2,039 2,039
% de rigidez 4 = 0.60
Variación de momentos = 3,022 – 564 = 2,458 kg-m
Figura 11. Momentos balanceados
2085
2645
2039
2026
.
.
1466
1114
1322
457
2760
1247
2274
1109
Y
X
Acero para losa No.3
t = 12 cm
hierro = 3/8”
d = 12 – 2.5 = 9.50 cm
Cálculo de Asmin = 0.4 x 14.1 x 100 x 9.5
2810
Asmin = 1.91 cm2
Separación de hierro:
1.91 cm2 ___________ 100 cm
X = 37 cm
0.71 cm2 ___________ X
Usar No. 3 @ 0.36 mt,
Acero mínimo para una separación de 36 cm = 1.97 cm2
Smax = 3x12 = 36 cm
Cálculo de momento que resiste el Asmin:
Mu = 0.90
1.97 x 2810 x ( 9.5 – 1.97 x 2810 )
1.7x210x100
Mu = 46,557.70 kg-cm
Mu = 466 kg-m
Ahora calculamos el As para los momentos que sobrepasen el valor de
466 kg-m. En la siguiente tabla y gráfica se muestran los resultados:
Tabla 11. Acero requerido
MOMENTO (kg-m)
-489
1466
-2085
1114
-2645
1322
-2039
457
-2026
1247
-2760
1109
-2274
As 3/8 (cm )
2.07
6.20
8.81
4.71
11.18
5.59
8.62
1.97
8.56
5.27
11.67
4.69
9.61
DISTANCIA (mt)
0.34
0.11
0.08
0.15
0.06
0.13
0.08
0.36
0.08
0.13
0.06
0.15
0.07
para no complicar el armado de losa se tomará el siguiente:
Figura 12. Distribución de refuerzo para el eje X-X:
.
[email protected]
YI [email protected]
X
N.3 @0.10
[email protected]
[email protected]
N.3 @0.10
N.3 @0.10
[email protected]
N.3@ 0.10
N.3 @0.10
3.2.2
Diseño de vigas (vigas No.23, Marco No. 5 )
A continuación en las tablas 12 y 13 se muestran los valores de
momentos y cortes obtenidos en el análisis para la viga 23 del marco 5. Los
signos que acompañan los resultados, solo indican si el momento actúa
abajo(+) o si actúa arriba (-) del elemento analizado.
Tabla 12. Momentos máximos a rostro de columnas (ton-m)
Punto
Comb.1
Comb.2
Comb.3
Comb.4
Comb.5
Izquierdo
-15.62
-5.62
-17.81
+1.24
-11.20
Medio
+11.15
+9.03
+7.70
+5.31
+4.75
Derecho
-16.61
-20.64
-4.28
-13.64
+3.05
Tabla 13. Cortes máximos a rostro de columnas (ton)
Punto
Comb.1
Comb.2
Comb.3
Comb.4
Comb.5
Izquierdo
18.68
15.12
11.87
8.98
5.06
Derecho
19.03
13.30
8.02
15.36
10.28
Relación ancho / peralte = 25/45 = 0.55 > 0.30, está correcto de acuerdo
con lo requerido por el ACI. Procedemos al diseño de viga:
b = 25 cm
f´c = 281 kg/cm2
d = 45 cm
h = 50 cm
fy = 4200 kg/cm2
M = ver tabla
Con los momentos obtenidos en la tabla 12. obtenemos el acero:
M(-)izq = -17.81 ton-m......................... As = 11.51 cm2
M(+)izq = 1.24 ton-m (inverso)............ As = 0.73 cm2
M(+)med = 11.15 ton-m....................... As = 6.93 cm2
M(-)der = -20.64 ton-m........................ As = 13.57 cm2
M(+)der = 3.05 ton-m (inverso)............ As = 1.82 cm2
Cálculo de acero corrido
a.) Cama superior:
As min = 3.78 cm2
1/3 As(-) = 13.57/3 = 4.52 cm2
Se toma el dato mayor; entonces proponemos 2 varillas No.6 = 5.70 cm2
b.) Cama inferior:
As min = 3.78 cm2
1/3 As(-) = 13.57/3 = 4.52 cm2
½ A(+) = 6.93/2 = 3.47 cm2
Se toma el valor mayor de los tres. Usar 2No.6 = 5.70 cm2 y con los datos
obtenidos podemos colocar nuestro acero corrido. Ver figura 13
Figura 13. Armado de viga
Extremo izquierdo
Extremo derecho
2 No.6
2 No.6
De todo lo anterior se tiene que:
a.) Bastones necesarios en:
Extremo izquierdo = 11.51 cm2 – 5.70 cm2 = 5.81 cm2
Usar 2 No.7 (7.76 cm2)
Extremo derecho = 13.57 – 5.70 = 7.77 cm2
Usar 2 No.7 (7.76 cm2)
b.) Riel necesario en cama inferior:
As = 6.93 – 5.70 = 1.23 cm2
Usar 1 No.4 (1.27 cm2)
c.) Para los momentos de inversión ubicados en los extremos de la viga, el
acero de las varillas corridas es suficientes para soportarlos.
Cálculo de la longitud de los bastones
Para encontrar la longitud necesaria de los bastones se puede hacer
utilizando las ecuaciones de momentos. Pero teniendo SAP 2000, la
localización de estos momentos es muy fácil. A continuación se muestra en la
viga que hemos trabajado las longitudes necesarias.
Figura 14. Longitud de desarrollo de viga
L1
Ldh
L1 = 0.67 m
L2 = 0.76 m
Cálculo de Ldh:
- 30 cm
- Ldh = 12 x 2.22 = 26.64 cm
- d = 45 cm
Ldh
L2
Cálculo de L total:
LR1 = 0.67 + 0.45 = 1.12 m
LR2 = 0.76 + 0.45 = 1.21 m
Cálculo de longitud de riel:
Lr = 0.76 m
Ldh :por extremo
- 30 cm
- Ldh = 12 x 2.22 = 26.64 cm
- d = 45 cm
La longitud total del riel deber ser = 0.76m + 2(0.45) = 1.66 m.
Cálculo de corte: para estribos
Corte actuante mayor en la viga a rostro de columnas:
Va = 19,030 kg
Cálculo del corte resistente del concreto
Vc = 0.85 x 0.53 x
281 x 25 x 45
Vc = 8,496 kg.
Como Va > Vc, se debe reforzar a corte.
Se utilizará hierro No.3 (0.71 cm2) para estribos
Espaciamiento:
Smax = 0.71 x 4200 x 45 __ = 0.096 m
(19200/0.85)-8496
Smax = 10 cm
3.2.3
Diseño de columnas
Como ilustración se presenta el diseño de una de las columnas del primer
nivel, utilizando la carga axial máxima y momentos máximos en X y Y obtenido
del análisis estructural.
Paxial = 100 ton
Col = 40 x 40 cm
Mx = 13.5 ton-m
Viga = 25 x 50 cm
My = 18.0 ton-m
Altura = 4.17 m
a.) Magnificadores:
ΨA = 1/12(40x403)/267 + 1/12(40x403)/417
. = 1.36
1/12(25)x503/600 + 1/12(25)x503/495
ΨB = 0
Ψprom = 1.365 + 0 =0.685
2
K = 20 – 0.69
1+0.69
= 1.255
20
Relación de esbeltez
E = 1.255X4.17 = 43.61 > 22
se debe magnificar
0.3X0.4
βd = 0.60
EI = 15,100 281 x 1/12x40x403/2.5 = 13.50 x 109
1+0.60
Pcr = π2x13.50 x 109 = 486.49 ton
(1.255x4.17)2
δ = 1/1 – (100/0.7x486) = 1.197
δ = 1.197
Diseño
Paxial = 100 ton
Mux = 16.2 ton-m
Muy = 21.6 ton-m
Rec = 3 cm
1.) As min = 0.01 x 40cm x 40cm = 16 cm2
2.) Se propone armado 8 N0.6 = 17.1 cm2
3.) Ex = Mdx/Paxial
ex = 16.2/100 = 0.162
Ex = Mdy/Paxial
ey = 21.6/100 = 0.216
4.) ex/hx = 0.162/0.4 = 0.405
ey/hy = 0.216/0.4 = 0.540
5.) ρμ = 22.80 x 4200 = 0.251
1600x0.85x281
6.) De los diagramas “Column Inteaction Diagram, Rectangular Section”.
Usando los datos del inciso 4, 5 y utilizando la gráfica 0.8 obtenemos:
Kx = 0.45
y
Ky = 0.34
7.) Cálculo de Po, Px´, Py´:
Po = 0.70 (0.85X281X1600) + (22.80X4200) = 334.54 ton.
Px´= 0.45x281x1600 = 202.32 ton,
Py´= 0.34x281x1600 = 152.86 ton,
8.) Determinación de Pú:
1/Pú = 1/202.32 + 1/152.86 – 1/334.54 = 117.71 ton.
Pú = 117.71 ton > Pu Ok
Diseño por confinamiento
1.) Lo = a.
4.17/6 = 70 cm
b. 18” = 45 cm
c. Lado mayor = 40 cm
Se toma el mayor de los valores, en éste caso 70 cm.
2.) Espaciamiento en Lo:
3 cm < s < 10 cm
ρ = 0.45(1660/1156 – 1)0.85x281/4200 = 9.829 x 10-3
s = 2 x 0.71/32.1 x 9.829 x 10-3 = 4.50 cm
4.) Espaciamiento en S´:
-
16 x 1.91cm = 30.56 cm
-
48 x 0.95 = 45.60 cm
-
Lado menor = 40 cm
3.2.4
Se toma el valor menor (30 cm).
Diseño de zapatas
3.2.4.1
Zapatas concéntricas
Del análisis de marcos se obtienen los valores de los momentos que son
necesarios para el diseño de zapatas.
P = 100 ton.
Peso del suelo = 1.33 ton / m3
Mx = 17.95 ton-m
Peso de concreto = 2.40 ton / m3
My = 18.70 ton-m
Desplante = 1.30 m
Vs = 16 ton / m2
Altura = 4.17 m
F.C.U. = 1.60
S = 1/6 bh2
Sección col = 40x40 cm
f´c = 210 kg/cm2
a.) Cálculo del área
Carga de trabajo: P´= P/FCU = 100/1.60 =62.50 ton.
Momento de trabajo en X: Mtx = Mx/FCU = 17.95/1.60 = 11.22 ton-m
Momento de trabajo en y: Mty = My/FCU = 18.70/1.60 = 11.68 ton-m
Área de zapata: Az = 1.2 x 62.50/16 = 4.17 m2
Del resultado anterior se tendrá un área aproximada de 2.10 m x2.10 m,
pero de varios tanteos se llegó a determinar que el área necesaria es de 2.90 m
x 2.90 m = 8.41 m2. Por conveniencia en la construcción, utilizaremos una
zapata de 3.00 m x 3.00 m = 9 m2
Ps = 1.33 ton/m3 x 1.30 m x 3.002 = 15.56 ton.
Pcol = 0.4 m x 0.4 m x 3.97 m x 2.4 ton/m3 = 1.52 ton.
Pcim = 2.4 ton/m3 x 0.4 m x 8.41 m2 = 8.07 ton.
P´ = 62.50 ton.
Pz = P´+ Ps + Pcim + Pcol
Pz = 87.67 ton.
q = 87.67 ± 11.22 ± 11.68
9.00
4.50
4.50
q max = 14.83 ton/m2 < Vs. entonces Ok.
q min = 4.65 ton/m2 > 0 entonces Ok.
b.) Chequeo por corte (ver figura 15)
q dis = 14.83 x 1.60 = 23.82 ton/m2
Figura 15. Corte de zapata
1.70
0.33 0.97
3.00 m
Vact = 0.97 m x 3 m x 23.82 m
Vact = 69.25 ton
Vres = 0.85 x 0.53
281 x 33 x 300
Vres = 74.76 ton. > Vact, entonces Ok!
El espesor asumido t = 40 cm chequea para corte simple.
c.) Chequeo por corte punzonante
Figura 16. Corte punzonante
0.40+d
3.00 m
0.40+d
Después de 2 tanteos se llegó a determinar que el espesor necesario
para soportar el corte punzonante en la zapata es de 50 cm.
0.40+d = 0.40+0.43 = 0.83 m
Vact = (3m x 3m – 0.83m x 0.83m) x 23.82 ton/m2
Vact = 197.97 ton
Vres = 0.85 x 1.07
281 x 332 x 43
Vres = 217.65 > Vact entonces Ok!
d.) Diseño de refuerzo por flexión:
M = 23.82 ton/m x (1.3 m)2 = 20.13 ton – m
Teniendo :
M = 20,130 kg-m
B = 100 cm
D = 43 cm
Fy = 4200 kg/cm2
F´c = 281 kg/cm2. A continuación se muestra el armado de zapata
Figura 17. Armado de zapata
Ambos sentido
Se obtiene:
1 No.6 @ 0.22 m
As requerido = 12.72 cm2
As mínimo =
5.78 cm2
0.5 m
2
As máximo = 61.46 cm
3 mt.
3.2.4.2
Zapata excéntrica
En el mercado que se diseña, tenemos que en dos lados de la estructura
existen lotes y en los dos lados restantes tenemos las calles donde existe
tubería que no permite que nuestra zapata sea concéntrica.
Ahora bien, si empleamos una zapata sencilla excéntrica tenemos que
resultaría una distribución de presiones desuniforme, presentándose la
posibilidad de que la zapata se
incline y consecuentemente se flexione la
columna. En estos casos la mejor solución corresponde al uso de zapatas
ligadas.
a.) Diseño de viga de trabe o conectora:
P = 50 ton.
Peso del suelo = 1.33 ton / m3
Mx = 18.69 ton-m
Peso de concreto = 2.40 ton / m3
My = 17.95 ton-m
Desplante = 1.30 m
Vs = 16 ton / m2
f´c = 210 kg/cm2
F.C.U. = 1.60
fy =4200 kg/cm2
Sección col = 40x40 cm
Con los datos:
My = 17.95 ton – m
b = 25 cm
d = 45 cm
F´c = 281 kg/cm2
Fy = 4200 kg/cm2 con estos datos se diseña la viga como se muestra en la
figura 18.
Figura 18. Armado de viga conectora
25 cm
Obtenemos :
As requerido 11.6 cm2
As mínimo = 3.78 cm2
As máximo = 16.08 cm2
50 cm
Armado longitudinal:
Colocar 3 No.7 en cada cama.
b.) Diseño de zapata excéntrica:
Anteriormente se diseñó una viga conectora, con la cual eliminamos el
efecto del momento en Y. De tal manera que con ello resolvemos nuestro
problema de el área requerida. A continuación se presenta el procedimiento que
se utilizó para ésta zapata.
P = 50 ton.
Peso del suelo = 1.33 ton / m3
Mx = 18.69 ton-m
Peso de concreto = 2.40 ton / m3
My = 0.00 ton-m
Desplante = 1.30 m
Vs = 16 ton / m2
f´c = 210 kg/cm2
F.C.U. = 1.60
fy =4200 kg/cm2
Sección col = 40 x 40 cm
1.) Cálculo de área:
Carga de trabajo: P´= P/FCU = 50/1.60 = 31.25 ton.
Momento de trabajo en X: Mtx = Mx/FCU = 18.70/1.60 = 11.68 ton-m
Momento de trabajo en y: Mty = My/FCU = 00.00/1.60 = 00.00 ton-m
Área de zapata: Az = 1.2 x 31.25/16 = 2.34 m2
Del resultado anterior se tendrá de un área aproximada de 1.55 m x 1.55
m, pero de varios tanteos se llegó a determinar que el área necesaria es de
2.50 m x 2.50 m = 4.84 m2.
Ps = 1.33 ton/m3 x 1.30 m x 2.52 = 8.37 ton.
Pcol = 0.4 m x 0.4 m x 3.97 m x 2.4 ton/m3 = 1.52 ton.
Pcim = 2.4 ton/m3 x 0.33 m x 4.84 m2 = 3.84 ton.
P´ = 31.25 ton.
Pz = P´+ Ps + Pcim + Pcol
Pz = 44.98 ton.
q = 44.98 ± 11.68 ± 00.00
4.84
1.77
1.77
q max = 15.89 ton/m2 < Vs. entonces Ok.
q min = 2.68 ton/m2 > 0 entonce Ok.
2.)Chequeo por corte: ver figura 19
q dis = 15.8 x 1.60 = 22.05 ton/m2
Figura 19. Corte en zapata excéntrica
0.4
2.50 m
0.33
1.47
Después de varios tanteos se determinó que el espesor necesario para
resistir el corte es de 50 cm.
Vact = 1.477 m x 2.5 m x 22.05 m
Vact = 71.30 ton
Vres = 0.85 x 0.53
281 x 43 x 250
Vres = 71.45 ton. > Vact, entonces Ok!
3.) Chequeo por corte punzonante: ver siguiente figura.
Figura 20. Punzonante en zapata excéntrica
0.40+d/2
2.50 m
0.40+d
Después de 2 tanteos se llegó a determinar que el espesor necesario
para soportar el corte punzonante en la zapata es de 50 cm.
0.40+d = 0.40+0.43 = 0.83 m
Vact = (2.5m x 2.5m – 0.83m x 0.83m) x 22.05 ton/m2
Vact = 84.35 ton
Vres = 0.85 x 1.07
281 x 43 x 2.9
Vres = 190.11 > Vact entonces Ok!
4.) Diseño de refuerzo por flexión:
Teniendo :
M = 18.690 kg-m
fy = 4200 kg/cm2
b = 100 cm
f´c = 281 kg/cm2
d = 43 cm
Con estos datos se diseña la zapata como se indica:
Figura 21. Armado de zapata excéntrica
Ambos sentidos
Se obtiene:
1 No.6 @ 0.20 m
As requerido = 11.78 cm
As mínimo =
2
5.78 cm2
0.5 m
As máximo = 61.46 cm2
2.20 mt.
3.2.5
Diseño de escalera en voladizo
3.2.5.1
Método de Sauter
Muchas veces nos encontramos con el problema que por aspectos
arquitectónicos o por requerimiento de la estructura las escaleras existentes no
se pueden diseñar como una losa. Se requiere que ésta escalera sea como
normalmente escalera en voladizo. Para éste caso es imposible diseñar una
escalera con el método tradicional de momentos de flexión. Para ello existe el
método de Sauter que permite el diseño de una manera no tan complicada.
El método se basa en la simplificación de Fuchsteiner de la estructura de
la escalera en una armadura espacial compuesta de barras lineales. Las
deformaciones son calculadas por integración con la aplicación del principio de
trabajo mínimo, y las redundancias son determinadas resolviendo las
ecuaciones elásticas. La selección de un sistema estáticamente determinado
apropiado permite un alcance directo y elimina cálculos tediosos de momentos
desconocidos mediante la superposición de diferentes condiciones de apoyo.
Introduciendo dos simplificaciones menores, el método además es
desarrollado para incluir fórmulas de trabajo para las redundancias mediante
gráficas, se permiten lecturas directas de coeficientes para el cálculo de los
momentos desconocidos como función de las propiedades geométricas de la
escalera para diferentes condiciones de carga.
4.
4.1
DISEÑO DE INSTALACIONES
Diseño de instalaciones hidráulicas, eléctricas y especiales
Para el diseño de las instalaciones hidráulicas, eléctricas y especiales, se
tomaron en cuenta especificaciones para edificios públicos, como lo es en este
caso el mercado de granos para el municipio de San Juan Sacatepéquez.
Instalaciones hidráulicas
Agua potable:
El suministro de agua necesario, se calculó con base a un gasto de 15
lts/día/ m2 de áreas útil, más 1,500 lts/día/ cocina.
Para mantener la presión uniforme se diseñó la red de agua potable con
circuito cerrado. Los comedores, tendrán instalaciones adecuadas para el buen
funcionamiento de las mismas, así también se dotará de un área para lavado
con pilas, para los locales que no cuenten con este servicio.
Antes de poner en funcionamiento el sistema, la tubería será
desinfectada, llenándola de una solución basado en hipoclorito de calcio, por 12
horas, y luego haciendo circular el agua hasta que la solución sea expulsada.
Pero a esto se le hará una prueba de presión en todo el circuito a 125 psi, por
un periodo de 12 horas.
Drenaje sanitario
Se diseñó con el método de “Hunter”, tomando como base el tipo y
número de artefactos a los cuales corresponde un determinado número de
unidades “Hunter”, que al sumarlas dan un total, el cual se compara en una
tabla, determinando así el diámetro de la tubería. Así también se toma en
cuenta que no se deben conectar más de dos inodoros en diámetro de 3” en
tubería horizontal. Se dejaron reposaderas de limpieza en las áreas de los
sanitarios públicos con caja de sifón, las cuales deben mantener el sello de
agua para evitar los malos olores.
Drenaje pluvial
Se calculó con base a una intensidad de lluvia de 150 mm/hr y el área
techada, para determinar el número de bajadas necesarias y el diámetro de las
mismas, tanto para drenaje horizontal como vertical.
Instalaciones eléctricas
Los circuitos eléctricos no deben pasar de once unidades de 100 watts
cada una para no sobrecargar los mismos. El conductor mínimo debe ser de
calibre 12. Todos los toma corrientes irán a 0.30 mts. Sobre el nivel de piso,
exceptuando los ubicados en las cocinas, donde estarán a 1.20 mts, al igual
que los interruptores. El entubado subterráneo irá con pvc recubierto de una
mezcla pobre. Los circuitos, tanto de iluminación como de fuerza deberán estar
debidamente identificados en el tablero principal, indicando las áreas cubiertas.
5.
5.1
Presupuesto
Costo del proyecto
Para determinar el costo del proyecto, se deben seguir algunos
procedimientos generales como por ejemplo; cuantificación, determinación del
porcentaje de mano de obra indirecta, porcentaje de mano de obra directa. Los
porcentajes mencionados anteriormente se aplicaron directamente sobre el
precio unitario de cada renglón de trabajo. La bonificación por producción que
es de Q 8.55 se otorgó de acuerdo al tiempo de labor en la construcción.
Los materiales a utilizar en la
construcción de la estructura son
adquiridos en el municipio sin ningún problema, al igual que la mano de obra
necesaria para el trabajo a realizar. A continuación se muestran los renglones
de trabajo, cantidades en precios unitarios y costos totales del proyecto.
INTEGRACION DE COSTOS
RENGLÓN
MATERIAL
Zapatas
Cemento
Arena de río
Piedrin
Acero Nº6
Alambre
Mano de obra
TOTAL
Columnas
Cemento
Arena de río
Piedrin
Acero Nº3
UNIDAD UNIDAD
CANTIDAD MEDIDA PRECIO
PRECIO
TOTAL
1,028
70
76
133
61
Saco
m3
m3
qq
Lbs.
36,00
92,50
147,50
165,00
2,60
37,008,00
6,475,00
11,210,00
21,945,00
158,60
20,893,82
97,690,42
368
25
28
52
Saco
m3
m3
qq
36,00
92,50
147,50
193,00
13,248,00
2,312,50
4,130,00
10,036,00
Acero Nº5
Acero Nº6
Alambre
Mano de obra
TOTAL
Cimiento combinado
Cemento
Arena de río
Piedrin
Acero Nº6
Alambre
Mano de obra
TOTAL
35
77
117
qq
qq
Lbs.
183,00
165,00
2,60
6,405,00
12,705,00
304,20
33,715,13
82,855,83
165
12
13
40
36
Saco
m3
m3
qq
Lbs.
36,00
92,50
147,50
165,00
2,60
5,940,00
1,110,00
1,917,50
6,600,00
93,60
6,283,86
21,944,96
Escaleras
Cemento
Arena de río
Piedrin
Acero Nº3
Acero Nº5
Acero Nº6
Acero Nº7
Alambre
Mano de obra
TOTAL
110
8
9
7
10
46
10
214
Saco
m3
m3
qq
qq
qq
qq
lbs
36,00
92,50
147,50
193,00
183,00
165,00
270,00
2,60
3,960,00
740,00
1,327,50
1,351,00
1,830,00
7,590,00
2,700,00
556,40
14,250,00
34,304,90
Losa
Cemento
Arena de río
Piedrin
Acero Nº3
Alambre
Mano de obra
TOTAL
1,144
78
86
271
2380
Saco
m3
m3
qq
Lbs.
36,00
92,50
147,50
193,00
2,60
41,184,00
7,215,00
12,685,00
52,303,00
6,188,00
154,250,57
273,825,57
Paredes
Block de 15
Block de 10
Cemento
Cal hidrata.
Arena de río
Mano de obra
10,237
266
210
53
25
Unidad
Unidad
Saco
Saco
m3
2,85
3,10
36,00
36,00
92,50
29,175,45
824,60
7,560,00
1,908,00
2,312,50
30,825,80
TOTAL
72,606,35
Vigas
Cemento
Arena de río
Piedrin
Acero Nº3
Acero Nº4
Acero Nº5
Acero Nº6
Acero Nº7
Alambre
Mano de obra
TOTAL
702
48
53
72
2
93
36
24
200
Saco
m3
m3
qq
qq
qq
qq
qq
Lbs.
36,00
92,50
147,50
193,00
168,00
183,00
165,00
270,00
2,60
25,272,00
4,440,00
7,817,50
13,896,00
336,00
17,019,00
5,940,00
6,480,00
520,00
81,720,00
163,440,50
Vigas de
amarre
Cemento
Arena de río
Piedrin
Acero Nº3
Acero Nº7
Alambre
Mano de obra
TOTAL
88
6
7
5
37
10
Saco
m3
m3
qq
qq
Lbs.
36,00
92,50
147,50
193,00
270,00
2,60
3,168,00
555,00
1,032,50
965,00
9,990,00
26,00
14,750,00
30,486,50
Madera
Tabla 1"8"7'
Paral 3"3"12'
Andamio
TOTAL
3,60
3,60
3,60
10,483,20
6,552,00
1,440,00
18,475,20
Repello
solo exterior
Cemento
Cal
Arena Amarilla
Mano de obra
TOTAL
70
92
20
Saco
qq
m3
36,00
72,00
95,00
2,520,00
6,624,00
1,900,00
8,404,07
19,448,07
Cernido
solo exterior
Cal
Arena blanca
Mano de obra
TOTAL
63
10
Sacos
m3
36,00
78,50
2,268,00
785,00
8,106,56
11,159,56
Cemento
65
Sacos
36,00
2,340,00
Paredes
Columna
2,912 pie-tablar
1,820 pie-tablar
400 pie-tablar
Arena de río
Piedrin
Acero Nº3
Acero Nº2
Alambre
Mano de obra
Total
6
7
20
4
28
m3
m3
qq
qq
Lbs.
92,50
147,50
193,00
150,00
2,60
555,00
1,032,50
3,860,00
600,00
72,80
6,460,52
14,920,82
Columna
B'
Cemento
Arena de río
Piedrin
Acero Nº3
Acero Nº2
Alambre
Mano de obra
Total
35
3
3
12
3
14
Sacos
m3
m3
qq
qq
Lbs.
36,00
92,50
147,50
193,00
150,00
2,60
1,260,00
277,50
442,50
2,316,00
450,00
36,40
2,210,00
6,506,40
Soleras
Cemento
Arena de río
Piedrin
Acero Nº3
Acero Nº2
Alambre
Mano de obra
Total
116
7
7
40
10
54
Sacos
m3
m3
qq
qq
lbs.
36,00
92,50
147,50
193,00
150,00
2,60
4,176,00
647,50
1,032,50
7,720,00
1,500,00
140,40
14,125,32
29,341,72
Cimiento
corrido
Cemento
Arena de río
Piedrin
Acero Nº3
Acero Nº2
Alambre
Mano de obra
Total
132
9
9
7
2
25
Sacos
m3
m3
qq
qq
Lbs.
36,00
92,50
147,50
193,00
150,00
2,60
4,752,00
832,50
1,327,50
1,351,00
300,00
65,00
6,628,00
15,256,00
Material
eléctrico
Alambre.#10
Alambre.#12
Alambre.#14
Tomacorriente
Interruptores
2
2
2
24
10
Rollo
Rollo
Rollo
Unidad
Unidad
225,00
160,00
125,00
15,00
15,00
450,00
320,00
250,00
360,00
150,00
A'
Poliducto
Cinta de aislar
Tablero central
Contador220V
Flipones
Focos de 110V
Plafoneras
Mano de obra
Total
6
10
1
1
6
60
60
Rollo
Rollo
Unidad
Unidad
Unidad
Unidad
Unidad
65,00
16,00
175,00
450,00
300,00
8,00
10,00
390,00
160,00
175,00
450,00
1,800,00
480,00
600,00
5585,00
11,170,00
463
m3
67,69
31,340,47
341
m3
32,49
11,079,09
Lavamanos
Sanitarios
Mano de obra
TOTAL
12
11
Unidad
Unidad
300,00
400,00
3,600,00
4,400,00
1,250,00
9,250,00
Llave de paso
Contador
Llave compuerta
Cheque de 1/2"
Tubo pvc de 3/4"
Tubo pvc de 1/2"
Tee de 90° 1/2"
Codos de 90° 1/2"
Teflón
Tubo pvc de 2"
Tubo pvc de 4"
Tee sanitaria 4"
Tee sanitaria 2"
Codos de 90° 2"
Codos de 90 4"
Caja sanitaria
Pegamento pvc
Mano de obra
TOTAL
2
1
1
1
9
4
30
36
10
4
6
16
8
16
8
2
1
Unidad
Unidad
Unidad
Unidad
Unidad
Unidad
Unidad
Unidad
Unidad
Unidad
Unidad
Unidad
Unidad
Unidad
Unidad
Unidad
Unidad
66,99
350,00
64,08
110,96
24,55
21,36
3,27
1,25
3,00
175,69
196,77
35,00
8,00
5,00
25,00
250,00
240,00
133,98
350,00
64,08
110,96
220,95
85,44
98,10
45,00
30,00
702,76
1,180,62
560,00
64,00
80,00
200,00
500,00
240,00
4,181,91
8,847,80
Excavación
cimientos
Relleno
Cimientos
Artefactos
Drenaje
y agua
potable
Piso
Piso de granito
Mano de obra
TOTAL
1,000
Puertas
Ventanas
Compra hechas
Compra hechas
TOTAL
m2
8 Unidades
6 Unidades
75,00
75,000,00
30,000,00
105,000,00
400,00
350,00
3,200,00
2,100,00
5,300,00
RESUMEN POR RENGLONES
RENGLÓN
Bonificación total
Proyecto
SUMA TOTAL(Q)
PRECIO
TOTAL (Q)
97,690,42
82,855,83
21,944,96
34,304,90
273,825,57
72,606,35
163,440,50
30,486,50
19,448,07
11,159,56
14,920,82
6,506,40
29,341,72
15,256,00
31,340,47
11,079,09
105,000,00
9,250,00
11,170,00
5,300,00
8,847,80
1,074,250,16
48000,00
1,122,250,16
Cambio Q8.02 x 1 $
SUMA TOTAL ($)
139,931,44
Zapatas
Columnas
Cimiento combin.
Escaleras
Losa
Paredes
Vigas
Vigas de amarre
Repello
Cernido
Columna A'
Columna B'
Soleras
Cimiento corrido
Excavación
Relleno
Piso
Artefactos
Material eléctrico
Puertas y ventanas
Drenajes y pluvial
CANTIDAD
68 m3
267 ml
20 m3
48 m2
1108 m2
850 m2
652 ml
82 ml
450 m2
450 m2
152 ml
100 ml
780 ml
145 ml
463 m3
341 m3
1000 m2
24 unidades
1 global
14 unidades
150 ml
PRECIO POR
UNIDAD (Q)
1,436,62
310,32
1,097,25
714,69
247,13
85,42
250,68
371,78
43,22
24,80
98,16
65,06
37,62
105,21
67,69
32,49
105,00
385,42
11,170,00
378,57
58,99
TOTAL
CONCLUSIONES
1.
La construcción del Mercado de Granos para la cabecera municipal de San
Juan Sacatepéquez, beneficiará a la población de la región tanto a
comerciantes como a consumidores, que encontrarán en un lugar
específico y ordenado el producto que satisfaga sus necesidades.
2.
Los criterios de diseño utilizados, toman en cuenta la organización intramercado, circulación, así como aspectos sanitarios propios de un edificio
como éste, por lo que el consumidor obtendrá productos de mejor calidad
sanitaria, evitando la propagación de enfermedades.
3.
Este mercado de granos será parte importante en el desarrollo económico
del municipio, por lo que los agricultores y pequeños comerciantes, tendrán
una mejor oportunidad de ofrecer sus productos en un lugar adecuado.
4.
La realización del Ejercicio Profesional Supervisado (E.P.S.) es de mucha
importancia. Da el apoyo técnico necesario a la población que lo necesita y
constituye una práctica importante al estudiante como profesional.
RECOMENDACIONES
1. Efectuar al menor plazo posible, la construcción del Mercado de granos para
la cabecera municipal de San Juan Sacatepequez y así proveer de un mejor
servicio a la población.
2. Garantizar el cumplimiento del diseño y las especificaciones, para que el
edificio y sus instalaciones sean construidos adecuadamente cumpliendo
con las expectativas de calidad y tiempo de servicio.
3. Que la administración del Mercado de granos, sea personal capacitado para
dar cumplimiento a todos los objetivos del mismo, brindando instalaciones
seguras, limpias y siendo parte importante de recolección de fondos
municipales para su mantenimiento y otras necesidades propias del edificio.
4. Un buen control y manejo adecuado del basurero, para que no sea foco de
proliferación de organismos patógenos para el hombre.
5. Efectuar lo más pronto posible el diseño de un parqueo en área cercana,
que permita dar ordenamiento en las calles próximas al mercado para evitar
los molestos congestionamientos.
BIBLIOGRAFÍA
1.
Comité ACI 318. Reglamento de las Construcciones de Concreto
Reforzado. (ACI 318-89). México: Instituto Mexicano del Cemento
y del Concreto, 1991.
2.
Instituto Mexicano del Cemento y el Concreto IMCYC. Criterios para el
Proyecto de Estructuras de Concreto Reforzado. Mexico: s.e.
1995.
3.
Merrit, Frederick S.. Manual del Ingeniero Civil. 2da. ed. U.S.A.:
McGraw-Hill, 1998.
4.
Sic Garcia, Ángel Roberto. Guía Teórica y Práctica
del Curso
de
Concreto Armado 2. Tesis Ing. Civil Guatemala, Universidad de
San Carlos de Guatemala, Facultad de Ingeniería, 1988. 325 pp.
5.
Uribe, Gabriel E. Diseño de Estructuras Sismoresistentes. México:
Editorial Limusa, 1985.
ANEXOS