Tesis final - Español

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DISEÑO DE UNA CUBIERTA EN GUADUA PARA LA CANCHA MÚLTIPLE DE LA VEREDA EL SESTEADERO UBICADO EN EL MUNICIPIO DE TORIBIO,

CAUCA

Por:

David Arturo Durán Fonseca

Salvador José Figueroa Caraballo

Nathalie Ortiz Osorio

& Diana Marcela Pardo Bravo

Trabajo Presentado Para Obtener El Título De

Ingeniero Civil. Pontificia Universidad Javeriana, Santiago de Cali.

Directora:

Lorena Ortiz Méndez Marzo 2016

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Dedicatoria

El siguiente proyecto es dedicado a nuestros padres por siempre acompañarnos durante nuestro proceso educativo. Como también agradecer

a Dios por iluminar nuestro camino y nos ha brindado la fortaleza para seguir adelante.

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Agradecimientos

Quisiéramos agradecer a nuestros padres por creer en nosotros en cada etapa, como también a Dios por sus bendiciones. Además agradecemos a Erlo

Travi, Mayra Galvis y Arturo Durán González por su colaboración. Por ultimo queremos agradecer a nuestra directora Lorena Ortiz y los profesores

que nos brindaron su conocimiento para hacer posible este proyecto.

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Abstract

In the following project the architectural, structural, geotechnical and hydraulic design are conceived for the construction of a roof made in Guadua for a recreational center, which will serve as a place for reunions and sports in the vereda El Sesteadero in Toribio, Cauca. The proposal compares two structures, one made of Guadua and the other of steel, to compare the two designs to demonstrate the advantages that were obtained with each design. For Guadua it was done considering that construction done in Guadua a material used in the majority of buildings in the Municipality of Toribio as well as being a material with low impact on the environment. This was done by analyzing both designs with information drawn from SAP 2000 and guidelines described in title G of the NSR-10 for Guadua. The proposal also includes the design of foundations and containment structures in this case the design of gabion in order to increase safety and stability to the sector and the structure. . Design solutions were presented in a detailed and clear way through AutoCAD drawings and worksheets, as well as the quantification of materials to determine design costs.

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Resumen

El presente trabajo de grado se ejecuta el diseño arquitectónico, estructural, geotécnico e hidráulico adecuado para la construcción de una cubierta en guadua para una cancha múltiple, que servirá de salón comunitario y deportivo en la vereda El Sesteadero en Toribio, Cauca.

En la propuesta se realizó comparación de dos estructuras, de los cuales uno es de guadua y el otro de acero, para esto se demuestran las ventajas que se obtuvieron en cada diseño. Como el de Guadua se considera el hecho que es un material utilizado en el municipio de Toribio además es un material amigable con el medio ambiente. Simultáneamente se efectuaron los respectivos chequeos estructurales de guadua y acero con los resultados obtenidos por el software SAP, y así se definieron las conexiones del diseño en guadua para toda la estructura. El proyecto contemplo también el diseño de cimentaciones y un muro de contención en gavión para incrementar la seguridad y la estabilidad del talud.

Se presentó de forma detallada y clara las soluciones de diseño mediante planos y memorias de cálculo, asimismo la cuantificación de materiales y análisis de precios unitarios para determinar costos de diseño.

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CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 1

1.1 Objetivos .................................................................................................................. 2

1.2 Metodología ............................................................................................................. 2

2 LOCALIZACIÓN E IMPACTO .................................................................................... 4

2.1 Localización del proyecto ........................................................................................ 4

2.2 Impacto social .......................................................................................................... 5

2.3 Comunidad ............................................................................................................... 6

3 CASOS DE ESTUDIO ................................................................................................... 7

3.1 Luis Horacio ............................................................................................................ 7

3.2 Colegio de las aguas ................................................................................................ 8

3.2.1 La Vieja ............................................................................................................ 8

3.2.2 La Mariposa .................................................................................................... 10

3.3 Museo de Fotografía .............................................................................................. 12

4 ESTUDIO DE SUELOS ............................................................................................... 14

5 MEJORAMIENTO DEL SUELO ................................................................................ 16

6 MÉTODOS DE DISEÑO ............................................................................................. 17

6.1 Conexiones de Guadua .......................................................................................... 17

6.2 Conexiones de elementos metálicos ...................................................................... 24

6.3 Fundaciones ........................................................................................................... 25

6.4 Estructura de contención: Muros en Gaviones ...................................................... 30

6.4.1 Resistencia al corte de los suelos .................................................................... 30

6.4.2 Análisis de estabilidad de la estructura ........................................................... 31

6.4.3 Diseño del muro de contención ...................................................................... 31

6.4.4 Deslizamiento ................................................................................................. 33

6.4.5 Volcamiento ................................................................................................... 35

6.4.6 Verificación de la sección intermedia: ........................................................... 36

6.4.7 Capacidad portante ......................................................................................... 39

6.4.8 Método Mononobe –Okabe ............................................................................ 40

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6.5 CANAL RECTANGULAR ................................................................................... 43

7 ASPECTO ARQUITECTÓNICO ................................................................................ 45

7.1 Dimensiones ........................................................................................................... 45

7.2 Forma geométrica .................................................................................................. 47

8 DISTRIBUCIÓN DEL ESPACIO ............................................................................... 47

8.1 Gradería.................................................................................................................. 47

9 GUADUA ANGUSTIFOLIA AS A STRUCTURAL MATERIAL ............................ 50

9.1 Propiedades ............................................................................................................ 50

10 ACERO COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN ............................................... 57

11 CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL DE LA CUBIERTA EN GUADUA ......... 61

11.1 Material .............................................................................................................. 61

11.2 Sistemas de fijación ............................................................................................ 62

11.3 Forma geométrica ............................................................................................... 63

12 CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL DE LA CUBIERTA EN ACERO ............. 64

12.1 Material .............................................................................................................. 64

12.2 Forma geométrica ............................................................................................... 65

13 ANÁLISIS ESTRUCTURAL ...................................................................................... 66

13.1 Requerimientos .................................................................................................. 66

13.2 Combinaciones de carga .................................................................................... 67

13.3 Esfuerzos y módulos de elasticidad permisibles ................................................ 68

13.4 Coeficientes de Modificación ............................................................................ 68

13.5 Diseño de elementos sometidos a flexión .......................................................... 70

13.6 Diseño de elementos solicitados por fuerza axial .............................................. 73

13.7 Diseño de elementos por flexión y carga axial .................................................. 74

14 AVALÚO DE CARGAS .............................................................................................. 75

14.1 Carga de viento .................................................................................................. 76

14.2 Respuesta Sísmica .............................................................................................. 79

15 Análisis de precios unitarios ......................................................................................... 82

16 CONCLUSIÓN ............................................................................................................ 87

17 BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................... 88

ANEXOS .............................................................................................................................. 93

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Anexo 1. ESTUDIOS DE SUELO ................................................................................... 93

Anexo 1. Estructura en Acero E-01 ................................................................................ 103



Anexo 4. Estructura en Guadua E-01 ............................................................................. 103

Anexo 5. Diseño de muro en Gavión E-01 ..................................................................... 103

GLOSARIO ........................................................................................................................ 103

ABREVIACIONES ............................................................................................................ 104

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Lista de Tablas

Tabla 1 Número mínimo de sondeos y profundidad por cada unidad de construcción Categoría de la unidad de construcción ................................................................................ 14 Tabla 2 Corte paralelo a las fibras ........................................................................................ 21 Tabla 3 Corte perpendicular a las fibras ............................................................................... 21 Tabla 4 Tensión perpendicular a las fibras ........................................................................... 21 Tabla 5 Cargas admisibles para uniones empernadas con doble cizallamiento ................... 24 Tabla 6 Datos de entrada para cubierta en acero .................................................................. 28 Tabla 7 Datos de entrada para cubierta en Guadua ............................................................. 29 Tabla 8 Diseño de cimentaciones para cubierta en acero ..................................................... 29 Tabla 9 Diseño de cimentaciones cubierta en Guadua ......................................................... 30 Tabla 10 Parámetros del ángulo de fricción entre el muro y el suelo, inclinación con la vertical del muro, ángulo formado por el plano de empuje horizontal y peso del gavión ... 33 Tabla 11 Peso específico, cohesión y ángulo de fricción interna del material ..................... 33 Tabla 12 Coeficiente de empuje activo ................................................................................ 33 Tabla 13 Componente vertical, horizontal y total del empuje activo. .................................. 34 Tabla 14 Predimensionamiento de la estructura ................................................................... 34 Tabla 15 Estabilidad al deslizamiento, Resistencia y factor de seguridad ........................... 35 Tabla 16 Verificación del Factor de Seguridad .................................................................... 35 Tabla 17 Datos de d, s y xg para la estabilidad del muro ..................................................... 36 Tabla 18 Factor de seguridad al volcamiento ....................................................................... 36 Tabla 19 Sección, área, peso unitario, brazo, momento y w para verificar la sección intermedia. ............................................................................................................................ 38 Tabla 20 Parámetros para el cálculo del factor de seguridad para la sección intermedia .... 38 Tabla 21 Verificación de la sección intermedia ................................................................... 39 Tabla 22 Factor de seguridad de la sección intermedia ........................................................ 39 Tabla 23 Factores de carga de la NSR-10 TITULO H ......................................................... 39 Tabla 24 Q MAX, Q ULTIMO y factor obtenidos por las ecuaciones anteriores ............... 40 Tabla 25 Factores de seguridad de la norma y diseño obtenidos para capacidad portante .. 40 Tabla 26 Método Mononobe –Okabe. Componente estático Pa, componente dinámico ∆ , momento volcante sísmico. ....................................................................................... 42 Tabla 27 Puntos donde actúan el componente estático, dinámico y activo total sobre la base del muro de contención (gavión). ......................................................................................... 43 Tabla 28 Área, intensidad y caudal ...................................................................................... 44 Tabla 29 Dimensiones de la sección..................................................................................... 45 Tabla 30 Comparación de las propiedades mecánicas ......................................................... 60 Tabla 31 Comparaciones del material de cubierta................................................................ 66 Tabla 32 Coeficientes de modificación por duración de carga load ..................................... 68

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Tabla 33 Coeficientes de modificación por contenido de humedad ..................................... 69 Tabla 34 Coeficientes de modificación por temperatura ...................................................... 69 Tabla 35 Coeficiente de modificación por estabilidad lateral en vigas para diferentes relaciones d/b ........................................................................................................................ 70 Tabla 36 Coeficiente de modificación debido al esfuerzo cortante...................................... 70 Tabla 37 Formulas para el cálculo de deflexiones ............................................................... 71 Tabla 38 Condiciones de soporte (k) .................................................................................... 73 Tabla 39 Resumen de cargas ................................................................................................ 78 Tabla 40 Datos para espectro sísmico .................................................................................. 80 Tabla 41 Puntos del espectro sísmico ................................................................................... 81 Tabla 42 Análisis de precios unitarios de la cubierta en Guadua ......................................... 82 Tabla 43 Análisis de precios unitarios de la cubierta en Acero ............................................ 84 Tabla 44 Comparación de APU de Guadua y Acero ............................................................ 87 Tabla 45Contenido de humedad para el suelo H, W% ......................................................... 93 Tabla 46 Contenido de humedad para el suelo S, W% ........................................................ 94 Tabla 47 Primer rango – Suelo S .......................................................................................... 94 Tabla 48 Segundo Rango – Suelo S ..................................................................................... 94 Tabla 49 Tercer Rango – Suelo S ......................................................................................... 94 Tabla 50 Primer rango - Suelo H .......................................................................................... 95 Tabla 51 Segundo rango - Suelo H ....................................................................................... 95 Tabla 52 Tercer rango - Suelo H .......................................................................................... 96 Tabla 53 Regresión lineal ..................................................................................................... 96 Tabla 54 % Pasante – Suelo S .............................................................................................. 97 Tabla 55 % Pasante – Suelo H ............................................................................................. 97 Tabla 56 Porcentaje que pasa - Suelo S ................................................................................ 98 Tabla 57 Porcentaje de finos ................................................................................................ 99 Tabla 58 Ceniza y materia orgánica ..................................................................................... 99 Tabla 59 Peso específico – Suelo H ................................................................................... 102 Tabla 60 Peso específico – Suelo S .................................................................................... 102 Tabla 61 Gravedad especifica - Suelo H ............................................................................ 102 Tabla 62 Gravedad especifica - Suelo S ............................................................................. 103

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Lista de Figuras

Figura 1 Localización de Toribio en el país ........................................................................... 5 Figura 2 Diseño inicial de la cubierta ..................................................................................... 7 Figura 3 Diseño final de la cubierta....................................................................................... 8 Figura 4 La Vieja .................................................................................................................... 9 Figura 5 Fachadas La Vieja .................................................................................................. 10 Figura 6 Forma de la cubierta ............................................................................................... 11 Figura 7 Corte del edificio La Mariposa .............................................................................. 11 Figura 8 Maqueta (Escala 1:25) ........................................................................................... 12 Figura 9 Fachada estructural ................................................................................................ 13 Figura 10 Ubicación de los puntos de excavación ............................................................... 15 Figura 11 Propuesta de mejoramiento de suelo .................................................................... 16 Figura 12 Detalle de la varilla utilizada para el SVM .......................................................... 17 Figura 13 Conexión SVM a 45° ........................................................................................... 18 Figura 14 Conexión SVM a 60° ........................................................................................... 18 Figura 15 Conexión SVM a 90° ........................................................................................... 18 Figura 16 Conexión SC a 45° ............................................................................................... 19 Figura 17 Conexión SC a 60° .............................................................................................. 19 Figura 18 Conexión SC a 90° .............................................................................................. 19 Figura 19 Conexión DG a 45° .............................................................................................. 20 Figura 20 Conexión DG a 60° .............................................................................................. 20 Figura 21 Conexión DG a 90° .............................................................................................. 20 Figura 22 Abrazadera metálica ............................................................................................. 22 Figura 23 Carga P ................................................................................................................. 22 Figura 24 Carga Q ................................................................................................................ 23 Figura 25 Carga T ................................................................................................................. 23 Figura 26 Falla por capacidad de carga en un suelo bajo una cimentación rígida continua (corrida) ................................................................................................................................ 25 Figura 27 Modificación de las ecuaciones de capacidad de carga por nivel de aguas freáticas ................................................................................................................................ 27 Figura 28 Falla del muro de contención por: (a) volcamiento; (b) deslizamiento; (c) capacidad portante; (d) falla de la sección intermedia ......................................................... 31 Figura 29 Dimensiones del muro de contencion .................................................................. 32 Figura 30 Dimensiones del predimensionamiento del gavión ............................................. 38 Figura 31(a) Fuerzas actuando en la cuña activa en el análisis de Mononobe-Okabe. (b) Polígono de fuerzas ilustrando el equilibrio de fuerzas actuando sobre la cuña .................. 41 Figura 32 Datos del Método Mononobe-Okabe: .................................................................. 42 Figura 33 Ejemplo del canal - El Paraíso ............................................................................. 44

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Figura 34 Dimensiones de la losa de concreto ..................................................................... 46 Figura 35 Diseño de la columna ........................................................................................... 47 Figura 36 Localización de la gradería .................................................................................. 48 Figura 37 Fachada de gradería.............................................................................................. 49 Figura 38 Corte transversal de la loseta de la gradería ......................................................... 49 Figura 39 Vista desde planta de la ubicación de los aceros.................................................. 49 Figura 40 Detalle de la cimentación ..................................................................................... 50 Figura 41 Partes de la Angustifolia Kunth ........................................................................... 50 Figura 42 Características de las distintas formas de la Guadua Angustifolia Kunth ........... 51 Figura 43 Esfuerzos Admisibles y Módulos de elasticidad .................................................. 52 Figura 44 Deflexiones Admisibles ....................................................................................... 52 Figura 45 Detalle del nudo ................................................................................................... 53 Figura 46 Unión pernada ...................................................................................................... 54 Figura 47 La unión pernada con varilla dispuesta en forma de espiral ................................ 54 Figura 48 Unión pernada con abrazadera o zuncho ............................................................. 55 Figura 49 Unión pernada con pletinas paralelas ................................................................... 55 Figura 50 La unión con barra embebida axial ...................................................................... 56 Figura 51 Tipos de entalladura ............................................................................................. 56 Figura 52 Teja española ........................................................................................................ 61 Figura 53 Centro recreacional Cocomá en Antioquia .......................................................... 62 Figura 54 Estación de policía de Circasia en Antioquia ....................................................... 62 Figura 55 Sistema de fijación ............................................................................................... 63 Figura 56 Sistema de fijación para caballetes ...................................................................... 63 Figura 57 Localización de los alambres galvanizados ......................................................... 63 Figura 58 Vista desde planta de la cubierta en Guadua ........................................................ 64 Figura 59 Ejemplo de teja termo acústica ............................................................................ 64 Figura 60 Dimensiones de la teja termo acústica ................................................................. 65 Figura 61 Vista desde planta de la cubierta en Acero .......................................................... 65 Figura 62 Cargas de viento en la cubierta ............................................................................ 78

Lista de Graficas

Grafica 1 Espectro sísmico de diseño ................................................................................... 80 Grafica 2 Curva de flujo - Suelo S ....................................................................................... 95 Grafica 3 Curva de Flujo - Suelo H ...................................................................................... 96 Grafica 4 Material pasante - Suelo S .................................................................................... 97 Grafica 5 Material pasante - Suelo H ................................................................................... 98 Grafica 6 Cargas para la ecuación de Terzaghi – Suelo H ................................................. 100 Grafica 7 Cargas para la ecuación de Terzaghi – Suelo S ................................................. 101 Grafica 8 Curva de consolidación - Suelo H ...................................................................... 101

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Grafica 9 Curva de consolidación – Suelo S ...................................................................... 102

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1. INTRODUCCIÓN

El municipio de Toribio, Cauca tiene como intención continuar avanzando en la solución satisfactoria de las necesidades de la comunidad, mediante la coordinación de proyectos y programas que permitan mejores condiciones de vida a todos sus habitantes, ajustándose a unas características socioculturales, ambientales y topográficas que logren un desarrollo equitativo a través de una fuerte organización comunitaria. Uno de los proyectos para este desarrollo es el diseño de una cubierta en guadua para una cancha multifuncional en la vereda El Sesteadero, que permita la interacción cultural y social de la comunidad, además de integrar un diseño en guadua que es un material autóctona de esta región y ha sido usada ancestralmente por diversas comunidades de todo el país.

Guadua es uno de las 500 especies de Bambuseae que existen, el cual crece en todos los continentes excepto Europa. Donde el 90% están en Asia y América. En Colombia hay varias especies tales como la Guadua Angustifolia y Guadua Latifolia. Siendo la Guadua Angustifolia la más utilizada (Guadua Colombia, n.d.). Desde la era precolombina la Guadua se utilizado como material para construir; sin embargo el uso de materiales más comerciales como el concreto y el acero ha hecho que el uso de la Guadua sea limitado y restringido. La Guadua es un material higroscópico susceptible a cambios en sus dimensiones y la Resistencia se puede alterar dependiendo de su contenido húmedo al pasar el tiempo (Escuela para la vida, 2016).

La construcción con guadua es una opción novedosa que brinda grandes beneficios para la obra y el entorno, además de favorecer con la conservación del medio ambiente. Entre los beneficios que brinda su uso se encuentran el menor desperdicio de material por lo que una obra con guadua puede llegar a ser un 40% más económica que la construcción tradicional, posee un menor tiempo de ejecución, tiene propiedades fisicomecánicas comparables a las del acero, con específica resistencia a esfuerzos de flexión, aspecto distinguido en zonas sísmicas como Colombia. Además mediante el diseño estructural y arquitectónico en guadua se promueve la recuperación y revalorización de un material propio de la arquitectura tradicional y con una huella ecológica muy baja en su uso (Escuela para la vida, 2016).

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Para el diseño de la cubierta se realiza el estudio topográfico de la cancha el cual consiste en la obtención de la representación plana de la superficie y sus detalles. Para ello se ejecutará un levantamiento topográfico, seguido del replanteo correspondiente. Igualmente se estudiarán los casos ya realizados de construcciones en guadua; consecutivamente se elaborará el diseño y análisis estructural de la cubierta, teniendo en cuenta las propiedades mecánicas de la guadua y acero, y las cargas involucradas para presentar de forma detallada y clara las soluciones de diseño mediante planos y memorias de cálculo, para así alcanzar un diseño estructural adecuado y calificado que cumpla con los requisitos según la norma sismo resistente Colombiana así como también el presupuesto total de cada estructura.

1.1 Objetivos A continuación se presentan los objetivos para realizar la investigación propuesta.

Objetivo general:

Elaborar el diseño arquitectónico, estructural, geotécnico e hidráulico adecuado para la construcción de una cubierta para una cancha múltiple, que servirá de salón comunitario y deportivo en la vereda El Sesteadero en Toribio, Cauca.

Objetivos específicos:

Desarrollar el diseño estructural y la modelación de la estructura de la cubierta, considerando las propiedades mecánicas de la guadua y acero, y las cargas involucradas.

Realizar la modelación de la estructural de la cubierta, considerando la guadua y acero, utilizando software de análisis

Diseñar las cimentaciones de acuerdo a las características del suelo.

Platear un sistema de aguas lluvias para la estructura con el fin de su aprovechamiento y/o evacuación.

Presentar y comunicar de forma detallada y clara las soluciones de diseño mediante planos y memorias de cálculo.

Hacer cuantificación de materiales y análisis de precios unitarios para determinar costos de diseño.

1.2 Metodología

La metodología del proyecto se encuentra fundada en la recopilación, producción y análisis de resultados para la realización eficiente del diseño arquitectónico, estructural y de cimentaciones de la cubierta en guadua, asimismo el diseño en acero de la misma; para la cancha multifuncional ubicada en la vereda el sesteadero en el municipio de Toribio en el departamento del Cauca.

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Para ejecutar lo anterior, se encuentran tres etapas de desarrollo del documento, con lo cual se quiere efectuar una correcta ejecución y evaluación del diseño de la cubierta.

ETAPA DOCUMENTACIÓN Y LOCALIZACIÓN

Para el desarrollo de este proyecto inicialmente se efectuó un recorrido en campo en donde se realizaría el diseño en guadua para la cancha, se observó el lugar, se tomaron las medidas de ancho y largo de la cancha, consecuentemente se tomaron muestras de suelo y asimismo se realizó en campo la práctica para obtener el perfil topográfico, además de consultar con la comunidad el respectivo material para el diseño de la cubierta, con lo cual se optó por la guadua, sin embargo se decidió realizar dos diseños uno en guadua y otro en acero.

También con las muestras de suelo obtenidas se realizaron los correspondientes ensayos realizados en el laboratorio de la Pontificia Universidad Javeriana Cali, ensayos de laboratorio de gravedad específica, humedad, limite, corte, compresión y granulometría con el objetivo de determinar las características del suelo en el que se realizara la estructura.

Conjuntamente el profesor Jairo Ángel Escobar facilito los datos pluviográficos de la zona, para así diseñar los canales en donde desembocaran las aguas lluvias que caerán desde la cubierta.

Se seleccionó información pertinente sobre construcciones en guadua e igualmente se obtuvo asesoría del arquitecto Andrés Bäppler quien tiene una larga experiencia con guadua y tiene construcciones como lo son el caso del colegio de las aguas en donde se encuentran estructuras en guadua como lo son la vieja, la mariposa, que representan en sus diseños características similares a las del diseño de la cubierta para la vereda el sesteadero.

Aparte se recopilo información como el caso del museo de fotografía ubicado en el municipio de Toribio, cerca de la cancha multifuncional la cual se le realizara el diseño, conjuntamente se tuvo asesorías respectivas para los diseño en cimentaciones y estructurales con guadua, manejando el software SAP.

Asimismo se estudió y analizo la NSR-10 título G con el fin de conocer e interpretar lo referente a diseño en guadua, y así realizar con el software SAP el diseño estructural en guadua y otro en acero.

ETAPA DE VALORACIÓN

Se determinaron mediante los resultados arrojados por el software SAP los respectivos chequeos de la estructura metálica como para guadua, y se analizó que cada uno cumpliera con lo requerido.

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Conjuntamente se optó por la opción de cambiar el diseño arquitectónico inicial del proyecto debido a que no cumplía; además mediante la asesoría de la profesora María Fernanda García Aladin, se logró realizar el nuevo diseño para los dos tipos de material de la estructura. De esta manera se revisaron los nuevos chequeos y se concluyó que se cumplía con lo especificado.

Además mediante el programa HEC-RAS se realizó el debido análisis y se obtuvieron los caudales de diseño para el canal español.

ETAPA DE DISEÑO

Finalmente se realizó el diseño de cimentaciones y de gavión respectivos para la estabilidad de la zona y se analizó el cumplimiento con los factores de seguridad requeridos.

Asimismo se realizaron los planos arquitectónicos definitivos con sus respectivos detalles para cada tipo de cubierta y estructurales, conjuntamente con los planos de diseño de cimentaciones para cada estructura y el plano de diseño de gaviones.

2 LOCALIZACIÓN E IMPACTO

2.1 Localización del proyecto

El proyecto se localiza en una reserva indígena a 4 km del municipio de Toribio en el departamento del cauca. Localizado al norte del Cauca, como se puede observar en la ilustración 1, a 123 km de Popayán, limita al norte con el municipio de Corinto, al sur con el municipio de Jámbalo, al oriente con los departamentos del Huila y Tolima, y al occidente con el municipio de Caloto. (Alcaldia de Toribio, 2012)

La cancha múltiple se encuentra adyacente a la Cuenca del Rio Isabelilla, y colinda con las veredas El Tablazo, Puentequemao, Aguablanca, El Porvenir, Manzano, La Bodega, La Mina y La Palma; tiene su entrada principal por la institución educativa el sesteadero, unas de las sedes de la principal institución CECIDIC. (Alcaldia de Toribio, 2012)

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Centros recreacionales y/o centros culturales en el municipio son escasos por ende limitan los espacios en los que la comunidad pueda realizar actividades o un lugar para tener sus reuniones. Por lo que el diseño de una cubierta de Guadua localizado en la vereda El Sesteadero proveerá una nueva zona para reuniones, deportes, unión, como también proporcionar un espacio a los jóvenes que están lidiando con el conflicto un lugar de recreación.

El diseño consiste en una cubierta de 20 metros de luz y de 6 metros de altura sobre una cancha existente de 18 metros de ancho y 30 metros de largo con un área de 540 m², lo que indica un desafío por su tamaño también está el hecho que la NSR- 10 no proporciona parámetros de diseño para este tipo de estructuras. Para utilizar un programa de modelación es necesario saber cómo ingresar los datos de la Guadua de tal manera que SAP2000 proporcione una interpretación cercana de lo que sucedería en la realidad ya que es un material anisotrópico lo que significa que sus propiedades varían dependiendo de la dirección en la que se considere, a diferencia del hormigón y el acero que a lo largo de sección nunca varían.

Con las investigaciones previas de edificios en Guadua, el estudio de suelos del área en la que se realizará el proyecto, un adecuado diseño arquitectónico, diseño de cimentaciones, una modelación correcta del diseño estructural en Guadua, se desarrollará un proyecto con un diseño óptimo para el Comunidad.

2.3 Comunidad

Debido a que Toribio se encuentra ubicado en una zona montañosa esto sirvió como refugio para las FARC desde la década de los 60 también fue territorio del M19, cuyas trincheras aún permanecen en los páramos. Además vio surgir la guerrilla indígena del Quintín Lame y fue el lugar de nacimiento de Ricardo Franco, quien llevo a cabo una masacre de más de doscientos de sus militantes. (Beltrán, n.d.)

En este contexto Toribio le ha tocado enfrentar con el señalamiento de los distintos bandos, crimines de sus líderes y el reclutamiento de sus jóvenes. Dado lo anterior han surgido varios proyectos que trabajan con la comunidad en medio del conflicto, sin embargo el proyecto NASA se distingue por su manera de enfrentar la situación rompiendo el silencio en octubre del 2002 pidiendo que se retirara públicamente a las FARC para permitir recobrar un poco de tranquilidad lo que permitió que su presencia fuera menos ostensible. (Beltrán, n.d.)

Toribio mantiene una arquitectura tradicional de un parque central, donde a su alrededor esta la iglesia y los edificios públicos. (Beltrán, n.d.) Su arquitectura no es un estilo barroco ya que tienden a utilizar materiales que comúnmente se encuentran en la naturaleza,

7

materiales que los identifican, promueve su cultura y que este en perfecta armonía con sus alrededor. (Escuela para la Vida, 2016)

La Guadua es un material emblemático para la comunidad y el municipio ya que es un material que crece en la región, y hace parte de su cultura porque comúnmente es utilizado como material de construcción. Un beneficio de la Guadua es que es un material económico y tiene propiedades parecidas al acero. (Escuela para la Vida, 2016)

3 CASOS DE ESTUDIO

3.1 Luis Horacio

Este proyecto fue diseñado por Luis Carlos Ríos para el colegio Luis Horacio, desafortunadamente la estructura fallo antes de completar. A continuación están las conclusiones hechas por expertos en el tema, del porque la estructura fallo antes de terminar, ya que el colegio no tenía ningún registro disponible y el constructor Luis Carlos Ríos no estaba disponible para pedir su opinión.

Los elementos diseñados no distribuyeron adecuadamente las cargas ya que contenía elementos cuadriláteros como se puede observar en el diseño inicial en la figura 2 de la cubierta propuesta. Por lo que las estructuras en Guadua necesitan ser diseñadas como las cerchas metálicas, ya que estos tienen elementos triangulares los cuales permiten disipar la energía y distribuye las cargas. Entonces con lo anterior se obtuvo el diseño final que se muestra en la figura 3.

Figura 2 Diseño inicial de la cubierta

8

Figura 3 Diseño final de la cubierta

3.2 Colegio de las aguas

La fundación escuela para la vida liderada por Andrés Bäppler, arquitecto Colombo – Alemán en el año 2004 inicio con el proyecto del colegio ya que se miró la problemática en el corregimiento de Montebello, debido a que la educación se ve comprometida puesto que en la zona hay índices altos de pandillas, embarazos a temprana edad y drogadicción, la fundación se propuso acercar a esta población vulnerable y con escasos recursos a la educación de calidad para mejorar el futuro socio económico de esta zona ya que una sociedad que invierte en la educación de sus niño y jóvenes promete un cambio para bien y un mejor futuro para su niñez y juventud, este proyecto cuenta con apoyo de jóvenes alemanes los cuales se ofrecen como voluntarios para realizar su labor social mediante el Programa Weltwärts del Ministerio Federal de Cooperación Económica y Desarrollo de Alemania (BMZ). (Escuela para la Vida, 2016).

A continuación, se da a conocer dos edificaciones importantes construidas para la institución:

3.2.1 La Vieja

Esta instalación es una de las más grandes de la institución ya que cuenta con tres niveles y una altura de 10 m y un techo de 24x24 m el cual esta soportado individualmente por 16 torres fusiformes, se decidió realizar la cubierta independiente por los diferentes comportamientos estructurales y debido a que la zona es de gran influencia sísmica. (Franco, 2012)

Albergan nuevos salones de clase, la administración, baños y almacén en la planta baja y primera planta, la biblioteca, sala de estudio y espacio polivalente en la segunda planta.

9

Cada nivel tiene una superficie de unos 330 metros cuadrados y se organizan alrededor de un patio central. (Franco, 2012)

Los “cincopolos” están formados por cinco guaduas que salen del suelo de un mismo punto y se van abriendo orgánicamente para recibir la carga de la cubierta de manera homogénea y permitir así una planta muy libre, como se puede observar en las figuras 4 y 5. Las paredes están formadas por una estructura regular de pórticos (viga-columna) con luces de 5 y 7 m, con refuerzo de diagonales en sentido trasversal y longitudinal. (Franco, 2012)

Figura 4 La Vieja (Franco, 2012)

Estas dos estructuras (techo y muros) son independientes y están espaciadas, de manera que cada una se puede deformar según su geometría sin colisionar ni interferir en la otra, y así sacar toda flexibilidad del bambú, Se han integrado sistemas de eficiencia y ahorro energético: Se recoge el agua de lluvia a través de los 600 metros cuadrados de cubierta y se almacena en un tanque excavado debajo del edificio. (Franco, 2012)

10

Figura 5 Fachadas La Vieja (Franco, 2012)

3.2.2 La Mariposa

Esta construcción se realizó inspirada en las de las mariposas gracias a las cerchas de 6 metros, en la figura 6 se puede ver la forma de la cubierta y en la figura 7 se puede observar el plano de corte de la cubierta, que van tomando distancias y alturas iniciales entre 2.75m y 7.25m, en esta edificación se logró hacer las cerchas gracias a un experimento estructural de escalera trasversales fortalecidas con paneles en forma de sándwich logrando un equilibro óptimo para el diseño y la materialidad de la estructura. En esta edificación funcionan una sala de reuniones y el restaurante escolar los cuales no tienen ningún problema estructural hasta el momento. (Franco, 2012)

11

Figura 6 Forma de la cubierta (Franco, 2012)

Figura 7 Corte del edificio La Mariposa (Franco, 2012)

Las construcciones en guadua mencionadas anteriormente se encuentran en funcionamiento y se encuentran en un buen estado, lo que indica que si se ejecuta un debido análisis y diseño aun si no se encuentran en los parámetros de altura de la NSR-10

12

3.3 Museo de Fotografía

El museo fotográfico fue un trabajo de tesis realizado por Omar Rosada, Daniela Aristizabal y Nicolás (Omar Rosada, 2015) Palomino estudiantes de ingeniería civil de la Pontificia Universidad Javeriana Cali y los estudiantes de la universidad del valle Nathalia Perlaza y Juan Camilo Castro , guiados por el docente Jairo ángel escobar y el director de la carrera ingeniería civil Iván Fernando Otálvaro, este proyecto nombrado (CREACIÓN Y PUESTA EN MARCHA DE UNA ESTRATEGIA COMUNITARIA DE ATENCIÓN DE NIÑOS, NIÑAS Y ADOLESCENTES DESVINCULADOS DE GRUPOS ARMADOS ILEGALES, QUE CONTRIBUYA A SU PROCESO DE REINTEGRACIÓN, A LA RECONSTRUCCIÓN DEL TEJIDO SOCIAL Y LA RECONCILIACIÓN), actualmente siendo ejecutado por la comunidad indígena NASA, se encuentra localizado en la vereda el sesteadero en el municipio de Toribio, Cauca. (Rosada, Aristizabal, Palomino, Perlaza, & Castro, 2015).

El proyecto tenía como objetivo principal la construcción de un proyecto Eco Turístico aledaño a la Cuenca del Rio Isabelilla que involucre las veredas que forman parte de ella, las cuales son: El Sesteadero, El Tablazo, Puentequemao, Aguablanca, El Porvenir, Manzano, La Bodega, La Mina y La Palma (Resguardo de Toribio); así como el diseño de cimentaciones y estructural del museo fotográfico, así como planos de las instalaciones eléctricas, arquitectónico, cubierta y senderos; además del diseño arquitectónico de tulpas y alojamientos.

Primariamente los estudiantes de la carrera de ingeniería civil y arquitectura elaboraron la maqueta del museo, teniendo en cuenta las recomendaciones y sugerencias de la comunidad y docentes, donde se obtuvo la maqueta del diseño final en la figura 8.

Figura 8 Maqueta (Escala 1:25) (Rosada, Aristizabal, Palomino, Perlaza, & Castro, 2015)

13

Al tratarse de un museo fotográfico, se atribuye a un museo de exposición de fotografías, donde a través de retratos se enseñan y exhiben colecciones de diferentes índoles. (Rosada, Aristizabal, Palomino, Perlaza, & Castro, 2015)

Para la comunidad indígena NASA, el concepto de un museo fotográfico en la ruta ecoturistica, muestra apropiación de la cultura, de las tradiciones y de su historia, pues es ahí donde mostraran a los demás, el origen de sus costumbres. Ellos realizaran un sorteo en el cual participe la mayor parte de la población, para encontrar las mejores fotografías y enseñar un poco de cada quien. (Rosada, Aristizabal, Palomino, Perlaza, & Castro, 2015)

DISEÑO ESTRUCTURAL:

El museo se concibió arquitectónicamente, como un lugar que represente la imagen de la cultura NASA, no solo desde su uso, si no desde sus componentes espaciales tales como: sistema constructivo, manejo de la luz del sol y la luna y morfologías propias del lugar, con las cuales la comunidad se siente identificada y puede reflejar su identidad. En la figura 9 se puede ver el manejo de la luz y componentes espaciales que los identifican. (Rosada, Aristizabal, Palomino, Perlaza, & Castro, 2015)

Figura 9 Fachada estructural (Rosada, Aristizabal, Palomino, Perlaza, & Castro, 2015)

DISEÑO DE CIMENTACIONES:

Siguiendo el proceso descrito en el t ítulo C de la norma sismo resistente NSR-10. Al ser un proceso en el que influyen muchas variables, es necesario conocerlo bien y tener claro el uso de las fórmulas matemáticas y de los chequeos que se requieren para poder construir las zapatas. Datos iniciales, se requieren las fuerzas y momentos generados en las columnas y obtenidos manualmente de acuerdo a las cargas producidas en cada estructura, estas corresponden a las fuerzas de carga de servicio (Pserv) y carga de diseño (Pdis), asi como el momento de servicio (Mserv) y el momento de diseño (Mdis). (Rosada, Aristizabal, Palomino, Perlaza, & Castro, 2015)

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15

Figura 10 Ubicación de los puntos de excavación

Para una correcta caracterización de suelos la NSR-10 título H.2.6 presenta los ensayos de suelos necesarios para su clasificación del suelo.

16

5 MEJORAMIENTO DEL SUELO

Durante la excavación en el apique se encontró con el nivel freático a los 2 m y el suelo según los ensayos de laboratorio es susceptible a la expansión por lo que es un problema para la estructura ya que podría presentar asentamientos diferenciales. Entonces la propuesta de mejoramiento de suelo para aumentar su capacidad portante es:

1. Excavar el suelo hasta los 2.5 m de profundidad con un ancho de 1.5 m para un volumen de 217.09 m3.

2. Remover el agua de la excavación mediante bombeo. 3. Colocar balastro ya que este material permite que el agua drene fácilmente. 4. Situar una Geomembrana tejida, el cual controla la cantidad de material fino que

pueda pasar para evitar que se dañe la estructura de mejoramiento. 5. Por ultimo colocar roca muerta compactada a un espesor de 0.30 m, el cual debe

cumplir con el proctor 100%.

(Valcárcel, n.d.)

En la figura 11 se presenta un ejemplo del mejoramiento de suelo recomendado para la cubierta.

Figura 11 Propuesta de mejoramiento de suelo

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18

Los ángulos utilizados fueron 45° (ver figura 13), 60° (ver figura 14) y 90° (ver figura 15).

Figura 13 Conexión SVM a 45° (Jaramillo Suarez and Sanclemente, 2003)



La conexión SC utiliza una lámina CR cal. 22 con una ancho de 0.08 m sujeta con tornillos de ¼” de diámetro.

19


Figura 16 Conexión SC a 45° (Jaramillo Suarez and Sanclemente, 2003)



La conexión DG utiliza una varilla corrugada de ½” con una longitud de 0.50 m y pasadores de 5/8” con una longitud de 0.20 m.

20


Figura 19 Conexión DG a 45° (Jaramillo Suarez and Sanclemente, 2003)



Todas las conexiones con ángulos de 45° y 60° se ensayaron simulando condiciones reales a las que serían sometidas en una cercha y para las conexiones con un ángulo de 90° solo se ensayó para esfuerzo de trabajo a compresión perpendicular a la fibra. Los resultados de estos ensayos están en las tablas 2, 3 y 4.

21

Tabla 2 Corte paralelo a las fibras (Jaramillo Suarez and Sanclemente, 2003)

fu (Mpa) 45° 60°

SVM 2.82 2.56 DG 3.13 3.23

Tabla 3 Corte perpendicular a las fibras (Jaramillo Suarez and Sanclemente, 2003)

σ (kg/cm2)

SVM 85.94 SC 44.87 DG 107.67

Tabla 4 Tensión perpendicular a las fibras (Jaramillo Suarez and Sanclemente, 2003)

fu (Mpa)

SVM 338.94 SC 408 DG 1.27

El estudio concluyo primero que las conexiones DG y SVM a 45° y 60° puede ser diseñada como las conexiones en acero ya que su comportamiento es similar y la conexión DG se comportó mejor que las otras conexiones excepto cuando se ensayó por tensión perpendicular a las fibras por lo que se recomendó zunchar el elemento principal para prevenir este tipo de falla.

Como la propuesta contiene vigas de tres culmos la NSR-10 indica que para prevenir movimiento debe utilizar zunchos como los que se pueden observar en la figura 22. También es necesario rellenar los entrenudos con mortero con la clasificación estipulada en el título D de la NSR-10 tipo M o S. (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

22

Figura 22 Abrazadera metálica (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

Si algún elemento está sometidas a cizallamiento doble se determinan los valores P, Q y T utilizando la tabla 5. La carga P de la figura 23 son las cargas permisibles cuando la fuerza es paralela a las fibras del elemento central. La carga Q de la figura 24 son las cargas permisibles cuando la fuerza es perpendicular a la fibra. La carga T son las cargas permisibles cuando la fuerza es perpendicular a las fibras de un elemento y paralela a las fibras de otro como se muestra en la figura 25. (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

Figura 23 Carga P (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

23

Figura 24 Carga Q (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

Figura 25 Carga T (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

24

Tabla 5 Cargas admisibles para uniones empernadas con doble cizallamiento (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

Como no hay estructuras como el que se propone en el presente proyecto la NSR-10 título G recomienda realizar por lo menos 30 ensayos para verificar que la capacidad de la unión propuesta es equivalente o superior a las que se presentan en la norma. (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

6.2 Conexiones de elementos metálicos

Las fuerzas y deflexiones deben ser consistentes con las esperadas en operación de la conexión en la estructura. Existen dos tipos de conexiones:

Conexiones simples: una conexión se considera simple cuando el momento que se transmite a través de ella es despreciable ya que este permite rotación libre entre los elementos.

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26

El efecto que tiene el suelo por encima del fondo de la cimentación se puede suponer por una carga igual a:

∗ (1)

Donde:

q = Valor de sobrecarga equivalente γ = Peso específico del suelo Df = Profundidad desde la superficie hasta la parte más baja de la cimentación

Por medio de un equilibrio de fuerzas, Terzaghi expresó la capacidad portante última en el suelo cuando el tipo de falla es general en la siguiente ecuación (Das, 2007):

ó (2)

1.3 0.4 (3)

1.3 0.3 (4)

Donde:

qu = Capacidad última portante

c’ = Cohesión del suelo

γ = Peso unitario del suelo

q = Valor de sobre carga equivalente = γ*h

B = Ancho o diámetro de la cimentación

Nc, Nq, Nγ = Factores de capacidad última portante los cuales son adimensionales y están en función únicamente del Angulo de fricción del suelo ′

Los factores de capacidad portante Nc, Nq, y Nγ son definidos por (Das, 2007):

cot 1 (5)

∗ ∗

(6)

1.1 1 tan 1.3 (7)

27

Para fundaciones expuestas a suelos con tipo de falla local, Terzaghi sugirió las siguientes modificaciones (Das, 2007):

′ ′ ′ ó (8)

0.867 ′ ′ 0.4 ′ ó (9)

0.867 ′ ′ 0.3 ′ ó (10)

′ , ′ ′ , los factores de capacidad última portante modificados, pueden ser

calculador usando un factor equivalente para el ángulo de fricción interno, reemplazando φ por φ’ = tan-1(2/3 tanφ). (Das, 2007)

El cálculo de la capacidad última admisible que puede soportar el terreno requiere de la aplicación de un factor de seguridad (FS) a la capacidad de carga final máxima (Das, 2007):

(11)

MODIFIACION DE LA ECUACIÓN DE LA CAPACIDAD PORTANTE POR EL NIVEL FREATICO

Se debe tener en cuenta el nivel freático ya que es muy importante para calcular la capacidad última portante del suelo. En las ecuaciones anteriores se consideró que éste estaba muy por debajo de la base de la cimentación, pero dependiendo de la profundidad hay 4 casos que son descritas a continuación con ayuda de la figura 27. (Das, 2007)

Figura 27 Modificación de las ecuaciones de capacidad de carga por nivel de aguas freáticas (Das, 2007)

28

Caso 0 (D1 = 0), entonces (Das, 2007):

′ ; ′ (12)

Caso 1 (0 < D1 < Df), entonces (Das, 2007):

; ′ (13)

Caso 2 (0 < d < B), entonces (Das, 2007):

; ̅ ′ (14)

Donde:

γsat = Peso específico del suelo saturado

γw = Peso específico del suelo

γ’ = γsat - γw

Caso 3: Cuando el nivel freático se encuentra a una distancia igual a mayor que el ancho de la cimentación (B), el nivel freático no afectara la capacidad última del suelo. (Das, 2007)

Para el diseño de las cimentaciones de ambas estructuras requieren datos de entrada que están en las tablas 6 y 7.

Tabla 6 Datos de entrada para cubierta en acero

Datos de entrada f'c 28 Mpa fy 420 MPa Pu 219.21 kN b (col) 400 mm L (col) 400 mm b (zapata) 1500 mm L (zapata) 1500 mm h (zapata) 400 mm d 330 mm qu 97.43 kN/m2

29

Tabla 7 Datos de entrada para cubierta en Guadua

Datos de entrada

f'c 28 Mpa

fy 420 MPa

Pu 71.2755 kN

b (col) 400 mm

L (col) 400 mm

b (zapata) 1000 mm

L (zapata) 1000 mm

h (zapata) 400 mm

d 330 mm

qu 71.28 kN/m2

Con los datos de las tablas 6 y 7 además de las ecuaciones anteriormente mencionadas se realiza el diseño de cimentaciones por punzonamiento y unidimensional que se encuentran en las tablas 8 y 9.

Tabla 8 Diseño de cimentaciones para cubierta en acero

Diseño por punzonamiento bo= 2920 m Vu 167.29 kN β 1 α 20 φVc1 1950.33 kN Cumple φVc2 1352.24 kN Cumple φVc3 1261.98 kN Cumple

Diseño Unidimensional Vu 32.1508 kN φVc 333.959959 kN Cumple s 150 As mínimo 175.75348 # Grafiles 8 Área por grafil 21.969185 As suministrado 190.066356 → Malla Estandar 5.5mm @ 15

30

Tabla 9 Diseño de cimentaciones cubierta en Guadua

Diseño por punzonamiento bo= 2920 m Vu 33.29 kN β 1 α 20 φVc1 1950.33 kN Cumple φVc2 1352.24 kN Cumple φVc3 1261.98 kN Cumple

Diseño Unidimensional Vu -2.138265 kN φVc 222.639973 kN Cumple s 150 As mínimo 117.168987 # Grafiles 5 Área por grafil 23.4337973 As suministrado 118.791472 → Malla Estandar 5.5mm @ 15

6.4 Estructura de contención: Muros en Gaviones

Son estructuras que proveen soporte al suelo y evitan el deslizamiento causado por el peso propio del suelo o cargas externas; estas estructuras a gravedad utilizan su peso para la estabilidad. Los gaviones son elementos modulares confeccionados a partir de redes metálicas en malla hexagonal de doble torsión y llenados con piedras de granulometría adecuada. (Braja M. Das, G. R., 2011)

6.4.1 Resistencia al corte de los suelos

Se define como el máximo valor que la tensión cortante puede alcanzar, los parámetros que la constituyen son la cohesión y el ángulo de fricción interna los cuales son fundamentales para la determinación del empuje. (Braja M. Das, G. R., 2011)

6.4.2

Es necson: dmuestrla estru

Figura

6.4.3

Calcul

Para eEarth bidimerellenosuperfformadperme

Análisis de

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32

Figura 29 Dimensiones del muro de contención (Modular Gabion Systems, 2004)

Calculo del empuje activo (Das, 2007):

∗ ∗ (15)

Donde Ka es el coeficiente de empuje activo el cual se determina por la siguiente expresión (Das, 2007):

ØØ Ø

(16)

Pa= empuje activo, en kN/m Ka = coeficiente de empuje activo = peso específico del suelo, en KN/m^3 H= altura del muro, en metros α = inclinación del muro con la vertical, ver figura 29, en radian β = ángulo formado por el plano de empuje y la horizontal, ver figura 29, en radian Ø = ángulo de fricción interna del material δ = ángulo de fricción entre muro y terreno, en radian; en muros de gaviones se

puede suponer δ =2/3Ø c= Cohesión

33

Tabla 10 Parámetros del ángulo de fricción entre el muro y el suelo, inclinación con la vertical del muro, ángulo formado por el plano de empuje horizontal y peso del gavión

Radianes Grados δ 0,017 0.97° β 1,658 94.99° α 0,087 4.98°

Peso unitario del gavión (ton/m3)

1,978

Tabla 11 Peso específico, cohesión y ángulo de fricción interna del material

Tabla 12 Coeficiente de empuje activo

COEFICIENTE DE EMPUJE ACTIVO

Ka 0,9898

6.4.4 Deslizamiento

El deslizamiento del muro en gavión sucede cuando la resistencia contra el deslizamiento a lo extenso de la base del muro, sumado al empuje pasivo disponible en el frente, no es suficiente para confrontar el empuje activo. Para ello se define un factor de seguridad contra el deslizamiento. (Braja M. Das, G. R., 2011)

P ∗ sin δ β (17)

P P ∗ cos δ β (18)

Donde:

Pa= empuje activo, en kN/m

Componente horizontal del empuje activo, en kN/m

Componente vertical del empuje activo, en kN/m

TALUD PESO ESPECIFICO ϒ (kN/m3) 17,3

C´ 60,248 Ø(radian) 0,0254 Ø(grado) 1.46°

34

Tabla 13 Componente vertical, horizontal y total del empuje activo.

Pa (kN/m) 104,8811 Ph (kN/m) 96,8328 Pv (kN/m) 40,2920

Resistencia al deslizamiento ("Muros de retención", n.d.):

∗ ∗ sin ∗ tanØ ∗ ∗ ∗ B (6.4.4.3)

Para el factor de seguridad debe ser mayor o igual a 1.6, como lo indica la NSR-10, con la siguiente expresión (Otálvaro Calle, 2015):

∗ ∗ ∗ Ø ∗ ∗ ∗

∗ (19)

Donde:

W = peso propio de la estructura, en kN/m α = inclinación del muro con la vertical, en radian B = ancho de la base del muro despreciando los escalones externos, en metros c = cohesión, en kN/m ′ Cohesion del segundo suelo, en kN/m

El peso propio W del muro de contención, se condicionan a la sección del muro (Otálvaro Calle, 2015) y del peso específico del relleno de 1,978 ton / m³ (19.4 kN / m).

Se determinó la altura y ancho de la base realizando un respectivo predimensionamiento, mostrado a continuación:

Tabla 14 Predimensionamiento de la estructura

H(m) 3,5 a(m) 1 B(m) 2,5

35

Mediante estos datos y las ecuaciones mencionadas anteriormente se determinó el factor de seguridad del diseño y se comparó con el dado por la norma sismo resistente colombiana título H (NSR-10). Como se presenta a continuación en las tablas 15 y 16.

Tabla 15 Estabilidad al deslizamiento, Resistencia y factor de seguridad

ESTABILIDAD AL DESLIZAMIENTO

Wg (kN/m) 169,75 N (kN/m) 217,682

RESISTENCIA AL DESLIZAMIENTO

174,467 FACTOR DE SEGURIDAD AL

DESLIZAMIENTO 1,81

Tabla 16 Verificación del Factor de Seguridad

FACTOR DE SEGURIDAD

NORMA DISEÑO SOLUCIÓN

DESLIZAMIENTO 1,6 1,81 CUMPLE

6.4.5 Volcamiento

Se produce cuando el momento de volcamiento, debido a los momentos originados por la componente horizontal del empuje activo “ ” en relación con el punto de giro y el momento originado por las fuerzas referentes al efecto sísmico “ ” “ ”, es mayor que el momento resistente, el cual se adquiere con el peso del muro y del terreno. (Braja M. Das, G. R., 2011)

Si se toma como fuerza estabilizante al peso propio del muro y al componente vertical del empuje activo y como desestabilizante a la componente horizontal del empuje activo se llega a la siguiente ecuación ("Muros de retención", n.d.):

∗ (20)

∗ ∗ (22)

∗ (23)

(24)

36

Donde:

= distancia horizontal entre el punto de volcamiento F (ver figura 33) y el punto de aplicación del empuje activo

d Distancia horizontal entre el punto de volcamiento (ver figura 33) y el punto de aplicación del empuje activo

Xg = coordenadas del centro de gravedad referidas a un sistema coordenado cuyo origen coincide con el punto (la suma del peso total dividido la cantidad de cada elemento. (Ver figura 33)

En ningún caso el momento de volcamiento, Mv, producido por las fuerzas desestabilizantes, debe ser mayor al momento resistente, Mr, producido por las estabilizantes. ("Muros de retención", n.d.)

La estabilidad de volcamiento debe ser mayor a 3 como lo específica la norma sismo resistente colombiana NSR-10.

> 3 (25)

Tabla 17 Datos de d, s y xg para la estabilidad del muro

data d (m) 0,9488 S' (m) 2,5926 Xg (m) 0,8864

Tabla 18 Factor de seguridad al volcamiento

FACTOR DE SEGURIDAD

NORMA DISEÑO SOLUCIÓN

VOLCAMIENTO 3 5,80 FULFILL

6.4.6 Verificación de la sección intermedia:

Para el diseño del muro de contención es inevitable verificar su estabilidad en secciones intermedias, para impedir la falla de la estructura. Al tener en cuenta las fuerzas estabilizantes, las cuales corresponden al peso propio del muro y el componente vertical del empuje activo; asimismo como fuerzas desestabilizantes, el componente horizontal del empuje activo hasta la sección de análisis, los esfuerzos resultantes a la compresión y a la tensión tangencial, se obtienen con las siguientes ecuaciones: (Braja M. Das, G. R., 2011):

/0.8 (26)

∗ (27)

37

0,5 /0,4 (28)

Donde:

σmax =esfuerzo resultante a la compresión en la sección de análisis N =resultante de las fuerzas normales en la sección de análisis X = ancho de la sección trabajando a compresión B = ancho de la base de la sección de análisis e = excentricidad de la resultante

(29)

(30)

M = momento actuante en la sección de análisis, que toma en cuenta el momento resistente Mr, y de volcamiento Mv

(31)

∗ cos ∗ (32)

Los valores de σmax y τrnax no deben de exceder los valores admisibles, dados por:

50 30 (33)

Donde:

σadm esfuerzo normal admisible, en Ton/m2 γG peso específico de los gaviones, 1,978, en Ton/m3

En la figura 30 se pueden observar las dimensiones según el predimensionamiento realizado para obtener los datos de área, peso unitario, brazo, momento y la carga distribuida de cada sección en la tabla 19. Con los datos anteriores se utilizaron las ecuaciones presentadas para obtener los parámetros para el cálculo del factor de seguridad para la sección intermedia que se muestran en la tabla 20. Por último en las tablas 21 y 22 se encuentra la verificación de la sección intermedia.

38

Figura 30 Dimensiones del predimensionamiento del gavión (Modular Gabion Systems, 2004)

Tabla 19 Sección, área, peso unitario, brazo, momento y w para verificar la sección intermedia.

SECCIÓN ÁREA(m2

) PESO UNITARIO

(kN/m3) BRAZO

(m) MOMENT

O w

1 5 19,4 1,25 24,25 97 2 2,5 19,4 1,25 24,25 48,5 3 1,25 19,4 2 38,8 24,25 98,4920 87,3 210,0420

Tabla 20 Parámetros para el cálculo del factor de seguridad para la sección intermedia

DATA Mr (kN*m) 187,6468

Mdes (kN*m)

91,8727

e (m) 0,8100 e` (m) 0,4400

39

Tabla 21 Verificación de la sección intermedia

VERIFICACIÓN DE LA SECCIÓN INTERMEDIA

x(m) 2,025 σmax (Ton/m2) 13,710 σadm (Ton/m2) 68,913

Tabla 22 Factor de seguridad de la sección intermedia

FACTOR DE SEGURIDAD NORMA DISEÑO SOLUCIÓN Sección intermedia σ max < σ adm 13,7 < 68,913 CUMPLE

6.4.7 Capacidad portante

La capacidad portante es la máxima presión de contacto media entre el gavión y el suelo, ver tabla 24, de modo que no se produzca un corte en el suelo ni un ajuste diferencial excesivo. (Otálvaro Calle, 2015)

. . (34)

2 ∗ ∗ (35)

∗ ∗ ∗ (36)

(Otálvaro Calle, 2015)

Donde:

Nc and Nt son cargas de factor de seguridad dadas por la NSR-10, estas se pueden ver en la tabla 23.

Tabla 23 Factores de carga de la NSR-10 TITULO H

Según la tabla 11.2 carga de factor de seguridad (NSR-10)

Nc 30,1 Nt 18,1

Peso 1 Gav (ton/m3)

1,97825

40

Tabla 24 Q MAX, Q ULTIMO y factor obtenidos por las ecuaciones anteriores

CAPACIDAD PORTANTE q max 63,849 Q u 2204,877 FS 34,532

Tabla 25 Factores de seguridad de la norma y diseño obtenidos para capacidad portante

FACTOR DE SEGURIDAD NORMA DISEÑO SOLUCIONCAPACIDAD PORTANTE 3 21,79 cumple

6.4.8 Método Mononobe –Okabe El sismo aumenta el efecto de la presión activa y reduce el efecto de la presión pasiva. La teoría utilizada por el método de Mononobe-Okabe, se deriva de asumir suelos granulares sin influencia del agua. Por lo tanto, todos los ingresos de suelo se asumen granulares cuando empleamos estas teorías para hacer frente a los efectos del sismo. (Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance. Part 1: General rules, seismic actions and rules for buildings) Este método considera la aplicación de aceleraciones pseudo-estáticas, tanto horizontales como verticales, a la cuña activa de Coulomb. (Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance. Part 1: General rules, seismic actions and rules for buildings) Además de las fuerzas que existen bajo condiciones estáticas, sobre la cuña también actúan fuerzas pseudo-estáticas horizontales y verticales cuyas magnitudes están relacionadas con la masa de la cuña mediante aceleraciones pseudo-estáticas: (Mononobe N, 1929)

/ Y / (37)

El empuje activo total puede ser expresado en forma similar al desarrollado para las condiciones estáticas, esto es:

∗ ∗ 1 (38)

En don

Donde

Figura

Donde

nde el coefic

e:

Ø ÁÁngulInclin

β InclinaÁngul

kv: CoefikH: Coefψ Angul

a 31(a) Fuerzasilustran

e:

//

β >= ψ

Ψ =

ciente dinám

Ángulodefrilodefricciónacióndelaación de la plodefriccióiciente sísmificiente sísmlo de inercia

s actuando en lndo el equilibri

; 0,25; 0,25

ψ

mico de presi

iccióninternóndelaestrcaraposter

pendiente óndelaestrico de la ace

mico de la acea sísmico

la cuña activa eio de fuerzas a

5 5

41

ón de suelo

nadelsueloructura sriordelaes

ructura sleración vereleración Ho

en el análisis dctuando sobre

activo, K ae

o suelo tructura

suelo rtical orizontal

de Mononobe-Ola cuña (Valen

e, está dado

Okabe. (b) Polínzuela, J. G., s.

por:

(3

ígono de fuerza.f.)

39)

as

42

Se obtienen los siguientes resultados realizados por este método:

Figura 32 Datos del Método Mononobe-Okabe:

MONONOBE -OKABE av 0,25

α(°) 0,00 δ(°) 0,97 β(°) 5,00 ψ(°) 6,67 Ø(°) 1,45 Kh 0,025 kv 0,025

Kae 1,045 Sin embargo el método Mononobe –Okabe Modificado, propone que bajo condiciones de carga dinámica el empuje activo total actúa en un punto superior a H/3 sobre la base de la estructura propuesto por el método Mononobe –Okabe; es así como en el método modificado, el empuje activo total, puede ser dividido en un componente estático, y uno dinámico ∆ dando a continuación los resultados mediante la ecuación: (Valenzuela)

∆ (40)

Tabla 26 Método Mononobe –Okabe. Componente estático Pa, componente dinámico ∆ , momento volcante sísmico.

Pa (kN/m) 104,88 Pae(TonF/m) 10,61 Pae( kN/m) 106,08

∆Pae( kN/m) 1,20 M( kN/m) 37,48

Para el momento volcante sísmico se empleó la siguiente ecuación:

∗ ∆ ∗ 0,6 (41)

43

Se tiene que el punto en el que actúa el componente estático corresponde a una distancia H/3 sobre la base del muro, para la distancia del componente dinámico Seed y Whitman (1970) recomendaron que el componente dinámico se considere actuando aproximadamente a 0.6H sobre la base del muro y para el punto del empuje activo total se debe considerar la siguiente ecuación:

∗ ∆ ∗ , (42)

Tabla 27 Puntos donde actúan el componente estático, dinámico y activo total sobre la base del muro de contención (gavión).

H

PUNTO EN EL QUE ACTUA EL COMPONENTE ESTATICO

1,17

PUNTO EN EL QUE ACTUA EL COMPONENTE DINAMICO

2,1

PUNTO EN EL QUE ACTUA EL EMPUJE ACTIVO TOTAL

1,18

El valor de h depende de las magnitudes relativas de , y comúnmente cae cerca de la altura media del muro. El método M-O modificado suministra una herramienta útil para apreciar las cargas sísmicas provocadas sobre muros de contención. Dado que la estabilidad de un muro en particular comúnmente se reduce por un incremento en el empuje activo y/o una disminución en el empuje pasivo, el método de Mononobe-Okabe provoca cargas sísmicas más críticas que las cargas estáticas que actúan antes del sismo. (Valenzuela)

6.5 CANAL RECTANGULAR

Como los canales no se pueden ubicar sobre la cubierta ya que esto adiciona carga que no es capaz de soportar durante épocas de lluvias. Por lo que se propuso un sistema de evacuación similar al que aparece en la figura 33 del edificio El Paraíso.

44

Figura 33 Ejemplo del canal - El Paraíso (Guía Turística Valle del Cauca, n.d.)

Con los datos hidrológicos recolectada con la ayuda del Corporación Autónoma Regional del Valle del Cauca y analizada por el Profesor Jairo Alejandro Ángel Escobar, las dimensiones del canal rectangular fueron diseñadas. Primero se calculó el área de influencia (A), intensidad (i) y caudal (Q) conociendo el tiempo de concentración (Tc) y el periodo de retorno (Tr) sugeridos por el Profesor Jairo Alejandro Ángel Escobar, y las ecuaciones utilizadas fueron sacadas del curso de hidráulica.

. ∗ .

. (43)

. ∗ ∗ (44)

Tabla 28 Área, intensidad y caudal

Tr 30 años Tc 10 min i 87,12649255 mm/h A 640 m2 Q 12,39132339 L/s Q 0,012391323 m3/s

45

El valor de So fue asumido y el coeficiente de rugosidad para canales abiertos de concreto es de 0.012. (Coeficiente de Rugosidad (Manning) en Canales Abiertos Y Conducciones Elevadas, 2011) Finalmente se calculan las dimensiones de la sección b y y la siguiente ecuación fue sacada del libro de Hidráulica de canales abiertos. (Chow, 1959)

∗∗ (45)

Tabla 29 Dimensiones de la sección

So 0,001 n 0,012 concreto Qn/sqrt(So) 0,004702177 b 0,11 m y 0,1 m Am 0,011 m2 Pm 0,31 m AmPm^2/3 0,005038491 BL 0,05 m

7 ASPECTO ARQUITECTÓNICO

7.1 Dimensiones

La cancha actualmente tiene una losa a de concreto con un ancho, largo y espesor de 18m, 30m y 0.10m respectivamente- En la figura se puede ver las dimensiones de largo y ancho de la losa.

Con lade 32 estruct

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Figu

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46

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0 m y un lary 6 m para

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47

7.2 Forma geométrica

Las columnas fueron diseñadas para similar la forma de la hoja de palma, como se puede observar en la figura 35, ya que tiene un significado especial para comunidad por lo que lo utilizando en sus artesanías y sus construcciones.

Figura 35 Diseño de la columna (Focus Technology Co., Ltd, 2016)

Para ayudar a disipar la energía de sismo y distribuir las cargas de la cubierta se utilizó un diseño similar al de las cerchas metálicas, las cuales utilizan triángulos ya que es la forma más fuerte que existe.

8 DISTRIBUCIÓN DEL ESPACIO

8.1 Gradería

Para la ubicación de la gradería se consideró donde se realizaron anteriormente las reuniones de la comunidad en la cancha también evitar nivelar el terreno para evitar elevar los costos del proyecto. En la figura 38 se muestra la localización desde una fotografía y la planta topográfica de la cancha.

48

Figura 36 Localización de la gradería (Toribío: Un Sueño Posible, 2015)

Una propuesta para la gradería en las figuras 37, 38, 39 y 40 diseñadas por el arquitecto Alonso Castillo para el colegio San Agustín en el municipio de Aguazul. Las dimensiones en las figuras están en metros.

49

Figura 37 Fachada de gradería (Castillo, 2005)

Figura 38 Corte transversal de la loseta de la gradería (Castillo, 2005)

Figura 39 Vista desde planta de la ubicación de los aceros (Castillo, 2005)

50

Figura 40 Detalle de la cimentación (Castillo, 2005)

9 GUADUA ANGUSTIFOLIA AS A STRUCTURAL MATERIAL

9.1 Propiedades

De acuerdo con el Centro Nacional para el estudio del bambú, la guadua se divide en seis partes, las cuales se describirán a continuación en la figura 41:

Figura 41 Partes de la Angustifolia Kunth (Arango Restrepo et al., 2001)

51

Además de definir las partes de la Angustifolia Kunth se presentan las diferentes características de las distintas formas de la Angustifolia en la figura 42, esto es un factor importante debido a que dependiendo de las características y tamaño, se tiene un diseño estructural diferente, además las cargas y la forma en que la guadua se comporta cambian. (Arango Restrepo et al., 2001)

Figura 42 Características de las distintas formas de la Guadua Angustifolia Kunth (Arango Restrepo et al., 2001)

Asimismo la guadua tiene unas propiedades mecánicas que corresponden a: la tracción, comprensión paralela a la fibra, corte paralelo a la fibra además de unos esfuerzos admisibles dependiendo de su característica de forma en este caso la Angustifolia Kunth. (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

Debido a que la guadua no es un material homogéneo, no se puede hablar de esfuerzo normal uniforme en los ensayos de tracción, además la aplicación de las cargas sobre los centroides de las secciones no es exacta, aunque esto último se podría depreciar. Mas sin embargo, si se puede calcular el esfuerzo normal medio en una pieza prismática. (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

La NSR-10 título G que permite saber los alcances, requisitos y bases para el diseño estructural. Los estudios que se realizaron para definir lo anterior se hicieron con guadua Angustifolia Kunth. Según la NSR-10 título G.12.3.1, la guadua debe tener ciertos criterios de calidad para poder utilizarla en una construcción por ejemplo su edad de cosecha debe estar entre 4 y 6 años, asimismo hay que comprender que se debe preservar adecuadamente del deterioro por factores naturales como la humedad, que es uno de los factores importantes para una durabilidad debido a que es la causa mayor del deterioro al material. (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

La tracción para el diseño de estructuras de guaduas la NSR-10 título G.12.6.1 presenta unos requisitos de diseño; por ejemplo cuando se realizan los cálculos se consideran todas las cargas posibles que podrían actuar sobre la estructura; igualmente cuando se calcula los esfuerzos producidos por las cargas los elementos se deducen homogéneos y lineales. (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

52

Los esfuerzos admisibles y los módulos de elasticidad se pueden observar en la figura 43.

Figura 43 Esfuerzos Admisibles y Módulos de elasticidad (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

Para diseñar elementos sometidos a flexión el título G.12.8.2 dice que se deben verificar las deflexiones, cortante paralelo a la fibra y compresión perpendicular a la fibra. El último efecto es importante que no falle cuando se somete a cargas a compresión ya que esto puede disminuir la resistencia de la estructura. (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

Las deflexiones admisibles se encuentran en la figura 44:

Figura 44 Deflexiones Admisibles (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

Los elresistecomo Territo

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53

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54

Estas incluyen:

La unión pernada en la figura 46 para unir dos culmos:

Figura 46 Unión pernada (INCONTEC, 2006)

En la figura47 sepresenta la uniónpernada convarillasdispuesta en formadeespiralparaunionesatracción

Figura 47 La unión pernada con varilla dispuesta en forma de espiral (INCONTEC, 2006)

55

Paragarantizarquelasvigastrabajenenconjuntoserecomiendaunirlosculmoscon pernos o varilla roscada y Cintasmetálicas, un ejemplo de esto se ve en lafigura48.(Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

Figura 48 Unión pernada con abrazadera o zuncho (INCONTEC, 2006)

EnmuchasocasioneslalongituddeGuaduanoessuficienteentoncesserequiereunirdospiezasporloquehaydosopciones.Unadeellaseslauniónpernadaconpletinas paralelas que se puede ver en la figura 49 y la segunda opción que semuestraenlafigura50eslauniónconbarraembebidaaxial.

Figura 49 Unión pernada con pletinas paralelas (INCONTEC, 2006)

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56

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57

10 ACERO COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN

A lo largo de la historia el hombre ha estado en búsqueda de un material idóneo que sirva y se adapte a cada tipo de construcción. Ya que los materiales más usados para la construcción no se encuentran en estado natural, se deben realizar mezclas y aleaciones, proceso del cual se crea el acero. Éste es un material indispensable para el refuerzo de estructuras en concreto y “materia prima” para la creación de estructuras en acero. El acero es una aleación de hierro con una cantidad de carbono que puede variar entre 0.03% y 1.075% en peso de su composición, dependiendo del grado de éste mismo. ("Portada | Alacero", n.d.)

El proceso para la obtención de esta aleación es el siguiente ("AHMSA | Sitio Oficial", n.d.):

1. Procesos primarios: Coquización: Carbón metalúrgico procesado durante 18 horas con el propósito de

extraer el gas metano y otros subproductos como el alquitrán. Sinterización: Aquí se mezclan y funden polvos, finos de minerales fierros y otros

materiales para producir un material llamado sínter, utilizada como materia prima para el alto horno.

Peletización: Aquí minerales de fierro provenientes de yacimientos se transforman en discos de boleo de 12 mm llamados pélets. Éste y el conque con los insumos principales en los altos hornos.

2. Arrabio y acero: Altos hornos: Minerales, el pélets, sínter y el coque son cargados por lo alto del

horno. Al descender se funden por la combustión del conque por la inyección de aire caliente por la parte inferior del horno, produciéndose el arrabio (fierro de primera fusión)

BOF: En un horno básico al oxígeno se funde 80% de arrabio y 20% de chatarra y se inyecta oxigeno caliente para retirar impurezas, produciendo acero líquido.

Colada continua: El acero líquido es transportado a un molde oscilante de cobre enfriado por agua que lo convierte en acero sólido en forma rectangular llamado planchón

3. Laminado en caliente: Los planchones pasan por una serie de planchas que en caliente van laminando el acero sólido.

4. Laminado en frio

58

Continuas investigaciones llevadas a cabo por las diferentes industrias de acero han conducido a la obtención de vario de varios grupos de nuevos aceros, cada uno diferente y mejor de acuerdo a la solicitación. Básicamente las variaciones y mejora de las propiedades entre los distintos tipos de acero dependen de con que materiales se realice la aleación. Por ejemplo, una aleación con aluminio permite una alta resistencia en la relación con su peso, una aleación con cobre permite una alta conductividad y una aleación con el níquel permite una alta resistencia a grandes temperaturas.

El acero como material de construcción ha tomado fuerza en los últimos años ya que es un material de alta resistencia, alta homogeneidad (por ser un material con un riguroso proceso de elaboración), posee una buena resistencia ante la corrosión en condiciones normales y la elaboración de estructuras con el economizan tiempo.

REQUISITOS DE DISEÑO

Para el análisis y el diseño de una estructura en acero se debe cumplir con una serie de requerimientos especificados en el capítulo F.2.2 de la NSR-10 (Título F – Estructuras Metálicas). Dentro de estos se encuentra:

1. Cargas y combinaciones las cuales son especificadas en el título b de la NSR-10 (Titulo B – Cargas)

2. Bases para el diseño 2.1. La resistencia de los elementos o conexiones de las estructuras no debe superada

por una fuerza calculada bajo el diseño adecuado teniendo en cuenta las cargas mencionadas previamente, entonces:

(46) Donde:

Ru = Resistencia requerida

Rn = Resistencia nominal

R = Resistencia de diseño

59

2.2. Diseño para estabilidad

Diseño de conexiones Redistribución de momentos en vigas Diagramas y colectores Diseño para condiciones de servicio Diseño para empozamiento de agua Diseño por fatiga Diseño por condiciones de incendio Diseño por efectos de corrosión Anclajes de concreto

(Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

3. Propiedades de los miembros: Clasificación de las secciones por pandeo local: si el elemento es solicitado a

compresión, se califica como secciones con elementos esbeltos o elementos no esbeltos, dependiendo de si su relación ancho – espesor es mayor o menor a un límite λr que se muestran en la tabla F.2.2.4-1a. Si el elemento es solicitado a flexión éstos se califican como compactos, no compactos o con elementos esbeltos, dependiendo de un límite λr esta vez mostrado en la tabla F.2.2.4-1b de la misma norma

Espesor de diseño de la pared para perfiles tubulares estructurales Determinación del área bruta y neta

4. Fabricación, montaje control de calidad 5. Evaluación de estructura existente


DISEÑO DE ELEMENTOS

Los diseños que se proceden a realizar para la estructura deben cumplir con los requerimientos previamente explicados y deben estar sometidos a las cargas especificadas en el titulo B. los principales diseños a los que se deben someter los elementos, de acuerdo a su solicitación son:

Diseño por estabilidad: Se debe considerar la estabilidad de la estructura como un todo y se debe diseñar cada uno de sus elementos. El análisis deberá considerar las deflexiones que cause sobre la estructura los efectos por torsión, cortante y carga axial de los miembros, los efectos del segundo orden, las imperfecciones geométricas, entre otros.

60

Diseño de miembros a tensión: Para este diseño se deben tener muy en cuenta los límites de esbeltez ya mencionados con anterioridad, los cuales no tienen restricción alguna, pero se aconseja no exceder una relación de esbeltez de 300.

Diseño de miembros a compresión: en este caso se estudian y diseña elementos sometidos a efectos de pandeo por flexión de miembros sin elementos esbeltos y pandeo por torsión y pandeo por flexo-torsión de miembros sin elementos esbeltos.

Diseño de miembros a flexión: este diseño se aplica cuando las cargas actúan en un plano que es paralelo a uno de los ejes principales y dicho plano pasa por el centro de corte de la sección.

Diseño por elementos a cortante: Diseño para el alma de elementos de simetría doble o simple, sujetos a fueras cortantes en el plano del alma o a diseño para cortante en la dirección débil en perfiles de simetría doble a simple.

Diseño de conexiones


En la tabla 30 se presenta un resumen de las propiedades mecánicas del acero y la guadua.

Tabla 30 Comparación de las propiedades mecánicas

Guadua Steel Módulo de elasticidad (Mpa) 9500 210000

Peso unitario del material (kgf/m3) 790 7850 Longitud (m) 6 6 to 12

Comportamiento en el medio ambiente Deteriora el material Deteriora el material

Forma Cilíndrico (De = 11 cm and t = 1 cm) Variable

Permeabilidad Alto Bajo Propiedades mecánicas Anisotrópico Isotrópico

11 CAG

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62

Figura 53 Centro recreacional Cocomá en Antioquia (Eternit, n.d.)

Figura 54 Estación de policía de Circasia en Antioquia (Eternit, n.d.)

11.2 Sistemas de fijación

El catálogo de Eternit no contiene un detalle de fijación para Guadua por lo que se utilice el de madera por ser un también un material anisotrópico igualmente se recomienda al constructor seguir los lineamientos cuando se vaya hacer la perforación que esta descrita en el título G de la NSR-10. En la figura 55 se muestra la ubicación de cada gancho, la disposición de los ganchos para fijar la teja sobre las correas y el detalle del gancho galvanizado

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11.3

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66

En la tabla 31 se presenta un resumen de las especificaciones de los materiales de cada cubierta.

Tabla 31 Comparaciones del material de cubierta

Teja española Termo-acústica Mínima pendiente requerida 15% 8%

Sistema de fijación Ganchos galvanizados y amarre de alambre

Tornillos autoperforantes

Longitud (m) 1.2 1.50 Peso promedio del material (kgf/m2) 12.2 18

13 ANÁLISIS ESTRUCTURAL

Toda la información a continuación fue tomada del título G de la NSR-10 y de GUADUA Y BAMBU COLOMBIA (GBC) Guadua Angustifolia Kunth - Construcción en Guadua:

13.1 Requerimientos

En el 2002 el Colombiano para la Normalización del Bambú/Guadua (CCNG) fue consolidado, su principal objetivo es establecer una normativa común para la Guadua en Colombia, a través de un grupo interdisciplinario de profesionales, quienes mediante consenso establecieron requisitos de calidad, seguridad, protección a la salud y el medio ambiente. A continuación se presentan las normas elaboradas por el comité (Guadua Colombia, n.d.):

NTC 5300 “Cosecha y Poscosecha de los culmos de Guadua angustifolia Kunth”.

NTC 5301 “Secado e inmunizado de los culmos de Guadua angustifolia Kunth”

NTC 5405 “Propagación vegetativa de Guadua angustifolia Kunth”.

NTC 5407 “Uniones para estructuras construidas en Guadua angustifolia Kunth”.

NTC 5458 “Artesanias y muebles en Guadua angustifolia Kunth”

Pre Norma “Metodos de ensayo para determinar las propiedades físicas y mecánicas de la Guadua angustifolia Kunth. Parte 1. Requisitos” (ISO 22157-1)

67

13.2 Combinaciones de carga

Según el título G de la NSR, capitulo G.12.7.1, todo elemento estructural debe ser diseñada por el método de esfuerzos admisibles de las combinaciones definidas en el titulo B:

D + F D + L + H + F + T D + (Lr o G o Le) + H + F D + 0.75(L o T) + 0.75(Lr o G o Le) + H + F D + W + H + F D + 0.7E + H + F D + 0.75W + 0.75L + 0.75(Lr o G o Le) + H + F D + 0.75(0.7E) + 0.75L + 0.75(Lr o G o Le) + H + F 0.6D + W + H 0.6D + 0.7E + H

Donde:

D = Carga muerta que incluye el peso propio del elemento, peso de todos los materiales de construcción que fueron incorporados en el edificio y son soportados permanentemente por muros y particiones divisorias de espacios y el peso del equipo permanente.

L = Cargas vivas por el uso y ocupación de la estructura, incluye además las cargas de los objetos que no son permanentes como muebles y particiones móviles.

Lr = Carga viva sobre la cubierta.

Le = Carga de empozamiento de agua.

H = Cargas debidas al empuje lateral del suelo, de agua freática o de materiales almacenados con restricción horizontal.

F = Cargas debidas al peso y presión de fluidos con densidades bien definidas y Alturas máximas controlables.

G = Carga debida al granizo, sin tener en cuenta la contribución del empozamiento.

W = Carga de viento.

Es = Fuerza sísmica.


68

13.3 Esfuerzos y módulos de elasticidad permisibles

Para el análisis estructural se debe utilizar E0.5=7.500 Mpa de la figura 43 como módulo de elasticidad del material (Guadua). Para calcular los coeficientes de estabilidad de las vigas (CL) o de las columnas (Cp), el módulo de elasticidad del elemento debe tomarse como Emin=4.000 Mpa de la figura 43. Para determinar la deflexión de un elemento en condiciones críticas de servicio o en necesidad, el nivel de seguridad debe estar por encima de la media y se debe utilizar un módulo de elasticidad igual a E0.05. (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

13.4 Coeficientes de Modificación

Los esfuerzos admisibles y el módulo de elasticidad deben ser modificados por ciertos coeficientes presentes en la siguiente ecuación (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010):

′ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ (47)

Donde:

Fi = Esfuerzo permisible para el requerimiento i. F'i = Esfuerzo modificado permisible para i. i= sub indice que depende del tipo de esfuerzo solicitado.

CD= Coeficiente de modificación por duración de carga.

Tabla 32 Coeficientes de modificación por duración de carga load (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

Duración de carga Flexión

Tracción

Compresión paralela

Compresión perpendicular Corte Carga

Permanente 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 Muerta

10 años 1 1 1 0.9 1 Viva Dos meses 1.15 1.15 1.15 0.9 1.15 Construcció

n Siete días 1.25 1.25 1.25 0.9 1.25

10 minutos 1.6 1.6 1.6 0.9 1.6 Viento y

sismo Impacto 2 2 2 0.9 2 Impacto

69

Cm = Coeficiente de modificación por contenido de humedad. Guadua una vez cosechado tiende a secarse para alcanzar un contenido de humedad igual al medio en el que se encuentra. Si el proceso de secado, una vez que el Guadua se cosecha, no se hace de forma natural y llega a un contenido de humedad del 12%, esto podría ganar humedad si el contenido de humedad del medio ambiente en el que se almacena es muy alto y también tiene una temperatura baja. (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

Tabla 33 Coeficientes de modificación por contenido de humedad (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

Esfuerzo CH≤12

% CH=13

% CH=14

% CH=15

% CH=16

% CH=17

% CH=18

% CH=19

% Flexión Fb 1 0.96 0.91 0.87 0.83 0.79 0.74 0.7

Tracción Ft 1 0.97 0.94 0.91 0.89 0.86 0.83 0.8 Compresión

paralela Fc 1 0.96 0.91 0.87 0.83 0.79 0.74 0.7

Compresión perpendicula

r Fp 1 0.97 0.94 0.91 0.89 0.86 0.83 0.8

Corte Fy 1 0.97 0.94 0.91 0.89 0.86 0.83 0.8

Módulo de Elasticidad

E0.5

1 0.99 0.97 0.96 0.94 0.93 0.91 0.9 E0.0

5 Emi

n

Ct = Coeficiente de modificación por temperatura

Tabla 34 Coeficientes de modificación por temperatura (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

Esfuerzo Condicione

s de servicio

(Ct)

T≤37°C 37°C≤T≤52° 52°C≤T≤65°

Flexión Fb Humedo

1.00

0.60 0.40 Seco 0.85 0.60

Tracción Ft Humedo 0.85

0.80 Seco 0.90

Compresión paralela

Fc Humedo 0.65 0.40

Seco 0.80 0.60 Compresión perpendicular

Fp Humedo 0.80 0.50

Seco 0.90 0.70

Corte Fy Humedo 0.65 0.40

Seco 0.80 0.60

70

Módulo de Elasticidad

E0.5 Humedo 0.60 0.80

E0.05 Seco 0.80

Emin

CL = Coeficiente de modificación por estabilidad lateral en vigas.

Tabla 35 Coeficiente de modificación por estabilidad lateral en vigas para diferentes relaciones d/b (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

d/b CL 1 1 2 0.98 3 0.95 4 0.91 5 0.87

CF = Coeficiente de modificación debido a la forma.

Cr = coeficiente de modificación debido a la redistribución de cargas, acción conjunta. Las tensiones admisibles pueden aumentarse en un 10% cuando existe una acción conjunta de 4 o más elementos de igual rigidez, lo que hace que el coeficiente sea igual a 1,1. Siempre que la separación entre elementos no supere los 60 cm. (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

Cp = Coeficiente de modificación por estabilidad de la columna.

Cc = Coeficiente de modificación debido al esfuerzo cortante.

Tabla 36 Coeficiente de modificación debido al esfuerzo cortante (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

I/Dc Cc 5 0.7 7 0.75 9 0.81 11 0.86 13 0.91 15 0.93

13.5 Diseño de elementos sometidos a flexión

71

Para el diseño de miembros o elementos de Guadua sometidos a flexión se deben verificar los efectos de deflexión, flexión (incluyendo estabilidad lateral en vigas compuestas), cizallamiento paralelo a la fibra y compresión (compresión perpendicular a la fibra) y en ningún caso estos efectos deben superar los valores de tensión permitidos modificados por los coeficientes ya discutidos. (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

En caso de deflexión, debe calcularse en función del estado de la carga que se aplica al elemento:

Tabla 37 Formulas para el cálculo de deflexiones (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

Tipo de Carga Deflexión

Carga Puntual ∆PI48EI

K

Carga Distribuida ∆5wI384EI

K

Las deflexiones calculadas usando la tabla anterior no deben superar los valores indicados en la tabla 37, que se tomó de la tabla G.12.8-2 de la NSR-10. (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

En el caso de deflexión:

′ (47)

Donde:

F’b = Esfuerzo de deflexión permisible modificado para un elemento. M = Momento de deflexión aplicado en la sección del elemento. S = Módulo de sección, puede ser:

∗

∗ 1 (48)

∗

∗ 2 (49)

∗

∗ 3 (50)

Donde:

72

De = Promedio del diámetro externo de la sección de la guadua.

t = Promedio del espesor de la sección de la guadua.

En el caso del efecto de cizallamiento, la tensión debe calcularse en el extremo de los soportes y debe ser menor que la tensión permisible ya modificada por los coeficientes correspondientes. La fuerza de corte para una sección debe calcularse con (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010):

′ (51)

Donde:

V = Esfuerzo cortante en la sección considerada A = Área transversal de la sección del elemento en guadua De = Promedio del diámetro externo de la sección en guadua

t = Promedio del espesor de la sección de guadua

Fv = Esfuerzo actuante paralelo a la fibra

F'v = Esfuerzo paralelo a la fibra, modificado por los coeficientes pertinentes.

En el caso de que el elemento esté compuesto de dos o más culmos, la fuerza de cizallamiento paralela que actúe por culmo será igual a la fuerza de cizallamiento dividida por el número de culmos que constituyen la sección.

Para calcular la fuerza de aplastamiento (fuerza perpendicular a la fibra que actúa) se calcula con (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010):

′ (52)

Donde:

F'p = Esfuerzo permisible en compresión perpendicular a la fibra, modificado por los coeficientes pertinentes.

Fp = Esfuerzo de compresión perpendicular a la fibra. De = Promedio del diámetro externo de la sección de la guadua.

t = Promedio del espesor de la sección de la guadua.

L = Longitud del soporte.

R = Fuerza aplicada en la dirección perpendicular de las fibras.

73

13.6 Diseño de elementos solicitados por fuerza axial

Estos elementos a diseñar son aquellos que experimentan una fuerza en la misma dirección del eje longitudinal. Las tensiones axiales para todos los elementos no deben sobrepasar la tensión axial permisible ya modificada por sus coeficientes pertinentes (F't) y se calculan con la fórmula (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010):

′ (53)

Donde:

Ft = Esfuerzo axial actuante F't = Esfuerzo axial permisible, modificado por los coeficientes pertinentes. T = Fuerza de tensión axial aplicada An = Área transversal del elemento.

Para calcular el esfuerzo de compresión axial, el cálculo de este depende de la relación de esbeltez del elemento (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010):

; ∗ (54)

Donde: λ = Relación de esbeltez del elemento Le = Longitud efectiva del elemento R = Radio de giro de la sección Lu = Longitud no soportada del elemento k = Coeficiente de la longitud efectiva el cual varía acorde a la restricción en sus

soportes.

Tabla 38 Condiciones de soporte (k) (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

Condiciones de soporte K

Ambas terminan en articulaciones 1.0

Una termina con restricción al giro y al movimiento y el otro no

2.1

74

Si la relación de esbeltez (λ) es menor de 30:

′ (55)

Donde: N = Fuerza de compresión paralela a la fibra actuante An = Área de la sección transversal Fc = Esfuerzo de compresión paralelo a la fibra actuante F'c = Esfuerzo permisible de compresión paralelo a la fibra actuante.

Si la relación de esbeltez (λ) es mayor que 30 y menor que Ck:

2.565 ∗ . (56)

Se calcula el esfuerzo de compresión paralelo a la fibra:

′ (57)

Si la relación de esbeltez (λ) es mayor que Ck y menor de 150, se puede calcular la tensión de acción:

3.3 . ′ (58)

13.7 Diseño de elementos por flexión y carga axial

Los elementos que tienen esfuerzos de flexión con tensión axial deben cumplir con los siguientes requisitos:

1.0 (59)

Donde:

Ft = Esfuerzo de tensión actuante.

75

F't = Resistencia a la tracción permisible, modificada por los respectivos coeficientes.

Fb = Esfuerzo de flexión actuante. F'b = Estrés de flexión admisible, modificado por sus respectivos coeficientes.

Además, los elementos que tienen esfuerzos de flexión con compresión deben cumplir la siguiente ecuación:

1.0 (60)

Donde:

Fc = Fuerza de compresión paralela a la fibra actuante. Fc = Fuerza admisible de compresión axial, modificada por sus respectivos

coeficientes. Fb = Esfuerzo de flexión actuante F'b = Estrés de flexión admisible, modificado por sus respectivos coeficientes. Km = Coeficiente de magnificación de momentos, calculado así:

. (61)

Donde:

Na = Carga de compresión actuante Ncr = carga crítica de Euler, calculada así:

∗ . ∗ (62)

Donde:

Ncr = Carga crítica de Euler I = Momento de inercia de la sección Le = Longitud efectiva del elemento

14 AVALÚO DE CARGAS

Para analizar correctamente cualquier estructura la NSR-10 establece que todo edificio debe ser diseñado para resistir la carga mínima descrita en el titulo B. Además debe ser lo suficiente rígida para soportar cualquier deformación impuesta a la estructura (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010) El cálculo de las siguientes cargas se consideraron para el modelo en SAP2000.

76

14.1 Carga de viento

Para calcular la carga de viento para la estructura debe cumplir con las condiciones de B.6.4.1.1 o B.6.4.1.2. Sin embargo la estructura del presente proyecto no cumplió con lo estipulado en el capítulo B.6.4.1.1-C, ya que no es un edificio cerrado. Entonces se empleó el método 2 (Procedimiento Analítico) del capítulo B.6.5 y sus condiciones son las siguientes:

1. El edificio o estructura sea de forma regular como se define en la sección B.6.2.

Estructura o edificio de forma regular – Un edificio u otra estructura que no tenga geometría irregular en su forma espacial

2. El edificio o estructura no tiene características de respuesta que den lugar a cargas transversales de viento, generación de vórtices, inestabilidad debida a golpeteo o aleteo y que por su ubicación, tampoco deben merecer consideración especial los efectos de canalización o sacudimiento por la estela producida por las obstrucciones a barlovento.


A continuación se presenta el procedimiento de diseño del método 2:

a) La velocidad básica de viento V, y el factor de dirección de viento Kd se determinaran de acuerdo con la sección B.6.5.4 de la NSR-10.

La velocidad básica de viento V se tomó de la figura B.6.4-1 de la NSR-10 la ubicación del proyecto está en la zona 3 de amenaza eólica que tiene una velocidad de 28 m/s o 100 km/h. el factor de dirección de viento Kd según la tabla B.6.5-4 de la NSR-10 para un cubierta triangular es de 0.85.

b) El factor de importancia I se determinara de acuerdo con la sección B.6.5.5 de la NSR-10. El factor de importancia I según la tabla B.6.5-1 para una categoría III es de 1.15.

77

c) Se determinara para cada dirección de viento una o unas categorías de exposición Kz y un coeficiente de exposición para la presión por velocidad Kh, de acuerdo con la sección B.6.5.6 de la NSR-10. Categoría de exposición Kz es una rugosidad de terreno tipo C y un coeficiente de exposición para la presión por velocidad Kh es una exposición tipo C.

d) Factor topográfico Kzt, se determinara de acuerdo con la sección B.6.5.7 de la NSR-10. El factor topográfico Kzt es igual a uno, ya que K3 es igual a cero.

e) El factor de efecto de ráfaga G o Gf, según aplique, se determinara de acuerdo con la sección B.6.5.8 de la NSR-10. El factor de efecto de ráfaga G o Gf es 0.88.

f) La clasificación de cerramiento se determinara de acuerdo a la sección B.6.5.9 de la NSR-10. La clasificación de cerramiento es abierta.

g) El coeficiente de presión interna GCpi se determinará de acuerdo con la sección B.6.5.11.1 Para estructuras abiertas el coeficiente de presión interna GCpi es igual a cero.

h) El coeficiente de presión externo Cp o GCpf o los coeficientes de fuerza Cf, según aplique, se determinaran de acuerdo con la sección B.6.5.11.2 o B.6.5.11.3 respectivamente de la NSR-10. Los valores que se presentan a continuación fueron sacadas de la figura b.6.5-19.

Ɛ D 2.5

<0.1 1.2

i) La presión por velocidad qz o qh, según aplique, se determinara de acuerdo con la sección B.6.5.10 de la NSR-10.

La presión por velocidad qz o qh es igual a 441.59 N/m2.

78

j) La carga de viento de diseño p o F se determinara de acuerdo con las secciones B.6.5.12, B.6.5.13, B6.5.14 y B.6.5.15 de la NSR-10, según aplique. Estas cargas se pueden ver en la figura 62.

Figura 62 Cargas de viento en la cubierta (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo

Territorial, 2010)

NOTA: Las cargas de viento para cada pendiente cambia su dirección, esto se puede observar en el modelo con mayor claridad.


En la tabla 39 se presenta un resumen de las cargas sobre cada propuesta de cubierta

Tabla 39 Resumen de cargas

CARGAS DE CUBIERTA EN ACERO 1.0 Carga de viento 1 25.2 kgf/m2 2.0 Carga de viento 2 6.3 kgf/m2 3.0 Carga viva 50 kgf/m2

CARGAS DE CUBIERTA EN GUADUA

1.0 Carga de viento 1 25.2 kgf/m2 2.0 Carga de viento 2 6.3 kgf/m2 3.0 Carga viva 50 kgf/m2

79

NOTA: El peso propio de los elementos estructurales son asumidos por el programa de análisis de manera automática.

14.2 Respuesta Sísmica

Para el análisis y diseño sísmico de la estructura, ésta debe localizarse dentro de una de las zonas de amenaza sísmica baja, media o alta, esto se hace con ayuda del mapa de la figura A.2.3-1 en la NSR-10 y además se deben utilizar los sismos de diseño definidos en el título A de la NSR 10. (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

MOVIMIENTOS SÍSMICOS DE DISEÑO

Los movimientos sísmicos de diseño se definen en función de la aceleración pico efectivo (Aa) y la velocidad pico efectiva (Av), para una probabilidad del 10% de ser excedida en un lapso de 50 años. Los valores de Aa y Av se pueden determinar con ayuda de los mapas de las figuras A.2.3-2 y A.2.3-3 respectivamente, presentes en la NSR-10. (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

Tipo de perfil del suelo

Se definen 6 tipos de suelo en la norma los cuales se presentan en la tabla A.2.4-1. Se emplean varios parámetros para la definición del tipo de suelo del perfil los cuales son:

ú ó IP = Índice de plasticidad Contenido de agua

En el caso de este proyecto, el tipo de suelo del perfil fue de tipo F. Por lo que la norma exige una microzonificación del lugar, sin embargo es un proyecto que no posee los fondos para realizar tales estudios por lo que fue recomendado utilizar el suelo tipo E como también incrementar los factores de seguridad.

Coeficiente de importancia

Todas las edificaciones o estructuras deben estar calificadas su nivel de importancia. Existen 4 niveles siendo:

80

Grupo IV = Edificaciones indispensables (Coeficiente I = 1.5) Grupo III = Edificaciones de atención a la comunidad (Coeficiente I = 1.25) Grupo II = Estructuras de ocupación especial (Coeficiente I = 1.1) Grupo I = Estructuras de ocupación normal (Coeficiente I = 1)

En el caso de este proyecto, la estructura entra en el grupo de importancia III.


Espectro de diseño

El espectro elástico está en función de T y queda tal como se muestra en la figura A.2.6-1 del título A. El espectro resultante con el que se diseña la estructura de este proyecto es el de la de la tabla 41 y están graficadas a continuación:

Grafica 1 Espectro sísmico de diseño

Y los datos para calcular el espectro de aceleración de la gráfica 1 se pueden ver en la tabla 40:

Tabla 40 Datos para espectro sísmico (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2010)

Aa= 0.250Av= 0.200Fa= 1.400

0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

0,000 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000 16,000 18,000

Aceleración espectral [1/g]

Periodo [s]

Espectro sísmico de diseño

81

Fv= 3.300I= 1.250Aa·I= 0.313Sn= 1.094

T0= 0.786

TC= 1.131

TL= 7.920

Tabla 41 Puntos del espectro sísmico

T Sa1

0.000 1.0940.444 1.0940.500 1.0940.640 1.0940.720 1.0940.786 1.0941.131 1.0941.980 0.5002.829 0.350

3.677 0.269

4.526 0.219

5.374 0.184

6.223 0.1597.071 0.1407.920 0.125

15.840 0.031

Coeficiente de disipación de energía: Ro= 2.0

Irregularidad de la estructura en planta ϕp= 0.9

Irregularidad de la estructura en alzada ϕA= 0.8

Ausencia de redundancia ϕR= 1.0

Coeficiente de capacidad de disipación de energía R = ϕp* ϕA* ϕR * Ro = 1.44

82

15 Análisis de precios unitarios

El siguiente análisis de precios unitarios fue hecho con ayuda del listado de precios establecidos por la gobernación del Valle del Cauca para proyecto de inversión pública (Gobernación del Valle del Cauca, 2016):

Tabla 42 Análisis de precios unitarios de la cubierta en Guadua

CODIGO ACTIVIDAD UNIDAD CANT. RECURSOS UNIDAD RENDIMIENTO VR

UNIT CANT. COSTO COSTO

ACTIVIDAD

10-01-05 CERRAMIENTO M2 1500

ESTERILLA GUADUA L=4MTS UND 0.900 4900 104 $509,600.00

$1,856,417.33

GUADUA [TACO] 2.50-3M UND 0.500 7500 57.8 $433,333.33

PUNTILLA 2 CC LBS 0.070 2300 8.1 $18,604.44 ALAMBRE GALVANIZADO # 18 KG 0.200 6000 23.1 $138,666.67

MANO OBRA ALBANILERIA 3 AYUDANTE-1 OIF

HC 0.170 31675 19.6

$622,237.78

HERRAMIENTA MENOR GLB 0.748 1550 86.4 $133,975.11

10-01-13 LOCALIZACION-

REPLANTEO M2 250

LISTON 2 x2x300 OTOBO UND

0.110 5300 10

$53,000.00

$281,220.00

PUNTILLA 2 CC LBS 0.020 2300 1.82 $4,181.82

PIOLA GRUESA ROL 0.060 2700 5.45 $14,727.27

MINERAL ROJO KLS 0.005 4700 0.45 $2,136.36

MANO OBRA ALBANILERIA 2 AYUDANTE-1 OFI

HC 0.060 24896 5.45

$135,796.36

MANO OBRA TOPOGRAFIA 1 CADENERO-1 TOP

HC 0.015 48314 1.36 $65,882.73

HERRAMIENTA MENOR GLB

0.039 1550 3.55

$5,495.45

10-01-02 CAMPAMENTO

TABLA 9 M2 UND 1

"BISAGRA 3x2"" COBRI UND 3.0 3200 2.00 $6,400.00

$307,909.18

CANDADO YALE 110-30 UND 1.0 27900 1.00 $27,900.00 GANCHO P/TEJA ASB. MADERA UND 8.0 353 4.00 $1,412.00 GUADUA [TACO] 2.50-3M UND 12.0 7500 12.00 $90,000.00

-PUNTILLA 2 CC LBS 3.0 2300 3.00 $6,900.00 -TABLA 1x10x300 OTOBO UND 44.0 9500 9.00 $85,500.00

TEJA ONDULIT #6 UND 8.0 24800 1.64 $40,581.82

-PORTACANDADO UND 1.0 2750 1.00 $2,750.00

83


HC 9.0 24896 1.84 $45,831.27

HERRAMIENTA MENOR

GLB 2.0 1550 0.41 $634.09

10-06-04

RELLENO IMPORTADO BALASTRO

INCLUYE ACARR

M3 8.7

BALASTRO DE RIO M3 1.3 19200 8.7 $167,040.00

$325,137.07

MANO OBRA ALBANILERIA 1 AYUDANTE

HC 0.9 6779 6.0 $40,830.44

VIBROCOMPACTADOR CA-15

HRS 0.1 105000 0.5 $49,188.46

VOLQUETA TRANSPORTE MAT. PETREOS 1-10KMS

M3 1.3 7000 8.7 $60,900.00

HERRAMIENTA MENOR

GLB 0.692 1550 5 $7,178.17

CODIGO ACTIVIDAD UNIDAD CANT. RECURSOS UNIDAD RENDIMIENTO VR


ACTIVIDAD

11-09-04 GEOTEXTIL

TEJIDO M2 86.84

GEOTEXTIL TEJIDO M2 1.000 3200 86.84 $ 277,888.00

$318,562.00 MANO OBRA ALBANILERIA 1 AYUDANTE

HC 0.150 6779 6.00 $40,674.00

10-06-19

RELLENO ROCAMUERTA

COMPACT-RANA+ACARREO

M3 157

ROCAMUERTA M3 1.30 7000 157.0

$1,099,000.00

$3,337,264.46

GASOLINA CORRIENTE

GLN 0.05 7600 6.0 $45,892.31

ACEITE MOTOR 4 TIEMPOS

GLN 0.01 73900 1.2 $89,248.46


HC 0.60 13559 72.5 $982,506.00

VIBROCOMPACTADOR TIPO RANA

DAY 0.06 400 7.2 $2,898.46


M3 1.30 7000 157.0

$1,099,000.00

HERRAMIENTA MENOR

GLB 0.10 1550 12.1 $18,719.23

08-09-03 GAVIONES CALIBRE 12

M3 170

ALAMBRE GALVANIZADO # 10

KLS 1.40 4100 80.0 $328,000.00

$8,614,240.00

"CUARTON 2"X4"X300 OTOBO

UNT 0.20 11500 11.4 $131,428.57

GAVIONES 2X1X1 CAL 12

UNT 0.50 68400 28.6 $1,954,285.71

PIEDRA RIO SONGA MANO D=20

M3 1.10 46500 62.9 $2,922,857.14

PUNTILLA 2 1/2 CC POUNDS 0.10 2300 5.7 $13,142.86

TABLA 1x10x300 OTOBO

UNT 0.40 9500 22.9 $217,142.86

MANO OBRA ALBANILERIA 5 AYUDANTE-1 OPI

HC 0.85 45234 49 $2,197,080.00


M3 1.50 7000 85.7 $600,000.00

VIBROCOMPACTADOR CA 15

HRS 0.05 89900 3 $241,445.71

HERRAMIENTA MENOR

GLB 0.10 1550 6 $8,857.14

20-01-14 CANAL

CONCRETO ML 110

ACEITE QUEMADO GLN 0.05 660 125 $82,500.00

$6,217,575.61

PUNTILLA 1 1/2 CC POUNDS 0.20 2300 500

$1,150,000.00 TABLA 1x08x300 OTOBO [1C]

UND 0.335 6900 30 $207,000.00

TABLA 1x05x300 OTOBO [1C]

UND 0.335 6500 30 $195,000.00

MEZCLA CONCRETO 1:2:3 3100 PSI 21 MPA

M3 0.06 256139 1 $253,577.61

REJILLA + SOLDADURA

M2 1.00 139374 7 $975,618.00

84


HC 0.90 18116 180

$3,260,880.00

HERRAMIENTA MENOR

GLB 0.30 1550 60 $93,000.00

12-01-02

CODIGO

CIMENTACION (ESTRUCTURA

GUADUA)ACERO REFUERZO

FLEJADO 37000 PSI 280Mpa

ACTIVIDAD

KLS

UNIDAD

CANT.

ALAMBRE NEGRO # 18 KLS 0.04 3522 0.568 $2,001.64

$1,701,598.10

COSTO ACTIVIDAD

SEGUETA SIN MARCO UND 0.03 3130 1.714 $5,365.71

HIERR.DE 37000 PSI 259 MPA KLS

1.03 2394 60.000 $143,640.00


M3 0.102 256139 5.829

$1,492,924.46

CARRETA TIPO BUGUI 0.012 3500 0.686 $2,400.00

VIBRADOR ELECTRICO DIA

0.020 34800 1.143 $39,771.43

RECURSOS UNIDAD RENDIMIENTO VR

UNIT CANT COSTO

MANO OBRA ALBANILERIA 1

AYUDANTE HC 0.04 6779 .2.286 $15,494.86

7 ESTRUCTURA

GUADUA KGF 97179

PERNOS 5/8"" UND 6 2600 150 $390,000.00

$15,856,394.00

MORTERO 1:3 KLS 0.012 293137 30 $8,794,110.00

CARRETA TIPO BUGUI DIA 0.012 3500 90 $315,000.00 GUADUA INMUNIZADA (ACARREO)

UND 1 30000 200 $6,000,000.00

ANDAMIO METALICO TUBULAR U/N

0.24 1100 3 $3,300.00

VARILLA ROSCADA 1/2 *100

UND 1 5600 40 $224,000.00

MANO OBRA CARP.TALLER 2 AYUDANTE-1 OFI

HRS 1.6 31721 4 $126,884.00

HERRAMIENTA MENOR

GLB 2.0 1550 2 $3,100.00

8 CUBIERTA(TEJA ESPAÑOLA)

ESTRUCTURA GUADUA

MTL 250


0.24 1100 2 $2,200.00

$6,325,700.00

GANCHOS GALVANIZADOS 1/2""

UND 1 4900 40 $196,000.00

TEJA ESPAÑOLA MTS 0.74 22400 250 $5,600,000.0 TEJA ESPAÑOLA CABALLETE

MTS 1.34 21100 25 $527,500.00

SUBTOTAL $45,142,017.76

ADMINISTRACION (15%) $6,771,302.66

IMPREVISTOS (5%) $2,257,100.89

UTILIDAD (2%) $2,257,100.89

IVA SOBRE UTILIDAD (19%) $8,576,983.37

TOTAL + IVA + AIU $65,004,505.57

Tabla 43 Análisis de precios unitarios de la cubierta en Acero

CODIGO ACTIVIDAD UNIDAD CANT. RECURSOS UNIDAD RENDIMIENTO VALOR


ACTIVIDAD

10-01-05 CERRAMIENTO M2 1500

ESTERILLA GUADUA L=4MTS UND 0.900 4900 104 $509,600.00

$1,856,417.33

GUADUA [TACO] 2.50-3M UND 0.500 7500 57.8 $433,333.33

PUNTILLA 2 CC LBS 0.070 2300 8.1 $18,604.44 ALAMBRE GALVANIZADO # 18 KG 0.200 6000 23.1 $138,666.67

85

MANO OBRA ALBANILERIA 3 AYUDANTE-1 OIF

HC 0.170 31675 19.6

$622,237.78


LISTON 2 x2x300 OTOBO UND 0.110 5300 10 $53,000.00

PUNTILLA 2 CC LBS 0.020 2300 1.82 $4,181.82

PIOLA GRUESA ROL 0.060 2700 5.45 $14,727.27

MINERAL ROJO KLS 0.005 4700 0.45 $2,136.36


HC 0.060 24896 5.45

$135,796.36

MANO OBRA TOPOGRAFIA 1 CADENERO-1 TOP

HC 0.015 48314 1.36 $65,882.73


CODIGO ACTIVIDAD UNIDAD CANT. RECURSOS UNIDAD RENDIMIENTO VALOR


ACTIVIDAD

10-01-02 CAMPAMENTO

TABLA 9 M2 UND 1

"BISAGRA 3x2"" COBRI UND 3.0 3200 2.00 $6,400.00

$307,909.18

CANDADO YALE 110-30 UND 1.0 27900 1.00 $27,900.00 GANCHO P/TEJA ASB. MADERA UND 8.0 353 4.00 $1,412.00 GUADUA [TACO] 2.50-3M UND 12.0 7500 12.00 $90,000.00

-PUNTILLA 2 CC LBS 3.0 2300 3.00 $6,900.00

-TABLA 1x10x300 OTOBO UND 44.0 9500 9.00 $85,500.00

TEJA ONDULIT #6 UND 8.0 24800 1.64 $40,581.82

-PORTACANDADO UND 1.0 2750 1.00 $2,750.00 MANO OBRA ALBANILERIA 2 AYUDANTE-1 OFI

HC 9.0 24896 1.84 $45,831.27

HERRAMIENTA MENOR GLB 2.0 1550 0.41 $634.09

10-06-04

RELLENO IMPORTADO BALASTRO

INCLUYE ACARR

M3 8.7

BALASTRO DE RIO M3 1.3 19200 8.7 $167,040.00

$325,137.07


HC 0.9 6779 6.0 $40,830.44

VIBROCOMPACTADOR CA-15

HRS 0.1 105000 0.5 $49,188.46


M3 1.3 7000 8.7 $60,900.00

HERRAMIENTA MENOR GLB 0.692 1550 5 $7,178.17

11-09-04 GEOTEXTIL

TEJIDO M2 86.84

GEOTEXTIL TEJIDO M2 1.000 3200 86.84 $277,888.00

$318,562.00 MANO OBRA ALBANILERIA 1 AYUDANTE

HC 0.150 6779 6.00 $40,674.00

10-06-19

RELLENO ROCAMUERTA

COMPACT-RANA+ACARREO

M3 157

ROCAMUERTA M3 1.30 7000 157.0 $1,099,000.00

$3,337,264.46

GASOLINA CORRIENTE GLN 0.05 7600 6.0 $45,892.31

ACEITE MOTOR 4 TIEMPOS

GLN 0.01 73900 1.2 $89,248.46


HC 0.60 13559 72.5 $982,506.00

VIBROCOMPACTADOR TIPO RANA

DAY 0.06 400 7.2 $2,898.46


M3 1.30 7000 157.0 $1,099,000.00


08-09-03 GAVIONES CALIBRE 12

M3 170

ALAMBRE GALVANIZADO # 10

KLS 1.40 4100 80.0 $328,000.00

$8,614,240.00

"CUARTON 2"X4"X300 OTOBO

UNT 0.20 11500 11.4 $131,428.57

GAVIONES 2X1X1 CAL 12

UNT 0.50 68400 28.6 $1,954,285.71

PIEDRA RIO SONGA MANO D=20

M3 1.10 46500 62.9 $2,922,857.14

PUNTILLA 2 1/2 CC POUNDS 0.10 2300 5.7 $13,142.86

TABLA 1x10x300 OTOBO UNT 0.40 9500 22.9 $217,142.86

86


HC 0.85 45234 49 $2,197,080.00


M3 1.50 7000 85.7 $600,000.00

VIBROCOMPACTADOR CA 15

HRS 0.05 89900 3 $241,445.71


20-01-14

CÓDIGO

CANAL CONCRETO

ACTIVIDAD

ML

UNIDAD

110

CANT.

ACEITE QUEMADO GLN 0.05 660 6 $3,985.38

$3,715,962.38

COSTO ACTIVIDAD

PUNTILLA 1 1/2 CC POUNDS 0.20 2300 24 $55,553.85


UND 0.335 6900 30 $207,000.00


UND 0.335 6500 30 $195,000.00


M3 0.06 256139 1 $253,577.61

RECURSOS UNIDAD RENDIMIENTO

VALOR

UNIT CANT. COSTO

REJILLA + SOLDADURA M2 1.00 139374 7 $975,618.00


HC 0.90 18116 109 $1,969,069.85


12-01-02

CIMENTACION (ESTRUCTURA

METALICA)ACERO REFUERZO

FLEJADO 37000 PSI 280Mpa

KLS

ALAMBRE NEGRO # 18 KLS 0.04 3522 4.831 $17,013.97

$3,496,988.10

-SEGUETA SIN MARCO UND 0.03 3130 3.623 $11,340.23


1.03 2394 80.000 $191,520.00


M3 0.102 256139 12.318 $3,155,238.42

CARRETA TIPO BUGUI 0.012 3500 1.449 $5,072.31

VIBRADOR ELECTRICO DIA 0.020 34800 2.415 $84,055.38


HC 0.04 6779 4.831 $32,747.78

13 ESTRUCTURA DE

ACERO

ACERO REFUERZO FLEJADO 60000 PSI 420Mpa KLS

0.04 3522 4.831 $17,013.97

$70,782,685.55

SEGUETA SIN MARCO UND 0.04 3130 4.831 $15,120.31


1.03 2394 124.392 $297,795.18


HC 0.05 6779 6.038 $40,934.73

ESMALTE PINTUCOAT GLN 0.005 109900 0.604 $66,362.69

MANO OBRA METALISTERIA 1 AYUDANTE-1 OFI

HC 0.045 21740 5.435 $118,148.54


0.24 1100 28.985 $31,883.08


M3 0.102 256139 12.318 $3,155,238.42

VIBRADOR ELECTRICO DIA 0.020 34800 2.415 $84,055.38


HC 0.185 18116 22.342 $404,753.25

PERNOS UND 1 1600 120.769 $193,230.77

CARRETA TIPO BUGUI DIA 0.012 3500 1.449 $5,072.31

VIGA HEA 200 MTS 1 200000 40 $8,000,000.00

VIGA HEA 240 MTS 1 202000 30 $6,060,000.00

BOX 120x120x2 mm UND 44 9500 5313.846 $50,481,538.5

VC 30 X 40 MTS 1.000 15000 120.769 $ 1,811,538.46

9 CUBIERTA (TEJA

TERMOACUSTICA TEJA TERMOACÚSTICA

CINDULIT 3 M X 0.78 M

M2 0.4274 108000 100 $10,800,000.0

$11,091,235.0

87

) TORNILLOS AUTOPERFORANTES 8/18" X 1/2" ZINC HEXAGONO METAL TECKS

LBS 0.2083 33400

6 $200,400.00 ANDAMIO TUBULAR ESTANDAR CON TIJERAS

MES 0.05 27300 2 $54,600.00

CUADRILLA DE INSTALACIONES

HRS 0.025 16235 1 $16,235.00

TRANSPORTE TONELADA

KMS 0.04 2000 10 $20,000.00

SUBTOTAL $104,127,621.07

ADMINISTRACION (15%) $15,619,143.16

IMPREVISTOS (5%) $5,206,381.05

UTILIDAD (2%) $5,206,381.05

IVA SOBRE UTILIDAD (19%) $19,784,248.00

TOTAL + IVA + AIU $149,943,774.34

En la tabla 38 se presenta una comparación de los precios totales de cada estructura.

Tabla 44 Comparación de APU de Guadua y Acero

TOTAL GUADUA TOTAL ACERO DIFERENCIA $ 65,004,505.57 $149,943,774.34 $84,939,268.77

16 CONCLUSIÓN

A través de la investigación previa de construcciones en Guadua, fue posible obtener ejemplos claros para idealizar un diseño arquitectónico y estructural según el título G de la NSR-10. Es importante destacar lo bueno y lo malo de cada tipo de material, clasificándolo por categorías. En el caso del comportamiento mecánico de cada material, es claro que el acero es mejor que la Guadua, ya que el acero es un material artificial que tiene un riguroso proceso de fabricación y algunas de sus propiedades pueden ser cambiadas dependiendo de qué resistencia se necesita con la ayuda de cambios moleculares. Por otra parte, la guadua es un material natural del que en lo único que el hombre puede tomar parte es en el aumento de su resistencia si dicho material se almacena correctamente y se cosecha durante una cierta edad, haciendo el material altamente susceptible a los cambios, también su mantenimiento debe ser más frecuente y hecho por un experto.

Sin embargo, si se analizan ambos materiales desde una perspectiva económica, la estructura de Guadua se presupuestó con un costo total de sesenta y cinco millones cuatro mil quinientos cinco pesos ($ 65,004,505.57) y para la estructura de acero el total fue de ciento cuarenta y nueve millones novecientos cuarenta y tres mil setecientos setenta y cuatro pesos ($149,943,774).

88

A pesar de que cada tipo de estructura tiene sus fortalezas y debilidades como ingenieros civiles cada aspecto tiene que ser estudiado de cerca, así como las necesidades de la comunidad. En este caso la estructura en Guadua sería la mejor opción en comparación con el acero ya que su huella de carbono es baja, el costo de construcción es menor en $ 22.198.503 y se adapta mejor que los edificios existentes de hormigón.

17 BIBLIOGRAFÍA

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ANEXOS

Anexo 1. ESTUDIOS DE SUELO

Standard Test Methods for laboratory determination of water (moisture) content of soil and rock by mass (ASTM D2216-05):

Tabla 45Contenido de humedad para el suelo H, W%

Profundidad (m) 0.14 - 1 1.1 - 1.35 1.35 - 1.57 1.57 - 2.0 %W 18% 15% 13% 11%

94

Tabla 46 Contenido de humedad para el suelo S, W%

Profundidad (m) 0 - 0.37 0.37 - 0.67 0.67 - 2.0 %W 10% 36% 88%

Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils

(ASTM D4318):

Tabla 47 Primer rango – Suelo S

RANGO

GOLPES 34 25‐35

Tara N° 41P 419 12P

Mtara 11.76 12.17 12.63

Mtara+sh 20.12 28.19 22.55 Mtara+ss 18.6 25.56 20.86

Mss 6.84 13.39 8.23

Msh 8.36 16.02 9.92

%W 22% 20% 21%

PROMEDIO 21

LL 22

Tabla 48 Segundo Rango – Suelo S

RANGO

GOLPES 26 20‐30

Tara N° 37P 68P 71P

Mtara 11.67 11.6 12.97

Mtara+sh 18.61 19.08 19.22 Mtara+ss 17.21 17.56 17.95

Mss 5.54 5.96 4.98

Msh 6.94 7.48 6.25

%W 25% 26% 26%

PROMEDIO 25

LL 26

Tabla 49 Tercer Rango – Suelo S

RANGO

GOLPES 17 15‐20

Tara N° 69P 50P 13P

Mtara 12.61 11.96 12

Mtara+sh 18.94 20.92 20.09

95

Mtara+ss 17.53 18.83 18.3

Mss 4.92 6.87 6.3

Msh 6.33 8.96 8.09

%W 29% 30% 28%

PROMEDIO 29

LL 28

Grafica 2 Curva de flujo - Suelo S

Tabla 50 Primer rango - Suelo H

RANGO

GOLPES 30 25‐35

Tara N° 509 69P 67P

Mtara 12.01 12.65 11.66

Mtara+sh 24.29 23.04 18.98

Mtara+ss 19.9 19.22 16.39

Mss 7.89 6.57 4.73

Msh 12.28 10.39 7.32

%W 56% 58% 55%

PROMEDIO 56

LL 57

Tabla 51 Segundo rango - Suelo H

RANGO

GOLPES 22 20‐30

Tara N° 503 510 27P

Mtara 11.92 12.02 12.58

Mtara+sh 20.96 21.53 27.88

Mtara+ss 17.4 17.84 21.77

Mss 5.48 5.82 9.19

y = ‐0,4905x + 37,718R² = 0,991

20

22

24

26

28

30

10 100

Contenido de humedad

(%)

Numero de golpes

Curva de flujo Talud

96

Msh 9.04 9.51 15.3

%W 65% 63% 66%

PROMEDIO 65

LL 64

Tabla 52 Tercer rango - Suelo H

RANGO

GOLPES 19 15‐20

Tara N° 502 24P 64P

Mtara 11.9 12.08 11.37

Mtara+sh 27.51 27.2 27.88

Mtara+ss 21.22 21.18 21.24

Mss 9.32 9.1 9.87

Msh 15.61 15.12 16.51

%W 67% 66% 67%

PROMEDIO 67

LL 65

Grafica 3 Curva de Flujo - Suelo H

Tabla 53 Regresión lineal

Suelo S

W% a N = 25 golpes 25.57

R2 0,991

Suelo H

y = ‐1,0258x + 86,943R² = 0,9909

50

52

54

56

58

60

62

64

66

68

70

10 100

Contenido de agu

a (%

)

Numero de golpes

Curva de Flujo

97

W% a N = 25 golpes 61,298 R2 0,9909

Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils (ASTM D422):

Tabla 54 % Pasante – Suelo S

TAMIZ N° M retenida % Retenido % Retenido acum % de pasa

4 (4,75 mm) 16.27 8.08 8.08 91.92

8 (2,36 mm) 6.04 3.00 11.08 88.92

16 (1,18 mm) 4.31 2.14 13.22 86.78

30 (600 μm) 4.88 2.42 15.65 84.35

50 (300 μm) 7.77 3.86 19.51 80.49

100 (150 μm) 16.38 8.14 27.64 72.36

200 (75 μm) 23.46 11.65 39.30 60.70

Grafica 4 Material pasante - Suelo S

Tabla 55 % Pasante – Suelo H

TAMIZ N° M retenida % Retenido % Retenido acum % de pasa

4 (4,75 mm) 3.17 3.12 3.12 96.88

8 (2,36 mm) 1.68 1.65 4.77 95.23

16 (1,18 mm) 1.53 1.50 6.28 93.72

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

0,010,1110

Porcentaje de pasa (%

)

Diametro tamiz (mm)

98

30 (600 μm) 2.17 2.13 8.41 91.59

50 (300 μm) 3.89 3.83 12.24 87.76

100 (150 μm) 8.95 8.80 21.04 78.96

200 (75 μm) 14.54 14.30 35.34 64.66

Grafica 5 Material pasante - Suelo H

Hydrometer passing the No. 10 sieve (Scribd, 2009)

Tipo de hidrómetro: ASTM 152-H Gs, Gs=2,70

Mseco (g): 50 α 1,59

K 0,0039

Tabla 56 Porcentaje que pasa - Suelo S

Tiempo de lectura (min)

Lectura del hidrómetro

Temp. de lectura (°C)

Corrección de Temperatura (FT)

Diámetro de la partícula

(D, mm)

Porcentaje que pasa,

(P,%)

0,25 11,7 27 1,9 0,08437 92,12 0,5 11,9 27 1,9 0,06017 88,94 1 12 27 1,9 0,04272 85,76 2 12 27 1,9 0,03021 85,76 5 12,2 27 1,9 0,01926 82,59 8 12,4 27 1,9 0,01535 79,41 15 12,5 27 1,9 0,01126 76,24

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

0,010,1110

Passing (%

)

Grain size (mm)

99

30 12,9 27 1,9 0,00809 69,88 60 13 27 1,9 0,00574 66,71 120 13,2 27 1,9 0,00409 63,53 240 13,3 27 1,9 0,00290 60,35 390 13,7 27 1,9 0,00231 54,00 1440 14 27 1,9 0,00122 47,65

El porcentaje que pasa por el ensayo del hidrómetro no se incluyó ya que los valores daban

mayor a 10% esto se debe a la gravedad especifica del material.

Standard Test Method for Determining the Amount of Material Finer than 75-µm

(No. 200) Sieve in Soils by Washing (ASTM D1140):

El método B fue utilizado ya que ambos suelos tenían cierto comportamiento

plástico.

Tabla 57 Porcentaje de finos

Suelo S

tara 106.1

Antes tara+Ss 307.41

Después tara+Ss 109.04

%finos 98.5%

Suelo H

tara 112.57

Antes tara+Ss 214.24

Después tara+Ss 113.64

%finos 98.9%

Standard Test Method for Moisture, Ash, and Organic Matter of Peat and Other

Organic Soils (ASTM D2974):

El método C fue empleado para determinar el contenido de ceniza en un suelo orgánico para el suelo H.

Tabla 58 Ceniza y materia orgánica

Dish 3 4 5 Mass dish 58.22 54.02 45.78 Dish+soil H (before) 88.22 84.02 75.78 Mass soil H (before) 30 30 30 Dish+soil H (after) 86.22 81.96 73.8

100

Mass soil H (after) 28 27.94 28.02 Ash 93.3% 93.1% 93.4% Organic Matter 6.7% 6.9% 6.6%

Standard Test Method for Direct Shear Test of Soils Under Consolidated Drained

Conditions (ASTM D3080):

Grafica 6 Cargas para la ecuación de Terzaghi – Suelo H

Ecuación de Terzaghi: τ=σ(tan(12.810))+75.482

0,0000

20,0000

40,0000

60,0000

80,0000

100,0000

120,0000

140,0000

0,000 50,000 100,000 150,000 200,000 250,000

Esfuerzo cortan

te (kP

a)

Esfuerzo normal (kPa)

Muestra 3

Muestra 2

Muestra 1

101

Grafica 7 Cargas para la ecuación de Terzaghi – Suelo S

Ecuación de Terzaghi: τ=σ(tan(1.438))+60.248

Standard Test Methods for One-Dimensional Consolidation Properties of Soils

Using Incremental Loading (ASTM D2435):

Grafica 8 Curva de consolidación - Suelo H

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

0 50 100 150 200 250

Esfuerzo cortan

te (kP

a)

Esfuerzo normal (kPa)

Test subject 1

Test subject 2

Test subject 3

0,8

0,9

1

1,1

1,2

1,3

1,4

10 100 1000

Relación de vacios (e)

Esfuerzo normal σ [kPa]

Muestra

Muestra

Muestra

102

Grafica 9 Curva de consolidación – Suelo S

Ambos suelos 1 lo que significa que son sobre consolidados y esto indica que

cargas han sido aplicadas anteriormente.

Otras propiedades de los suelos estudiados

Tabla 59 Peso específico – Suelo H

γh 14.0 γd 10.3 γsat 13.4

Tabla 60 Peso específico – Suelo S

γh 17.7 γd 14.9 γsat 19.3

Tabla 61 Gravedad especifica - Suelo H

Picnómetro # Ms (g) Mpw (g) Mpws (g) G1

10 51.25 654.12 671.12 1.50

0,4000

0,4500

0,5000

0,5500

0,6000

0,6500

0,7000

0,7500

0,8000

0,8500

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Relación de vacios (e)

Esfuerzo normal σ [kPa]

103

10. 50.00 667.42 683.00 1.45

8. 49.90 649.26 667.04 1.55

GS (T=20°) 1.50 1.50 SUELO: OH

Tabla 62 Gravedad especifica - Suelo S

Picnómetro #

Ms (g) Mpw (g) Mpws (g) GS

4. 50.40 637.37 668.89 2.67 2. 50.77 638.05 669.64 2.65 11. 52.44 645.39 678.32 2.69

GS (T=20°) 2.66 2.67 SUELO: CL

Anexo 1. Estructura en Acero E-01



Anexo 4. Estructura en Guadua E-01

Anexo 5. Diseño de muro en Gavión E-01

GLOSARIO

Capacidad portante permisible: Capacidad de rodamiento permisible: la máxima esfuerzo que se puede aplicar a la cimentación de modo que sea segura contra la inestabilidad debida a un fallo de cizallamiento y no se exceda la tolerancia máxima tolerable. ("Bearing capacity", n.d.)

Bambuseae: es el grupo más diverso de bambú que incluye cerca de 80-90 géneros y alrededor de 1400 especies. Son más abundantes en Asia y América del Sur. (Stapleton, 2016)

Cohesión: suelos tales como arcilla o limo arcilloso cuya fuerza depende de la tensión superficial del agua por capilaridad. ("Cohesive soil", 2014)

Empuje lateral de tierra: la presión lateral ejercida por el suelo en un sistema de apuntalamiento. Depende de la estructura del suelo y de la interacción o movimiento con el sistema de retención. (Earth Pressure Theory, 2010)

104

Cimientos: las partes de edificios y estructuras, usualmente por debajo del nivel del suelo, que sirven para transferir las cargas de los edificios o estructuras a un lecho natural o artificial. ("Foundations of Buildings and Structures", 1979)

Nivel freático: nivel superior de una superficie subterránea en la que el suelo o las rocas están permanentemente saturados con agua. ("Water table | hydrology", n.d.)

Material higroscópico: capacidad de una sustancia para atraer o adsorber el agua de su entorno. (Helmenstine, 2016)

Reserva indígena: los miembros de la tribu o reserva seleccionada obtuvieron permiso para seleccionar pedazos de tierra ("History of Allotment | Indian Land Tenure Foundation", n.d.)

Propiedades mecánicas: Características que indican el comportamiento elástico o inelástico de un material bajo presión (fuerza), como flexión, fragilidad, elongación, dureza y resistencia a la tracción. (Business Dictionary, 2016) Centro recreativo: una edificación abierta al público donde se llevan a cabo reuniones, se practican deportes, y hay actividades disponibles para los jóvenes y los ancianos. ("Recreation center Significado en el diccionario Cambridge inglés", n.d.)

SAP 2000: es un software integrado para análisis y diseño estructural. (Computers & Structures Inc., 2016)

Esfuerzo a cortante: las fuerzas paralelas al área que resiste la fuerza causan tensión de corte.

Angulo de fricción: un parámetro de resistencia al corte de suelos. ("Shear Stress | Strength of Materials Review", n.d.)

Cerchas: un sistema triangular de elementos estructurales interconectados rectas. El uso más común de cerchas es en los edificios, donde el apoyo a los techos, los pisos y la carga interna, tales como servicios y techos suspendidos, se proporcionan fácilmente. ("Trusses", n.d.)

Capacidad última de carga: el valor del esfuerzo de apoyo que provoca un asentamiento repentino catastrófico de la cimentación. ("Bearing capacity", n.d.)

Peso unitario: es el peso por unidad de volumen de un material. ("Unit weight", n.d.)

ABREVIACIONES

DG: Diego Jaramillo Suarez and Gisella Sanclemente

FARC: Fuerzas Armadas Revolucionarias de Colombia

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M19: Movimiento 19 de abril

NSR-10: Norma Sismo Resistente del 2010

SC: Sandra Clavijo

SVM: Simón Vélez Modificado