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Descripción de cada uno de los elementos estructurales del edificio C de la universidad...

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Gabriela Bermúdez – 201822647 Sofía Rodríguez – 201821847 ICYA 3202 – Diseño estructural Tarea 1 INFORME BLOQUE C El siguiente informe tiene como objetivo realizar una descripción detallada del edificio C de la Universidad de los Andes. En este se analizarán algunas características estructurales más importantes y la descripción de diferentes ítems como materiales, cimentación, sistema de piso, vigas, entre otros. I.

Materiales (Capitulo 3)

El material en una construcción tiene dos funciones: la estructural y la ornamental. Por un lado, los materiales estructurales son aquellos que proporcionan resistencia, dureza y uniformidad a la estructura (Almendrón, 2012). Es posible evidenciar que en el caso del bloque C se cuenta con una estructura en concreto reforzado. Este es un material que reúne las características del concreto y del acero. El concreto, que cuenta con múltiples propiedades favorables y ventajas constructivas, es reforzado con barras de acero que aumentan significativamente la resistencia a tracción (Medina, 2016, p.3). Como se pudo observar en el seguimiento de la obra del bloque C y una visita de campo, los elementos estructurales están construidos en este material (imagen 1). Por otro lado, los materiales ornamentales son aquellos que buscan embellecer la estructura. Aquí hay muchos tipos de materiales, como vidrios, metales, mampuestos, cerámicos, madera, etc. En el caso del bloque C se observa una combinación de materiales que complementan el sistema estructural del edificio. Primero, se encuentra la fachada, la cual parece ser un revestimiento en mampuestos complementado por ventanales y algunas barandas en metal y vidrio. Adicionalmente, el sistema de piso está cubierto de mampostería no estructural y las escaleras cuentan con barandas en metal y vidrio. Ahora, a nivel interno se requiere la implementación de sistemas adicionales para el desarrollo de actividades en el edificio como lo son el alcantarillado, la luz, el gas, entre otros, por lo cual se requieren otros materiales como tuberías en distintos materiales, cables eléctricos, etc. Hacer énfasis en todos los materiales utilizados en la obra sería una tarea muy complicada, por lo que a continuación se muestran solo algunos de los materiales encontramos en la visita de campo.

Imagen 1. Materiales utilizados en la cimentación y construcción del edificio C

II.

Sistema estructural (Capítulo 21)

El sistema estructural es un conjunto de elementos o miembros independientes que conforma un único cuerpo (Niño, 2014, p.2), el cual se encarga de recibir las cargas verticales y tomas las fuerzas horizontales y transmitirlas a la cimentación. Según la NSR-10, se reconoce cuatro tipos de sistemas estructurales y cada uno de ellos se subdivide según los tipos de elementos verticales utilizados para resistir las fuerzas sísmicas y el grado de capacidad de disipación de energía del material estructural que se utilice (AIS, 2010, NSR-10 Título A, Cap. A-3, p.41).

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Gabriela Bermúdez – 201822647 Sofía Rodríguez – 201821847 ICYA 3202 – Diseño estructural Sistema de muros de carga: En este sistema, los muros de carga son los encargados de resistir las cargas verticales, mientras que las fuerzas horizontales son resistidas por muros estructurales o pórticos diagonales (AIS, 2010, NSR-10 Título A, Cap. A-3, p.41). Sistema combinado: En este sistema estructural se pueden dar dos posibilidades: 1. Las fuerzas horizontales son resistidas por pórticos con diagonales o muros estructurales, mientras que las cargas verticales las resiste un pórtico no resistente a momentos (AIS, 2010, NSR-10 Título A, Cap. A-3, p.41). 2. Tanto las cargas verticales cómo horizontales son resistidas por un pórtico resistente a momentos combinado con muros estructurales o pórticos con diagonales que no cumplen los requisitos de un sistema dual (AIS, 2010, NSR10 Título A, Cap. A-3, p.41). Sistema de pórtico: Está compuesto por un pórtico espacial, resistente a momentos sin diagonales, el cual es el encargado de resistir todas las cargas verticales y fuerzas horizontales (AIS, 2010, NSR-10 Título A, Cap. A-3, p.41). Sistema dual: Está conformado por un pórtico espacial resistente a momentos sin diagonales, combinado con muros estructurales o pórticos con diagonales (AIS, 2010, NSR-10 Título A, Cap. A-3, p.41).

Con base en lo anterior, se puede decir que el tipo de sistema estructural del edificio C es un sistema de pórticos, esto porque, como se observa en la imagen 2, se presenta un pórtico sin presencia de muros de carga ni diagonales.

Imagen 2. Corte edificio C III.

Sistema de piso (Capítulo 8 y 13)

Con base en los planos de piso típico del edificio C, se puede evidenciar que el sistema de piso es un sistema de losa maciza sobre vigas con vigas intermedias en una dirección. En los planos es posible observar que el sistema de piso se puede dividir en tres secciones, la primera siendo entre los ejes 1218 y 1A-1D (ver imagen 3), la segunda entre los ejes 31-32 y 3A-3G (ver imagen 4) y la tercera entre los ejes 21-27 y 2A-2B (ver imagen 5).

Gabriela Bermúdez – 201822647 Sofía Rodríguez – 201821847 ICYA 3202 – Diseño estructural

Imagen 3. Sistema de piso entre los ejes 12-18 y 1A-1D

Imagen 4. Sistema de piso entre los ejes 31-32 y 3A-3G

Imagen 5. Sistema de piso entre los ejes 21-27 y 2A-2B

Gabriela Bermúdez – 201822647 Sofía Rodríguez – 201821847 ICYA 3202 – Diseño estructural Pese a que el sistema de piso es muy parecido en las secciones definidas previamente, es posible observar ciertas singularidades en cada una, como lo es el dimensionamiento y espaciamiento de las vigas intermedias y cargueras, el número de vigas intermedias por vano y el uso de riostras o no. Con respecto a la estructura típica del sistema, se observa que la altura total del sistema de piso es de 0,7 m y que el espesor de la losa es de 0,1 m como se observa en la imagen 5. Asimismo, se evidencia en la parte superior una malla de acero reforzado de 5,5 mm de diámetro con separaciones de 0,15 m en ambas direcciones. Adicionalmente, en la parte inferior de la losa se presenta una malla de acero reforzado de 4,5 mm con separaciones de 0,15 m en ambas direcciones. Finalmente, las dimensiones de la viga intermedia son de 0.25x0.7m y la luz entre ellas es variable (mirar imagen 6).

Imagen 6. Corte típico sistema de piso 3 bloque C

Con respecto al sistema de piso de la cubierta y las graderías se puede observar un sistema muy parecido. Primero, para este piso también se cuenta con un sistema de losa maciza sobre vigas intermedias, aunque la separación y dimensiones de las vigas sea distinta. Adicionalmente, en este piso también se cuentan con algunas riostras. Un pedazo de cada sistema de piso se puede observar en la imagen 7.

| Imagen 7. Sistema de piso cubierta y graderías

Sobre la sección típica de la placa de cubierta, se observa que la altura total del sistema de piso es de 0.5m y que el espesor de la losa es de 0.1 m. Asimismo, en la parte superior de la losa hay una malla de

Gabriela Bermúdez – 201822647 Sofía Rodríguez – 201821847 ICYA 3202 – Diseño estructural acero reforzado M-257 de 7mm de diámetro con separaciones de 0.15m en ambas direcciones. Adicionalmente, en la parte inferior de la losa hay una malla de acero reforzado M-188 de 6mm de diámetro con separaciones de 0.15m en ambas direcciones. Finalmente, las dimensiones de la viga intermedia son de 0.25x0.5m y la luz entre ellas es variable (mirar imagen 8).

Imagen 8. Corte típico sistema de piso cubierta

Finalmente, sobre la sección típica de la placa de graderías se observa que la altura total del sistema de piso es de 0.55m y que el espesor de la losa es de 0.1 m. Asimismo, en la parte superior de la losa hay una malla de acero reforzado M-188 de 6 mm de diámetro con separaciones de 0.15m en ambas direcciones. Adicionalmente, en la parte inferior de la losa hay una malla de acero reforzado M-158 de 5.5mm de diámetro con separaciones de 0.15m en ambas direcciones. Finalmente, las dimensiones de la viga intermedia son de 0.25x0.55m y la luz entre ellas es variable (mirar imagen 9).

Imagen 9. Corte típico sistema de piso graderías

IV.

Vigas (Capítulo 10 y 21)

Las vigas son elementos estructurales relativamente esbeltos que soportan cargas aplicadas perpendicularmente a su eje longitudinal (Díaz, 2021, p.21). Estas pueden ser elaboradas en madera, concreto reforzado o acero y se encargan de transmitir las cargas transversales a las que se encuentran sometidas (Huarcaya, 2016, p.1). En cuanto a las vigas del edificio C, se puede evidenciar que están construidas en concreto reforzado. Cómo se mencionó anteriormente, se pueden evidenciar dos tipos de vigas: vigas cargueras y vigas intermedias, en donde las primeras tienen un tamaño mayor que las segundas. Sobre las vigas cargueras,

Gabriela Bermúdez – 201822647 Sofía Rodríguez – 201821847 ICYA 3202 – Diseño estructural se observan varios tipos de viga principalmente: 50x70 (más utilizadas), 60x70, 50x35,40x70, 30x70, 30x55, entre otras. Estas dimensiones dependen de los requerimientos de diseño, los cuales responden a las características arquitectónicas escogidas y la norma. Estas vigas cuentan con un refuerzo transversal tanto en la parte posterior como inferior de la viga, el cual consta de 10 barras de acero, y un refuerzo longitudinal, lo cual se puede evidenciar en la imagen 10.

Imagen 10. Refuerzo transversal y longitudinal de la viga 60x70

Ahora, es importante mencionar que en algunos casos se hace uso de riostras, las cuales son capaces de absorber la capacidad sísmica necesaria (Tosoni, s.f., p.1) por el recubrimiento en acero con el que cuenta. Para el piso 3 se observan dos tipos de riostras (20x70 y 15x70) y para la cubierta uno (15x50). Aunque todas tienen dimensiones diferentes, todas siguen el mismo diseño. Por esta razón, se presentará únicamente la lectura de la riostra 20x70, esto porque la descripción sería la misma pero con valores diferentes. La riostra cuenta con un recubrimiento de 0.03m, tienen 4 refuerzos longitudinales de ¾ pulgadas de diámetro con un traslapo mínimo de 1.1m y cuentan con un estribo de ¼ pulgadas de diámetro con una separación de 0.3 m. Esto se puede observar en la siguiente imagen.

Imagen 11. Riostras 20x70 piso 3

Finalmente, sobre las vigas intermedias únicamente se tiene información de las vigas intermedias de los cortes típicos presentados. Aquí, se evidencian tres tipos de viga: 20x70 para el piso 3, 25x50 para la cubierta y 25x55 para las graderías. Sin embargo, si se observan los planos en planta, es posible

Gabriela Bermúdez – 201822647 Sofía Rodríguez – 201821847 ICYA 3202 – Diseño estructural visualizar que las vigas intermedias están identificadas por diversos números, lo cual indica que hay varios tipos, cada una con características específicas. V.

Columnas y muros (Capítulo 8, 10, 11, 12, 14 y 21)

En los planos suministrados se presenta poca información acerca de los muros y columnas, sin embargo se pudo evidenciar lo siguiente. En primer lugar, el edificio C está conformado por aproximadamente 33 columnas y 11 muros dispuestos en diferentes lugares del edificio. Asimismo, se evidencia que hay tanto como columnas como muros de diferentes dimensiones, y estos últimos se encuentran ubicados principalmente en las esquinas del edificio (ver imagen 12).

Imagen 12. Ubicación de muros

Por otro lado, se puede evidenciar que las columnas están dispuestas sobre los caisson pequeños, mientras que los muros están sobre los caisson de mayor tamaño como ya se mencionó anteriormente. Cimentación (Capítulo 15 y 21) El cimiento es la parte de la estructura que se encarga de transmitir las cargas al terreno (Montoya & Pinto, 2010, p.3). Para poder realizar una buena cimentación, es necesario conocer el terreno en el cual se va a construir la estructura. Las cimentaciones se pueden clasificar en dos grandes grupos, cimentaciones superficiales y cimentaciones profundas. 

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Cimentaciones superficiales: Son aquellas que se apoyan en las capas superficiales del suelo, ya que este tiene la capacidad portante suficiente o por tratarse de construcciones de importancia secundaria y livianas (Montoya & Pinto, 2010, p.4). Las cimentaciones superficiales se clasifican en cimentaciones ciclópeas, zapatas (zapatas aisladas, zapatas corridas y zapatas combinadas) y losas de cimentación. Cimentaciones profundas: Utiliza el esfuerzo cortante entre el terreno y la cimentación para soportar las cargas aplicadas. La razón de su profundidad es proveer un gran área sobre la cual distribuir un esfuerzo lo suficientemente grande para soportar la carga (Montoya & Pinto, 2010, p.13). Estas se pueden clasificar en pozos de cimentación o caissons, arcos de ladrillo sobre machones de homirgón, pilas y cilindros, pilotes y pantallas (pantallas isostáticas y pantallas hiperestáticas) (Montoya & Pinto, 2010, p.13).

Teniendo en cuenta lo anterior, y de acuerdo con los planos del edificio C, se puede evidenciar que el tipo de cimentación utilizada es profunda, precisamente 50 caissons de cimentación de excavación

Gabriela Bermúdez – 201822647 Sofía Rodríguez – 201821847 ICYA 3202 – Diseño estructural manual (imagen 13). Asimismo, se evidencia un sistema de 13 muros de cimentación fundidos en el terreno, que fue necesario debido a la pronunciada pendiente del terreno (Universidad de los Andes, s.f). Estos se encuentran distribuidos en el costado sur, norte y oriente del edificio y se presentan en la imagen 14. Tanto los caissons como los muros de contención, fueron construidos en concreto reforzado (imagen 12), con refuerzo tanto longitudinal como transversal.

Imagen 13. Pozos de cimentación del edificio C

Imagen 14. Muros de contención del edificio C

Gabriela Bermúdez – 201822647 Sofía Rodríguez – 201821847 ICYA 3202 – Diseño estructural

Imagen 15. Refuerzo caisson edificio C

Los caisson acampanados, consisten en una pila recta con una campana en el fondo, que descansa sobre el suelo (Ospina, 2006, p.16). Lo anterior se presenta en la imagen 10, en la cual se puede evidenciar la forma de campana en el fondo de la pila. Por otro lado, es importante mencionar que los caisson deben disponer de vigas de atado entre pozos, para arriostamiento de los mismos (MONTOYA & Pinto, 2010, p.12). Estas vigas mencionadas anteriormente, también se pueden evidenciar en la imagen 16.

Imagen 16. Caisson acampanado

Adicionalmente, se presentan diferentes dimensiones de Caisson, las cuales dependen de las cargas que deben soportar. Para el bloque C se dispuso de 3 tipos de Caisson, pequeños en forma de círculo (diámetros de 1.2 y 1.5 m), medianos en forma de elipse (3x1.6) y grandes en forma de elipse (7x3). Esto se puede ver en la imagen 13, donde los pequeños son los azules, los medianos son los verdes y los grandes los naranjas. Su forma depende del elemento estructural que soportan, siendo redondos cuando reciben una columna y elípticos cuando reciben una pantalla o dos columnas muy cercanas (Universidad de los Andes, s.f).

Gabriela Bermúdez – 201822647 Sofía Rodríguez – 201821847 ICYA 3202 – Diseño estructural De acuerdo con los estudios de suelo realizados, se determinó que la profundidad del sustrato resistente es de 16 m en la parte oriental y 21 m en la parte occidental, donde los tipos de subsuelo aptos para cimentar eran de gravas gruesas y arcillolita roja (Universidad de los Andes, s.f). En la imagen 17 se presenta la construcción de uno de los caisson grandes en forma de elipse.

Imagen 17. Construcción de Caisson grande en forma de elipse

Ahora, con respecto a la placa de contrapiso, se observa que esta tiene una altura de 0.3 metros, donde 0.2 m corresponden a un recebo compactado (mezcla de materiales granulares que sirve para el mejoramiento de la subrasante de la estructura de cimentación para estructuras en concreto y asfalto) y 0.1 m corresponden a la carpeta de concreto (Findeter). Adicionalmente, se tiene una malla electrosoldada M-188 a 0.04m de la superficie de diámetro 6 mm con una separación de 0.15 m en ambas direcciones. Esta se puede observar en la imagen 18.

Imagen 18. Placa de contrapiso

Finalmente, en el corte típico de sedimentación se puede observar una vez más la placa de contrapiso y, además, las vigas de amarre debajo de la placa de contrapiso, la cual permite conectar la estructura de cimentación. Estas tienen dimensiones de 40x60 como se puede ver en la imagen 19.

Gabriela Bermúdez – 201822647 Sofía Rodríguez – 201821847 ICYA 3202 – Diseño estructural

Figura 19. Corte típico cimentación

VI.

Uso y ocupación

El edificio C de la Universidad de los Andes, está destinado al estudio y trabajo de estudiantes y profesores. Dentro del título A de la NSR-10, se definen 4 grupos de uso, dentro de los cuales se deben clasificar todas las edificaciones. 

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Grupo IV-Edificaciones indispensables: En este grupo se encuentran aquellas edificaciones de atención a la comunidad que deban funcionar durante y después de un sismo, y cuya operación no puede ser trasladada a un lugar alterno. Dentro de este grupo se encuentran todos los centros de salud, aeropuertos, estaciones ferroviarias y de sistemas masivos de transporte, centrales de operación y control de líneas vitales, edificaciones que contengan agentes explosivos, plantas de generación de energía eléctrica de emergencia, entre otros (AIS, 2010, NSR-10 Título A, Cap. A-2, p.25). Grupo III- Edificaciones de atención a la comunidad: En este grupo se encuentras las edificaciones que son indispensables para atender la emergencia y preservar la salud y la seguridad de las personas después de un sismo; sin incluir las mencionadas en el grupo IV (AIS, 2010, NSR-10 Título A, Cap. A-2, p.26). Grupo II- Estructuras de ocupación especial: Dentro de este grupo se encuentran los edificios gubernamentales, edificaciones en donde se puedan reunir más de 200 personas en un mismo salón, almacenes y centros comerciales en los cuales puedan haber más de 2000 a la vez, hospitales, clínicas y centros de salud que no se encuentran en los grupos anteriores, edificaciones donde residan o trabajen más de 3000 personas y graderías al aire libre en donde puedan haber más de 2000 personas a la vez (AIS, 2010, NSR-10 Título A, Cap. A-2, p.26).

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Gabriela Bermúdez – 201822647 Sofía Rodríguez – 201821847 ICYA 3202 – Diseño estructural Grupo I-Estructuras de ocupación normal: En este grupo se encuentran todas las edificaciones que no se han incluido en los grupos anteriores (AIS, 2010, NSR-10 Título A, Cap. A-2, p.26).

De acuerdo con la información anterior, el edificio C puede clasificarse en el grupo I de acuerdo con su uso. Por otro lado, el grupo en el cual se encuentra el edificio permite determinar su coeficiente de importancia (I). Este modifica el espectro y por lo tanto las fuerzas de diseño anteriores (AIS, 2010, NSR-10 Título A, Cap. A-2, p.26). En este caso, el coeficiente de importancia del edificio C de acuerdo con su grupo de uso es 1. VII.

Relación arquitectura estructura

La arquitectura, entendida como la concepción del espacio, debe encontrar un balance con los requerimientos y costos estructurales que suponen sus diseños. El bloque C es un buen ejemplo de cómo estas dos visiones trabajan juntas para generar espacios con propósito. En este caso, Bermúdez Arquitectos, encargados del diseño de este edificio, intentaron acercarse a la noción del “edificio donde se puede enseñar”; es decir, un edificio que “haga visible lo invisible” para dar lecciones a los estudiantes sobre los sistemas técnicos de un edificio (Facultad de Arquitect...