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MEMORIA DESCRIPTIVA ESTRUCTURA “PROYECTO VIVIENDA UNIFAMILIAR, CASA FRANCESCA, SAFARI.”

Propietario: Franklin Campos

CONTENIDO ÍNDICE

1.  GENERALIDADES .................................................................................. 4  1.1.  DESCRIPCIÓN Y ALCANCE .................................................................. 4  1.2.  CRITERIO DE ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL .......................... 4  1.3.  DOCUMENTOS DE REFERENCIA ......................................................... 5  1.4.  NORMAS, CÓDIGOS Y REGLAMENTOS .............................................. 5  1.5.  UNIDADES DE MEDICIÓN ..................................................................... 6  2.  ESPECIFICACIONES.............................................................................. 6  2.1.  MATERIALES ......................................................................................... 6  2.2.  PARÁMETROS SISMOLÓGICOS .......................................................... 6  3.  MODELO DE LA ESTRUCTURA ............................................................ 7  3.1.  MODELO MATEMÁTICO ........................................................................ 7  3.2.  GEOMETRÍA DE LA ESTRUCTURA ...................................................... 8  3.3.  GEOMETRÍA DE LA ESTRUCTURA .................................................... 10  4.  ACCIONES SOBRE LA ESTRUCTURA ............................................... 13  4.1.  DEFINICIÓN DE CARGAS.................................................................... 13  4.1.1. 

CASOS BÁSICOS DE CARGAS ................................................ 13 

4.1.2.  HIPÓTESIS DE SOLICITACIONES PARA EL ESTADO LÍMITE DE AGOTAMIENTO RESISTENTE.............................................................. 13  4.1.3.  HIPÓTESIS DE SOLICITACIONES PARA EL ESTADO LÍMITE DE SERVICIO ............................................................................................... 13  4.2.  ANÁLISIS DE CARGAS........................................................................ 13  4.2.1. 

CARGA PERMANENTE (CP). .................................................... 13 

4.2.2.  (CVT).

CARGA VARIABLE (CV) Y CARGA VARIABLE EN TECHOS 14 

4.2.3. 

ACCIÓN SÍSMICA HORIZONTAL (SH) ..................................... 14 

4.2.4. 

COMPONENTE VERTICAL DEL SISMO (SY) ........................... 17 

5.  ANÁLISIS SÍSMICO DE LA ESTRUCTURA......................................... 17  PROYECTO VIVIENDA UNIFAMILIAR, CASA FRANCESCA, SAFARI.



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5.1.  PERÍODOS Y MASAS PARTICIPATIVAS ............................................ 17  5.2. 17  5.3.  CONTROL DE LOS DESPLAZAMIENTOS .......................................... 18  6.  DISEÑO ESTRUCTURAL DE LA ESTRUCTURA ................................ 20  6.1.  DISEÑO DE LAS VIGAS Y COLUMNAS .............................................. 20  6.1.1.  DISEÑO A FLEXIÓN Y CORTE DE LAS VIGAS (ACERO DE REFUERZO LONGITUDINAL) ..................................................................... 20  6.1.2.  DISEÑO A FLEXIÓN-COMPRESIÓN Y CORTE DE LAS COLUMNAS ................................................................................................. 21  7.

OBRAS DE FUNDACIÓN ..................................................................... 22

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MEMORIA DESCRIPTIVA PROYECTO:

VIVIENDA UNIFAMILIAR, CASA FRANCESCA, SAFARI.

PROPIETARIOS: FRANKLIN CAMPOS. UBICACIÓN:

VALENCIA,

ESTADO

CARABOBO.

URB.

SAFARI

CARABOBO COUNTRY CLUB.

1.

GENERALIDADES

1.1.

DESCRIPCIÓN Y ALCANCE

El alcance de este trabajo comprende la evaluación de las cargas, el análisis y diseño de la superestructura de la edificación, Vivienda Unifamiliar, Casa Francesca, Safari. La edificación que contempla un nivel de estructura, con 1 vivienda unifamiliar, con un área de planta de 492,79 m2; una edificación para uso de Caney, con un área de planta de 94.90 m2; una piscina, de área de planta de 28,00 m2, y un total de área de construcción de 595.69 m2. Esta estará construida con concreto armado de resistencia F´c= 250 Kg/cm2 y estará conformada por pórticos con columnas y vigas rectangulares para la casa, y un sistema aporticado de columnas circulares y vigas rectangulares para el caney, que servirán de apoyo de losas nervadas en una sola dirección, para plantas de techo o cubierta de las mismas. 1.2.

CRITERIO DE ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL

Para el análisis estructural se ha empleado un modelo matemático espacial de la estructura con el software ETABSv9.7.4. Los efectos de las acciones sísmicas se han analizado suponiendo un comportamiento elástico lineal de la estructura y mediante un análisis dinámico espacial de superposición modal. La estructura se ha analizado bajo la acción de dos componentes sísmicas horizontales actuando según dos direcciones ortogonales correspondientes a los planos resistentes significativos de la estructura. Tomando en cuenta los efectos alternantes de la componente sísmica vertical, la torsión en planta y los efectos de segundo orden (P-Δ). La combinación direccional de las acciones sísmicas se ha llevado a cabo mediante el método SRSS, es decir, la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de las máximas respuestas correspondientes a cada dirección del sismo, de acuerdo a lo establecido en (COVENIN 1756-2001 art. 8.6.a.). Para estimar la componente sísmica vertical, se adoptó el criterio de la norma COVENIN 17562001, de incluir dichos efectos estáticamente a la componente sísmica horizontal "SH" como una fracción de la carga permanente "CP". PROYECTO VIVIENDA UNIFAMILIAR, CASA FRANCESCA, SAFARI.



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La combinación modal en el análisis dinámico, se ha llevado a cabo mediante el método CQC (Combinación Cuadrática Completa), el cual toma en cuenta el acoplamiento entre modos de frecuencias cercanas. Criterios para el control de deflexiones Para condiciones de servicio se verifican las flechas de acuerdo a los siguientes parámetros:

1.3.



Por cargas L/200 < 2 cm



Por cargas variables



Por L/240

cargas

permanentes

de

construcción L/360

permanentes

+

cargas

variables

DOCUMENTOS DE REFERENCIA  004-ARQ-001, 004-ARQ-002, 004-ARQ-003, 004-ARQ-004, Arquitectura propuesta para la edificación.

1.4.

NORMAS, CÓDIGOS Y REGLAMENTOS  COVENIN 1756-2001 Edificaciones Sismorresistentes.  COVENIN 2002-1988 Criterios y Acciones Mínimas Para El Proyecto de Edificaciones.  COVENIN 1618-1998 Estructuras de Acero Para Edificaciones.  FONDONORMA 1753-2006 Proyecto y Construcción de Obras en Concreto Estructural.  ASCE 7- 2010 American Society of Civil Engineers. Minimum design loads for buildings and other structures.  ANSI/AISC 360-10 American Institute of Steel Construction. “Specification for Structural Steel Buildings”  ANSI/AISC 341-10 American Institute of Steel Construction. “Seismic Provisions for Structural Steel Buildings”  ACI 318-11 Building Code Requirements For Structural Concrete  AASHTO LRFD Bridge 2012 – Design Specifications

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1.5.

UNIDADES DE MEDICIÓN Medida

Unidad

Longitud Área

m, mm m², mm², cm²

Volúmen Fuerza Densidad Presión

m3 kgf, t kgf/m3 Kgf/m², Kgf/cm²

2.

ESPECIFICACIONES

2.1.

MATERIALES

En la presente memoria sólo se mencionan los materiales que se encuentran vinculados al análisis y diseño de la estructura de la rampa.      2.2.

Concreto para las fundaciones: F’c = 250 Kgf/cm2 Concreto para las losas: F’c = 250 Kgf/cm2 Acero de refuerzo, ASTM A615 Gr. 60: Fy = 4200 Kgf/cm2 Acero de refuerzo tipo malla electro soldada: Fy = 5000 Kgf/cm2 Electrodo según designación del AWS: E7018

PARÁMETROS SISMOLÓGICOS

De acuerdo con el estudio de suelos, las características sismológicas del lugar donde se construirá la estructura son: Zona Sísmica

5

Forma Espectral

S2

Factor de corrección del coeficiente de aceleración horizontal (φ)

0.90

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3.

MODELO DE LA ESTRUCTURA

3.1.

MODELO MATEMÁTICO

Se realizó un modelo tridimensional de la estructura en el programa de análisis y diseño estructural ETABS, en el que se emplearon elementos lineales tipo “FRAME” con juntas para idealizar las vigas, columnas y arriostramientos. El análisis elástico lineal de la estructura se realiza a partir de la matriz de rigidez de cada uno de los elementos lineales aplicando el método de elementos finitos. A continuación, se muestra una vista en isometría del modelo matemático de la estructura.

Fig. 1: Vista 3D del modelo matemático de la estructura de la Casa.

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3.2.

GEOMETRÍA DE LA ESTRUCTURA

Fig. 2: Planta de envigado de la Casa, N+3.80.

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Fig. 3: Planta de envigado de la Casa, Zmin+4.80

Fig. 5: Elevación, columnas y vigas de la estructura de la Casa según eje D.

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Fig. 6: Vista 3D del modelo matemático de la estructura del Caney. 3.3.

GEOMETRÍA DE LA ESTRUCTURA

Fig. 7: Planta de envigado del Caney, N+3.40.

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Fig. 8: Elevación, columnas y vigas de la estructura del Caney según eje F

3.5.

GEOMETRÍA DE LA ESTRUCTURA

Fig. 9: Vista 3D del modelo matemático de la estructura de la Piscina.

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Fig. 10: Planta estructural de la Piscina.

Fig. 11: Vista en elevación, muros estructurales de la Piscina.

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4.

ACCIONES SOBRE LA ESTRUCTURA

4.1.

DEFINICIÓN DE CARGAS

4.1.1.

Casos Básicos de Cargas



CP

=

Cargas Permanentes



CV

=

Cargas Variables



CVt

=

Cargas Variables en Techos



SH

=

Acción sísmica horizontal, resultante de la combinación direccional y la torsión accidental.

4.1.2.

Hipótesis de solicitaciones para el estado límite de agotamiento resistente



U1

=

1.40 CP



U2

=

1.20 CP + 1.60 CV + 0.50 CVt



U3

=

1.20 CP + CV + 1.60 CVt



U4

=

(1.20 + 0.20 αβφAo) CP + CV ± SH



U5

=

(0.90 - 0.20 αβφAo) CP ± SH

El termino (0.20 αβφAo) representa la componente vertical de la acción sísmica como se define más adelante. 4.1.3.

Hipótesis de solicitaciones para el estado límite de servicio



S1

=

CP



S2

=

CP + CV + CVt

4.2.

ANÁLISIS DE CARGAS

4.2.1.

Carga Permanente (CP).

Se considera como carga permanente el peso propio de la estructura incluyendo vigas, columnas, elementos de cerchas, losas, acabados y tabiquería. El análisis de carga permanente se expresa como sigue: NIVEL DE ENTREPISO Peso propio de la losa Revestimiento

315 kgf/m2 80 kgf/m2

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Friso inferior

40 kgf/m2

Tabiquería

215 kgf/m2 TOTAL =

650 kgf/m2

NIVEL TECHO Peso propio de la losa

315 kgf/m2

Revestimiento

10 kgf/m2

Friso inferior

5 kgf/m2 TOTAL =

370 kgf/m2

El peso propio de los elementos estructurales es tomado en cuenta directamente en el modelo matemático de la estructura. 4.2.2.

Carga Variable (CV) y Carga Variable en Techos (CVt).

Comprende las cargas variables que actúan sobre la edificación. El valor de la carga variable actuante en cada nivel es obtenida de la sección 5 de la norma COVENN 2002-88:

4.2.3.

NIVELES ENTREPISO

175 kgf/m2

NIVEL TECHO (con peso propio >50kg/m2)

100 kgf/m2

Acción sísmica horizontal (SH)

La acción sísmica se evaluó a partir de un espectro de diseño elástico según lo especificado en la norma COVENIN 1756:2001. A continuación, se presentan los parámetros utilizados en la determinación del espectro de diseño para cada dirección de análisis de la estructura.

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CLASIFICACIÓN DE LA EDIFICACIÓN (CAPÍTULO 6): - Según el nivel de diseño (Artículo 6.2): - Según el uso (Articulo 6.1): Nivel de diseño Grupo al que pertenece la edificación =

ND3

B1 - Según el tipo de estructura (Artículo 6.3):

TABLA 6.1 FACTOR DE IMPORTANCIA

En dirección X En dirección Y

 1.30 1.15 1.00

GRUPO A B1 B2

TIPO IV TIPO IV

- Factor de reducción de respuesta (Artículo 6.4):

6.0 R = 2.00 ¿Minorar el Factor de Reducción de Respuesta? Factor de reducción de respuesta corregido, R =2.00 6.0

 1.15

NO

ESPECTRO DE DISEÑO (CAPÍTULO 7):

T T

TABLA 7.1 VALORES DE T* ,  , FORMA ESPECTRAL T* (s) S1 0.4 S2 0.7 S3 1.0 S4 1.3

T    A0 1     1 T   Ad  c  T  1     R  1 T 



T T T*

Ad 

A0

Para forma espectral

R

p ρ 1.0 1.0 1.0 0.8

 2.4 2.6 2.8 3.0

S2

T* = 0.7 s  2.6 ρ = 1.0

TABLA 7.2

T T

*

Ad 

A0  T *  R

VALORES DE T+ CASO T+ (s) R<5 0.1 (R-1) R≥5 0.4

P

  T 

T+ T+

≥ =

0.25 T* 0.175

ESPECTRO DE DISEÑO PARA LA COMPONENTE SISMICA HORIZONTAL

0.45 0.40

Aceleración Ad

0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 0.0

0.3

0.5

0.8

1.0

1.3

1.5

1.8

2.0

2.3

2.5

2.8

3.0

Período T (s)

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4.2.4.

Componente Vertical del Sismo (SY)

Para estimar la componente sísmica vertical, se adopta el criterio de la norma COVENIN 1756-2001, de incluir dichos efectos estáticamente a la componente sísmica horizontal "SH" como una fracción de la carga permanente "CP", como se indica a continuación:

S = SH ± 0.30 x 2/3 x  Ao CP = SH ± 0,20 Ao CP El coeficiente sismico vertical a ser multiplicado por la carga permanente CP, es = 0.1615

5.

ANÁLISIS SÍSMICO DE LA ESTRUCTURA

5.1.

PERÍODOS Y MASAS PARTICIPATIVAS

5.2. Mode 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Period 0.45571 0.39135 0.35632 0.1391 0.1271 0.11562 0.01273 0.00736 0.00536 0.00505 0.00477 0.0035

UX 96.951 0.0555 0.1345 2.8483 0.0106 0.0001 0 0 0 0 0 0

UY 0.0148 88.5407 7.529 0.0005 0.4213 3.4937 0 0 0 0 0 0

UZ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

SumUX 96.951 97.0066 97.141 99.9893 99.9999 100 100 100 100 100 100 100

SumUY 0.0148 88.5555 96.0845 96.085 96.5063 100 100 100 100 100 100 100

Se debe verificar que la sumatoria de las masas participativas en cada una de las direcciones de análisis exceda el 90% de la masa total de la edificación de acuerdo a lo establecido en COVENIN 1756:2001. Como se puede observar en la tabla, se verifica que la sumatoria de las masas participativas es de 100.0% de la masa total en cada una de las direcciones de análisis. El número de modos de vibración asumido inicialmente (12), es adecuado.

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5.3.

CONTROL DE LOS DESPLAZAMIENTOS

Para las fuerzas sísmicas de diseño, incluyendo los efectos traslacionales y de torsión en planta, se verifica que los desplazamientos relativos en cada nivel cumplan con los valores normativos especificados en la norma COVENIN 1756-2001, capítulo 10, sección 10.2. Con la finalidad de limitar los daños en los elementos no estructurales como consecuencia de desplazamientos laterales excesivos.

 i  0.8R  ei   ei 1 

i  0.015 h i  h i1 

Donde:

 i  i  i1 

Deriva o diferencia de los desplazamientos laterales totales entre dos niveles consecutivos.

hi  hi1  Separación entre niveles consecutivos.  Verificación de las derivas en dirección X.

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NIVEL 1

0.0017 < 0.015

O.K.

NIVEL 2

0.0013 < 0.015

O.K.

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 Verificación de las derivas en dirección Y

NIVEL 1

0.0013 < 0.015

O.K.

NIVEL 2

0.0012 < 0.015

O.K.

6.

DISEÑO ESTRUCTURAL DE LA ESTRUCTURA

6.1.

DISEÑO DE LAS VIGAS Y COLUMNAS

6.1.1.

Diseño a flexión y corte de las vigas (acero de refuerzo longitudinal)

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Refuerzo longitudinal y transversal requerido en Viga más cargada 6.1.2.

Diseño a flexión-compresión y corte de las columnas Columnas de dimensiones: 30x40cm. Recubrimiento: rc = 5cm. Acero de refuerzo longitudinal: 10 Φ 5/8” (As = 19,79 cm2, ρ = 1,50%).

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Refuerzo longitudinal y transversal requerido en Columna más cargada

NOTA: Cualquier aclaratoria, modificación o cambio debe ser previamente evaluado y avalado por el Ingeniero Proyectista o el Ingeniero Inspector. PROYECTO VIVIENDA UNIFAMILIAR, CASA FRANCESCA, SAFARI.



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7.

OBRAS DE FUNDACIÓN Dada la magnitud de las cargas generadas por la Casa y Caney, se asumió una propuesta basada en el uso de Fundación Aisladas y Combinadas, la cual fue calculada haciendo uso del Software CSI SAFE versión 12. El diseño fue realizado en ausencia de información geotécnica por lo cual las condiciones empleadas para el cálculo, son conservadoras, pero sin incurrir en situaciones extremas las cuales pueden producir un diseño extremadamente conservador y con un costo elevado. En base a lo antes mencionado la propuesta de fundación no se considerará segura ni válida hasta realizar las verificaciones correspondientes para casos como:         

Existencia del nivel freático a profundidades menores de tres (3.00) metros. Arcillas saturadas Arcillas altamente plásticas, clasificación S.U.C.S (CH) u orgánicas OH Suelos orgánicos o capas vegetales. Limos compresibles Suelos licuables (bajo ninguna circunstancia) Suelos colapsables Suelos con relaciones de vacíos (e) mayores a 0.70 ⁄ Suelos sueltos (Peso específico menor a 1.60 y/o número de golpes corregido menor a 12 )

El sistema de fundaciones propuesto, consta de un conjunto de fundaciones aisladas. Existen 09 tipos de fundaciones propuestas, básicamente 8 de ellas son fundaciones centrales de dimensiones variables, más una fundación combinada, de las siguientes características Características Estructurales y Geotécnicas de las fundiciones aisladas:    

Esfuerzo admisible del suelo, Rs = 1 kg/cm2 Espesor de las zapatas aisladas 30cm Profundidad de desplante Df = 1.5m Dimensiones en planta:

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Zapata Centrales:

a) b) c) d) e) f) g) h)

1.00x1.00m (Pedestal de 40x40cm). 1.00x1.00m (Pedestal de 40x50cm). 1.20x1.20m (Pedestal de 40x40cm). 1.20x1.20m (Pedestal de 40x50cm). 1.30x1.30m (Pedestal de 40x40cm). 1.30x1.30m (Pedestal de 40x50cm). 1.40x1.40m (Pedestal de 40x40cm). 1.40x1.40m (Pedestal de 40x50cm). Zapata combinada

a) 1.20x2.70m (Pedestal de 40x40cm y 40x50cm).

Fig. 1: Vista de Planta de Zapata Central

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Fig. 2: Vista de Planta de Zapata Central

Fig. 3: Vista de Planta de Zapata Central

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Fig. 4: Vista de Planta de Zapata Central

Fig. 5: Vista de Planta de Zapata Central

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Fig. 6: Vista de Planta de Zapata Central

Fig. 7: Vista de Planta de Zapata Central PROYECTO VIVIENDA UNIFAMILIAR, CASA FRANCESCA, SAFARI.



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Fig. 8: Vista de Planta de Zapata Central

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Fig. 9: Vista de Planta de Zapata Combinada

NOTA: Para mayor información revisar planos de detalle (02-IEST-001)

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Al chequear las presiones de contacto mediante el uso de teoría de elementos finitos se obtiene que las máximas presiones de contacto no superan ⁄ 1 siendo consecuente con la aplicación de la carga de servicio según lo indicado por la normativa sismoresistente venezolana COVENIN 1756-2001; no se evidencio levantamiento del área de contacto. Los asentamientos esperados estarán en función de la calidad del suelo de fundación sobre el cual estará apoyada el sistema calculado para este proyecto. El chequeo por punzonamiento sobre las fundaciones aisladas y combinada se realizó considerando dos tipos de pedestal, uno de 40x40cm y 40x50cm.

1.1 Chequeo por punzonado de las Zapatas en estudio:

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1.2 Diseño a flexión para las Zapatas en estudio:

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El modelo propuesto contempla una repartición de acero sobre las fundaciones tanto de acero superior como inferior de ∅ 1⁄2 para ambos sentidos, espaciados cada 15 cm. La viga de riostra planteada: Para el diseño estructural se consideró que la totalidad de los momentos serian absorbidos por las vigas riostra, por lo cual el acero dispuesto en las mismas contempla la superposición del acero requerido por tracción pura de la viga y por efectos de flexión.

VR h(cm)

Recubrimi ento Inferior (cm)

30.00

5.00

Recubrim Acero iento superior Lateral (cm2) (cm) 5.00

3.81

Acero inferior (cm2) 3.81

Acero Acero superior inferior colocado colocado 3Ø1/2"

3Ø1/2"

Acero transversal 3/8"@20cm

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Adicionalmente se deberá colocar un material de base donde se apoyará cada zapata, por un suelo de clasificación AASHTO A2 al 95% de su densidad seca máxima, con la finalidad de suministrar un material de propiedades físicomecánicas superiores al suelo actual. Se recomienda que el espesor de este suelo A2 sea superior a los 5cm, y que adicional a esto, se coloque un espesor de concreto pobre (f`c = 100 kg/cm2), mayor a 5cm, para que la fundación se apoye sobre una base rígida.

Recomendaciones: Será ventajosa la colocación de este material granular de tipo A2 debajo del concreto pobre de cada fundación, para garantizar un suelo más denso y de mejor granulometría. La colocación de concreto pobre en la base donde estará apoyado el conjunto de fundaciones deberá colocarse para garantizar un apoyo rígido de la fundación. La compactación previa del material inicial, luego de la excavación de las fundaciones, es fundamental, ya que se proporciona un asiento adecuado con cotas iguales en cada punto de las Zapatas Garantizando así, qué el terreno esté nivelado en todo momento.

NOTA: Cualquier aclaratoria, modificación o cambio debe ser previamente evaluado y avalado por el Ingeniero Proyectista o el Ingeniero Inspector.

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