Diseño de edificación de marcos estructurales utilizando
prefabricados existentes en el
Centro Universitario de San Marcos
Structural frame building design using existing prefabricated elements at the San Marcos
University Center
Ronald Mauricio Navarro de León
https://orcid.org/0009-0001-9267-7435
Ingeniería Civil, Centro Universitario de San Marcos, USAC
San Marcos, Guatemala
RESUMEN
En el lugar de estudio, se realizó un diagnóstico de
infraestructura con el propósito de entender las
circunstancias en las que los estudiantes se
encontraban para su proceso de aprendizaje. Dicho
análisis mostró falta de espacios y
desaprovechamiento de áreas con las que contaba
el Centro Universitario de San Marcos. Con el
objetivo de mejorar condiciones de infraestructura,
se propuso el diseño de edificios sismo resistentes
utilizando marcos estructurales garantizando
servicios básicos y seguros que necesitan los
estudiantes. En la elaboración del análisis y diseño
de los edificios fue necesario indagar sobre la
cantidad de estudiantes en el Centro Universitario
y principalmente obtener la optimización por
niveles y áreas destinadas a salones de clases. Se
determinó cómo aprovechar y reutilizar el módulo
de aulas emergentes prefabricadas con elaboración
de tres edificios (Alas 1, 2 y 3) con dimensiones y
seguridad acorde a lo que la universidad necesita.
Palabras clave: infraestructura; análisis; diseño;
sismo; reutilizar.
ABSTRACT
At the study site, an infrastructure diagnosis was
carried out with the purpose of understanding the
circumstances in which the students found
themselves in their learning process. This analysis
showed a lack of spaces and wasted use of areas
that the San Marcos University Center had. With
the objective of improving infrastructure
conditions, the design of earthquake-resistant
buildings was proposed using structural frames
guaranteeing basic and safe services that students
need. In preparing the analysis and design of the
buildings, it was necessary to investigate the
number of students in the University Center and
mainly obtain optimization by levels and areas
intended for classrooms. It was determined how to
take advantage and reuse the prefabricated
emerging classroom module with the creation of
three buildings (Wings 1, 2 and 3) with dimensions
and security according to what the university needs.
Keywords: i
nfrastructure; analysis; design;
earthquake; re-use.
El autor declara que no tiene ningún conflicto de interés. El estudio fue financiado con recursos del autor.
Recibido: febrero 8 de 2023 | Aceptado: julio 24 de 2023 | Publicado: octubre 30 de 2023
Revista de Investigación Proyección Científica
Centro Universitario de San Marcos
ISSN 2957-8582
www.revistacusam.com
DOI:
Vol. 5 No. 1
Enero-Diciembre 2023
113
Proyección Cientíca
Revista de Investigación
Revista de Investigación Proyección Cientíca
Centro Universitario de San Marcos
ISSN 2957-8582
www.revistacusam.com
DOI:
Vol. 5 No. 1
Enero-Diciembre
2023
t E
https://doi.org/10.56785/ripc.v5i1.81
INTRODUCCIÓN
El Centro Universitario de San Marcos de la Universidad de San Carlos de
Guatemala, cuenta con dos módulos para albergar alrededor de 7000
estudiantes, donde en su mayoría son espacios no aptos, ya que se excede el
límite permitido por normativas de seguridad ocupacional. La falta de aulas y
laboratorios es un aspecto primordial para contrarrestar y promover el
crecimiento en infraestructura realizando un aprovechamiento en área
ocupacional. En el módulo 1, siendo este el edificio con mayor deficiencia en
infraestructura, ya que encontramos espacios restaurados y así también aulas
emergentes debido a la problemática ocasionada por el terremoto del año 2012,
dicho módulo no cuenta con la planificación adecuada, con medidas de
seguridad y sobre todo con el dimensionamiento a futuro que necesita un
edificio educativo. Por lo anterior, se plantea como objetivo de estudio diseñar
edificios de dos niveles sismo-resistentes distribuidos en las alas 1, 2 y 3,
utilizando la metodología de marcos estructurales para garantizar una
infraestructura adecuada y segura, que permita el aprovechamiento y
optimización de los espacios actualmente utilizados por el sistema de aulas de
material prefabricado del Centro Universitario de San Marcos.
En los criterios técnicos para el desarrollo de espacios académicos
universitarios se resalta la adecuada toma del terreno o espacio a utilizar,
lineamientos generales para el uso correcto de espacios, confort para
estudiantes, docentes y toda persona que use las instalaciones y sobre todo la
seguridad dentro y fuera de los módulos que necesita la Universidad
(Universidad de San Carlos de Guatemala, 2020).
Debido al tipo de dificultad y en la búsqueda de soluciones se implementa
el análisis y diseño de tres edificaciones utilizando marcos estructurales, siendo
estos marcos rígidos a base de losas, vigas, columnas y zapatas formando el alma
del proyecto, conociendo la distribución se adaptan criterios técnicos para su
análisis referido a cargas, combinaciones y resultados detallando armado y
proceso constructivo de las edificaciones.
ripc | revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
114
t R
3
ripc | revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
En conjunto al análisis, las normativas nos brindan criterios en base al
material de cerramiento1 como estructura liviana, vidrio, block, mampostería y
particiones rígidas destinadas al sistema estructural sean estos E1, E2, E3, E4,
E5 y E6. El sistema E1 denominado estructura de marcos simples conformado
por el soporte entre vigas y columnas estos unidos entre sí. (Asociación
Guatemalteca de Ingeniería Estructural y Sísmica, 2020).
En el desarrollo del diseño de dichas edificaciones se consideran los
espacios que actualmente utilizan las aulas emergentes o aulas prefabricadas
siendo estas las de mayor aforo estudiantil y las óptimas para su
desmontaje/aprovechamiento en el proyecto que contribuye a la mejora de la
infraestructura del centro respetivamente con las Alas 1, 2 y 3 para albergar
alrededor de 2500 estudiantes cumpliendo con la metodología que manda la
Asociación Guatemalteca de Ingeniería Estructural y Sísmica (AGIES) en
conjunto al Instituto Americano del Concreto (ACI).
MATERIALES Y MÉTODOS
La implementación del estudio se basó en la búsqueda y análisis de los
espacios utilizados por el sistema de aulas prefabricadas siendo esta el área
utilizada para el módulo de edificios correspondientes a las Alas 1, 2 y 3. De
acuerdo a la oficina de Control Académico del Centro Universitario de San
Marcos, 10 carreras han hecho uso de las instalaciones con un total de 12830
estudiantes en el periodo del 2012 al 2022, siendo esta la etapa en la que el
sistema prefabricado ha dado servicio a la población estudiantil. Posterior a
verificar datos se realizó la proyección que tendrían las carreras del centro en un
periodo de 20 años y obtener los parámetros necesarios para el diseño de las
edificaciones.
El sistema de aulas prefabricadas fue diseñado con el propósito de prestar
servicios de una manera emergente y útil, con materiales desmontables con el
fin de remodelación o de mantenimiento, siendo detallado el proceso y el
análisis de utilidad adaptado a cerramiento en los edificios a diseñar con el fin
de promover el reciclaje y el aprovechamiento del sistema.
1 Cerramiento en la construcción y en la arquitectura, se refiere a las estructuras que cierran o delimitan un
espacio, como paredes exteriores o divisiones internas en un edificio.
115
ripc | revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
t T
4
ripc |
revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
Posterior a ello, fue realizada la búsqueda de capacidad soporte del suelo en
donde se cimentará el proyecto, tomando como eje la toma de muestra de este
para ser analizada en un laboratorio, junto a ello, se realizó el levantamiento
topográfico para conocer las dimensiones con las que cuenta el área destinada
para la elaboración del proyecto. La distribución arquitectónica en donde dio
inicio el análisis de elementos estructurales como lo son: losas, vigas, columnas
y zapatas con sus dimensiones y se corroboraron modelos matemáticos en base
a cargas verticales y horizontales en busca de coeficiente sísmico, cortante basal
y los datos que fueron requeridos para el diseño de marcos en el software
ETABS y comparado con metodología Kani.
Mediante el análisis fue diseñado cada elemento estructural respectivamente
a base de los datos proporcionados por ETABS para conocer la distribución de
armado y especificaciones que necesita cada elemento de las edificaciones,
dichos datos fueron primordiales para la elaboración de planos, detalles y sobre
todo el presupuesto desglosado con el fin de conocer el costo total por
edificación.
RESULTADOS
Contexto del área de investigación
Información base sobre área de aulas prefabricadas.
Fase 1
La “Fase 1” de aulas emergentes contempla “Ala 1” y “Ala 2” con uso de
aulas y oficinas/laboratorios:
• 7 aulas de uso general.
• Laboratorio de materiales de construcción, resistencia de
materiales, concreto armado de la carrera de Ingeniería Civil.
• Coordinación de Planificación
• Información estudiantil.
En dicha fase se incluyen aulas con dimensiones de 11.40 metros x 5.60
metros, Ala 2, se incluyen aulas con dimensiones de 11.20 metros x 5.60 metros
y espacios para oficinas, laboratorios u otros usos.
ripc | revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
116
t Y
Fase 2
La fase implementada en el periodo de 2015-2016 en donde se incluye el
Ala 3, específicamente de uso general para el centro universitario con
dimensiones de 8.15 metros x 5.62 metros con una capacidad de 42 alumnos
por aula.
Ubicación
Figura 1
Ubicación de sistema de aulas prefabricadas.
Fuente: Elaboración propia, utilizando software AutoCAD.
En la figura 1 se observa la ubicación del sistema de aulas prefabricadas
respecto a sus tres alas, estas referente al módulo 1 del Centro Universitario de
San Marcos, dicho sistema finalizo su vida útil por lo que se plantea el
aprovechamiento y optimización de los recursos. También es importante
117
ripc | revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
t U
6
ripc |
revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
mencionar que el Centro debió optimizar y consolidar de una mejor manera el
espacio con el que se cuenta para uso de los estudiantes.
Carreras que hacen uso de aulas prefabricadas
El Centro Universitario de San Marcos, registró 10 carreras que hacen uso
del sistema de aulas prefabricadas en las que cada una de ellas contempla
horarios adecuados en jornadas matutinas, vespertinas y nocturnas, dichos datos
se observan en la tabla 1 a continuación:
Tabla 1
Carreras que hacen uso del sistema de aulas prefabricadas.
Carreras Aulas prefabricadas en
uso
1. Profesorado de Enseñanza Media en Pedagogía y Ciencias
de la Educación PEM (01) 1
2. Técnico en Producción Agrícola (03). 2
3. Técnico en Administración de Empresas (04). 2
4. Trabajador Social (05). 2
5. Licenciatura en Pedagogía y Ciencias de la Educación (06). 2
6. Administración de Empresas (07). 1
7. Ingeniero Agrónomo con Orientación en Agricultura
Sostenible (08). 3
8. Licenciatura en Trabajo Social con Orientación en
Proyectos de Desarrollo (11). 3
9. Ingeniería Civil (14). 6
10. Contaduría Pública y Auditoría (15). 3
(00) Numeración de carrera referencia Control Académico
Fuente: Elaboración propia, investigación de campo, 2022.
Población estudiantil futura
Se verificó la proyección a 1, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18 y 20 años para
conocer el total de posibles estudiantes que puedan ingresar en cada carrera que
hace uso del sistema de aulas prefabricadas, con una tasa promedio de
crecimiento poblacional del 6 %.
ripc | revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
118
t I
Tabla 2
Población futura por carrera.
Carrera
1
2023
2
2024
4
2026
6
2028
8
2030
10
2032
12
2034
14
2036
16
2038
18
2040
20
2042
1. (01).
28
29
32
34
37
40
43
46
50
54
59
2. (03).
29
30
30
31
32
32
33
34
35
35
36
3. (04).
58
60
66
73
80
88
96
106
116
128
140
4. (05).
84
93
114
140
172
211
259
317
389
477
585
5. (06).
95
94
92
90
87
85
83
82
80
78
76
6. (07).
193
185
171
157
145
133
123
113
104
96
88
7. (08).
209
229
272
324
386
459
546
651
774
922
1097
8. (11).
121
119
114
110
106
102
98
95
91
88
85
9. (14).
71
76
88
101
116
134
154
177
204
235
271
10. (15).
115
133
178
239
320
430
576
773
1037
1391
1865
(00) Numeración de carrera referencia Control Académico
(Numeral sobre columnas) Cantidad de años de proyección, ejemplo: 6 = 6 años.
Fuente: Elaboración propia, investigación de campo, 2022.
En la tabla 3 se muestran la cantidad de estudiantes que cada Carrera espera
en la proyección anteriormente mencionada. También es importante mencionar
que este dato es primordial para la adecuación de ambientes en las edificaciones.
Servicio técnico profesional
Descripción del proyecto
El proyecto consiste en el análisis y diseño de edificios destinados a salones
de clase y laboratorios para el Centro Universitario de San Marcos, dentro del
cual se realiza el desmontaje del sistema de aulas prefabricadas existentes para
posteriormente ser reutilizadas como material de cerramiento en las
edificaciones.
Datos preliminares.
A continuación, se describen los datos preliminares del servicio técnico
profesional.
119
ripc | revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
t O
8
ripc |
revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
Desmontaje planta prefabricada
El sistema del Centro Universitario de San Marcos, cuenta con 237 metros
lineales de canaletas, 14 puertas, 28 ventanas de aluminio, 450 láminas de techo,
instalaciones eléctricas y 240 de costaneras tipo C 2”x 4”, 180 tubos cuadrados
de 4”x4”, 215 planchas de fibrocemento y 265 tubos cuadrados de 2”x2”. El
desmontaje y reutilización prevé almacenamiento y cuidado bajo techo en
lugares ventilados y secos no solo en el proceso de colocación si no también en
el cuidado de este, (Plycem., 2021)
Distribución arquitectónica
Las instalaciones presentan la siguiente distribución arquitectónica,
mediante el uso equitativo, uso flexible, uso simple e intuitivo, minimizando
riesgos, comodidad, eficiencia y sobre todo el adecuado uso del espacio para
movilidad de las personas. (Ministerio de Educación, Gobierno de la República
de Guatemala., 2022)
Figura 2
Distribución Arquitectónica.
Fuente: Elaboración propia, utilizando Padlet.
La figura 2 presenta la distribución arquitectónica respecto a Ala 1 que
contiene 3 aulas de uso general + cafetería en planta baja, en planta alta 2 aulas
de uso general + sala de estudios exterior/interior. Ala 2 contiene en planta baja
3 aulas de uso general, espacios destinados a laboratorio de la Carrera de
Ingeniería Civil y Coordinación de Planificación CUSAM, en planta alta
contiene 3 aulas de uso general, sala de estudios exterior/interior y servicios
ripc | revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
120
y P
9
ripc | revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
sanitarios. Ala 3 en planta baja contiene 5 aulas de uso general y en planta alta
contiene 4 aulas de uso general y servicios sanitarios.
Estudio de suelos
En la Ingeniería Civil el análisis de suelo nos permite conocer propiedades
tanto físicas como mecánicas, de igual manera nos permite saber si el lugar en
que se pretende elaborar el proyecto es apto para soportar la estructura. Con los
resultados obtenidos en el análisis de suelo se determina el tipo de cimentación,
geometría y profundidad que tendrá la misma.
La búsqueda y obtención de estudios realizados alrededor de la zona 1, 2 y
3 de la cabecera departamental de San Marcos manifesta los siguientes rangos:
Zona 1. Rango de datos referente a zona 1 de San Marcos en donde fueron
realizadas 12 muestras con profundidades entre 0.9m a 4m, (Itzep, 2013)
4
&− 10
&
Zona 2. Rango de datos referente a zona 2 de San Marcos en donde fueron
realizadas 12 muestras con profundidades entre 0.6m a 10m, (Jerónimo, 2013)
0.72
&− 3.21
&
Zona 3. Rango de datos referente a zona 3 de San Marcos en donde fueron
realizadas 12 muestras con profundidades entre 0.9m a 3.5m, (Chávez, 2015)
6.47
&− 25.49
&
De igual manera el rango de resultados obtenidos de proyectos aledaños y
estudio propio manifestando los siguientes datos:
9.18
&− 18.36
&
2.54
&− 5.09
&
Con los datos obtenidos mediante ensayos realizados en las distintas zonas
de San Marcos, los valores de análisis sobre la resistencia del suelo o capacidad
121
ripc | revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
y q
10
ripc |
revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
admisible del mismo, aledaños al Centro Universitario de San Marcos, CUSAM,
referentes a zona 3 y proyectos vecinos se concluye como valor a utilizar en el
diseño de cimentación de las Alas 1, 2 y 3 el siguiente:
= 20
&
En conjunto a ello, se presentan características físicas caracterizando el tipo
de suelo como Arena Limosa, mezcla de arena y limo, en donde se deberá
mejorar el suelo bajo la cimentación con los parámetros siguientes:
A. Dejar un material granular tipo A-1 (Cascajo + arena) según la
clasificación AASHTO + cemento proporción 85%+15%
B. Una columna de grava a presión de un diámetro de 1.20 metros
compactada a cada 10 cm/grava diámetro ½, 1, 1 ½ a 2.5 pulgadas.
Levantamiento topográfico
Se realizó inspección y reconocimiento del área destinada al diseño y
verificación de edificaciones del Centro Universitario de San Marcos. Primero
se efectúo el recorrido para colocar estaciones correspondientes al polígono y
así tener referencia para incorporar radiaciones2 en todo el levantamiento.
Figura 3
Levantamiento topográfico.
Fuente: Elaboración propia, utilizando software AutoCAD.
2 En topografía, radiación se refiere a una técnica utilizada para medir y marcar puntos en el terreno utilizando
instrumentos de medición, como una estación total o un teodolito. La radiación implica establecer un punto
conocido (punto base) y luego medir un ángulo horizontal y una distancia desde ese punto base hacia el punto
que se desea marcar.
ripc | revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
122
y w
11
ripc | revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
En la figura 3 se observa el polígono topográfico respecto al espacio
referente a las Alas 1, 2 y 3 siendo el límite para el análisis y diseño de las
edificaciones.
Diseño arquitectónico
Requerimiento de áreas
Para la incorporación y el requerimiento de áreas en las edificaciones se
tomó en cuenta el uso que estos tendrán, ambiente, mobiliario, maquinaria y el
número de estudiantes que utilizarán dichos edificios. En la actualidad, el
sistema de aulas prefabricadas cuenta con las siguientes áreas: 250 m2, 370 m2 y
280 m2, en donde se respetaron estimaciones de diseños de aulas emergentes y
se adaptó la nueva edificación para satisfacer las necesidades del Centro
Universitario.
Distribución de espacios
En la distribución de espacios se tomó en cuenta que las edificaciones son
netamente de uso estudiantil y administrativo, se incorporó comunicación con
los edificios vinculados con el centro universitario y sobre todo la importancia
que trae la incorporación de dicho diseño, así mismo, incorporación de medidas
y acciones de seguridad, salidas de emergencia, cantidades máximas por salón
de clase y anchos correspondientes, (Coordinación Nacional para la Reduccion
de Desastres., 2019).
Análisis estructural
El análisis estructural de las edificaciones permitió delimitar las dimensiones
apropiadas para cada elemento que forma parte de la estructura, verificar si estos
se comportan de la manera esperada bajo cargas o situaciones gravitacionales,
de igual manera analizar su comportamiento mediante movimientos naturales
como lo son sismos o vientos.
Pre-dimensionamientos
Losas, en la tabla 4 se expresan las dimensiones y datos referentes a losas
del Ala 1, esto delimitando largo, ancho, dirección en la que trabaja y espesor de
diseño. También es importante mencionar que la misma metodología se
implementó para Ala 2 y Ala 3.
123
ripc | revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
y e
12
ripc |
revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
Tabla 3
Predimensionamiento de losas Ala 1.
No. Tipo. Dimensiones. m. Dirección.
Espesor
calculado.
Espesor
de diseño.
1
L1
5.6
3.5
0.63
2 direcciones
0.10 m
0.12 m
2
L1
5.6
3.5
0.63
2 direcciones
0.10 m
0.12 m
3
L2
3.5
2.5
0.71
2 direcciones
0.07 m
0.12 m
4
L3
5.6
5.6
1.00
2 direcciones
0.12 m
0.12 m
5
L3
5.6
5.6
1.00
2 direcciones
0.12 m
0.12 m
6
L4
5.6
2.5
0.45
1 dirección
0.09 m
0.12 m
7
L3
5.6
5.6
1.00
2 direcciones
0.12 m
0.12 m
8
L3
5.6
5.6
1.00
2 direcciones
0.12 m
0.12 m
9
L4
5.6
2.5
0.45
1 dirección
0.09 m
0.12 m
10
L3
5.6
5.6
1.00
2 direcciones
0.12 m
0.12 m
11
L3
5.6
5.6
1.00
2 direcciones
0.12 m
0.12 m
12
L4
5.6
2.5
0.45
1 dirección
0.09 m
0.12 m
Fuente: Elaboración propia
Vigas, pre-dimensionar el elemento en donde se específica la altura de una
viga mediante aspectos como: Extremos continuos de viga, con un extremo
continuo, simplemente apoyada y de igual manera una viga en voladizo,
(American Concrete Intitute, ACI., 2014)
En la tabla 5 se expresan las dimensiones y datos referentes a vigas del Ala
1, esto delimitando luz, peralte, altura y base de diseño. También es importante
mencionar que la misma metodología se implementó para Ala 2 y Ala 3.
Tabla 4
Predimensionamiento de vigas, N1-Ala 1.
No.
Luz de viga.
Peralte.
Recubrimiento.
Altura h.
Base b.
V1
5.6 m
0.54 m
0.06 m
0.60 m
0.30 m
V2
3.5 m
0.44 m
0.06 m
0.50 m
0.25 m
V3
2.5 m
0.44 m
0.06 m
0.50 m
0.25 m
V4
2.0 m
0.54 m
0.06 m
0.60 m
0.30 m
V5
5.6 m
0.54 m
0.06 m
0.60 m
0.40 m
V6
5.6 m
0.54 m
0.06 m
0.60 m
0.40 m
Fuente: Elaboración propia.
Columnas, en la tabla 6 se expresan las dimensiones y datos referentes a
columnas del Ala 1, esto delimitando altura y base de diseño. También es
importante mencionar que la misma metodología se implementó para Ala 2 y
Ala 3.
ripc | revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
124
y r
13
ripc | revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
Tabla 5
Predimensionamiento de columnas, Ala 1.
No.
Altura h.
Base b.
C1
0.40 m
0.40 m
C2
0.40 m
0.40 m
C3
0.40 m
0.40 m
C4
0.35 m
0.35 m
Fuente: Elaboración propia
Zapatas, en la tabla 7 se expresan las dimensiones y datos referentes a
zapatas del Ala 1, esto delimitando largo, ancho. También es importante
mencionar que la misma metodología se implementó para Ala 2 y Ala 3.
Tabla 6
Predimensionamiento de zapatas, Ala 1.
No.
B
A
Z-1
2.0 m
2.0 m
Z-2
2.6 m
2.0 m
Z-3
2.5 m
2.2 m
Z-4
2.0 m
2.0 m
Z-5
1.7 m
1.7 m
Fuente: Elaboración propia
Modelos matemáticos de marcos dúctiles
Cargas verticales: Expresadas como toda carga viva y muerta que afecte la
estructura como, por ejemplo: Cargas muertas de losa, viga, acabados y de la
misma manera cargas vivas referentes a la ocupación de la edificación,
(Asociación Guatemalteca de Ingeniería Estructural y Sísmica., 2020)
=200
&
=500
&
=200
&
Cargas horizontales: respecto de los sucesos que afectan al país, el Centro
Universitario de San Marcos, ubicado en el departamento de San Marcos cuenta
con un índice de sismicidad de 4.1 referente al mapa de zonificación sísmica de
125
ripc | revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
y t
14
ripc |
revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
Guatemala, siendo un territorio altamente sísmico por lo que toda edificación a
elaborar en dicho departamento debe y necesita las medidas que la normativa
AGIES exige, (Asociación Guatemalteca de Ingeniería Estructural y Sísmica.,
2020)
• Coeficiente sísmico, Cs.
= 0.161
• Peso de la edificación, Ws, en los parámetros siguientes se
contempla la sumatoria de pesos referentes a losas, vigas,
columnas, elementos interiores, fachada y 25% de cargas vivas
utilizadas en el análisis.
(1)=369138.15kg
(2)=525575.54kg
(3)=434923.24kg
• Constante Basal, Vb, parámetros encontrados verificando el
producto del coeficiente sísmico y el peso sísmico.
(1)=59431.24kg
(2)=84617.66kg
(3)=70022.64kg
• Combinaciones de cargas, CR1, 2, 3, 4, 5. La normativa AGIES
brinda parámetros para diseño en relación a combinaciones criticas
las cuales se completan con el resultado del coeficiente sísmico y
las distintas cargas de diseño.
ripc | revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
126
y y
15
ripc | revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
Tabla 7
Combinaciones de carga. (Carga de gravedad, carga de sismo).
Combinación.
Fórmula.
CR1
1.4M
CR2
1.2M + 1.6V + 0.5(Vt o Pl o Ar)
CR3
1.2M + V + 1.6(Vt o Pl o Ar)
CR4-1
1.46M + V + Sx + 0.30Sy
CR4-2
1.46M + V + Sx - 0.30Sy
CR4-3
1.46M + V + Sy + 0.30Sx
CR4-4
1.46M + V + Sy - 0.30Sx
CR4-5
1.46M + V - Sx + 0.30Sy
CR4-6
1.46M + V - Sx - 0.30Sy
CR4-7
1.46M + V - Sy + 0.30Sx
CR4-8
1.46M + V - Sy - 0.30Sx
CR5-1
0.64M + Sx + 0.30Sy
CR5-2
0.64M + Sx - 0.30Sy
CR5-3
0.64M + Sy + 0.30Sx
CR5-4
0.64M + Sy - 0.30Sx
CR5-5
0.64M - Sx + 0.30Sy
CR5-6
0.64M - Sx - 0.30Sy
CR5-7
0.64M - Sy + 0.30Sx
CR5-8
0.64M - Sy - 0.30Sx
Fuente: Elaboración propia.
En la tabla 8 se observan las fórmulas relacionadas a combinaciones de
carga con los datos extraídos del coeficiente sísmico para poder realizar el
análisis estructural y diseñar cada elemento como lo especifican las normativas
guatemaltecas.
Análisis por medio de software, ETABS
Según criterios normados e ingenieriles en la figura 4 se conoce la
edificación estructural elaborada por medio del software ETABS3 referente al
Ala 2 del Centro Universitario de San Marcos.
3 ETABS (Extended Three Dimensional Analysis of Building Systems) es un software destinado al análisis y
diseño estructural el cual nos permite modelar la edificación con todos los parámetros necesarios,
127
ripc | revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
y u
16
ripc |
revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
Figura 4
Modelo 3D ETABS, Ala 2.
Fuente: Elaboración propia, utilizando software ETABS.
Diseño estructural
Losas
Las losas a utilizar en las edificaciones corresponden a las denominadas
losas rígidas siendo estas una estructura plana y resistente diseñada para soportar
cargas y distribuir el peso de manera eficiente, en las edificaciones se usará un
espesor en general de = 0.12 y armado con = 0.15 para facilidad
de construcción.
Vigas
Las vigas construidas de concreto se refuerzan de acero para soportar en
conjunto los esfuerzos de flexión como lo es la tensión y la compresión, de igual
manera en zonas cercanas a los apoyos se producen esfuerzos cortantes los
cuales son contrarrestados por el refuerzo transversal lo que cumple con
parámetros mínimos y máximos que rige el código de diseño, (Nilson, 2001).
En el proyecto se utilizarán 15 tipos de viga distribuidas en las Alas 1, 2 y 3
detallando el acero de refuerzo en cama superior como cama inferior, así mismo,
el refuerzo de estribos confinados como se detalla en la figura 5, siendo este el
detalle estructural de la viga V-1.
ripc | revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
128
y i
17
ripc | revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
Figura 5
Armado de Viga 1 a flexión.
Fuente: Elaboración propia, utilizando software AutoCAD.
Columnas
En el proyecto se utilizarán 7 tipos de columnas rectangulares distribuidas
en las Alas 1, 2 y 3 detallando el acero de refuerzo longitudinal, así mismo, el
refuerzo de estribos confinados como se detalla en la figura 6, siendo este el
detalle estructural de la columna C-1.
Figura 6
Armado Columna 1.
Fuente: Elaboración propia, utilizando software AutoCAD.
Zapatas
La cimentación de una edificación es el elemento estructural destinado para
recibir toda carga aplicada a la estructura como también el peso propio de ella y
así trasmitirlas al suelo, (Das, 2022). En el proyecto se utilizarán 5 tipos de
129
ripc | revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
y o
18
ripc |
revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
zapatas concéntricas4 distribuidas en las Alas 1, 2 y 3 detallando el acero de
refuerzo que estas tendrán, dicho refuerzo se detalla en la figura 6, siendo este
el detalle estructural de la zapata Z-1.
Figura 7
Armado zapata 1.
Fuente: Elaboración propia, utilizando software AutoCAD.
PROPUESTA
Ala 1
En la figura 8 se representa la propuesta para de edificación correspondiente
al Ala 1, detallando acabados de vigas, losas, acceso de gradas, barandas, puertas,
ventanas y jardinización que esta tendrá.
Figura 8
Render, propuesta Ala 1
Fuente: Elaboración propia, utilizando Lumion.
4 Zapata concéntrica, tipo de cimentación utilizada para soportar cargas concentradas en el punto central del
elemento.
ripc | revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
130
y p
19
ripc | revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
Ala 2.
En la figura 9 se representa la propuesta para edificación correspondiente
al Ala 2, detallando acabados de vigas, losas, acceso de gradas, barandas, puertas,
ventanas y jardinización que esta tendrá.
Figura 9
Render, propuesta Ala 2.
Fuente: Elaboración propia, utilizando Lumion.
Ala 3
En la figura 10 se representa la propuesta para de edificación
correspondiente al Ala 3, detallando acabados de vigas, losas, acceso de gradas,
barandas, puertas, ventanas y jardinización que esta tendrá.
Figura 10
Render, propuesta Ala 3.
Fuente: Elaboración propia, utilizando Lumion.
131
ripc | revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
y Q
DISCUSIÓN
La Universidad de San Carlos de Guatemala por medio de los Criterios
Técnicos para el Desarrollo de Espacios Académicos Universitarios nos brindan
los parámetros necesarios de ambiente, iluminación y sobre todo características
para la incorporación de aulas y laboratorios académicos, debido a ello, los
espacios destinados a salones de clases para las edificaciones de las Alas 1, 2 y 3
contienen dimensiones de 11.4 metros por 5.60 metros cubriendo los criterios
ocupacionales y la seguridad estudiantil.
En conjunto a la distribución de espacios, la Asociación Guatemalteca de
Ingeniería Estructural y Sísmica nos brinda parámetros mínimos a seguir para el
análisis y diseño mediante cargas de uso para aulas, pasillos y laboratorios que
tendrán las edificaciones, dicho proyecto cuenta con dichos parámetros en la
búsqueda de coeficiente sísmico, pesos sísmicos y la distribución del cortante
basal distribuido no solo en los niveles de las edificaciones si no también en los
distintos marcos que cada una de ellas tendrá.
Por otro lado, la proyección y el aspecto ingenieril que caracteriza a un
Ingeniero Civil cumpliendo parámetros de diseño de losas, vigas, columnas y
zapatas, efectuando los mínimos permitidos para secciones de concreto y acero
de refuerzo como se menciona en la normativa ACI (American Concrete
Institute) dando como resultado elementos correctamente diseñados,
funcionales y adecuando el costo beneficio de la Universidad de San Carlos de
Guatemala.
CONCLUSIONES
En la actualidad el Centro Universitario promueve el uso de 12 aulas que
tiene a su disposición en el sistema prefabricado, dichas aulas han finalizado su
vida útil, sin embargo, implementando el proceso de desmontaje con las
medidas necesarias estas pueden ser reutilizadas como proceso de cerramiento
a modo mencionado en el sistema estructural E1 para marcos estructurales con
particiones livianas correspondientes a las edificaciones de Ala 1, 2 y 3
adaptando un proceso de bajo costo, beneficio a la universidad, reciclaje de
material y sobre todo el aprovechamiento de espacios en uso legal del Centro
Universitario de San Marcos
El diseño de las edificaciones del proyecto correspondientes al Ala 1, 2 y 3
desarrolladas con análisis técnico que involucra el aprovechamiento de espacios
ripc | revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
132
y W
21
ripc | revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
y ambientes óptimos, beneficiará al crecimiento en infraestructura y el
incremento en seguridad estructural necesaria para la Universidad.
San Marcos como cabecera departamental se encuentra ubicado en zonas
con baja capacidad admisible del suelo, esto afecta en la incorporación de
edificios y al crecimiento en infraestructura y sobre todo al factor económico,
las edificaciones del Ala 1, 2 y 3 se planificaron a dos plantas con poca
posibilidad de incremento, debido al aumento que necesita el suelo en su
capacidad portante.
REFERENCIAS
American Concrete Intitute, ACI. (2014). Requisitos de Reglamento para Concreto
Estructural, (ACI 318S-14). Obtenido de
https://civilshare.files.wordpress.com/2016/07/aci_318s_14_en_esp
anol.pdf
Asociación Guatemalteca de Ingeniería Estructural y Sísmica. (2020). Diseño
Estructural de Edificaciones NSE 3, Normas de Seguridad Estructural para
Guatemala. Guatemala. Obtenido de https://www.agies.org/
Asociación Guatemalteca de Ingeniería Estructural y Sísmica. (2020). Diseño
Estructural de Edificaciones NSE 1, Normas de Seguridad Estructural para
Guatemala. Guatemala. Obtenido de https://www.agies.org/
Asociación Guatemalteca de Ingeniería Estructural y Sísmica. (2020). Diseño
Estructural de Edificaciones NSE 2, Normas de Seguridad Estructural para
Guatemala. Guatemala. Obtenido de https://www.agies.org/
Chávez, O. E. (2015). Análisis topográfico y caracteristico de los suelos de la zona 3 de la
cabecera departamental de San Marcos. San Marcos, Guatemala.
Coordinación Nacional para la Reduccion de Desastres. (2019). Norma de
Reducción de Desastres NRD2. Guatemala. Obtenido de
https://conred.gob.gt/normas/NRD2/Manual_NRD2.pdf
Das, B. M. (2022). Fundamentos de Ingeniería de Cimentaciones. México.
Itzep, Y. C. (2013). Descripción Geológica del departamento de San Marcos. Análisis
topográfico y caracterización de los suelos de la zona 1 de la cabecera departamental
de la meseta de San Marcos. San Marcos, Guatemala.
133
ripc | revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
y E
22
ripc |
revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
Jerónimo, M. E. (2013). Descripción Geológica del departamento de San Marcos, Análisis
topográfico y característico de los suelos de la zona 2, de la cabecera departamental
de la meseta de San Marcos. Quetzaltenango, Guatemala.
Ministerio de Educación, Gobierno de la República de Guatemala. (2022).
Manual de criterios normativos para el Diseño Arquitectónico de Centros
Educativos Oficiales. Guatemala. Obtenido de
https://www.mineduc.gob.gt/DIPLAN/documents/manual/Manual
%20de%20Criterios%20Normativos%20para%20el%20Dise%C3%B
1o%20arquitectonico%20de%20centros%20educativos%20oficiales/
Manual_de_Criterios_Normativos_para_el_Dise%C3%B1o_arquitect
onico_de_centros_educati
Nilson, A. H. (2001). Diseño de Estructuras de Concreto. Colombia. Obtenido de
https://marodyc.files.wordpress.com/2014/06/disec3b1o-de-
estructuras-de-concreto-nilson-arthur.pdf
Plycem. (2021). Guía de instalación, Sistema de paredes internas y externas Plyrock.
Guatemala. Obtenido de https://plycem.com/producto/plyrock/
Universidad de San Carlos de Guatemala. (2020). Criterios Técnicos para el
Desarrollo de Espacios Académicos Universitarios. Guatemala. Obtenido de
https://plani.usac.edu.gt/wp-
content/uploads/2022/03/CRITERIOS-TECNICOS-PARA-EL-
DESARROLLO-DE-ESPACIOS-UNIVERSITARIOS.pdf
Cómo citar este artículo:
Navarro de León, R.M. (2023). Diseño de edificación de marcos estructurales utilizando
prefabricados existentes en el Centro Universitario de San Marcos. Revista de Investigación
Proyección Científica, 5(1), 113-134. https://doi.org/10.56785/ripc.v5i1.81
Copyright © 2023 Ronald Mauricio Navarro de León. Todos los derechos son de los autores
de los manuscritos. Este texto está protegido por una licencia Creative Commons 4.0. Usted
es libre para compartir y adaptar el documento para cualquier propósito, incluso para fines
comerciales, siempre que cumpla la condición de dar crédito a la obra original de manera
adecuada, proporcionar un enlace a la licencia, e indicar si se han realizado cambios.
Resumen de licencia - Texto completo de la licencia
ripc | revista de investigación Proyección Científica
vol. 5 • 2023 • ISSN: 2957-8582
134
y R
