SEDE TACNA
DIPLOMA DE ESPECIALIZACIÓN PROFESIONAL EN: “DISEÑO SÍSMICO
DE ESTRUCTURAS
DE CONCRETO ARMADO ”
MÓDULO I “COMPORTAMIENTO Y DISEÑO A FLEXIÓN Y CORTANTE
DE ELEMENTOS DE CONCRETO ARMADO”
SESIÓN N° 01 “ANÁLISIS SÍSMICO MODAL ESPECTRAL
Y DISEÑO DE LOSAS LOSAS ”
Ing. ERLY MARVIN ENRIQUEZ QUISPE
[email protected]
Mag. JOSÉ ACERO MARTÍNEZ
[email protected]
26 de Noviembre del 2017 Tacna – Perú
ÍNDICE CAPÍTULO I GENERALIDADES 1.1
OBJETIVOS
01
1.2
DESCRIPCIÓN DESCRIPCIÓ N GENERAL DEL PROYECTO
01
1.3
CARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES
03
1.4
CARGAS UNITARIAS
03
1.5
REGLAMENTOS REGLAMENTO S Y NORMAS
03
CAPÍTULO II ESTRUCTURACIÓN 2.1
LOSAS
04
2.2
VIGAS
04
2.3
COLUMNAS
04
2.4
PLACAS
04
2.5
ESCALERA
04
CAPÍTULO III PREDIMENSIONAMIENTO 3.1
LOSAS
05
3.2
VIGAS
05
3.3
COLUMNAS
06
3.4
PLACAS
06
3.5
ESCALERA
07
CAPÍTULO IV METRADO DE CARGAS 4.1
LOSAS
08
4.2
ESCALERA
08
CAPÍTULO V ANÁLISIS SÍSMICO MODAL ESPECTRAL CAPÍTULO VI DISEÑO DE LOSAS
ÍNDICE CAPÍTULO I GENERALIDADES 1.1
OBJETIVOS
01
1.2
DESCRIPCIÓN DESCRIPCIÓ N GENERAL DEL PROYECTO
01
1.3
CARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES
03
1.4
CARGAS UNITARIAS
03
1.5
REGLAMENTOS REGLAMENTO S Y NORMAS
03
CAPÍTULO II ESTRUCTURACIÓN 2.1
LOSAS
04
2.2
VIGAS
04
2.3
COLUMNAS
04
2.4
PLACAS
04
2.5
ESCALERA
04
CAPÍTULO III PREDIMENSIONAMIENTO 3.1
LOSAS
05
3.2
VIGAS
05
3.3
COLUMNAS
06
3.4
PLACAS
06
3.5
ESCALERA
07
CAPÍTULO IV METRADO DE CARGAS 4.1
LOSAS
08
4.2
ESCALERA
08
CAPÍTULO V ANÁLISIS SÍSMICO MODAL ESPECTRAL CAPÍTULO VI DISEÑO DE LOSAS
DISEÑO SÍSMICO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO
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CAPÍTULO I GENERALIDADES 1.1
OBJETIVOS
1.1.1 OBJETIVO GENERAL La presente sesión tiene como objetivo hacer la descripción de la Norma E.030 para realizar un análisis modal espectral de un edificio de 10 pisos en el programa ETABS (Para el diseño sismorresistente de elementos estructurales del trabajo final escalonado) y la descripción de algunos capítulos de la Norma E.060 para el diseño de losas en una y en dos direcciones.
1.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1.2
-
Descripción de la Norma E.030 - 2016
-
Análisis modal espectral de un edificio de 10 pisos en ETABS
-
Descripción de algunos capítulos capítu los de la Norma E.060 - 2009
-
Diseño de losa aligerada en una dirección.
-
Diseño de escalera.
-
Diseño de losa maciza en dos direcciones.
DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO La estructura en estudio es un edificio de 10 pisos con acceso a sus niveles superiores a través de una escalera y ascensor interior (Ancho a la mitad del paño); los niveles tienen una planta típica con una altura de entrepiso de 3.00 m en todos los niveles. En la azotea se proyectará un techo de ascensor y escaleras; no tendrá tanque de agua ya que se proyectará un sistema de presión constante. Defina lo siguiente, con los datos del primer integrante del grupo en orden alfabético del apellido paterno: -
Ubicación = Lugar de nacimiento
-
Uso = A (Apellidos del A al I), B (Apellido del J al Q), C (Apellidos del R al Z)
-
L1 = Número de letras del apellido paterno (mínimo 6)
-
L2 = Número de letras del apellido materno (mínimo 4)
-
L3 = Número de letras del primer nombre (mínimo 5)
ING. ERLY MARVIN ENRIQUEZ QUISPE
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DISEÑO SÍSMICO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO
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1
L1
2
L1
3
L1
4
L1
5
L1
6
F L3
E L3
D L2
C L3
B L3
A
Ejemplo de aplicación: -
Ubicación = Tacna
-
Uso = A (Clínica)
-
L1 = 8.00 m (Enriquez)
-
L2 = 6.00 m (Quispe)
-
L3 = 5.00 m (Erly)
ING. ERLY MARVIN ENRIQUEZ QUISPE
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DISEÑO SÍSMICO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO
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1.3
CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES Concreto -
Resistencia a la compresión (f’ c)
:
280 Kg/cm2
-
Módulo de elasticidad (E c)
:
250000 Kg/cm2
-
Módulo de corte (Gc=Ec/2(µc+1))
:
104166.67 Kg/cm2
-
Módulo de poisson (µ m)
:
0.20
:
4200 Kg/cm2
Acero -
1.4
Esfuerzo de fluencia (f y)
CARGAS UNITARIAS Pesos Volumétricos -
Peso volumétrico del concreto armado :
2400 Kg/m 3
Techos -
Peso propio de la losa aligerada
:
350 Kg/m 2
-
Acabados
:
100 Kg/m2
-
Tabiquería repartida
:
150 Kg/m2 600 Kg/m2
Total carga muerta
1.5
-
Sobrecarga en salas de operación
:
300 Kg/m 2
-
Sobrecarga en cuartos
:
200 Kg/m2
-
Sobrecarga en corredores y escaleras :
400 Kg/m 2
-
Sobrecarga en azotea
100 Kg/m 2
:
REGLAMENTOS Y NORMAS -
Norma E.020 “Cargas”
-
Norma E.030 “Diseño Sismorresistente”
-
Norma E.050 “Suelos y Cimentaciones ”
-
Norma E.060 “Concreto Armado”
ING. ERLY MARVIN ENRIQUEZ QUISPE
Pág. 3
DISEÑO SÍSMICO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO
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CAPÍTULO II ESTRUCTURACIÓN 2.1
LOSAS Se utilizó losas aligeradas armadas en una sola dirección paralela a la menor dimensión del paño, procurando que sean continuas.
2.2
VIGAS La ubicación de las vigas peraltadas fue conforme a la arquitectura, se buscó vigas con peraltes uniformes con ancho menores al de las columnas que las reciben. Tenemos así definidas las vigas peraltadas para ambas direcciones. En la dirección X (Vigas Portantes), contamos con las siguientes vigas: Ejes A, B, C, D, E y F; desde el eje 1 hasta el eje 6 en todos los pisos. En la dirección Y (Vigas Sísmicas), contamos con las siguientes vigas: Ejes 1, 2, 3, 4, 5 y 6; desde el eje A hasta el eje F en todos los pisos.
2.3
COLUMNAS Las columnas estructuradas respetando la arquitectura brindada, procurando que el centro de rigideces esté lo más cerca posible del centro de masas.
2.4
PLACAS Las placas estructuradas respetando la arquitectura brindada, procurando que el centro de rigideces esté lo más cerca posible del centro de masas, y que la estructura cumpla con las derivas máximas de la Norma E.030 “Diseño Sismorresistente”.
2.5
ESCALERA Los descansos de la escalera se apoyan sobre el muro del eje 5 entre los ejes C y D.
ING. ERLY MARVIN ENRIQUEZ QUISPE
Pág. 4
DISEÑO SÍSMICO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO
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CAPÍTULO III PREDIMENSIONAMIENTO 3.1
LOSAS Para los aligerados armados en una dirección y con sobrecargas de hasta 350 kg existe una regla práctica que se utiliza con buenos resultados para determinar su espesor. Esta regla consiste en dividir la longitud de luz libre (Ln) del paño entre 25. Este espesor de la losa incluye tanto al espesor del ladrillo como a los 5 cm de losa superior. Siguiendo este criterio, y debido a que la luz libre del paño es de 5.7 m, el peralte resultaría ser de 25 cm.
5cm h
hladrillo
10cm
3.2
30cm
10cm
30cm
10cm
VIGAS Para las vigas peraltadas la regla práctica recomienda trabajar con peraltes del orden de un décimo a un doceavo de la luz libre (Ln) entre apoyos. El ancho de la viga en estos casos se pre dimensiona tomando como base el peralte, es decir, el ancho de la viga varía entre 1/2 y 2/3 del peralte. Siguiendo este criterio para las vigas portantes cuya luz libre mayor del paño es de 8 m el peralte resultaría ser de 0.80 m con una base de 0.30 m y para las vigas sísmicas la luz libre menor del paño es de 6 m el peralte resultaría 0.60 m con una base de 0.30 m.
h = 0.60 m h = 0.80 m
b = 0.30 m
b = 0.30 m
VIGA PORTANTE ING. ERLY MARVIN ENRIQUEZ QUISPE
VIGA SÍSMICA
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DISEÑO SÍSMICO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO
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3.3
COLUMNAS Asumiremos unas columnas de 0.80 m x 0.60 m por considerarlas adecuadas al servicio que brinda el edificio. Como ya asumimos una columna de sección rectangular verificaremos si esta sección se va comportar adecuadamente ante cargas cíclicas mediante la siguiente expresión:
Ag: Área bruta de la sección de la columna
=
0.48 m 2
f’c: Esfuerzo de Compresión del Concreto
=
2800 Tn/m 2
WD: Carga muerta unitaria
=
0.60 Tn/m2
WL: Carga muerta azotea
=
0.40 Tn/m2
WL: Carga viva unitaria
=
0.30 Tn/m2
WLR: Carga viva azotea
=
0.10 Tn/m2
A: Área tributaria
=
44 m2
( ) ()() ()() ( ) ()() ()() ( ) ( )
3.4
()
PLACAS Las placas pueden hacerse mínimo de 10cm de espesor (muros de ductilidad limitada), pero generalmente se consideran de 20, 25 o 30cm conforme aumentemos el número de pisos o disminuyamos su densidad. Se consideró 2 placas de 8 m de longitud y 20 cm de espesor en el eje X y 4 placas en el eje Y, 2 de 5 m de longitud y 2 de 6 m de longitud, todas de 20 cm de espesor.
ING. ERLY MARVIN ENRIQUEZ QUISPE
Pág. 6
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3.5
ESCALERA Para escaleras existe una regla práctica que se utiliza con buenos resultados para determinar su espesor. Esta regla consiste en dividir la longitud de luz libre (Ln) del paño entre 25. Siguiendo este criterio, y debido a que la luz libre es de 3.7 m, el peralte resultaría ser de 15 cm.
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CAPÍTULO IV METRADO DE CARGAS 4.1
LOSAS
Peso propio de la losa:
0.35 x 0.40 = 0.14 Tn/m
Peso de acabados:
0.10 x 0.40 = 0.04 Tn/m
Peso de tabiquería repartida:
0.15 x 0.40 = 0.06 Tn/m
WD = 0.24 Tn/m Sobrecarga piso típico:
0.20 x 0.40 = 0.08 Tn/m
WL1 = 0.08 Tn/m 0.40 x 0.40 = 0.16 Tn/m
WL2 = 0.16 Tn/m 4.2
ESCALERA a) DEL TRAMO INCLINADO: CosØ =
P P2 + CP2 )1/
h=
t CosØ
hm
=
h+
= CP 2
=
0.30 (
0.15 0.8737 =
=
0.17
Peso Propio de la Escalera: Peso de Acabados:
0.30 .2 + 0.167 .2 )1/2
= 0.87
0.17 m +
0.167 2
= 0.26 m
0.26 x
Sobrecarga:
1.00 1.00
x x
2.40 0.10 WD
= 0.61 Tn/m = 0.10 Tn/m = 0.71 Tn/m
1.00
x
0.40 WL
= 0.40 Tn/m = 0.40 Tn/m
1.00 1.00
x x
2.40 0.10 WD
= 0.36 Tn/m = 0.10 Tn/m = 0.46 Tn/m
1.00
x
0.40 WL
= 0.40 Tn/m = 0.40 Tn/m
b) DEL DESCANSO: Peso Propio del descanso: Peso de Acabados:
Sobrecarga:
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0.15
x
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CAPÍTULO V ANÁLISIS SÍSMICO MODAL ESPECTRAL 5.1
ANÁLISIS SÍSMICO MODAL ESPECTRAL EN ETABS
1)
Abrir el programa ETABS
2)
Ir a File/ New Model/ Use Built-in Settings With/ Seleccionar unidades y códigos/ OK
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DISEÑO SÍSMICO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO
3)
Completar la información de los ejes y número de pisos
4)
Ir a Custom Grid Spacing/ Edit Grid Data/ Display Grid Data as Spacing/ Completar la información de los espacios de los ejes/ OK/ OK.
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5)
Ir a Units/ Consistent Units/ Elegir el sistema de unidades a trabajar/ OK.
6)
Ir a Define/ Material Properties/ Add New Material/ Elegir el tipo de material/ OK/ Completar las propiedades del material.
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7)
DISEÑO SÍSMICO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO
Ir a Define/ Section Properties/ Frame Sections/ Add New Property/ Seleccionar el tipo de sección/ Completar las propiedades de la sección.
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8)
DISEÑO SÍSMICO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO
Ir a Define/ Section Properties/ Wall Sections/ Add New Property/ Completar las propiedades de la sección.
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9)
DISEÑO SÍSMICO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO
Ir a Define/ Section Properties/ Deck Sections/ Add New Property/ Completar las propiedades de la sección.
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DISEÑO SÍSMICO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO
10) Ir a Define/ Section Properties/ Slab Sections/ Add New Property/ Completar las propiedades de la sección.
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DISEÑO SÍSMICO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO
11) Ir a la parte inferior derecha y elegir Similar Stories/ Ir a Draw Columns (Plan) y dibujar las columnas del edificio.
12) Ir a Draw Walls y dibujar las placas del edificio.
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13)
Ir a Draw Beam y dibujar las vigas del edificio.
14)
Ir a Draw Rectangular Floor y dibujar las losas del edificio.
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15) Ir a la parte inferior derecha y elegir One story/ Ir a la Base/ Seleccionar todos los nudos/ Ir a Assign/ Joint/ Restraints/ Asignarle todas las restricciones/ OK.
16) Ir al piso superior/ Eliminar y añadir los elementos necesarios para el techo de escaleras y ascensor.
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17) Ir a la Base/ Draw/ Draw Reference Points/ Dibujar los puntos necesarios para dibujar la escalera.
18)
Mostrar la elevación A/ Ir a Draw/ Draw Reference Planes/ Dibujar los planos necesarios para dibujar la escalera.
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19)
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Mostrar en ventana izquierda la Base y en la ventana derecha Reference Plane 1/ Ir a Draw Floor y dibujar el tramo inclinado de la escalera iniciando en la ventana izquierda, pasando por la ventana derecha y terminando en la ventana izquierda. Dibujar los descansos intermedios en la ventana derecha.
20) Mostrar en la ventana izquierda el Story 1 y en la ventana derecha Reference Plane 1/ Ir a Draw Floor y dibujar el tramo inclinado de la escalera iniciando en la ventana derecha, pasando por la ventana izquierda y terminando en la ventana derecha.
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DISEÑO SÍSMICO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO
21) Ir a Select/ Select/ Properties/ Slab Sections/ Seleccionar Descanso y Tramo Inclinado/ Select.
22) Ir a Edit/ Replicate/ Story/ Seleccionar Story 2 al 10/ OK.
23) Hacer click derecho en una ventana/ Add Modify Grids/ Modify Show Grid System/ Reference Points/ Eliminar todos los puntos de referencia/ OK/ Reference Planes/ Eliminar todos los planos de referencia/ OK.
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24)
25)
DISEÑO SÍSMICO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO
Ir a Define/ Load Patterns/ Definir los siguientes patrones de carga.
Seleccionar todas las vigas perimetrales del último nivel que soportan los parapetos/ Assign/ Frame Loads/ Distributed/ Colocar el peso por metro lineal de los parapetos.
26)
Seleccionar todas las losas/ Assign/ Shell Loads/ Uniform/ Colocar el peso por metro cuadrado que soportan las losas.
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27)
DISEÑO SÍSMICO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO
Ir a Define/ Diaphragms/ Add New Diaphragm/ Rigid/ OK.
28) Seleccionar piso por piso (No seleccionar los descansos intermedios)/ Ir a Assign/ Joint/ Diaphragms/ Asignar el diafragma correspondiente/ OK.
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29) Ir a Define/ Pier Labels/ Add New Name/ OK.
30)
Seleccionar cada muro/ Assign/ Shell/ Pier Label/ Etiquetar cada muro del edificio.
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DISEÑO SÍSMICO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO
31) Ir a Define/ Mass Source/ Modify Show Mass Source/ Completar la información/ OK.
32)
Ir a Define/ Modal Cases/ Modify Show Case/ Completar la información/ OK.
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DISEÑO SÍSMICO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO
33) Ir a Define/ Functions/ Response Spectrum/ Seleccionar Peru NTE E.030 2014/ Add New Function/ Completar la información/ Convert to User Defined/ OK.
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34)
DISEÑO SÍSMICO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO
Ir a Define/ Load Cases/ Add New Case/ Completar la información/ OK.
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35)
DISEÑO SÍSMICO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO
Ir a Define/ Load Combinations/ Add New Combo/ OK.
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DISEÑO SÍSMICO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO
36) Seleccionar todo el edificio/ Ir a Assign/ Frame/ End Length Offsets/ Completar la información/ OK.
37) Ir a Analyze/ Set Load Case to Run/ Elegir los casos de carga a analizar/ Run Now.
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5.2
DISEÑO SÍSMICO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO
PRESENTACIÓN DE RESULTADOS
1)
Ir a Display/ Show Tables/ Seleccionar Analysis/ OK/ Modal Participating Mass Ratios.
2)
Story Drifts/ Seleccionar DRIFTX y DRIFTY
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5.3 1)
DISEÑO SÍSMICO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO
VERIFICACIÓN DEL CORTANTE EN LA BASE Ir a Unlock Model/ Ir a Define/ Load Patterns/ Definir los siguientes patrones de carga.
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DISEÑO SÍSMICO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO
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2)
Ir a Analyze/ Set Load Case to Run/ Elegir los casos de carga a analizar/ Run Now.
3)
Ir a Display/ Show Tables/ Seleccionar Analysis/ OK/ Base Reactions/ Seleccionar SDINX, SDINY, SESTX, SESTY.
Vx Vy
Vest 1417.79 1845.04
ING. ERLY MARVIN ENRIQUEZ QUISPE
80%Vest 1134.23 1476.03
Vdin 1244.68 1297.42
Factor 1.0000 1.1377
Pág. 36
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4)
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Ir a Unlock Model/ Ir a Define/ Load Cases/ Elegir SDINY/ Modify/ Completar la información/ OK.
5)
Ir a Analyze/ Set Load Case to Run/ Elegir los casos de carga a analizar/ Run Now.
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Pág. 37
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CAPÍTULO VI DISEÑO DE LOSAS 6.1
DISEÑO DE LOSAS ALIGERADAS EN UNA DIRECCIÓN
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Pág. 38
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6.2
DISEÑO SÍSMICO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO
DISEÑO DE ESCALERAS
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Pág. 39