Memoria Calculo Estructural Casa Costarica

PROYECTO

CASA COSTARICA

MEMORIA DE CÁLCULO

INGENIERO CIVIL ALAIN GOFFARD R.

INDICE

I. GENERALIDADES ... 3

II. DESCRIPCION Y CONCEPTO ESTRUCTURAL ... 3

III. MATERIALES ... 3

Hormigón ... 3

Albañilería armada ... 4

Módulo de elasticidad y densidad para cálculo: ... 4

Acero para Albañilería ... 4

Acero estructural ... 5

Módulo de elasticidad y densidad para cálculo: ... 5

Pernos, Tuercas y Golillas ... 5

Corrientes ... 5

Alta Resistencia ... 5

Soldaduras ... 6

Conexiones Apernadas ... 6

IV. NORMAS Y CARGAS ... 6

Parámetros Sísmicos: ... 7

Corte Basal: C*I*P; ... 7

Donde:... 7 Coeficiente Sísmico: ... 7 Nieve: NCh 431 Of 77. ... 8 Viento: NCh 432 Of 71. ... 8 Sobrecarga: NCh 1537 Of 86. ... 8 Peso Propio. ... 9 V. COMBINACIONES DE CARGA ... 10

VI. ANALISIS SISMICO ... 11

VII.FUNDACIONES ... 15

Ecuación de volcamiento: ... 16

Ecuación de deslizamiento: ... 16

VIII. ALBAÑILERIA ... 17

IX. Desplazamiento máximo ... 18

X. CERCHAS ... 19

XI. CUADRO RESUMEN CALIDAD MATERIALES. ... 22

XII.ANEXO CÁLCULOS. ... 22

Vigas y Cadenas ... 22

Fundaciones ... 24

MEMORIA DE CÁLCULO

VILLA EL PARQUE III

I. GENERALIDADES

El siguiente proyecto contempla detallar el diseño de las casas de villa el parque III ubicada en la comuna de Talca, región del Maule.

II. DESCRIPCION Y CONCEPTO ESTRUCTURAL

El cual cuenta con una estructura de albañilería confinada en los pisos con muros de 15 cm de espesor, una estructura liviana en el segundo piso con una losa de hormigón armado de 11 cm, conformando un diafragma rígido en la estructura. Además, se considera una techumbre conformada por cerchas de acero galvanizado.

El modelo computacional para la comprobación del diseño, se realizó con el Software SAP2000

III. MATERIALES

Hormigón

El hormigón de la estructura de losa será H-25 de resistencia cúbica de 200 Kg/cm2 a los 28 días. El hormigón considerará una fracción defectuosa del 10 % (según norma chilena NCH 170 of. 85). Asimismo, de acuerdo a la denominación vigente será un hormigón grado H20. Esta resistencia se define como la resistencia característica.

Albañilería armada

La albañilería confinada será en bloque hecho a máquina con perforaciones verticales. Resistencia a la compresión será mayor a 4,5 MPA y menor a 6,0 MPa a los 28 días. Según norma chilena NCH 1928 of. 93.

Módulo de elasticidad y densidad para cálculo:

Acero para Albañilería

El acero para albañilería armado es A 44-28 H ( ) 2800 _cm2

kg fy



con resaltes, (CAP o AZA), según norma NCh 204.

Acero para mallas

El acero a utilizar será de alta resistencia, y su denominación será AT56-50 H de alta resistencia. Donde: A : Acero T : Trefilado 56 : 5.600 kg/cm2 (limite de ruptura) 50 : 5.000 kg/cm2 (limite de fluencia) H : Hormigón

Acero estructural

ACERO: A 37-24 ES, donde

⁄ ⁄

Módulo de elasticidad y densidad para cálculo:

2 6 10 1 , 2 cm kg x E 

Los perfiles y planchas de acero deberán cumplir con la Norma Nch 203 of. 77.

Las planchas gruesas de acero que se empleen deberán satisfacer la Norma Nch 209 of. 71.

Las planchas delgadas de acero que se empleen deberán satisfacer la Norma Nch 217 of. 68.

Pernos, Tuercas y Golillas

Corrientes

Los pernos corrientes, tuercas y golillas serán de acero calidad A 42– 23 o ASTM A307, salvo indicación contraria en los planos, y deberán cumplir con las normas Nch 206 of. 56, Nch 208 of. 56 y Nch 301 of. 63.

Alta Resistencia

Los pernos de alta resistencia serán de acero al carbono según ASTM tipo 2 tipo 1 (A– 325). Las tuercas y golillas deberán cumplir con las normas ASTM A563 y ASTM F436 respectivamente.

3 ) ( 7.850 m kg acero  

Soldaduras

Los electrodos empleados para soldaduras al arco manual, serán del tipo E 7018 RH, de acuerdo con la norma AWS. Los electrodos empleados para soldaduras automáticas al arco sumergido serán de alambre cobrizado AWS EH – 14 y fundente grado 50, debiendo cumplir con lo señalado en la norma AWS A.5.17.

Conexiones Apernadas

La colocación de pernos de alta resistencia deberá cumplir con la “specification for structural joints using ASTM A325 or A490 Bolts“ del AISC. Tales pernos deberán llevar una golilla plana endurecida por el lado de la tuerca.

IV. NORMAS Y CARGAS

Se han utilizado las siguientes normas chilenas para el cálculo estructural del proyecto:

Diseño Sísmico: NCh 433 Of 96.

En el método de análisis, la acción sísmica se asimila a un sistema de fuerzas horizontales cuyos efectos sobre la estructura se calculan siguiendo los procedimientos de la estática. Este sistema de fuerzas horizontales aplicadas en el centro de masas del piso.

Las estructuras se diseñan para resistir la acción sísmica de acuerdo a la norma Nch 433-of 96, permitiendo la estabilidad frente a las solicitaciones a las que estará expuesta durante su vida útil.

Se considera entonces, características como: la zona geográfica en la cual estará emplazada, el efecto del suelo de fundación y la topografía,

clasificación de acuerdo al tipo de estructura, importancia, uso y riesgo de falla, limitación de deformaciones horizontales, etc.

El método de análisis utilizado será: Análisis Estático.

Parámetros Sísmicos:

 A0 = corresponde a la aceleración efectiva de la NCh 433 y que depende de la ubicación geográfica del lugar.

 I = Factor de importancia de la estructura. Corresponde a la categoría según punto 4.3.1 de la NCh 433

 T’ =Parámetro que depende del tipo de suelo.  n= Parámetro que depende del tipo de suelo.  S= Parámetro que depende del tipo de suelo  To= Parámetro que depende del tipo de suelo.

Corte Basal: C*I*P;

Donde:  C: coeficiente sísmico  I: Coeficiente de importancia.  P: Peso sísmico. Coeficiente Sísmico: ( )

Donde:

N, T` = Son parámetro relativos al tipo de suelo de fundación. Ao = Es la aceleración máxima efectiva del suelo.

R = Factor de reducción que depende del material de diseño. T* = Es el período del modo con mayor masa trasnacional

equivalente en la dirección de análisis.

Nieve: NCh 431 Of 77.

Según la norma Chilena NCh 431 Of. 77, la carga de nieve es:

P= 25 kgf/m2

Viento: NCh 432 Of 71.

Se diseñarán las estructuras para absorber las tensiones originadas por el viento si es necesario, de acuerdo a lo estipulado en la norma Nch 432 Of71 para el cálculo de la acción del viento sobre las construcciones.

Según la norma Chilena NCh 432 Of. 71, la carga de viento es:

P= 55 kgf/m2

Sobrecarga: NCh 1537 Of 86.

Cargas Eventuales: peso propio más un porcentaje de la sobrecarga de uso, más impacto, más una sola de las cargas siguientes: sismo, viento, temperatura o fuerzas horizontales de equipos

Cargas de Montaje: Se considerarán las cargas que puedan afectar a la estructura en la etapa de construcción o montaje propiamente tal.

Las tensiones admisibles podrán incrementarse en un 50 %.

La cargas y sobrecargas de uso consideradas para este proyecto, serán determinadas de acuerdo a lo indicado en la norma Nch 1537Of86, estos son valores característicos o en el caso de las sobrecargas, valores mínimos recomendados.

De acuerdo a la Norma Chilena NCh 1537 Of. 86 la sobrecarga de uso es la siguiente:

Techo SCt = 30 kgf./m2

Uso SC = 200 kgf./m2

Muros (tabiquería) SC(muros)=100kgf./m2

Peso Propio.

Cargas Permanentes: peso propio (peso de la estructura y todo el material unido o soportado permanentemente por ella), sobrecargas de uso (verticales, de nieve, de viento, impacto, etc. Según corresponda).

El peso propio establecido es el siguiente:

V. COMBINACIONES DE CARGA

Para el diseño de elementos de la estructura se han usado las siguientes combinaciones de carga:  1.4 PP  1.2 PP + 1.6 SC  1.2 PP + 1.6 (SCt ó N) + 0.8V  1.2 PP + 1.6 SC +- 1.4 SX  1.2 PP + 1.6 SC +- 1.4 SY  1.2 PP + 1.6 V  0.9 PP +- 1.4 SX  0.9 PP +- 1.4 SY Donde: PP = PESO PROPIO.

SC = SOBRE CARGA SEGÚN NORMA Y SOLICITACION. SCt = SOBRE CARGA DE TECHO.

SCmuro = SOBRE CARGA DE TABIQUES

V = FUERZA DE VIENTO.

N = CARGA DE NIEVE

NOTA = cabe señalar que se utilizara la máxima combinación entre sobrecarga de techo y sobrecarga de nieve, por ende el menor valor se desprecia.

VI. ANALISIS SISMICO

Parámetros iniciales

Categoría del edificio B

Zona Sísmica 3

Tipo de suelo II

Fac. de Mod. De la Resp. (Ro) 4

T*x _0,75 T*y 0,35 g (m/s2) 9,81 I 1,20 Ao/g 0,40 S 1,00 To 0,30 T' 0,35 n 1,33 p 1,50 R*x 4,4483 R*y 3,9787

Espectro Elástico Espectro X Espectro Y Tn seg

α

Sa Tn seg (Sa)x Tn seg (Sa)y 0,00 1,00 4,71 0,00 1,0586 0,00 1,1835 0,05 1,30 6,12 0,05 1,3763 0,05 1,5387 0,10 1,80 8,47 0,10 1,9048 0,10 2,1296 0,15 2,30 10,84 0,15 2,4380 0,15 2,7257 0,20 2,66 12,53 0,20 2,8169 0,20 3,1493 0,25 2,80 13,19 0,25 2,9659 0,25 3,3160 0,30 2,75 12,95 0,30 2,9111 0,30 3,2546 0,35 2,58 12,14 0,35 2,7285 0,35 3,0505 0,40 2,35 11,08 0,40 2,4901 0,40 2,7840 0,45 2,12 9,97 0,45 2,2422 0,45 2,5069 0,50 1,90 8,94 0,50 2,0087 0,50 2,2457 0,55 1,70 8,00 0,55 1,7988 0,55 2,0111 0,60 1,53 7,18 0,60 1,6147 0,60 1,8052 0,65 1,37 6,47 0,65 1,4547 0,65 1,6264 0,70 1,24 5,85 0,70 1,3162 0,70 1,4715 0,75 1,13 5,32 0,75 1,1963 0,75 1,3375 0,80 1,03 4,86 0,80 1,0921 0,80 1,2210 0,85 0,95 4,45 0,85 1,0013 0,85 1,1195 0,90 0,87 4,10 0,90 0,9218 0,90 1,0306 0,95 0,80 3,79 0,95 0,8518 0,95 0,9524 1,00 0,75 3,51 1,00 0,7900 1,00 0,8832 2,00 0,26 1,24 2,00 0,2794 2,00 0,3123 3,00 0,14 0,67 3,00 0,1515 3,00 0,1694 4,00 0,09 0,44 4,00 0,0982 4,00 0,1098 5,00 0,07 0,31 5,00 0,0702 5,00 0,0785 6,00 0,05 0,24 6,00 0,0534 6,00 0,0597 7,00 0,04 0,19 7,00 0,0423 7,00 0,0473 8,00 0,03 0,15 8,00 0,0346 8,00 0,0387 9,00 0,03 0,13 9,00 0,0290 9,00 0,0325 10,00 0,02 0,11 10,00 0,0248 10,00 0,0277

0.0000 0.5000 1.0000 1.5000 2.0000 2.5000 3.0000 3.5000 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00

Sa

Tn

Espectro NCh 433 Direccion X

0.0000 0.5000 1.0000 1.5000 2.0000 2.5000 3.0000 3.5000 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00

Sa

Tn

Espectro NCh 433 Direccion Y

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00

Sa

Tn

ESPECTROS

Series1 Series2 Series3

VII. FUNDACIONES

Para este proyecto se utilizarán zapatas corridas bajo muros de albañilería armada. Las fundaciones de este proyecto serán de una profundidad igual a 60 cm. por lo que éstas quedarán en el estrato H-2, según la mecánica de suelos. Para poder realizar esta configuración, se deberá excavar hasta el estrato H-3 y luego se deberá realizar un relleno estructural hasta llegar a la profundidad deseada.

Las tensiones admisibles consideradas de suelo de este proyecto son:

Estática: 1.0 kg/cm2 Sísmica: 1.5 kg/cm2

Los cimientos deberán estar provistos de una cadena longitudinal de hormigón armado si la fatiga imponible del terreno de fundación es inferior a 2 kg/cm2. La sección mínima de la armadura será la siguiente, para el número de pisos que se indica:

EDIFICIO Nº DE PISOS ARMADURA SECCION MINIMA

1 piso 2,8 cm2

2 pisos 5,0 cm2

En el diseño de las fundaciones o zapatas se utilizará el manual “Código de Diseño de Hormigón Estructural (ACI 318-99)”, en el capítulo 15 de dicho código se encuentran las expresiones utilizadas en este diseño.

Estas expresiones son las siguientes:

Donde:

N = Peso total de fundación. A = Sección de apoyo M = Momento volcante W = Momento resistente L = Largo fundación B = Ancho fundación Ecuación de volcamiento: ∑ ∑ Ecuación de deslizamiento: _∑ ∑ ∑ Donde:

= Ángulo de fricción interno Ca = Cohesión

A = Sección en planta de fundación

Para el diseño de fundaciones se usarán las siguientes combinaciones de carga:

 PP  PP + SC

 PP+SC+-SISMO  0.9PP+-SISMO

VIII. ALBAÑILERIA

Resistencia a la compresión = 25kg/cm2 Resistencia al corte = 5 kg/cm2 Resistencia a la flexión = 0,3kg/cm2

TABLA DE ESFUERZOS-AREA MURO X-Z TIPO PLACA

Tipo de placa Combinación FMax VMax MMax

Tonf/m Tonf/m Tonf-m/m

Shell-Thick COMB1 -0,934 0,119 0,25606 Shell-Thick COMB2 -0,264 0,352 0,29587 Shell-Thick COMB2 -0,147 0,330 0,29548 Shell-Thick COMB2 -0,098 0,371 0,26242 Shell-Thick COMB2 -0,074 0,366 0,25299 Shell-Thick COMB3 -0,145 0,452 0,29258 Shell-Thick COMB3 -0,256 0,531 0,25026 Shell-Thick COMB5 -0,114 0,416 0,29386 Shell-Thick COMB5 _{-0,303 0,456 0,27275}

TABLA DE ESFUERZOS-AREA MURO Y-Z TIPO PLACA

Tipo de placa Combinación FMax VMax MMax

Tonf/m Tonf/m Tonf-m/m

Shell-Thick COMB2 -0,920 0,217 0,17584

Shell-Thick COMB2 -0,896 0,198 0,16857

Shell-Thick COMB2 -0,897 0,290 0,17588

Shell-Thick COMB2 _{-0,089 0,370 0,20583}

Para la albañilería seguir especificaciones de NCh 1928 of93.

 Armadura vertical escalerilla electro soldada cada 2 hiladas considerando traslape de 50 cm como mínimo

6.4.1.1 Los muros resistentes de albañilería deben tener un espesor mayor o igual a 1/25 del menor valor entre la altura libre y el ancho libre del muro. En todo caso, el espesor no debe ser menor que 14 cm.

6.4.3.4 La máxima separación de la armadura vertical u horizontal no debe ser mayor que seis veces el espesor del muro, ni mayor que 120 cm.

6.4.3.5 La armadura vertical en los bordes y en los encuentros de muros debe ser a una barra de 12 mm de diámetro.

6.4.3.6 se deben colocar armaduras horizontales en la parte superior de los cimientos, en la base y parte superior de los vanos, a nivel de los pisos y techos y en el coronamiento de los parapetos. Alrededor de los vanos deben colocarse barras verticales de diámetro mayor o igual a 10 mm. Las barras alrededor de vanos deben prolongarse un mínimo de 60 cm más allá de las esquinas del vano.

IX. Desplazamiento máximo

La siguiente tabla representa los desplazamientos en los ejes x-z, considerando la mayor entre un piso y otro. El desplazamiento es mínimo considerando que la losa genera un diafragma rígido el cual limita el desplazamiento de los muros de un sentido con el otro, generando atiesadores estructurales.

Desplazamientos máximos entre pisos 1 a 2

Combinación Desplazamiento m

Combo 2 0,00009

Combo 2 0,00015

Combo 2 0,00032

Conserva y respeta la norma 433 of 96, la cual muestra e indica los desplazamientos máximos de un piso y otro respetando la materialidad de la estructura, considera ALBAÑILERIA armada.

La norma indica un desplazamiento máximo de 0,002 por l altura entre pisos. 240 cm x 0,002= 0,48 cm

X. CERCHAS

Diseño de cerchas tipo PRATT, Mantiene las propiedades de un diseño conservador

El calculo en madera

Madera: Pino radiata ES5

Grado estructural 2

Relación entre el agrupamiento de especies, la clase estructural y la clasificación visual. Madera en estado seco. F17

Los valores de esta tabla están en Mpa y el modulo de elasticidad esta en kg/cm2

clase

estructural Flexión Compresión

Tracción paralela cizalle Modulo de elasticidad F17 17 13 10,2 1,45 10.600 Duración 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 α = 20º q = 20kg/m =15,692 =5,098 Costanera 2”X2” A = 24,3cm2 Ix = 49cm4 Wx = 20cm3 Iy = 49cm4

Wy= 20cm3

 El diseño de costanera cumple con el diseño y la combinación de carga más desfavorable. Cuerda superior 1”X4” A = 24,5cm2 I = 203cm4 W = 41cm3 I = 2,87cm

Compresión paralela de diseño 130kg/cm2

Tracción paralela de diseño 102kg/cm2

Esfuerzo Máximos de Tracción y Compresión Paralela

combinación Max P Max en kg

COMB2 231,28 COMB2 -190,72 COMB2 -190,72 COMB2 -190,72 COMB2 231,28 COMB2 -190,72 COMB2 -190,72 COMB2 -190,72

Según resistencia de diseño los esfuerzos son mínimos y aprueban tanto en compresión como en tracción paralela.

Figura 01. DISTRIBUCION DE CERCHAS. SAP2000

Figura 02. ELEVACION CERCHA. SAP2000

XI. CUADRO RESUMEN CALIDAD MATERIALES.

Material Calidad

Hormigón

Acero malla acma Acero Albañilería Acero Estructural Pernos Tuercas Soldadura Madera Estructural H – 25 AT56-50H A 44 – 28 H A 37 – 24 ES A 42 – 23 ó ASTM A 307 ASTM A 563 ó ASTM F 436 E 7018 RH

Pino Radiata Grado Estruct. 2 - seca

XII. ANEXO CÁLCULOS.

Vigas y Cadenas

 Con esta carga (qu) se determinó una sección de acero equivalente, esta

sección fue inferior a la especificada como “Área mínima” en el código ACI 318-99.

 Debido a que esta área es inferior a la mínima, se considero la mínima como la de diseño.

TABLA DE ESFUERZOS-TIPO VIGAS

Combinación P V2 M3

Tonf Tonf Tonf-m

COMB2 -0,1429 0,324 0,39363 COMB2 -0,0715 0,3627 0,3792 COMB2 -0,0715 0,3635 0,37738 COMB2 -0,2088 0,6286 0,36896 COMB2 0,1224 -0,3073 0,36697 COMB2 0,063 -0,2519 0,395

Con estos antecedentes se determinó una sección de 15 x 40 cm para vigas y cadenas.

Igual procedimiento se realizó para las cadenas de fundación, obteniendo una sección de 15 x 40 cm.

Detalle V1 y cadena:

El desarrollo de vigas A63-42H

vigas superior Intermedio Inferior estrivos

V1_15x40 2ϕ10 2ϕ8 2ϕ10 ϕ8@20

Fundaciones

 Para el diseño de fundaciones se consideró las siguientes cargas: Mu =0,48t-m, Nu = 2,58 t. Esto es por cada metro de fundación corrida.

 Con estas cargas (Mu y Nu) se determinó la tensión que la fundación ejerce

contra el terreno, esta tensión se determinó con la siguiente expresión:

 Debido a que las tensiones obtenidas según dicha expresión indican que no se requiere utilizar armadura para las fundaciones, este elemento se diseñó con área mínima.

Losas

Para el diseño de las losas se consideraron los siguientes factores:

Espesor losa 11 cm.

Para el diseño de las losas antes mencionadas se utilizó tablas de Marcus, además de su comprobación en programa SAP2000

TABLA DE ESFUERZOS-AREA LOSA TIPO PLACA

Tipo de placa Combinación FMax VMax MMax

Tonf/m Tonf/m Tonf-m/m

Shell-Thick COMB2 -0,13 0,153 0,69753 Shell-Thick COMB2 -0,143 0,157 0,69783 Shell-Thick COMB2 -0,127 0,123 0,69147 Shell-Thick COMB2 -0,126 0,115 0,68625 Shell-Thick COMB2 _{-0,142 0,036 0,68948} Shell-Thick COMB2 -0,17 0,142 0,68907 Shell-Thick COMB2 -0,154 0,09 0,69933 Shell-Thick COMB2 -0,166 0,104 0,69908 Shell-Thick COMB2 -0,154 0,237 0,68611 Ax = 2,78 cm2/m Φ8@18 Ay = 2,90 cm2/m Φ8@15

Figura 04. Planta, considerando esfuerzos máximos. SAP2000