CALCULISTA ESTRUCTURAS DOÑIHUE

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5 MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL VIVIENDA UNIFAMILIAR PROPIEDAD ROL: LA PUNTILLA LOTE N 8, FUTRONO COMUNA DE FUTRONO PROVINCIA DE RANCO REGIÓN DE LOS RÍOS PROFESIONAL ACTUANTE Juan Luis Menares Rodríguez Arquitecto UTFSM Juan.menares@ug.uchile.cl

6 ÍNDICE 1.- INTRODUCCIÓN DATOS GENERALES DE LA ESTRUCTURA NORMAS CONSIDERADAS ACCIONES CONSIDERADAS Gravitatorias Viento Sismo Datos generales de sismo Hipótesis de carga Empujes en muros ESTADOS LÍMITE SITUACIONES DE PROYECTO Coeficientes parciales de seguridad ( ) y coeficientes de combinación ( ) Combinaciones DATOS GEOMÉTRICOS DE GRUPOS Y PLANTAS DATOS GEOMÉTRICOS DE PILARES, PANTALLAS Y MUROS Pilares Muros DIMENSIONES, COEFICIENTES DE EMPOTRAMIENTO Y COEFICIENTES DE PANDEO PARA CADA PLANTA LOSAS Y ELEMENTOS DE CIMENTACIÓN MATERIALES UTILIZADOS Hormigones Aceros y maderas por elemento y posición Aceros en barras Aceros en perfiles Muros de fábrica CONCLUSIÓN Y ALCANCES 13

7 1.- INTRODUCCIÓN Se ha solicitado realizar el diseño estructural de vivienda unifamiliar, en lote ubicado en la comuna de Futrono. La edificación se clasifica en categoría II -destino habitación de uso privado-. El suelo es de clase B, en altos grados de compacidad, presencia de árido granular y velocidad de propagación con ondas de corte in-situ (Vs) no mayor a 500 m/s. La obra proyectada se ejecuta principalmente en estructura primaria de marcos rígidos de madera, sobre zapatas corridas de hormigón armado, y envolventes livianas de placa terciada de tipo panel seco sobre los entramados de pino MDF-. En cubierta se estructura enteramente mediante diafragmas y reticulados del mismo material. Adicionalmente se consolida mediante muro costilla de mampostería armada, al que acometen los envigados de madera y de fundación. 2.- DATOS GENERALES DE LA ESTRUCTURA El proyecto es de volumen único, en dos pisos de altura, sin niveles intermedios, sobre terreno parcialmente llano y exposición a los vientos tipo C. Está estructurada principalmente en base a muro de mampostería armada en piedra y paneles de madera en los muros y diafragmas de cubierta. Envigados a la vista en techos y pavimentos del segundo piso son igualmente en madera de pino MDF y terciados. Materiales según estándar vigente en NCH aplicable. Se cimenta sobre zapatas corridas de hormigón armado, muros y pilares de madera -con vinculación exterior- acometen a estos apoyos. Las zapatas de hormigón armado bajo columnas, se vinculan mediante vigas centradoras sobre mejoramiento granular. Todo el cuerpo de fundación reposa en suelos clase B, de la zona sísmica 3, según tablas de la Nch 433. En su interior cuenta con pavimento de madera de tipo cubierta terciada sobre envigado en pisos ventilados y segundo nivel. La planta baja considera planos de hormigón sobre la rasante de suelos debidamente escarpados y compactados-. Ante la eventualidad de arcillas expansivas, los sellos de fundación contarán con enmallado inferior a especificar en planos. Para el cálculo de desempeño dinámico las estructuras de cubierta entramados de madera-, más el peso propio de sus paneles aglomerados y terminaciones, son considerados como carga muerta. Se exceptúan las vigas maestras de la planta de remate de muros, marcos y envigados especificados para sustentar el cuerpo estructural de cubierta de manera eficaz. Todas las obras se realizan sobre suelo natural, libre de rellenos y debidamente protegido del escurrimiento de aguas en general. La planta no se descompone en volúmenes separados ni juntas de dilatación. 3.- NORMAS CONSIDERADAS NCh427 Estructuras de acero - diseño y cálculo - laminados metálicos. NCh430 Of2008 Hormigón armado - Requisitos de diseño y cálculo. INN, Chile. NCh431 Of1977 Construcción Sobrecargas de nieve. INN, Chile. NCh432 Of1971 Cálculo de la acción del viento sobre las construcciones. INN, Chile. NCh433 Of1996 Diseño sísmico de edificios. INN, Chile. NCh433 Of1996 modificada en Decreto N 61, NCh1198 Of2006 Madera Construcciones en madera Cálculo. INN, Chile. NCh1537 Of2009 Diseño estructural de edificios Cargas permanentes y sobrecargas de Uso. INN, Chile. NCh1928 Of1993 Albañilería Armada Requisitos para el diseño y cálculo. INN, Chile. NCh1928 Of1993 modificada en NCh3171 Of2010 Diseño estructural Disposiciones generales y combinaciones de carga. INN, Chile. ACI Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary. AISC 2005 Specification for structural steel buildings. American Institute of Steel Construction Página 3

8 4.- ACCIONES CONSIDERADAS Gravitatorias Planta S.C.U (t/m²) Cargas muertas (t/m²) cubierta remate muros piso subterráneo Viento NCh Diseño estructural. Cargas de viento Categoría del terreno: Categoría C Velocidad básica del viento: m/s Categoría de uso: Categoría II Tipo de terreno: Llano Plantas Anchos de banda Ancho de banda Y (m) Ancho de banda X (m) En todas las plantas No se realiza análisis de los efectos de 2º orden Coeficientes de Cargas +X: Y: X:1.00 -Y:1.00 Planta Cargas de viento Viento X (t) Viento Y (t) cubierta remate muros piso Sismo Norma utilizada: NCh433.Of1996 Mod.2009 (Dº nº61, de 2011) Norma Chilena Oficial Diseño Sísmico de Edificios (Incluye modificaciones del decreto nº 61 (V. y U.) de 2011) Método de cálculo: Análisis modal espectral (NCh433.Of1996 Mod.2009 (Dº nº61, de 2011), 6.3) Página 4

9 Datos generales de sismo Caracterización del emplazamiento Zona sísmica (NCh433.Of1996 Mod.2009, 4.1): 3 Clase de suelo (Dº nº61 de 2011, Artículo 6): B Sistema estructural R 0X : Factor de modificación de respuesta (X) (NCh433.Of1996 Mod.2009, 5.7) R 0Y : Factor de modificación de respuesta (Y) (NCh433.Of1996 Mod.2009, 5.7) Categoría del edificio (NCh433.Of1996 Mod.2009, 4.3): Categoría II R 0X : R 0Y : Parámetros de cálculo Número de modos de vibración que intervienen en el análisis: Según norma Fracción de sobrecarga de uso Fracción de sobrecarga de nieve Factor multiplicador del espectro : 0.50 : 0.50 : 1.00 No se realiza análisis de los efectos de 2º orden Criterio de armado a aplicar por ductilidad: Según NCh430.Of2008, Capítulo 21 Direcciones de análisis Acción sísmica según X/ Acción sísmica según Y Proyección en planta de la obra Hipótesis de carga Automáticas Peso propio Cargas muertas Sobrecarga de uso Sismo X Sismo Y Viento +X exc.+ Viento +X exc.- Viento -X exc.+ Viento -X exc.- Viento +Y exc.+ Viento +Y exc.- Viento -Y exc.+ Viento -Y exc Empujes en muros. Página 5

10 5.- ESTADOS LÍMITE E.L.U. de rotura. Hormigón ACI (Chile) E.L.U. de rotura. Hormigón en cimentaciones Acero conformado Acero laminado Tensiones sobre el terreno Desplazamientos Acciones características 6.- SITUACIONES DE PROYECTO Para las distintas situaciones de proyecto, las combinaciones de acciones se definirán de acuerdo con los siguientes criterios: - Situaciones persistentes o transitorias - Situaciones sísmicas - Donde: G P Q Gj kj P k Qi ki j 1 i 1 G P A Q Gj kj P k AE E Qi ki j 1 i 1 G k Acción permanente P k Acción de pretensado Q k Acción variable A E Acción sísmica G Coeficiente parcial de seguridad de las acciones permanentes P Coeficiente parcial de seguridad de la acción de pretensado Q,1 Coeficiente parcial de seguridad de la acción variable principal Q,i Coeficiente parcial de seguridad de las acciones variables de acompañamiento AE Coeficiente parcial de seguridad de la acción sísmica Coeficientes parciales de seguridad ( ) y coeficientes de combinación ( ) Para cada situación de proyecto y estado límite los coeficientes a utilizar serán: E.L.U. de rotura. Hormigón: ACI (Chile) E.L.U. de rotura. Hormigón en cimentaciones: ACI (Chile) Situación 1 Coeficientes parciales de seguridad ( ) Favorable Desfavorable Carga permanente (G) Sobrecarga (Q) Viento (Q) Situación 2 Coeficientes parciales de seguridad ( ) Favorable Desfavorable Carga permanente (G) Sobrecarga (Q) Viento (Q) Página 6

11 Situación 3 Coeficientes parciales de seguridad ( ) Favorable Desfavorable Carga permanente (G) Sobrecarga (Q) Viento (Q) Situación 4 Coeficientes parciales de seguridad ( ) Favorable Desfavorable Carga permanente (G) Sobrecarga (Q) Viento (Q) Sismo (E) Acero conformado: NCh427/ Acero laminado: NCh427/ Madera: Nch 1198 of 2006 Tensiones sobre el terreno Acciones variables sin sismo Coeficientes parciales de seguridad ( ) Favorable Desfavorable Carga permanente (G) Sobrecarga (Q) Viento (Q) Sísmica Coeficientes parciales de seguridad ( ) Favorable Desfavorable Carga permanente (G) Sobrecarga (Q) Viento (Q) Sismo (E) Desplazamientos Acciones variables sin sismo Coeficientes parciales de seguridad ( ) Favorable Desfavorable Carga permanente (G) Sobrecarga (Q) Viento (Q) Página 7

12 Sísmica Coeficientes parciales de seguridad ( ) Favorable Desfavorable Carga permanente (G) Sobrecarga (Q) Viento (Q) Sismo (E) Combinaciones Nombres de las hipótesis PP Peso propio CM Cargas muertas Qa Sobrecarga de uso V(+X exc.+) Viento +X exc.+ V(+X exc.-) Viento +X exc.- V(-X exc.+) Viento -X exc.+ V(-X exc.-) Viento -X exc.- V(+Y exc.+) Viento +Y exc.+ V(+Y exc.-) Viento +Y exc.- V(-Y exc.+) Viento -Y exc.+ V(-Y exc.-) Viento -Y exc.- SX Sismo X SY Sismo Y E.L.U. de rotura. Hormigón E.L.U. de rotura. Hormigón en cimentaciones Comb. PP CM Qa V(+X exc.+) V(+X exc.-) V(-X exc.+) V(-X exc.-) V(+Y exc.+) V(+Y exc.-) V(-Y exc.+) V(-Y exc.-) SX SY Página 8

13 Comb. PP CM Qa V(+X exc.+) V(+X exc.-) V(-X exc.+) V(-X exc.-) V(+Y exc.+) V(+Y exc.-) V(-Y exc.+) V(-Y exc.-) SX SY Acero conformado Acero laminado Tensiones sobre el terreno Desplazamientos Comb. PP CM Qa V(+X exc.+) V(+X exc.-) V(-X exc.+) V(-X exc.-) V(+Y exc.+) V(+Y exc.-) V(-Y exc.+) V(-Y exc.-) SX SY Página 9

14 7.- DATOS GEOMÉTRICOS DE GRUPOS Y PLANTAS Grupo Nombre del grupo Planta Nombre planta Altura Cota 3 cubierta 3 cubierta remate muros 2 remate muros piso 2 1 piso subterráneo DATOS GEOMÉTRICOS DE PILARES, PANTALLAS Y MUROS Pilares GI: grupo inicial GF: grupo final Ang: ángulo del pilar en grados sexagesimales Datos de los pilares Referencia Coord(P.Fijo) GI- GF Vinculación exterior Ang. Punto fijo Canto de apoyo C1 ( 2.44, 5.01) 0-2 Con vinculación exterior 0.0 Esq. inf. izq C2 ( 5.99, 5.01) 0-2 Con vinculación exterior 0.0 Esq. inf. izq C3 ( 8.81, 5.01) 0-2 Con vinculación exterior 0.0 Esq. inf. izq C4 ( 8.81, 1.45) 0-2 Con vinculación exterior 0.0 Esq. inf. izq C5 ( 2.44, 7.10) 0-1 Con vinculación exterior 0.0 Esq. inf. izq C6 ( 5.99, 7.10) 0-1 Con vinculación exterior 0.0 Esq. inf. izq C7 ( 0.25, 7.70) 0-1 Con vinculación exterior 0.0 Esq. sup. der C8 ( 2.59, 7.70) 0-1 Con vinculación exterior 0.0 Esq. sup. der C9 ( 6.14, 7.70) 0-1 Con vinculación exterior 0.0 Esq. sup. der C10 ( 9.22, 0.48) 0-3 Con vinculación exterior 0.0 Esq. sup. izq C11 ( 9.22, 2.80) 0-1 Con vinculación exterior 0.0 Mitad izquierda 0.30 C12 ( 9.32, 6.16) 0-1 Con vinculación exterior 0.0 Esq. sup. der C13 ( 0.25, 5.16) 0-2 Con vinculación exterior 0.0 Esq. sup. der C14 ( -2.74, 5.16) 0-2 Con vinculación exterior 0.0 Esq. sup. izq C15 ( -6.12, 5.16) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. izq. C16 ( 1.31, 6.64) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. izq. C17 ( 2.51, 6.64) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. der. C18 ( 4.52, 6.16) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. izq. C19 ( 7.46, 6.16) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. der. C20 ( 2.51, 6.19) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. der. C21 ( 6.01, 6.08) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. der. C22 ( 0.20, 6.64) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. der. C23 ( -2.75, 6.64) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. izq. C24 ( -2.78, 6.04) 1-2 Sin vinculación exterior 90.0 Esq. sup. izq. C25 ( -4.20, 5.01) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. inf. izq. C26 ( -5.00, 5.01) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. inf. der. C27 ( -6.07, 0.25) 2-3 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C28 ( -6.02, 3.83) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Mitad derecha C29 ( -2.67, 0.25) 2-3 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C30 ( 0.17, 0.25) 2-3 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C31 ( 2.51, 0.25) 2-3 Sin vinculación exterior 0.0 Centro C32 ( 6.07, 0.25) 2-3 Sin vinculación exterior 0.0 Centro Página 10

15 8.2.- Muros - Las coordenadas de los vértices inicial y final son absolutas. - Las dimensiones están expresadas en metros. Datos geométricos de muro Referencia Tipo muro GI- GF Vértices Inicial Final Planta M1 Muro de fábrica 0-2 ( 6.07, 0.25) ( 6.07, 1.69) 2 1 M2 Muro de fábrica 0-2 ( 2.51, 0.25) ( 2.51, 4.17) 2 1 M3 Muro de fábrica 0-2 ( -7.88, 0.25) ( 2.51, 0.25) 2 1 M4 Muro de fábrica 0-2 ( 2.51, 0.25) ( 6.07, 0.25) 2 1 M5 Muro de fábrica 0-2 ( -2.65, 0.25) ( -2.65, 4.16) 2 1 M6 Muro de fábrica 0-2 ( -6.16, 0.25) ( -6.16, 2.50) 2 1 Dimensiones Izquierda+Derecha=Total Empujes y zapata de muro Referencia Empujes Zapata del muro M1 M2 M3 M4 M5 M6 Empuje izquierdo: Empuje derecho: Empuje izquierdo: Empuje derecho: Empuje izquierdo: Empuje derecho: Empuje izquierdo: Empuje derecho: Empuje izquierdo: Empuje derecho: Empuje izquierdo: Empuje derecho: Zapata corrida: x Vuelos: izq.:0.50 der.:0.50 canto:0.90 Zapata corrida: x Vuelos: izq.:0.50 der.:0.50 canto:0.90 Zapata corrida: x Vuelos: izq.:0.50 der.:0.50 canto:0.90 Zapata corrida: x Vuelos: izq.:0.50 der.:0.50 canto:0.90 Zapata corrida: x Vuelos: izq.:0.50 der.:0.50 canto:0.90 Zapata corrida: x Vuelos: izq.:0.50 der.:0.50 canto:0.90 Página 11

16 9.- DIMENSIONES, COEFICIENTES DE EMPOTRAMIENTO Y COEFICIENTES DE PANDEO PARA CADA PLANTA Pilar C1, C2, C3, C4, C13, C14 Planta Dimensiones (cm) Coeficiente de empotramiento Coeficiente de pandeo Cabeza Pie X Y Coeficiente de rigidez axil 2 6"x6" "x6" C5, C6, C7, C8, C9 1 6"x6" C11, C12 1 4"X4" C15, C22, C23, C28 2 4"X4" C16, C17 2 2"X7" C18, C19 2 2"X8" C20, C21, C24, C25, C26 C10 C27, C29, C30, C31, C32 2 2"X6" "X4" "X4" "X4" "x6" LOSAS Y ELEMENTOS DE CIMENTACIÓN -Tensión admisible en situaciones persistentes: 2.00 kp/cm² -Tensión admisible en situaciones accidentales: 3.00 kp/cm² 11.- MATERIALES UTILIZADOS Hormigones Elemento Hormigón f ck (kp/cm²) c Tamaño máximo del árido (mm) Todos H Aceros y maderas por elemento y posición Aceros en barras Elemento Acero f yk (kp/cm²) Todos A-63-42H s Aceros en perfiles Tipo de acero para perfiles Acero Límite elástico (kp/cm²) Módulo de elasticidad (kp/cm²) Acero conformado ASTM A Acero laminado ASTM A Página 12

17 Maderas por elemento Elemento Madera f yk (kp/cm²) Todos Estructural MDF s Muros de fábrica Módulo de cortadura (G): 4000 kp/cm² Módulo de elasticidad (E): kp/cm² Peso específico: 1.50 t/m³ Tensión de cálculo en compresión: 20.0 kp/cm² Tensión de cálculo en tracción: 2.0 kp/cm² 12.- CONCLUSIÓN Y ALCANCES Para el análisis y diseño se utilizó el método estático que estipula la norma NCh 433 of 2011 vigente, obteniendo los resultados reflejados en los planos estructurales. Todos los materiales según estándar y normativa aplicable, en estado de fábrica y tratados ante humedad, corrosión y horadadores. Su calidad será verificada por la constructora responsable en comunicación con el propietario. Se realiza el estudio dinámico y se establece las soluciones requeridas -para el buen comportamiento mecánico de estructuras-, en base a categorías de suelo y factores definidos según la región y uso, además de informaciones previas extendidas por el mandante. La inspección técnica de obras idónea, será subcontratada por el dueño a terceros. El mismo verificará el grado profesional o certificación académica de los equipos correspondientes. Se responsabilizan del correcto desempeño de estructuras los profesionales actuantes que corresponden a cada etapa de ejecución de faenas. Se podrá especificar en obra accesorios estructurales de tipo secundario y terciario, previo visto bueno del arquitecto proyectista y el calculista con la correspondiente declaración en el libro de obras-. JUAN LUIS MENARES RODRÍGUEZ ARQUITECTO U.T.F.S.M. Página 13