00 MC Viv Sistema VIDHA R0-11Jun10

Ingeniería CRAM Ltda.
Granada Nº 93 Sector Vilumanque Concepción
Fono-Fax 41 - 285 1357 email: [email protected]
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO
SISTEMA VIDHA
REVISIÓN Nº 0
SOCIEDAD URBANIZADORA Y CONSTRUCTORA SURCO LTDA.
CONCEPCIÓN, JUNIO 2010.-
CONTENIDOS
I.
BASES DE CÁLCULO. PARÁMETROS DE DISEÑO Y CONDICIONANTES
1.1.- Normativa considerada en el Diseño
1.2-.- Peso Propio
1.3.- Sobrecarga de Uso
1.4.- Cargas Eventuales
1.5.- Combinaciones de Carga
1.6.- Método de Análisis
1.7.- Método de Diseño
1.8.- Tensiones Admisibles
II.
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
2.1.- Costaneras y Cerchas
2.2.- Paneles Verticales Espesor 5 y 10 cm
2.3.- Paneles Horizontales Espesor 10 cm
2.4.- Sistema de Fundación
2.5.- Uniones Sistema VIDHA con Otros Sistemas
III.
ESPECIFCIACIONES TÉCNICAS DE CONSTRUCCIÓN
IV.
PLANOS DE CÁLCULO ESTRUCTURAL
Plano 1 de 4
Planta Fundaciones. Detalle Zapatas. Detalle Unión PanelFundación. Detalle Paneles Losas.
Plano 2 de 4
Planta Primer y Segundo Nivel. Detalle Paneles Verticales.
Plano 3 de 4
Planta Techumbre. Detalle Cerchas. Detalle Frontón. Detalle
Cortafuego Techumbre.
Plano 4 de 4
Detalle Uniones entre Paneles. Detalle Unión Malla-Perfil
Cerchas. Detalle Fijación Tabiques. Detalle Unión PanelCercha.
Ingeniería CRAM Ltda.
Bases de Cálculo Vivienda Industrializada Tipo - Sistema
VIDHA
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO - SISTEMA VIDHA
I.-
BASES DE CÁLCULO. PARÁMETROS DE DISEÑO Y
CONDICIONANTES.
Las presentes Bases de Cálculo se refieren al diseño y cálculo estructural de una
vivienda tipo, conformada mediante el Sistema Industrializado VIDHA.
Se trata de una vivienda de dos pisos cuya estructura resistente se conformará
mediante Paneles de Hormigón Acero Industrializados, tanto en el primer como
segundo piso. El entrepiso también se conformará mediante Paneles Industrializados
Hormigón Acero de 10 cm espesor.
La estructura de techumbre estará constituida por cerchas y tijerales de madera
apoyadas sobre las líneas resistentes de paneles ubicados en el segundo nivel.
En cuanto a la estructura de fundación, ésta se conformará por zapatas corridas bajo
todos los muros estructurales del primer nivel ejecutadas directamente en Obra. Los
cimientos serán de hormigón simple y los sobrecimientos de hormigón armado. Para la
unión de los paneles a las zapatas de fundación, se consultan placas metálicas
embebidas en el hormigón de sobrecimientos que permitirán soldar dichos paneles.
La Capacidad de Carga admisible del suelo de fundación, será determinada para cada
caso en particular en función del Informe de Mecánica de Suelos generado
específicamente para cada proyecto.
En general el Sistema Industrializado de Paneles VIDHA, cuya fabricación se desarrolla
bajo estándares de control y calidad previamente definidos, consiste en la confección de
Paneles de Hormigón Acero de 5 y 10 cm de espesor conformados por malla
electrosoldada interior y bastidor metálico perimetral que luego es rellenado con un
hormigón estructural de calidad H25. Los paneles se fabrican en serie en una planta de
producción, luego son transportados a obra y finalmente son montados en terreno sobre
las estructuras de fundación previamente ejecutadas. Las uniones entre paneles se
efectúan mediante cordones intermitentes de soldaduras en todos sus perímetros.
Es importante señalar que los Paneles NO corresponden a elementos de Hormigón
Armado, sino a PANELES PREFABRICADOS del Tipo VI (Monolíticos Sin
Revestimiento) y Clase A (Hormigón como material predominante) de acuerdo a la
Clasificación estipulada por la NCh806 y particularmente fueron sometidos a los
ensayes mecánicos estipulados por las Normas NCh801, 802, 803 y 804.
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Bases de Cálculo Vivienda Industrializada Tipo - Sistema
VIDHA
1.1.- NORMATIVA CONSIDERADA EN EL DISEÑO
Para el diseño de los distintos componentes que constituyen la estructura resistente
proyectada de la vivienda, se han considerado en forma particular las siguientes normas
directamente relacionadas con las materias aquí tratadas:
•
Certificados de Ensayes Mecánicos de Carga de Compresión Vertical, Carga
Compresión Horizontal y Cagas de Flexión emitidos por el Laboratorio de Ciencias
de la Construcción de la Universidad del Bío Bío, cuyas fotocopias se adjuntan a la
presente Memoria de Cálculo.
•
Hormigón
NCh 170
Hormigón. Requisitos Generales.
•
Paneles
NCh 801
Elementos de Construcción – Paneles – Ensayo
de Compresión
NCh 802
Arquitectura y Construcción – Paneles
Prefabricados – Ensayo de Carga Horizontal
NCh 803
Elementos de Construcción – Paneles – Ensayo
de Flexión
•
Madera
NCh 1198.Of2006 Madera – Construcciones en Madera – Cálculo.
Manual de Cálculo de Construcciones en Madera – INFOR
2da Edición 1990.
•
Sobrecarga
NCh 1537.Of86
Diseño Estructural de Edificios.
Permanentes y Sobrecargas de Uso.
•
Sismo
NCh 433.Of96
Diseño Sísmico de Edificios.
•
Viento
NCh 432.Of71
Cálculo de la acción del Viento sobre las
Construcciones.
•
Otras
Ordenanza General de Urbanización y Construcciones. Disposiciones
legales referidas con la materia.
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Cargas
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1.2.- PESOS PROPIOS (PP)
• Hormigón Estructural
2.400 Kg/m3
• Madera de Pino, H = 16%
550 Kg/m3
• Cubierta
10 Kg/m2
• Acero
7.850 Kg/m3
• Suelo Humedad Natural
2.000 Kg/m3
1.3.- SOBRECARGAS DE USO (SC)
• De Techo
30 Kg/m2
• De Muro
10 Kg/m2
• Piso (con reducción)
170 Kg/m2
1.4.- CARGAS EVENTUALES
CARGAS SÍSIMICAS (S)
Para la determinación de las Cargas Sísmicas se consideran los siguientes
parámetros de cálculo:
• Método de Análisis
Estático.
• Corte Basal
Q0 = C I P
• Zona Sísmica
3
• Aceleración Efectiva
0,4 g
• Factor de Reducción
2 (Otras Materialidades)
• Tipo de Suelo
III
• Categoría de la Estructura
C
• Factor de Importancia
1,0
• Peso Sísmico
100 % peso propio
25 % sobrecarga de uso
Con estos parámetros se obtiene los siguientes valores de cálculo:
• Periodo Fundamental en X
0,2 segundos
• Periodo Fundamental en Y
0,2 segundos
• Coeficiente Calculado, CCal
7,43 en X e Y
• Coeficiente Máximo, CMáx
0,432
• Coeficiente Mínimo, CMín
0,067
• Coeficiente de Diseño, C
0,432
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VIDHA
• Superficie 1º Nivel
42,10 m2 (Se considera un pareo)
• Superficie 2º Nivel
42,10 m2 (Se considera un pareo)
• Peso Propio 1º Nivel
450 Kg/m2 (Se cálculo peso real)
• Peso Propio 2º Nivel
300 Kg/m2 (Se cálculo peso real)
• Sobrecargas 1º Nivel
170 Kg/m2 (Reducida S/NCh1537)
• Sobrecargas 2º Nivel
30 Kg/m2 (se ajustó estimación)
• Peso Sísmico 1º Nivel
21,05 Toneladas
• Peso Sísmico 2º Nivel
12,95 Toneladas
• Peso Sísmico Total
34,00 Toneladas
• Corte Basal Calculado
14,7 Toneladas
Por tratarse de una vivienda de dos pisos sin diafragma rígido en el nivel
superior, cada línea resistente de este nivel deberá diseñarse para resistir una
fuerza horizontal igual a la masa que le tributa multiplicada por una aceleración
horizontal equivalente a 1,20 g FN /PN , con g = 9,8 m/s2 aceleración de
gravedad, FN y PN igual a la fuerza sísmica y peso sísmico del segundo nivel de
la vivienda, respectivamente.
CARGAS DE VIENTO (V)
Para la determinación de las Cargas de Viento se consideran los siguientes
parámetros de cálculo:
•
Ubicación del Inmueble
Campo abierto
•
Altura Máxima del Inmueble
6 m sobre nivel de terreno
•
Presión Básica del Viento
87 Kg/m2
•
Angulo de Inclinación Techo
22 grados sexagesimales promedio
•
Coeficiente de Forma
•
Cargas Distribuidas
Barlovento
C = 1,2 sen α - 0,4 = 0,04
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En Barlovento
C = 0,04
En Sotavento
C = 0,40 en Succión
En Barlovento
Q = 4 Kg/m2
En Sotavento
Q = 35 Kg/m2 en Succión
Sotavento
C = 0,4
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VIDHA
1.5.- COMBINACIONES DE CARGA
Las Combinaciones de Carga utilizadas para la determinación de los distintos estados
de esfuerzos son las siguientes:
•
Combinación C1 = PP + SC
•
Combinación C2 = 75%(PP + SC ± V)
•
Combinación C3 = 75%(PP + SC ± S)
1.6.- MÉTODO DE ANÁLISIS
Para la obtención de los Estados de Esfuerzos generados por la aplicación de las
distintas Combinaciones de Carga, se considera el Método de Análisis Lineal Elástico,
válido para pequeñas deformaciones y donde se cumplen las hipótesis de Navier.
1.7.- MÉTODO DE DISEÑO
Para la Verificación, Diseño y Dimensionamiento de cada uno de los elementos
componentes de la estructura se considera el Método de las Tensiones Admisibles
propuesto por los distintos Códigos de Diseño asociados a cada uno de los materiales
componentes de la estructura.
1.8.- TENSIONES ADMISIBLES
Deformaciones Admisibles Horizontales y Verticales
• Para elementos de Madera
Cerchas y Costaneras
SC
L / 240
PP + SC
L / 180
• Para otros elementos en Cargas de Servicio
L/300
Paneles VIDHA Espesor 50mm (Muros Perimetrales)
• Compresión Vertical
10,7 Kg/cm2
• Corte Horizontal
4,0 Kg/cm2
Paneles VIDHA Espesor 100mm (Muro Medianero)
• Compresión Vertical
8,0 Kg/cm2
• Corte Horizontal
4,0 Kg/cm2
Paneles VIDHA Espesor 100mm (Losas)
• Flexión Vertical
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43,3 Kg/cm2
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VIDHA
Hormigón Estructural Grado H25 N.C. 90%
• Resistencia 28 días
250 Kg/cm2
• Compresión
90 Kg/cm2
• Cizalle
7 Kg/cm2
Acero de Refuerzo para Hormigones Calidad AT56-50H
• Compresión
4.200 Kg/cm2
• Tracción
2.800 Kg/cm2
• Cizalle
2.000 Kg/cm2
Acero Estructural Calidad A42-27ES (ASTM-A36)
• Compresión
1.620 Kg/cm2
• Tracción
1.620 Kg/cm2
• Cizalle
1.080 Kg/cm2
Soldadura Electrodos AWS E60XX
• Tensión Admisible
950 Kg/cm2
• Filete Mínimo S.I.C.
3 mm.
Pernos Estructurales
• De uso estructural
Acero A37-20
• De anclaje
Acero A42-23
Madera Estructural Pino Radiata Aserrada Grado Estructural G1
Ítem
Tensiones Admisibles F, Kg/cm2 (Según NCh1198.Of2007)
Flexión
Comp.
Paralela
Tensión
Básica
75
56
45
KH
0,88
0,88
KD
1,49
Tensión
Admisible
98,3
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Tracción Comp.
Paralela Perpend.
Obs.
Cizalle
E
Flexión
25
7
90.000
H = 12 %
0,88
0,84
0,90
0,91
ΔH = 6%
1,49
1,49
1,0
1,49
1,0
Viento = 1hr
73,4
59
21,0
9,4
81.900
H = 18 %
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VIDHA
Características de algunas escuadrías de Madera Aserrada :
Escuadría
A, cm2
Ix, cm4
Wx, cm3
2x6”
73,6
1.368
183
2x5”
61,3
792
127
2x4”
49,1
405
81
2x3”
36,8
171
46
1x6”
36,8
684
92
1x4”
24,5
203
41
1x3”
18,8
88
23
Clavos
Se consideran para todas las uniones Clavos Corrientes Galvanizados, cabeza
plana circular de 3 y 4” (75 x 3,5 mm y 100 x 4,3 mm).
• Clavo de 3”
σcz
simple
= 44 Kg
• Clavo de 4”
σcz
simple
= 60 Kg
Suelo de Fundación
Considerando las exigencias dadas para el Sello de Fundación, se adoptan las
siguientes tasas de resistencia :
• Resistencia Estática
0,80 Kg/cm2
• Resistencia Dinámica
1,00 Kg/cm2
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VIDHA
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO - SISTEMA VIDHA
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
II.-
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS
ESTRUCTURALES
2.1.- VERIFICACIÓN DE COSTANERAS Y CERCHAS
2.1.1.- COSTANERAS (2x2”)@100cm Máximo
Condiciones de Apoyo y Geometría :
Carga de
Montaje, Qm
Sección
Tranversal
5 cm
(2")
Carga Distribuida, q
L/3
L/3
L/3
5 cm
(2")
Dimensiones :
Longitud Máxima entre Apoyos
:
Separación Máxima Costaneras :
Combinación más Desfavorable :
L/3 = 80 cm
100 cm
0,75 (PP + W)
Carga de Peso Propio (PP)
:
20 Kg/m
Cargas de Viento (W)
:
30 Kg/m
Cargas de Diseño (q)
:
37,5 Kg/m
Solicitaciones Máximas :
De Momento Flector
:
Mmáx = 239 Kg cm
De Cizalle
:
Vmáx = 18 Kg
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Verificación de Costaneras y Cerchas
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VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
Tensiones Máximas de Trabajo :
De Momento Flector
Tensión Trabajo por Flexión, Ft flexión = 15,7 Kg/cm2
Tensión Admisible por Flexión, Fa flexión = 71 Kg/cm2
¡¡ OK, Costanera Resiste Flexión !!
De Cizalle
Tensión de trabajo por Cizalle, FT cizalle= 1,1 Kg/cm2
Tensión Admisible por Cizalle, FA cizalle = 15,0 Kg/cm2
¡¡ OK, Costanera Resiste Cizalle !!
De Interacción Flexión Cizalle
2
2
⎛ FT flexión ⎞
⎛ FT cizalle ⎞
⎜⎜
⎟⎟ + ⎜⎜
⎟⎟ ≤ 1,0
⎝ FA flexión ⎠
⎝ FA cizalle ⎠
=>
0,05 + 0,01 = 0,06 < 1,0
¡¡ OK, Costanera Resiste Interacción !!
Control de Deformaciones :
Para Condición de Sobrecarga
Deformación Máxima , Def Máx = 0,03 cm
Deformación Admisible , Def Adm = L / 240 = 0,33 cm
¡¡ OK, Deformación Aceptable !!
Para Condición de Peso Propio más Sobrecarga
Deformación Máxima , Def Máx = 0,05 cm
Deformación Admisible , Def Adm = L / 180 = 0,44 cm
¡¡ OK, Deformación Aceptable !!
Se destaca que las cargas de montaje deberán ser absorbidas mediante Placas de
Trabajo provisorias colocadas directamente sobre tres o más costaneras paralelas. Bajo
estas condiciones se verifica plenamente su resistencia y serviciabilidad.
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Verificación de Costaneras y Cerchas
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VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
2.1.2.- CERCHA TIPO
2P
(1
x
3 3")
4
2
2P
(1
x3
5 ")
2P(1x4")
")
2x3
1P(
2P
(1x
3"
)
1
6
")
x3
1
(
2P 5
4
)
3"
(1x
2P
95 cm
Condiciones de Apoyo y Geometría : Separación Máxima de Cerchas 97 cm
1P (
2x3
")
1
)
3"
1x
(
3
2P
1P(2x3")
218
218
436 cm
Cargas Aplicadas :
Peso Propio
: PP = 40 Kg/m (Vertical sobre la cuerda inferior)
Sobrecarga
: SC = 24 Kg/m (Vertical sobre la cuerda inferior)
Viento Barlovento : Wb = 22,4 Kg/m (Presión Normal a la cuerda superior)
Viento Sotavento : Ws = 30,4 Kg/m (Succión Normal a la cuerda superior)
Combinaciones de Cargas:
C1 = PP + SC
C2 = 0,75 (PP + SC +W)
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VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
Solicitaciones Máximas en Elementos :
Elemento Nº
Tipo Solicitación
Valor
1
Compresión Axial
238 Kg
Momento Flector
197 Kg cm
Tracción Axial
49 Kg
Compresión Axial
30 Kg cm
Momento Flector
430 Kg cm
3, 4 y 5
Compresión Axial
80 Kg cm
6
Tracción Axial
120 Kg cm
2
Tensiones de Trabajo
Elemento Nº
1
2
3, 4 y 5
6
Tensión
Compresión
Flexión
Tracción
Compresión
Flexión
Compresión
Tracción
Trabajo
(Kg/cm2)
7,6
5,4
1,6
1,0
11,7
3,2
3,8
Admisible
(Kg/cm2)
42,5
71,0
52,0
42,5
71,0
42,5
52,0
Interacción
< 1,0 ?
0,41
0,20
0,19
-
Condición
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
Control de Deformaciones :
Para Condición de Peso Propio más Sobrecarga
Deformación Máxima , Def Máx = 0,05 cm
Deformación Admisible , Def Adm = L / 240 = 2,16 cm
¡¡ OK, Deformación Aceptable !!
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Verificación de Costaneras y Cerchas
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO - SISTEMA VIDHA
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
2.2.- VERIFICACIÓN DE PANELES VERTICALES
2.2.1.- BASES DE CÁLCULO Y TENSIONES ADMISIBLES
A continuación se presenta la Verificación de Esfuerzos de Corte y Compresión en los
Paneles Verticales de una Vivienda Sistema VIDHA. Para los esfuerzos de compresión
sólo se consideran los muros del primer nivel por cuanto ellos son los más solicitados
de la vivienda.
Las Bases de Cálculo que se indican complementan a las Bases de Cálculo Generales
indicadas en el Capítulo 1 y permiten la verificación de los esfuerzos solicitantes
generados en la vivienda.
COMBINACIONES DE CARGA
Las Combinaciones utilizadas para la determinación de los esfuerzos en los distintos
muros del primer y segundo nivel, son las indicadas en la Norma Chilena NCh433
artículos 5.2.1 y 5.2.2, cuyas expresiones son las siguientes :
•
Combinación C1 = PP + SC
•
Combinación C2 = 75% (PP + SC + Sx + Mtx)
•
Combinación C3 = 75% (PP + SC + Sx - Mtx)
•
Combinación C4 = 75% (PP + SC + Sz + Mtz)
Sólo se consideran los momentos torsores asociados a la excentricidad accidental
indicada por la Norma Sísmica, por cuanto ella genera esfuerzos mayores que la
excentricidad natural asociada a la dirección longitudinal del pareo. En la dirección
transversal del pareo no existe excentricidad natural debido a la simetría de la
estructura.
TENSIONES ADMISIBLES DE DISEÑO
Las Tensiones Admisibles se determinan en base a los resultados obtenidos de los
ensayes mecánicos realizados a los distintos tipos de paneles. Dichos ensayes fueron
realizados por el Laboratorio de Ciencias de la Construcción de la Universidad del Bío
Bío. De acuerdo a lo indicado en los Certificados de Ensayes, se adopta como límite de
proporcionalidad el equivalente a un 50% del valor máximo alcanzado. Se destaca que
este máximo, en todos los casos, no corresponde a la Carga de Rotura sino a la
máxima carga que se puede alcanzar para no poner en riesgo el equipamiento del
laboratorio, tal como se indica expresamente en los Certificados.
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Verificación de Paneles Verticales
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO - SISTEMA VIDHA
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
Para determinar las distintas tensiones admisibles se adoptan Factores de Seguridad
en relación a las tensiones asociadas al Límite de Proporcionalidad, las que su vez ya
poseen un Factor de Seguridad mayor a 2 en relación a las máximas cargas alcanzadas
en los ensayes.
De esta forma las Tensiones Admisibles de Diseño son las siguientes.
Esfuerzo Admisible de Corte Panel de 5 cm
• Según Certificado de Ensayo de Carga Horizontal Nº 4178 de fecha 04 de
Noviembre de 2008.
• Carga Máxima Aplicada en el Ensaye (Anexo 2 Pag. 5/7)
• Largo Panel (Paralelo a la dirección de la Carga)
6.000 Kgf
1,2 m
• Carga Unitaria Aplicada (por metro de panel)
5.000 Kgf/m
• Factor de Seguridad para Limite de Proporcionalidad
2
• Carga Horizontal Límite de Proporcionalidad
2.500 Kgf/m
• Factor de Seguridad Carga Admisible Horizontal
1,25
• Carga Admisible Horizontal
2.000 Kgf/m
Esfuerzo Admisible de Compresión Panel de 5 cm
•
Según Certificado de Ensayo de Compresión Nº 4179 de fecha 04 de Noviembre
de 2008.
•
Carga Máxima Aplicada en el Ensaye (Anexo 2 Pag. 5/7)
16.000 Kgf
•
Largo Panel (Perpendicular a la dirección de la Carga)
1,2 m
•
Carga Unitaria Aplicada (por metro de panel)
13.333 Kgf/m
•
Factor de Seguridad Limite de Proporcionalidad
2
•
Carga Horizontal Límite de Proporcionalidad
6.667 Kgf/m
•
Factor de Seguridad Carga Admisible
1,25
•
Carga Admisible Horizontal
5.333 Kgf/m
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Verificación de Paneles Verticales
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO - SISTEMA VIDHA
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
Esfuerzo Admisible de Corte Panel de 10 cm
• Según Certificado de Ensayo de Carga Horizontal Nº 5940 de fecha 14 de Octubre
de 2009.
• Carga Máxima Aplicada en el Ensaye (Anexo 2 Pag. 4/5)
• Largo Panel (Paralelo a la dirección de la Carga)
12.000 Kgf
1,2 m
• Carga Unitaria Aplicada (por metro de panel)
10.000 Kgf/m
• Factor de Seguridad Limite de Proporcionalidad
2
• Carga Horizontal Límite de Proporcionalidad
5.000 Kgf/m
• Factor de Seguridad Carga Admisible
1,25
• Carga Admisible Horizontal
4.000 Kgf/m
Esfuerzo Admisible de Compresión Panel de 10 cm
•
Según Certificado de Ensayo de Compresión Nº 5941 de fecha 14 de Octubre de
2009.
•
Carga Máxima Aplicada en el Ensaye (Anexo 2 Pag. 5/5)
24.000 Kgf
•
Largo Panel (Perpendicular a la dirección de la Carga)
1,2 m
•
Carga Unitaria Aplicada (por metro de panel)
20.000 Kgf/m
•
Factor de Seguridad Limite de Proporcionalidad
2
•
Carga Horizontal Límite de Proporcionalidad
10.000 Kgf/m
•
Factor de Seguridad Carga Admisible
1,25
•
Carga Admisible Horizontal
8.000 Kgf/m
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Verificación de Paneles Verticales
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO - SISTEMA VIDHA
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
2.2.2.- VERIFICACIÓN DE ESFUERZOS EN MUROS
ESQUEMAS PLANTAS DE MUROS
Los siguientes esquemas muestran la distribución de los muros sismo resistentes en
cada uno de los niveles que posee la vivienda :
PRIMER NIVEL
A
C
A
483 cm
M2
483 cm
M1
M1
M2
M6
M5
M6
436 cm
1
3
M3
M4
M3
SEGUNDO NIVEL
A
C
483 cm
M1
A
483 cm
M2
M1
M5
M4
M5
436 cm
1
3
M3
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M3
Verificación de Paneles Verticales
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO - SISTEMA VIDHA
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
VERIFICACIÓN ESFUERZOS DE CORTE EN MUROS
Se ha realizado una distribución del esfuerzo sísmico en cada una de los niveles de la
vivienda. En Anexo Nº 1 se muestra el desarrollo detallado de dicho análisis. Los
resultados obtenidos son los siguientes :
VERIFICACIÓN AL CORTE PANELES HORMIGÓN ACERO
Espesor Paneles, cm
Carga Máxima Horizontal, Kg/m
Carga en Límite de Proporc., Kg/m
Carga Admisible Horiz. (FS=1,25), Kg/m
Tensión de Corte Admisible, Kg/cm2
Perimetrales
5
5 000
2 500
2 000
4.0
Medianeros
10
10 000
5 000
4 000
4.0
Muro
Nº
1
2
3
4
5
6
Longitud
cm
76.0
107.0
84.0
189.0
436.0
436.0
VERIFICACIÓN CORTE MUROS PRIMER NIVEL
V Solicitante
Tension de
Condición de Diseño
T
Corte, Kg/cm2
1.32
3.48
OK, Resiste el Corte
1.95
3.64
OK, Resiste el Corte
1.41
3.36
OK, Resiste el Corte
2.87
3.03
OK, Resiste el Corte
7.35
3.37
OK, Resiste el Corte
4.65
2.14
OK, Resiste el Corte
Muro
Nº
1
2
3
4
5
Longitud
cm
203.0
75.0
298.0
436.0
436.0
VERIFICACIÓN CORTE MUROS SEGUNDO NIVEL
V Solicitante
Tension de
Condición de Diseño
T
Corte, Kg/cm2
1.41
1.39
OK, Resiste el Corte
0.60
1.60
OK, Resiste el Corte
2.58
1.73
OK, Resiste el Corte
4.40
2.02
OK, Resiste el Corte
2.89
1.33
OK, Resiste el Corte
Se verifica que todos los muros tanto del primer como del segundo nivel, se encuentran
sometidos a esfuerzos de corte solicitantes menores a los admisibles previamente
definidos.
Ingeniería CRAM Ltda.
Verificación de Paneles Verticales
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO - SISTEMA VIDHA
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
VERIFICACIÓN ESFUERZOS DE COMPRESIÓN EN MUROS
Se ha realizado una modelación estructural del primer piso para determinar los
esfuerzos de compresión que adoptan cada uno de los muros bajo los distintos estado
de carga previamente definidos. En Anexo Nº 2 se muestran los resultados obtenidos
de dicho modelo. De esta forma la verificación de los esfuerzos de compresión es la
siguiente :
VERIFICACIÓN A LA COMPRESIÓN PANELES HORMIGÓN ACERO
Espesor Paneles, cm
Carga Máxima Horizontal, Kg/m
Carga en Límite de Proporcionalidad, Kg/m
Carga Admisible Horizontal (FS=1,25), Kg/m
Tensión de Compresión Admisible,
Kg/cm2
Muro Longitud
Nº
cm
76
1
107
2
84
3
387
4
436
5
436
6
Perimetrales
5
13 333
6 667
5 333
Medianeros
10
20 000
10 000
8 000
10.7
8.0
VERIFICACIÓN COMPRESIÓN MUROS PRIMER NIVEL
Espesor Compresión Comb.
Tension de
Condición
cm
T
Corte, Kg/cm2
de Diseño
5
2.64
C3
6.95
OK, Resiste Compresión
5
3.94
C3
7.36
OK, Resiste Compresión
5
4.45
C4
10.60
OK, Resiste Compresión
5
5.64
C4
2.91
OK, Resiste Compresión
10
9.46
C1
2.17
OK, Resiste Compresión
5
4.68
C2
2.15
OK, Resiste Compresión
Ingeniería CRAM Ltda.
Verificación de Paneles Verticales
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO - SISTEMA VIDHA
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
2.2.3.- VERIFICACIÓN CONCENTRACIÓN DE ESFUERZOS EN PANEL 101
A continuación se presenta la Verificación de Esfuerzos en el Panel 101 de la Vivienda
VIDHA. Dicho Panel posee un espesor de 10 cm y corresponde al muro medianero del
pareo de vivienda, por tanto no posee vanos ni aberturas de ningún tipo.
Las Bases de Cálculo que se indican complementan a las Bases de Cálculo Generales
indicadas en el Capítulo 1 y permiten la verificación de las concentraciones de
esfuerzos generados en los puntos vivienda.
COMBINACIONES DE CARGA
Las Combinaciones utilizadas para la determinación de los esfuerzos en el Panel 101
son las indicadas en la Norma Chilena NCh433 artículos 5.2.1 y 5.2.2, cuyas
expresiones son las siguientes :
•
Combinación C1 = 75% (PP + SC + SISMO )
•
Combinación C2 = 75% (PP + SC – SISMO )
•
Combinación C3 = 75% (PP + SISMO )
•
Combinación C4 = 75% (PP – SISMO )
TENSIONES ADMISIBLES DE DISEÑO
La Concentración de Esfuerzos se verifica considerando las Resistencias Mecánicas
Admisibles de los materiales Bases que componen el panel. De esta forma se tienen las
siguientes tensiones admisibles.
Hormigón Estructural Grado H25 N.C. 90%
• Tensión Admisible de Compresión
90 Kg/cm2
• Tensión Admisible de Tracción
16,6 Kg/cm2
• Tensión de Cizalle
7 Kg/cm2
Acero de Refuerzo para Hormigón AT56-50H
• Tensión Admisible de Compresión
4.200 Kg/cm2
• Tensión Admisible de Tracción
2.800 Kg/cm2
• Tensión de Cizalle
2.000 Kg/cm2
Ingeniería CRAM Ltda.
Verificación de Paneles Verticales
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO - SISTEMA VIDHA
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
MODELACIÓN ESTRUCTURAL
La Modelación Estructural se realizó mediante un programa de análisis de elementos
finitos, cuyos resultados son los que se indican en el presente apartado.
GEOMETRÍA Y ZONAS CRÍTICAS
La geometría del Panel 104 se muestra en los Planos del Proyecto. La identificación de
las Zonas Críticas se muestra en el siguiente esquema.
Panel 101 y sus Zonas Críticas
V2
V1
RESULTADOS OBTENIDOS
Se resumen a continuación los resultados obtenidos en cada una de las zonas críticas
previamente definidas para cada una de las combinaciones de carga adoptadas.
TENSIONES MÁXIMAS PANEL 101 (Kgf/cm2)
Vértice
Nº
1
2
C1
+13,63
-10,43
Combinación
C2
C3
-10,43 +15,84
+13,63
-9,83
Esfuerzo Máximo de Tracción Generado
Esfuerzo Máximo de Compresión Generado
Ingeniería CRAM Ltda.
C4
-9,83
+15,84
+15,84 Kgf/cm2
- 10,43 Kgf/cm2
Verificación de Paneles Verticales
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO - SISTEMA VIDHA
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
VERIFICACIÓN DE ESFUERZOS DE TRACCIÓN
Considerando que la resistencia a la tracción corresponde entre un 10 y 15% de la
resistencia mínima a la compresión del hormigón base que compone el Panel, se
determina que éste posee una resistencia mínima a la tracción de 25 Kgf/cm2 para
resistir Cargas de Servicio presentes en la vida útil de la vivienda. Esto corrobora que
frente a solicitaciones normales de la vivienda, estáticas o dinámicas, los niveles de
esfuerzos generados tanto de compresión como de tracción, no superan la resistencia
del material base y por tanto no producen problemas de servicio, principalmente
fisurabilidad, ni menos problemas de estabilidad.
Particularmente se obtiene que las tracciones generadas en el panel no superan el 65%
de la máxima permisible y para las compresiones dicho valor disminuye a no más de
12%.
CONCLUSIONES
De lo expuesto se concluye que en las zonas críticas del Panel 101, no se exceden las
tensiones de tracción y flexo compresión del material base, y por tanto dicho panel
posee la capacidad resistente suficiente para soportar las cargas de uso habituales y
también las cargas eventuales.
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Verificación de Paneles Verticales
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO - SISTEMA VIDHA
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
2.2.4.- VERIFICACIÓN CONCENTRACIÓN DE ESFUERZOS EN PANEL 104
A continuación se presenta la Verificación de Esfuerzos en el Panel 104 de la Vivienda
Sistema VIDHA. Particularmente se consideran los ocho vértices que posee dicho
Panel, donde se supone se concentran los mayores esfuerzos de Tracción. El panel
104 corresponde a un panel del primer piso y además, al más solicitado de toda la
vivienda.
Las Bases de Cálculo que se indican complementan a las Bases de Cálculo Generales
indicadas en el Capítulo 1 y permiten la verificación de las concentraciones de
esfuerzos generados en los puntos vivienda.
COMBINACIONES DE CARGA
Las Combinaciones utilizadas para la determinación de los esfuerzos en el Panel 104
son las indicadas en la Norma Chilena NCh433 artículos 5.2.1 y 5.2.2, cuyas
expresiones son las siguientes :
•
Combinación C1 = 75% (PP + SC + SISMO )
•
Combinación C2 = 75% (PP + SC – SISMO )
•
Combinación C3 = 75% (PP + SISMO )
•
Combinación C4 = 75% (PP – SISMO )
TENSIONES DE DISEÑO
La Concentración de Esfuerzos se verifica considerando las Resistencias Mecánicas
Admisibles de los materiales Bases que componen el panel. De esta forma se tienen las
siguientes tensiones admisibles.
Hormigón Estructural Grado H25 N.C. 90%
• Tensión Admisible de Compresión
90 Kg/cm2
• Tensión Admisible de Tracción
16,6 Kg/cm2
• Tensión de Cizalle
7 Kg/cm2
Acero de Refuerzo para Hormigón AT56-50H
• Tensión Admisible de Compresión
4.200 Kg/cm2
• Tensión Admisible de Tracción
2.800 Kg/cm2
• Tensión de Cizalle
2.000 Kg/cm2
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Verificación de Paneles Verticales
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO - SISTEMA VIDHA
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
MODELACIÓN ESTRUCTURAL
La Modelación Estructural se realizó mediante un programa de análisis de elementos
finitos, cuyos resultados son los que se indican en el presente apartado.
GEOMETRÍA Y ZONAS CRÍTICAS
La geometría del Panel 104 se muestra en los Planos del Proyecto. La identificación de
las Zonas Críticas se muestra en el siguiente esquema.
V1
V3
V6
V7
V2
V4
V5
V8
5.-
RESULTADOS OBTENIDOS
Se resumen a continuación los resultados obtenidos en cada una de las zonas críticas
previamente definidas para cada una de las combinaciones de carga adoptadas.
Ingeniería CRAM Ltda.
Verificación de Paneles Verticales
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO - SISTEMA VIDHA
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
TRACCIONES MÁXIMAS PANEL 104 (Kgf/cm2)
Vértice
Nº
1
2
3
4
5
6
7
8
C1
3.8
17.6
21.6
5.4
1.5
5.7
15.0
5.4
Combinación
C2
C3
18.7
3.8
5.4
18.3
5.9
22.3
14.9
5.1
2.7
1.6
14.8
5.3
3.2
15.1
14.2
4.9
C4
18.4
5.2
6.0
15.7
2.5
16.0
3.3
16.0
Esfuerzo Máximo de Tracción Generado 22,3 Kgf/cm2 (De tabla anterior)
Esfuerzo Máximo de Compresión Generado
51,6 Kgf/cm2 (Directo del Modelo)
VERIFICACIÓN DE ESFUERZOS DE TRACCIÓN
Considerando que la resistencia a la tracción corresponde entre un 10 y 15% de la
resistencia mínima a la compresión del hormigón base que compone el Panel, se
determina que éste posee una resistencia mínima a la tracción de 25 Kgf/cm2 para
resistir Cargas de Servicio presentes en la vida útil de la vivienda. Esto corrobora que
frente a solicitaciones normales de la vivienda, estáticas o dinámicas, los niveles de
esfuerzos generados tanto de compresión como de tracción, no superan la resistencia
del material base y por tanto no producen problemas de servicio, principalmente
fisurabilidad, ni menos problemas de estabilidad.
No obstante lo anterior, se supondrá conservadoramente que no existe resistencia a la
tracción del material base y por tanto se verificará que la armadura se refuerzo
incorporada en los paneles, es capaz de resistir por sí sola los esfuerzos de tracción
generados en el panel.
VERIFICACIÓN DE ARMADURAS DE REFUERZO
Para la verificación de las armaduras se consideran los esfuerzos obtenidos del Modelo
de Elementos Finitos. Particularmente se adoptan las resultantes generadas en los
elementos colindantes al Vértice 3. La verificación es la siguiente:
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Verificación de Paneles Verticales
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO - SISTEMA VIDHA
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
Capacidad de Tracción de la Armadura
9 Armadura Incorporada
Electrosoldada 1,88 cm2/m (φ6@150mm)
9 Tipo de Acero
AT56-50H
9 Tensión de Tracción Admisible
3000 Kgf/cm2
9 Área de Acero 1 Barra
0,28 cm2
9 Tracción Admisible
840 Kgf
Capacidad de Tracción Unión Soldada
9 Filete Mínimo Adoptado
3 mm
9 Cobertura Perimetral (Barra)
75%
9 Área Efectiva Soldadura
0,45 cm2
9 Tensión Admisible Soldadura
950 Kgf/cm2
9 Esfuerzo Admisible Soldadura
427,5 Kgf
Máxima Tracción Solicitante en Barras de Refuerzo Vértice Nº 3
Para la determinación de la máxima tracción solicitante en la zona del Vértice Nº 3, se
consideran las Tensiones Principales obtenidas a través del Modelo Estructural
SAP2000 mediante el Máximo Estado de Esfuerzo asociado a dicho sector. Su cálculo
se resume en los siguientes esquemas :
Ingeniería CRAM Ltda.
Verificación de Paneles Verticales
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO - SISTEMA VIDHA
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
VERTICE N° 3
Mas Solicitado a la Traccion Principal
ESFUERZOS PRINCIPALES
27
390,2 Kg
ESTADO DE ESFUERZO
SEGUN MODELO SAP2000
°
Kg
473,4 Kg
g
3 7 ,6
9
7,
148,2 Kg
K
5,7
58
473,4 Kg
9
390,2 Kg
Kg
148,2 Kg
7,
27
Kg
5,7
8
5
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Verificación de Paneles Verticales
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO - SISTEMA VIDHA
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
Suponiendo que el Esfuerzo Principal Mayor es soportado en forma conjunta por la
barra de refuerzo diagonal y la barra de refuerzo horizontal, se tienen las siguientes
fuerzas de tracción solicitante :
ARMADURAS DE REFUERZO EN VERTICE N° 3
75
25
EQUILIBRIO DE FUERZAS
Fb
R
400
45,
37,6
75
1°
150
150
=5
00
ef
,3
ue
Kg
rz
o
D
ia
go
na
l
150
Refuerzo Panel
Malla C188
150
°
Fa =112,9 Kg
Refuerzo Horizontal
75
al
Kg incip
,7 r
85 o P
5
= rz
F1 sfue
E
75
Refuerzos Diagonales
3Ø6 @ 75mm L=650mm
25
Tracción Máxima en Barras de Refuerzo
9 Tracción Máxima Solicitante
500,3 Kgf
9 Tracción Admisible Barra
840 Kgf
¡¡¡ OK, Barras resisten Tracción Máxima !!!!
Se verifica también que las Barras de Refuerzo Diagonal poseen una Longitud de
Desarrollo mayor que lo requerido por Normativa Chilena.
Tracción Máxima en Unión Soldada
9 Tracción Máxima en Soldadura
112,9 Kgf
9 Capacidad Admisible Soldadura
427,5 Kgf
¡¡¡ OK, Soldadura resiste Tracción Máxima !!!!
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Verificación de Paneles Verticales
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO - SISTEMA VIDHA
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
CONCLUSIONES
De lo expuesto se concluye que en las zonas críticas del Panel 104, el más solicitado
de todos los paneles que componen la vivienda, no se exceden las tensiones de
tracción del material base. Aún cuando esto ocurriese, se verifica que tanto las
armaduras como sus uniones con los perfiles de confinamiento, poseen la resistencia
necesaria para absorber los esfuerzos de tracción máximos generados en el Panel y
por tanto en la Vivienda.
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Verificación de Paneles Verticales
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO SISTEMA VIDHA
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
2.3.- VERIFICACIÓN DE PANELES HORIZONTALES
2.3.1.- VERIFICACIÓN MONOLITISMO DE PANELES LOSAS
A continuación se presenta la Verificación de Monolitismo en la zona de unión de las
dos losas que conforman la estructura de piso de la vivienda. Las losas poseen un
espesor de 10 cm y están conformadas por hormigón calidad H25 y armaduras de
refuerzo de doble malla electrosoldada de acero AT56-50H y cuantía de 2,57 cm2/m en
cada una de sus dos direcciones perpendiculares. La disposición de sus distintos
componentes se muestran en los correspondientes planos de ingeniería.
El plano de unión de dichas losas está conformado por dos perfiles C100x50x2
dispuestos espalda-espalda, aportados por cada una de las losas, donde se materializa
su unión mediante cordones intermitentes de soldaduras. Internamente en cada uno de
los perfiles C, se sueldan las mallas de refuerzo de hormigón que permiten la
continuidad de los esfuerzos entre las dos unidades.
La verificación de Monolitismo en el plano de unión de las losas se hará considerando
que no existe continuidad horizontal en el espesor de las losas a lo largo de su plano de
unión. Vale decir, la capacidad de flexión del alma del perfil canal, se desprecia y por
tanto las fibras traccionadas de la losa en la vecindad del perfil, se comportan como lo
harían en una losa con borde libre.
No obstante lo anterior, sabemos que los perfiles canales se encuentran soldados en su
plano de unión y por tanto se deberá verificar que esta unión posee la resistencia
suficiente para garantizar la compatibilidad de deformaciones verticales del conjunto.
De esta forma para verificar el Monolitismo Vertical requerido en la unión de las losas,
se deberá verificar la resistencia y capacidad de los siguientes componentes:
9 Capacidad de Corte de la Barra de Refuerzo
9 Capacidad de Corte en Soldadura de Unión Alma-Barra
9 Capacidad de Tracción en Alma de Perfil Canal
9 Capacidad de Corte en Soldadura de Unión Perfil-Perfil
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Verificación de Paneles Horizontales
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO SISTEMA VIDHA
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO
Para determinar la Fuerza de Corte F que se produce en el plano de unión de las losas
se procedió de la siguiente forma :
a. En la losa individual L1 se aplicó un campo de fuerzas unitarias en la línea de
nudos donde se empalman ambas losas.
b. Con los desplazamiento verticales obtenidos en cada uno de los nudos de
empalme, se determinan las constantes elásticas verticales Ki.
c. En toda la línea de empalme de losa individual L2, se incorporan apoyos
elásticos cuyas constantes Ki fueron determinadas en el punto anterior.
d. Finalmente se determinan las reacciones verticales en cada uno de los apoyos
elásticos antes definidos. Dichas reacciones corresponden a las fuerzas de Corte
F que se generan en el plano de unión de las losas.
El siguiente esquema muestra la geometría de la losa L1 y la disposición de la línea de
nodos a los cuales se le aplicó una carga unitaria de 1 Kgf.
PLANTA LOSA L1
196 cm
483 cm
A
Fuerzas Unitarias Aplicadas Fi = 1 Kgf
A
Linea de Nodos de Empalme
VISTA A - A
Losa Sistema VIDHA
10
Fuerzas Unitarias Aplicadas Fi = 1 Kgf
Linea de Nodos de Empalme
483 cm
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Verificación de Paneles Horizontales
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO SISTEMA VIDHA
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
Una vez obtenida la constante de los resortes a través de la losa L1, se incorpora al
modelo de la losa L2 con el fin de proporcionar la rigidez equivalente producto de la
unión con la losa L1.
PLANTA LOSA L2
B
B
77 cm
PP = 240 Kgf/m²
SC = 170 Kgf/m²
76 cm
240 cm
87 cm
Linea de Resortes Verticales Ki
283
100
100
483 cm
VISTA B - B
PP + SC = 410 Kgf/m2
10
Losa Sistema VIDHA
Linea de Resortes Verticales Ki
483 cm
Para el análisis de cada una de las Losas, se consideró un peso específico para el
hormigón con malla de refuerzo equivalente a 2400 Kgf/m3. También se consideró una
sobrecarga de uso de 170 Kgf/m2, que se obtuvo aplicando las reducciones permitidas
por la normativa vigente.
Se adjuntan los modelaciones mediante SAP2000 V14, de cada una de las losas
indicadas en el procedimiento de cálculo. Además se adjunta un resumen con el listado
de Constantes Elásticas y Reacciones obtenidas en cada de los análisis.
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Verificación de Paneles Horizontales
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO SISTEMA VIDHA
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
VERIFICACIÓN DE UNIONES
El siguiente esquema representa los esfuerzos a los cuales están sometidos los
distintos elementos que componen la unión de las losas L1 y L2. Se supone como
condición más desfavorable y conservadora, que la reacción provocada por la losa L2
se transmite exclusivamente a través de su armadura superior hasta el alma del Perfil
Canal de confinamiento.
F
LOSA L1
LOSA L2
F
F
F
F
F
F
F
Del modelo de Losa L2 se obtienen las reacciones verticales en cada uno de apoyos
elásticos considerados. Conservadoramente se han sumado todas las componentes
verticales y se han dividido por la longitud de la línea, obteniendo una fuerza de Corte
Unitaria F = 274 Kgf/m.
Se destaca que la suma de la componentes arroja un valor de 1,32 toneladas en toda la
línea, valor bastante aceptable en comparación a la reacción que se obtendría si la losa
estuviera simplemente apoyada en sus cuatro lados en cuyo caso la reacción total de
dicho lado sería cercana a las 2 toneladas..
Ingeniería CRAM Ltda.
Verificación de Paneles Horizontales
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO SISTEMA VIDHA
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
Capacidad de Corte Barra de Refuerzo
9 Área Sección Transversal por Metro
2,57 cm2/m
9 Tensión de Corte Admisible Barra (25%Fy)
1.250 Kgf/cm2
9 Esfuerzo de Corte Admisible Barra
3.213 Kgf/m
9 Corte Máximo Solicitante F
274 Kgf/m
¡¡OK, Corte solicitante en las barras de refuerzo superior es
menor que el corte admisible!!
Capacidad de Corte Soldadura Unión Barra - Alma
9 Filete Mínimo Adoptado
3 mm
9 Garganta Efectiva
2,1 mm
9 Cobertura Perimetral (Barra)
100%
9 Puntos de Soldadura por metro
6,67
9 Área Efectiva Soldadura
0,57 cm2
9 Tensión Admisible Soldadura
950 Kgf/cm2
9 Esfuerzo Admisible Soldadura
542 Kgf
9 Esfuerzo Admisible Soldadura
3.612 Kgf/m
9 Corte Máximo Solicitante F
274 Kgf/m
¡¡OK, corte solicitante en la soldadura de la Unión Barra Alma
Perfil es menor que su corte admisible !!
Capacidad de Tracción Alma Perfil
9 Espesor Alma Perfil
0,2 cm
9 Área Transversal Alma Perfil por metro
20 cm2
9 Tensión Admisible Alma Perfil (60%Fy)
1.590 Kgf/cm2
9 Esfuerzo Admisible Alma Perfil
31.800 Kgf/m
9 Tracción Máxima Solicitante F
274 Kgf/m
¡¡OK, tracción solicitante en el alma es menor que su tracción
admisible generada !!
Ingeniería CRAM Ltda.
Verificación de Paneles Horizontales
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO SISTEMA VIDHA
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
Capacidad de Corte Soldadura Unión Perfil - Perfil
9 Garganta Mínima Efectiva
3 mm
9 Longitud Cordones de Soldadura
50 mm
9 Cordones por metro de longitud
4
9 Área Efectiva Soldadura por cordón
1,5 cm2
9 Área Efectiva Soldadura por metro
6 cm2/m
9 Tensión Admisible Soldadura
950 Kgf/cm2
9 Esfuerzo Admisible Soldadura
5.700 Kgf/m
9 Corte Máximo Solicitante
274 Kgf/m
¡¡OK, corte solicitante es menor que el corte admisible de la
soldadura!!
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Verificación de Paneles Horizontales
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO SISTEMA VIDHA
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
2.3.2.- VERIFICACIÓN CAPACIDAD DE MOMENTO PANELES LOSAS
A continuación se verifica que los Paneles Losas poseen la Capacidad Admisible de
Flexión suficiente para soportar sus cargas de servicio solicitantes. Dicha verificación se
hace considerando la Verificación de Monolitismo Vertical presentada en apartado
anterior.
PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO
Para verificar los esfuerzos de flexión en el campo de losas y el monolitismo vertical
antes citado se ha considerado el siguiente procedimiento de cálculo :
a. En la losa individual L1 se aplicó un campo de fuerzas unitarias en la línea de
nudos donde se empalman ambas losas.
b. Con los desplazamiento verticales obtenidos en cada uno de los nudos de
empalme, se determinan las constantes elásticas verticales Ki.
c. En toda la línea de empalme de losa individual L2, se incorporan apoyos
elásticos cuyas constantes Ki fueron determinadas en el punto anterior.
d. Se determinan los Momentos Máximos Solicitantes en cada una de las dos
direcciones de análisis de la Losa L2.
e. Se determinan las reacciones verticales en cada uno de los apoyos elásticos de
la Losa L2. Dichas reacciones corresponden a las fuerzas de Corte Fi que se
generan en el plano de unión de las losas y por tanto se utilizaron para verificar
el monolitismo, tal como se mostró en el documento anterior.
f. Además estas reacciones Fi corresponden a las fuerzas externas aplicadas en el
borde libre de la Losa L1.
g. Se determinan los Momentos Máximos Solicitantes en cada una de las dos
direcciones de análisis de la Losa L1.
h. Se determina la Capacidad de Momento Admisible que posee el Sistema VIDHA.
Para ello se simula mediante elementos finitos el ensayo de carga efectuado en
el laboratorio aplicando como carga máxima solicitante la “Carga en Límite de
Proporcionalidad” certificada por el Laboratorio.
i.
Finalmente se comprueba que la capacidad admisible de flexión es mayor que
los momentos máximos solicitantes.
Ingeniería CRAM Ltda.
Verificación de Paneles Horizontales
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO SISTEMA VIDHA
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
Se disponen de las modelaciones mediante elementos finitos de cada una de las losas
indicadas en el procedimiento de cálculo y también de la simulación de laboratorio.
Además se dispone de un resumen con el listado de Constantes Elásticas y Reacciones
obtenidas en cada de los análisis.
VERIFICACIÓN DE MOMENTOS FLECTORES Y DEFORMACIONES
Se resume a continuación la verificación de momentos en ambas direcciones de las
losas que conforman el campo. También se muestra la verificación de las
deformaciones. Los valores indicados fueron obtenidos directamente de los modelos
estructurales.
Losa L1
9 Momento Admisible
721,3 Kgf m / m
9 Momento Máximo M11
622,3 Kgf m / m
9 Factor de Seguridad para M11
1,16
9 Momento Máximo M22
146,5 Kgf m / m
9 Factor de Seguridad para M22
4,92
¡¡OK, Capacidad Admisible de Flexión mayor que
Momentos Solicitantes!!
9 Deformación Longitudinal Admisible
L/300 = 1,61 cm
9 Deformación Máxima
0,76 cm
¡¡OK, Deformación menor que la Admisible!!
Ingeniería CRAM Ltda.
Verificación de Paneles Horizontales
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO SISTEMA VIDHA
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
Losa L2
9 Momento Admisible
721,3 Kgf m / m
9 Momento Máximo M11
476,0 Kgf m / m
9 Factor de Seguridad para M11
1,52
9 Momento Máximo M22
529,6 Kgf m / m
9 Factor de Seguridad para M22
1,36
¡¡OK, Capacidad Admisible de Flexión mayor que
Momentos Solicitantes!!
9 Deformación Longitudinal Admisible
L/300 = 1,61 cm
9 Deformación Máxima
0,31 cm
¡¡OK, Deformación menor que la Admisible!!
Ingeniería CRAM Ltda.
Verificación de Paneles Horizontales
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO SISTEMA VIDHA
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
2.4.- VERIFICACIÓN SISTEMA DE FUNDACIÓN
DETERMINACIÓN DE CARGAS ESTÁTICAS Y SÍSMICAS
Las cargas estáticas y sísmicas se determinan mediante planilla de cálculo, cuyas
impresiones se adjuntan en los Anexos de Memoria. Los resultados obtenidos son
los siguientes :
9 Carga Estática sobre Sello de Fundación
P = 50,7 T
9 Corte Basal Sísmico
Q0 = 10,57 T
9 Momento Volcante sobre Sello de Fundación
MV = 40,8 Tm
9 Tensión Estática Admisible
σAdm Est = 8 T/m2
σAdm Din. = 10 T/m2
9 Tensión Dinámica Admisible
COMPRESIÓN DEL SELLO POR CARGA ESTÁTICA
Para su determinación se considera el siguiente esquema de diseño:
y
x
x
y
•
Esfuerzo de Compresión por Cargas Estáticas
σ E = PA
Ingeniería CRAM Ltda.
= 6,77 T/m2
<
σAdm Est. = 8 T/m2
¡¡ OK ¡¡
Verificación Sistema de Fundación
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO SISTEMA VIDHA
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
COMPRESIÓN DEL SELLO POR CARGA SÍSMICA EN DIRECCIÓN Y
Para su determinación se considera el siguiente esquema de diseño:
y
x
x
y
•
Esfuerzo de Compresión por Cargas Sísmicas Dirección Y
σ EY = WM
•
V
= 4,32 T/m2
X
Esfuerzo Máximo sobre el Sello
σ 1 = σ E + σ EY =6,77 + 4,32 = 11,09 Ton/m
2
< 1,11 σAdm Din.=11,1 T/m2
Por lo tanto el sello de fundación resiste las solicitaciones
•
¡¡ OK ¡¡
Esfuerzo Mínimo sobre el Sello
σ 2 = σ E − σ EY
= 6,77 - 4,32 = 2,45 Ton/m2 > 0
Por lo tanto todo el sello de fundación se encuentra 100% comprimido ¡¡
OK ¡¡
Ingeniería CRAM Ltda.
Verificación Sistema de Fundación
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO SISTEMA VIDHA
VERIFICACIÓN DE ELEMENTOS Y SISTEMAS ESTRUCTURALES
COMPRESIÓN DEL SELLO POR CARGA SÍSMICA EN DIRECCIÓN X
Para su determinación se considera el siguiente esquema de diseño:
y
x
x
y
•
Esfuerzo de Compresión por Cargas Sísmicas Dirección X
σ EX
•
=
MV
= 3,82 T/m2
WY
Esfuerzo Máximo sobre el Sello
σ 1 = σ E + σ EX
= 6,77 + 3,82 = 10,59 Ton/m2 < 1,1 σAdm Din. = 11 T/m2
Por lo tanto el sello de fundación resiste las solicitaciones
•
¡¡ OK ¡¡
Esfuerzo Mínimo sobre el Sello
σ 21 = σ E − σ EX
= 6,77 - 3,82 = 2,95 Ton/m2 > 0
Por lo tanto todo el sello se encuentra 100% comprimido ¡¡ OK ¡¡
Ingeniería CRAM Ltda.
Verificación Sistema de Fundación
CÁLCULO ESTRUCTURAL
VIVIENDA INDUSTRIALIZADA TIPO - SISTEMA VIDHA
III.- ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE CONSTRUCCIÓN
Las presentes Especificaciones Técnicas dicen relación con la construcción de una
Vivienda Industrializada, estructurada mediante paneles de Hormigón Acero fabricados
mediante el Sistema VIDHA.
Normativa relacionada con las Obras
La ejecución de los trabajos deberá ceñirse a las Normas INN en su contexto general, y
en particular a las siguientes:
• ACI 318-09 Código de Diseño en Hormigón Armado
• NCh170 Hormigón Requisitos Generales. Incluye anexos C,D,E y H.
• NCh163 Áridos para Morteros y Hormigones. Requisitos Generales.
• NCh204 Barras con resalte para hormigón.
• NCh1175 Construcción. Alambre de Acero. Condiciones de uso en H. Armado.
• NCh1189 Madera. Construcciones en madera.
• NCh427 Especificación para el Cálculo de Estructuras de Acero para Edificios.
• ICHA 2001, Manual de Diseño de Estructuras de Acero
• Ordenanza General de Construcciones.
Sello de Fundación y Mejoramiento de Suelos
El Sello de Fundación deberá estar constituido por un material sano, estable e
inorgánico y garantizar una densidad seca superior al 95% de la Densidad Máxima
Compactada Seca obtenida en un ensayo Proctor Modificado (95% DMCS-PM), si el
suelo posee más de un 12% de material fino que pasa por la malla ASTM 200, ó una
Densidad Relativa superior al 75% (75% DR) si el suelo posee menos de un 12% de
finos.
Las densidades en el sello se deberán controlar mediante un Laboratorio Oficial
reconocido a razón de dos ensayes por cada pareo de viviendas.
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Especificaciones Técnicas de Construcción
Vivienda Industrializada Tipo - Sistema VIDHA
En el caso que el sello natural de fundación no alcance las exigencias antes indicadas o
se encuentren bajo este nivel materiales de baja calidad estructural tales como mantos
orgánicos, basuras o desechos, se procederá a la ejecución de un mejoramiento de
suelos que reemplace en su totalidad el material inadecuado y permita de esta forma
dar cumplimiento a las exigencias del proyecto.
El mejoramiento de suelos deberá cumplir las siguientes especificaciones:
•
Tendrá una profundidad mínima de 30 cm bajo el nivel de emplantillados y un sobre
ancho de 20 cm a cada lado de las zapatas de fundación. En cualquier caso frente a
la presencia de bolsones de material inadecuado, estos se deberán retirar en su
totalidad y ser reemplazados por el relleno estructural correspondiente.
•
El sello de excavación bajo el nivel de mejoramiento, siempre deberá estar
constituido por un material sano, estable e inorgánico y garantizar una densidad
mayor al 90% DMCS-PM o una DR mayor al 70% según corresponda.
•
El material utilizado corresponderá a un suelo granular con menos de 20% de
material fino. Se dispondrá en capas de espesor suelto no mayores a 15 cm y cada
una de ellas se compactará mecánicamente hasta alcanzar las exigencias
establecidas para el sello de fundación. El Contratista podrá modificar el espesor de
las capas en función del equipo que disponga, no así las exigencias establecidas
para cada una de las capas.
•
El mejoramiento se controlará mediante un Laboratorio Oficial reconocido a razón de
dos ensayes por cada pareo de viviendas.
Es importante que el Contratista de cumplimiento a cada una de las especificaciones
exigidas para el sello de fundación, dada la importancia que posee esta partida para el
futuro comportamiento estructural de la vivienda.
Fundaciones
Se construirán de acuerdo a las dimensiones indicadas en los planos de fundaciones.
Los Sobrecimientos serán armados de Hormigón H20, Nivel de confianza 90%, según
NCh 170 Of85 y armaduras en barras Calidad A44-28H.
Los cimientos corridos se construirán con Hormigón calidad H10 con resistencia mínima
a la compresión de 100 kgf/cm2, medida a los 28 días de edad. Sólo se aceptará en la
confección de los cimientos un máximo de 20% de Bolón Desplazador, pero sólo en las
líneas que soportan sobrecimientos.
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Especificaciones Técnicas de Construcción
Vivienda Industrializada Tipo - Sistema VIDHA
Radieres
Para la confección de los radieres de piso de las viviendas se deberá considerar las
siguientes especificaciones para las distintas capas comenzando desde abajo hacia
arriba :
1. Capa de Suelo Natural o Empréstito : Corresponde al relleno masivo al interior de
las líneas de sobrecimientos, estará conformado por el suelo natural existente en la
obra o un material de empréstito. En ambos casos corresponderá a un suelo
granular inorgánico con no más de 30% de material fino bajo la malla 200, se
compactará mecánicamente hasta garantizar una densidad mayor o igual al 90%
obtenido en Proctor Modificado. Dicho relleno se deberá controlar mediante
laboratorio oficial reconocido a razón de un ensaye por cada 30 viviendas.
2. Barrera Hídrica : Permite cortar el ascenso de la humedad por capilaridad al interior
de la vivienda mediante la colocación de un polietileno de 0,2 mm de espesor en
toda la superficie de la vivienda y con traslapes de al menos 20 cm. Dicha barrera se
colocará sólo en los radieres ubicados al interior de las viviendas.
3. Base del Radier : Corresponde a la capa estructural ubicada sobre el polietileno y
bajo el radier, cuyo espesor compactado será de al menos 8 cm. Estará conformada
por un material granular inorgánico cuya fracción fina no supere el 30% y en todo
caso conformada por finos de baja plasticidad. Se evitará la colocación de material
chancado que pudiera dañar la base de polietileno, si esto no fuera posible se
deberá colocar una capa de arena gruesa uniforme de unos 5 cm de espesor y
luego dicho material. En cualquier caso la base del radier se deberá compactar con
placa metálica garantizando al menos 3 pasadas por cada punto. Se controlará
visualmente.
4. Radier de Hormigón : Estará conformado por un espesor de 7 cm de hormigón
calidad H15, Nivel de confianza 85% según NCh 170 Of85. El hormigón se consulta
premezclado en planta hormigonera externa. En cualquier otro caso se deberá
solicitar a un laboratorio oficial reconocido la Certificación de una Dosificación que
garantice la máxima resistencia en función de los áridos con los cuales se
confeccionará el hormigón.
Paneles Prefabricados
Se confeccionarán íntegramente de acuerdo a los procedimientos establecidos por el
Sistema Constructivo VIDHA para paneles de Hormigón Acero.
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Especificaciones Técnicas de Construcción
Vivienda Industrializada Tipo - Sistema VIDHA
Acero de Armaduras
El acero de refuerzo al interior de los paneles de hormigón será del tipo malla
electrosoldada calidad AT56-50H con resaltes.
Todos los extremos de las mallas serán soldados a los perfiles metálicos de
confinamiento. Se deberán considerar distanciadores para alejar las armaduras de los
bordes y cumplir con los recubrimientos especificados en las Normas o planos.
Bastidores Metálicos
Los Bastidores Metálicos de confinamiento en los paneles serán de acero calidad A4227ES, con soldadura continua en todos sus puntos de unión.
Todas las uniones entre elementos metálicos serán soldadas, salvo indicación contraria.
Para ello se utilizarán soldaduras del tipo Arco Manual (A.M) con electrodos del tipo
E60XX según normas AWS.
Hormigón Estructural
El Hormigón Estructural para la confección de los paneles será de calidad H25, nivel de
confianza 90% según Norma NCh 170.Of85. Tendrá un tamaño máximo de árido de 20
mm.
El hormigonado y curado de los paneles se ejecutará de acuerdo a la temperatura y
condiciones climáticas.
Estructuras de Madera
Los elementos de madera con fines estructurales consultados en la estructura de
techumbre del proyecto, tales como tabiques, cerchas, tijerales, crucetas y costaneras
serán de Pino Radiata en las escuadrías requeridas en el proyecto.
En cuanto de defectos cabe señalar lo siguiente:
• No se acepta pudrición ni mancha azul.
• Desviación máxima de las fibras con respecto al eje longitudinal, 1 en 12.
• No se permiten cantos muertos.
• No se admiten grietas ni rajaduras.
• Rayos de resina de un ancho no mayor a 3 mm y de un largo no mayor al ancho de
la pieza.
• La acanaladura no será superior a 0,8 mm para piezas de 90 mm de ancho y de 1,6
mm para piezas de 140 mm de ancho.
• La arqueadura no será superior a 25 mm en 3 m de largo.
Ingeniería CRAM Ltda.
Especificaciones Técnicas de Construcción
Vivienda Industrializada Tipo - Sistema VIDHA
• La encorvadura no deberá ser superior a 12 mm en 3 m de longitud.
• Nudos vivos y sueltos o agujeros y racimos de nudos se medirán según el área que
ocupen en la sección transversal de la pieza.
• La razón entre esta sección y la sección de la pieza no excederá de 25%.
• El ancho máximo medido en la cara de la pieza para un nudo cilíndrico paralelo a los
cantos será de 22 mm para una cara de 4” nominales y de 35 mm para una cara de
6" nominales.
Todos los elementos de la techumbre se deberán confeccionar de acuerdo a la
geometría y escuadrías indicadas en el plano de proyecto correspondiente.
Ingeniería CRAM Ltda.
CRISTIAN RAMOS JIMÉNEZ
INGENIERO CIVIL
CONCEPCIÓN, 11 DE JUNIO DE 2010.-
Ingeniería CRAM Ltda.
Especificaciones Técnicas de Construcción
Vivienda Industrializada Tipo - Sistema VIDHA