Verificación Estructural Vivienda en 2 Plantas

VERIFICACIÓN DE ESTRUCTURA DE VIVIENDA
UTILIZANDO EL SISTEMA CASAKIT
Agosto, 2015
Verificación de estructura de vivienda
utilizando el sistema CASAKIT
Diego R. Hunicken
Ing Civil
VERIFICACIÓN DE ESTRUCTURA DE VIVIENDA UTILIZANDO EL SISTEMA
CASAKIT
Índice:
1.
ALCANCE Y CAMPO DE VALIDEZ DEL DOCUMENTO ..................................... 1
2.
INTRODUCCIÓN ......................................................................................................... 1
3.
BIBLIOGRAFÍA Y DOCUMENTOS DE REFERENCIA .......................................... 1
4.
MATERIALES CONSIDERADOS .............................................................................. 4
5.
TIPOS DE PANELES A UTILIZAR ............................................................................ 4
6.
ANÁLISIS DE CARGA ................................................................................................ 5
6.1.
Cargas permanentes y sobrecargas ........................................................................ 5
6.2.
Distribución de cargas gravitatorias y sobrecargas ............................................... 7
6.3.
Cargas de viento .................................................................................................. 12
7. VERIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS PRINCIPALES DEL SISTEMA
CASAKIT ............................................................................................................................ 15
7.1.
Verificación de losas ........................................................................................... 15
7.2.
Verificación de muros ......................................................................................... 16
7.3.
Verificación de unión losa - muro ....................................................................... 18
7.4.
Verificación de viga bajo muro en lateral de escalera ......................................... 18
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utilizando el sistema CASAKIT
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VERIFICACIÓN DE ESTRUCTURA DE VIVIENDA UTILIZANDO EL SISTEMA
CASAKIT
1.
ALCANCE Y CAMPO DE VALIDEZ DEL DOCUMENTO
El alcance de la presente memoria es exclusivamente la verificación de la vivienda tipo
Amsterdam bajo las condiciones de materiales y geometría que en la presente se
especifican, realizada exclusivamente para la presentación de la solicitud del Certificado de
Aptitud Técnica (CAT), no para su presentación ante clientes particulares de la empresa
CasaKit.
Los materiales citados en el punto 4 de la presente, deben ser considerados como mínimos
a colocar en los paneles de la vivienda, lo que es excluyente para la validez de la presente
memoria.
En la presente verificación se excluye expresamente la verificación sismoresistente de la
construcción por no encontrarse especificada en los requisitos para la obtención del
Certificado de Aptitud Técnica (CAT). Para la construcción de la vivienda en zona sísmica
se deberá realizar una verificación sismoresistente de la misma de acuerdo a la Normativa
CIRSOC 103.
2.
INTRODUCCIÓN
Se realiza el cálculo de la estructura de una vivienda utilizando el sistema constructivo
CASAKIT.
El modelo a calcular es el denominado Vivienda Modelo Amsterdam, el cual se muestra en
las Figuras 1 y 2.
3.
BIBLIOGRAFÍA Y DOCUMENTOS DE REFERENCIA
[1]
Reglamento CIRSOC 101, “Cargas y sobrecargas gravitatorias para el
cálculo de las estructuras de edificios”. Julio 1982.
[2]
Reglamento CIRSOC 102, “Acción del viento sobre las construcciones”.
Junio de 1994.
[3]
Reglamento CIRSOC 201, “Proyecto, cálculo y ejecución de Estructuras de
Hormigón Armado y Pretensado”. Diciembre de 1984.
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Figura 1. Vistas de vivienda modelo tipo Amsterdam
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Figura 2. Plantas de vivienda modelo tipo Amsterdam
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4.
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MATERIALES CONSIDERADOS
Los materiales adoptados en la verificación de los distintos elementos estructurales son:
-
Hormigón H13 para los paneles, que cumpla las Normas Cirsoc 201 edición
1982.
-
Acero en mallas tipo AM-500 lisas o nervuradas, que cumpla las Normas
IRAM-IAS U 500-06.
-
Acero en barras nervuradas ADN420, cuando se colocan como refuerzo, que
cumpla las Normas IRAM-IAS U 500-528.
Los materiales anteriores citados deben ser considerados como mínimos a
colocar en los paneles de la vivienda, para la validez de la presente
memoria.
5.
TIPOS DE PANELES A UTILIZAR
Para los muros exteriores se considera el uso del panel PME30, el cual se muestra en la
Figura 3. Para muros interiores, el panel PMI10, el cual es igual pero con longitud de 2.50
m. En ambos casos se considera un espesor de hormigón a cada lado del muro de 3.0 cm.
Para losas tanto de entrepiso, como superior, se considera el uso del panel de losa que se
muestra en Figura 4. Se considera un espesor de hormigón inferior de 3.0 cm y una capa de
compresión de 5.0 cm. Con la separación de los elementos de poliestireno expandido,
quedan generados nervios de 0.10 m de espesor, en los que se coloca armadura de refuerzo,
conformándose una losa nervurada.
4
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Figura 3. Panel utilizado para muros
Figura 4. Panel utilizado para losas
6.
ANÁLISIS DE CARGA
6.1. Cargas permanentes y sobrecargas
Para las losas se utilizan las cargas permanentes y sobrecargas indicadas en la Figura 5,
para la escalera las indicadas en la Figura 7 y las cargas permanentes en muros se indican
en la Figura 6.
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LOSA DE TECHO
Cargas permanentes
Panel de losa
Hormigon inferior
Carpeta de compresion
Nervios
Relleno pendiente
Bovedilla
Total
10
75
125
60
100
80
450
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
Sobrecargas
Sobrecarga
Total
100 kg/m2
100 kg/m2
LOSA DE ENTREPISO
Cargas permanentes
Panel de losa
Hormigon inferior
Carpeta de compresion
Nervios
Contrapiso
Solado
Total
10
75
125
60
100
10
380
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
Sobrecargas
Sobrecarga
Total
200 kg/m2
200 kg/m2
Figura 5. Cargas gravitatorias en losas
MUROS
Panel de losa
Hormigon proyectado
Revoques
Total
10
175
60
245
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
Figura 6. Cargas gravitatorias en muros
6
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ESCALERA
Cargas permanentes
Panel de losa
Hormigon inferior
Carpeta de compresion
Nervios
Escalones
Carpeta
Solado
Total (desproyectado)
(angulo = 32deg)
10
75
125
60
120
50
10
530
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
kg/m2
Sobrecargas
Sobrecarga
Total
200 kg/m2
200 kg/m2
Figura 7. Cargas gravitatorias en escalera
6.2. Distribución de cargas gravitatorias y sobrecargas
En la Figura 8 se muestra la distribución de carga permanente de la losa de techo sobre
muros.
En la Figura 9 se muestra la distribución de sobrecargas de losa de techo sobre muros.
En la Figura 10 se muestra la distribución de carga permanente de la losa de entrepiso
sobre muros.
En la Figura 11 se muestra la distribución de sobrecargas de la losa de entrepiso sobre
muros.
A los valores mostrados en las Figuras 8 a 11 se suman posteriormente los pesos propios
de muros.
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qD = 450 kg/m2
qD = 1001 kg/m
qD = 1001 kg/m
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Figura 8. Distribución de carga permanente de losa de techo sobre muros
8
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qL = 100 kg/m2
qL = 222 kg/m
qL = 222 kg/m
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Figura 9. Distribución de sobrecargas de losa de techo sobre muros
9
qD = 845 kg/m
qD = 380 kg/m2
qD = 627 kg/m
COLUMNAS
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qD = 627 kg/m
qD = 845 kg/m
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qD = 380 kg/m2
VIGAS
Figura 10. Distribución de carga permanente de losa de entrepiso sobre muros
10
qL = 445 kg/m
qL = 200 kg/m2
qL = 330 kg/m
COLUMNAS
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qL = 330 kg/m
qL = 445 kg/m
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utilizando el sistema CASAKIT
qL = 200 kg/m2
VIGAS
Figura 11. Distribución de sobrecargas de losa de entrepiso sobre muros
11
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6.3. Cargas de viento
A. Generalidades:
Se plantea el cálculo de las acciones del viento siguiendo el procedimiento del reglamento
CIRSOC 102. Edición 1994.
B. Clasificación del edificio:
Según su forma de conjunto: Construcción prismática de base cuadrangular.
Según su ubicación en el espacio: Construcción apoyada en el suelo.
Según la permeabilidad de las paredes: Cerrada (  < 5% )
C. Procedimiento:
a- Velocidad de referencia (  ):
La velocidad de referencia, es la correspondiente al promedio de velocidad instantánea
(pico de ráfaga) sobre intervalos t = 3 seg., en exposición abierta, a una altura normal de
referencia de 10 m que tiene un período de recurrencia de 1 año. El reglamento especifica
para la ciudad de Córdoba:  = 27.5 m / s.
b- Velocidad básica de diseño ( Vo ):
Es la velocidad que tiene una probabilidad Pm de ser excedida, por una vez en un período
de m años, y corresponde a promedios de velocidad instantánea sobre intervalos t=3 seg.,
en exposición abierta (rugosidad tipo I), a una altura normal de referencia zo=10 m.
El reglamento la calcula con la siguiente fórmula: Vo = Cp.
Con Cp: Coeficiente de velocidad probable. El reglamento especifica para edificios e
instalaciones industriales con bajo factor de ocupación, una probabilidad Pm=0.5 y un n de
años m=10 años, para los cuales corresponde un valor para Cp=1.45.
Vo = 1.45 x 27.5 m/s = 39.9 m/s.
c- Presión dinámica básica ( qo ):
Es la presión ejercida por el viento sobre una superficie plana, normal a su dirección, en el
punto atacado por el filete de aire donde la velocidad se anula. Por convención es la que se
ejerce a una altura de 10 m sobre el suelo, con rugosidad tipo I, sobre un elemento cuya
dimensión mayor es de 0,50 m.
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qo = 0,0613 x Vo2
[Kg/m2]
qo = 97.6 Kg/m2
d- Presión dinámica de cálculo ( qz ):
Se obtiene, afectando a la presión dinámica básica con un coeficiente Cz, que expresa la ley
de variación de la presión con la altura y que toma en consideración la rugosidad del
terreno, y con un coeficiente Cd de reducción que toma en consideración las dimensiones
de la construcción.
d-1. Parámetro Cz :
Se considera la edificación en zona de rugosidad II y dado que la altura de la construcción
es inferior a 10 m, el valor adoptado es: Cz = 0,673
d-2. Parámetro Cd :
Es aplicable, siempre que alguna dimensión de la construcción exceda los 20 m, por lo que
en el presente caso Cd = 1,00
Se realizará el cálculo de la presión qz para la altura máxima de la construcción en la Tabla
1, considerando las dos direcciones de la construcción denominadas como dirección V1 y
V2.
Tabla 1. Presión dinámica de cálculo
Dirección
V1
V2
h del piso
[m]
5.00
5.00
Cz
Cd
0,673
0,673
1,000
1,000
qz
[Kg/m2]
65.7
65.7
e- Coeficientes de presión para muros exteriores:
Dimensiones en planta de la construcción:
a = 8,53 m.
b = 4,45 m.
y la altura:
h = 5.00 m
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Se llama V1 a la dirección del viento perpendicular al lado b (cara menor) y V2 al
perpendicular al lado a (cara mayor).
a = h / a = 0.586
b = h / b = 1.124
b / a = 0.522
Para V1:
Para V2:
o = 1.00
o = 1.00
e-1. Presiones Exteriores:
Para V1:
Cara frontal:
Cara posterior:
Caras laterales:
ce = +0.80
ce = -(1.3.o-0.8) = -0.50
ce = -0.50
Para V2:
Cara frontal:
Cara posterior:
Caras laterales:
ce = +0.80
ce = -(1.3.o-0.8) = -0.50
ce = -0.50
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e-2. Presiones Interiores:
Para  < 5% ( construcción cerrada), el valor de la presión interior para todas las caras
interiores de todos los locales, adquiere los siguientes valores :
Para V1:
Con todas las paredes cerradas:
C = +0,6.(1,8 - 1.3.o) = +0,30
C = -0,6.(1.3.o - 0,8) = -0,30
o
Para V2:
Con todas las paredes cerradas:
C = +0,6.(1,8 - 1.3.o) = +0,30
C = -0,6.(1.3.o - 0,8) = -0,30
o
e-1. Presiones Totales:
Paredes sotavento:
Paredes barlovento:
+0.80 + 0.30 = 1.10 x 65.7 = 72 kg/m2
-0.50 - 0.30 = -0.80 x 65.7 = 53 kg/m2
Se utiliza para el cálculo de los muros al viento la máxima presión que se corresponde con
72 kg/m2
7.
VERIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS PRINCIPALES DEL SISTEMA
CASAKIT
7.1. Verificación de losas
La losa que se toma como más desfavorable es la losa de entrepiso de 4.30 m de luz y
carga total q = 380 + 200 = 580 kg/m2.
En la misma se dan las siguientes solicitaciones máximas de servicio:
Momento flector:
M = 1340 kg.m/m
Esfuerzo de corte:
Q = 1247 kg/m
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Verificación a flexión:
b = 1.00 m
d = 0.18 m
h = 0.15 m
Kr = 1.75 x M / (b x d2 x r) = 0.099
Por lo que el hormigón queda verificado.
Armadura necesaria:
As = 1.75 x M / (Kz x d x s) = 4.1 cm2/m
(2.05 cm2/nervio)
Se adoptan 2 hierros de 12 mm de diámetro o 3 hierros de 10 mm de diámetro en cada
nervio.
Verificación al corte:
 = Q / (2 nervios x 0.85 x bo x d) = 4.9 kg/cm2
Donde bo es el ancho de los nervios.
Fest =  x 1.75 x Q / (2 nervios x 0.85 x d x s) = 1.8 cm2/m en cada nervio
Se considera que el estribado resultante de la malla de 3mm c/5 cm que queda conformado
en los lados del nervio son suficientes como armadura de estribos (2.8 cm2/m)
7.2. Verificación de muros
El muro que se toma como más desfavorable es correspondiente a planta baja, con 2.50 m
de altura y que recibe una carga normal de servicio:
Esfuerzo normal:
N = 1001 + 222 + 845 + 445 + peso propio = 3738 kg/m
En la misma se dan las siguientes solicitaciones máximas de servicio por viento:
Momento flector:
M = 56 kg.m/m + (1001 + 222 + 845 + 445) kg/m x 0.065m
= 219 kg.m/m
Esfuerzo de corte:
Q = 90 kg/m
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Se lleva la carga normal a la armadura traccionada, por lo que:
N = 3738 kg/m
M = 219 kg.m/m+ 3738 kg/m x 0.065 m = 462 kg.m/m
Verificación a flexión:
b = 1.00 m
d = 0.16 m
h = 0.145 m
Armadura necesaria:
As = 1.75 x M / (Kz x d x s) – N / s = 0.85 cm2/m
Se considera que la malla de 3mm c/5 cm es suficiente como armadura (1.4 cm2/m)
En la Figura 12 se muestra el diagrama de interacción para un muro típico.
Figura 12. Diagrama de interacción para verificación de muros
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Verificación al corte:
Dado que el nucleo es de poliestireno expandido, se realiza la verificación del esfuerzo
rasante resultante para verificar la necesidad de pasadores entre ambas caras del muro.
r = Q x Sn / Iz = 6.8 kg/cm
Poniendo 30 pasadores por m2 (aproximadamente uno cada 20 cm), la fuerza por cada
pasador es de 22 kg, la cual se considera adecuada.
7.3. Verificación de unión losa - muro
Se recomienda que cuando se realice la unión pasante en entrepisos y losas la losa penetre
por lo menos 5 cm en el interior del muro.
Además se deberá verificar por ensayos la capacidad de la unión ante el arrancamiento de
la losa, para garantizar la estabilidad del sistema constructivo, sobre todo cuando se
consideren dos plantas en la construcción.
La transferecncia de carga de losa a muro que se toma como más desfavorable es la
correspondiente a planta alta, y que recibe una carga normal de servicio:
Esfuerzo normal:
N = 1001 + 222 = 1223 kg/m
La tensión de trabajo de servicio, considerando sólo el esfuerzo normal en el espesor de un
lado del muro es:
 = N / (1 x erec x b) = 4.1 kg/cm2
La cual es inferior a la tensión de trabajo en contacto del hormigón H13.
7.4. Verificación de viga bajo muro en lateral de escalera
La losa que transmite la losa de entrepiso es q = 627 + 330 + peso del muro superior =
1570 kg/m.
Siendo la longitud de la viga igual a 4.30 m.
En la misma se dan las siguientes solicitaciones máximas de servicio:
Momento flector:
M = 3630 kg.m
Esfuerzo de corte:
Q = 3375 kg
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Verificación a flexión (Viga 20 x 40 cm):
b = 0.20 m
d = 0.40 m
h = 0.37 m
Kr = 1.75 x M / (b x d2 x r) = 0.221
Por lo que el hormigón queda verificado.
Armadura necesaria:
As = 1.75 x M / (Kz x d x s) = 4.5 cm2
Se adoptan 4 hierros de 12 mm de diámetro en la cara inferior de la viga.
Verificación al corte:
 = Q / (0.85 x b x d) = 5.4 kg/cm2
Donde bo es el ancho de los nervios.
Fest =  x 1.75 x Q / ( 0.85 x d x s) = 2.0 cm2/m en cada nervio
Se considera estribos de 6mm c/20 cm (2.8 cm2/m)
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