MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL VIVIENDA UNIFAMILIAR (CASA 2) PROPIEDAD Rol: 200-80 RUTA E-35 S/N, LA HIGUERA PARCELA 9, EL INGENIO COMUNA DE LA LIGUA PROVINCIA DE PETORCA REGIÓN DE VALPARAÍSO PROFESIONAL ACTUANTE JUAN LUIS MENARES RODRÍGUEZ Patente PRO 207 [email protected] ÍNDICE 1.- INTRODUCCIÓN 3 2.- DATOS GENERALES DE LA ESTRUCTURA 3 3.- NORMAS CONSIDERADAS 3 4.- ACCIONES CONSIDERADAS 3 4.1.- Gravitatorias 4 4.2.- Viento 4 4.3.- Sismo 4 4.3.1.- Datos generales de sismo 4.4.- Hipótesis de carga 5 5 5.- ESTADOS LÍMITE 6 6.- SITUACIONES DE PROYECTO 6 6.1.- Coeficientes parciales de seguridad () y coeficientes de combinación () 6 6.2.- Combinaciones 7 7.- DATOS GEOMÉTRICOS DE GRUPOS Y PLANTAS 9 8.- DATOS GEOMÉTRICOS DE PILARES, PANTALLAS Y MUROS 9 8.1.- Pilares 9.- DIMENSIONES, COEFICIENTES DE EMPOTRAMIENTO Y COEFICIENTES DE PANDEO PARA CADA PLANTA 10.- MATERIALES UTILIZADOS 9 10 10 10.1.- Hormigones 10 10.2.- Aceros por elemento y posición 11 10.2.1.- Aceros en barras 11 10.2.2.- Aceros en perfiles 11 10.2.3.- Maderas por elemento 11 11.- CONCLUSIÓN Y ALCANCES 11 1.- INTRODUCCIÓN Se ha solicitado realizar el diseño estructural de vivienda unifamiliar, en lote ubicado en la zona de la Higuera, comuna de La Ligua. 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. Las obras proyectadas se elaboran en estructura primaria de marcos rígidos de madera, sobre zapatas corridas de hormigón, contando con envolventes de carpintería de madera entre pies derechos. En techumbre se estructura enteramente mediante diafragmas y reticulados de madera. 2.- DATOS GENERALES DE LA ESTRUCTURA La obra es de volumen único, terreno –llano-, con exposición madera, paneles y cubierta de reticuladas también en madera. en un piso de altura, sin niveles intermedios, sobre corte de a los vientos tipo C. Estructurada en base a marcos rígidos de igual materialidad y estructura de techumbre en base a vigas Materiales según estándar vigente en NCHs aplicable. Descansa sobre zapatas corridas de hormigón armado y cadenas de fundación -con vinculación exterior- que acometen a las zanjas de hormigón armado de cimentaciones. La fundación de hormigón armado reposa en suelos clase B, de la zona sísmica 3, según tablas de la Nch 433. En su interior cuenta con pavimento de hormigón armado, de tipo radier en pisos directamente sustentados por la rasante de suelos -debidamente compactada-. Ante la eventualidad de arcillas expansivas, los pavimentos contarán con enmallado inferior según proyecto. Para el cálculo de desempeño dinámico, las estructuras de soporte de la cubierta –reticulados de madera- y el peso propio de sus paneles son consideradas como carga muerta. Se exceptúan las vigas maestras de la planta de techumbre (marcos rígidos de remate) especificadas para sustentar dichas cargas de manera eficaz -en la planta de estructuras correspondiente-. Todas las obras se realizan sobre suelo natural, libre de rellenos y debidamente protegidas del escurrimiento de aguas en general. 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 2009. Decreto N°61, 2011. NCh1198 Of2006 Madera – Construcciones en madera – Cálculo. INN, Chile. NCh1537 Of2009 Chile. Diseño estructural de edificios – Cargas permanentes y sobrecargas de Uso. INN, NCh1928 Of1993 Albañilería Armada – Requisitos para el diseño y cálculo. INN, Chile. NCh1928 Of1993 modificada en 2003. NCh3171 Of2010 Diseño estructural – Disposiciones generales y combinaciones de carga. INN, Chile. ACI 318-08 Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary. AISC 2005 Specification for structural steel buildings. American Institute of Steel Construction. ANSI 360-10 (LRFD) Aceros laminados y armados Página 3 4.- ACCIONES CONSIDERADAS 4.1.- Gravitatorias S.C.U (t/m²) Cargas muertas (t/m²) remate (techumbre) 0.10 0.10 piso 1 0.20 0.20 cimentación 0.20 0.20 Planta 4.2.- Viento NCh432-2010 Diseño estructural. Cargas de viento Categoría del terreno: Categoría C Velocidad básica del viento: 67.00 m/s Categoría de uso: Categoría II Tipo de terreno: Llano Anchos de banda Plantas Ancho de banda Y (m) Ancho de banda X (m) 10.00 13.00 En todas las plantas No se realiza análisis de los efectos de 2º orden Coeficientes de Cargas +X: 1.00 -X:1.00 +Y: 1.00 -Y:1.00 Cargas de viento Viento X (t) Viento Y (t) remate 2.660 3.605 piso 1 3.048 4.130 Planta 4.3.- 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 4.3.1.- 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 R0X: Factor de modificación de respuesta (X) (NCh433.Of1996 Mod.2009, 5.7) R0Y: Factor de modificación de respuesta (Y) (NCh433.Of1996 Mod.2009, 5.7) R0X : 11.00 R0Y : 11.00 Categoría del edificio (NCh433.Of1996 Mod.2009, 4.3): Categoría II 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 : 0.50 : 0.50 Factor multiplicador del espectro : 1.00 Verificación de la condición de cortante basal: Según norma 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 4.4.- 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.Página 5 5.- ESTADOS LÍMITE E.L.U. de rotura. Hormigón ACI 318-99 (Chile) E.L.U. de rotura. Hormigón en cimentaciones Acero conformado 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 j 1 Gj Gkj PPk QiQki i1 - Situaciones sísmicas j 1 Gj Gkj PPk AE A E QiQki i 1 - Donde: Gk Acción permanente Pk Acción de pretensado Qk Acción variable AE 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 6.1.- 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 318-99 (Chile) E.L.U. de rotura. Hormigón en cimentaciones: ACI 318-99 (Chile) Situación 1 Coeficientes parciales de seguridad () Favorable Desfavorable Carga permanente (G) 0.900 1.400 Sobrecarga (Q) 0.000 1.700 Viento (Q) Situación 2 Coeficientes parciales de seguridad () Favorable Desfavorable Carga permanente (G) 1.050 1.050 Sobrecarga (Q) 0.000 1.275 Viento (Q) 1.275 1.275 Página 6 Situación 3 Coeficientes parciales de seguridad () Carga permanente (G) Favorable Desfavorable 0.900 0.900 1.300 1.300 Sobrecarga (Q) Viento (Q) Situación 4 Coeficientes parciales de seguridad () Favorable Desfavorable Carga permanente (G) 0.900 1.400 Sobrecarga (Q) 0.000 1.400 -1.400 1.400 Viento (Q) Sismo (E) Acero conformado: NCh427 Tensiones sobre el terreno Acciones variables sin sismo Coeficientes parciales de seguridad () Carga permanente (G) Favorable Desfavorable 1.000 1.000 Sobrecarga (Q) 0.000 1.000 Viento (Q) 0.000 1.000 Sísmica Coeficientes parciales de seguridad () Favorable Desfavorable Carga permanente (G) 1.000 1.000 Sobrecarga (Q) 0.000 1.000 -1.000 1.000 Viento (Q) Sismo (E) Desplazamientos Acciones variables sin sismo Coeficientes parciales de seguridad () Carga permanente (G) Favorable Desfavorable 1.000 1.000 Sobrecarga (Q) 0.000 1.000 Viento (Q) 0.000 1.000 Sísmica Coeficientes parciales de seguridad () Favorable Desfavorable Carga permanente (G) 1.000 1.000 Sobrecarga (Q) 0.000 1.000 -1.000 1.000 Viento (Q) Sismo (E) Página 7 6.2.- 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 1 0.900 0.900 2 1.400 1.400 3 0.900 0.900 1.700 4 1.400 1.400 1.700 5 1.050 1.050 1.275 6 1.050 1.050 1.275 1.275 7 1.050 1.050 1.275 8 1.050 1.050 1.275 1.275 9 1.050 1.050 1.275 10 1.050 1.050 1.275 1.275 11 1.050 1.050 1.275 12 1.050 1.050 1.275 1.275 13 1.050 1.050 1.275 14 1.050 1.050 1.275 1.275 15 1.050 1.050 1.275 16 1.050 1.050 1.275 1.275 17 1.050 1.050 1.275 18 1.050 1.050 1.275 1.275 19 1.050 1.050 20 1.050 1.050 1.275 21 0.900 0.900 22 0.900 0.900 23 0.900 0.900 24 0.900 0.900 25 0.900 0.900 26 0.900 0.900 27 0.900 0.900 28 0.900 0.900 29 0.900 0.900 -1.400 30 1.400 1.400 -1.400 31 0.900 0.900 1.400 -1.400 32 1.400 1.400 1.400 -1.400 33 0.900 0.900 1.400 34 1.400 1.400 1.400 35 0.900 0.900 1.400 1.400 36 1.400 1.400 1.400 1.400 37 0.900 0.900 -1.400 38 1.400 1.400 -1.400 39 0.900 0.900 1.400 -1.400 1.275 1.275 1.300 1.300 1.300 1.300 1.300 1.300 1.300 1.300 Página 8 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 40 1.400 1.400 1.400 -1.400 41 0.900 0.900 1.400 42 1.400 1.400 1.400 43 0.900 0.900 1.400 1.400 44 1.400 1.400 1.400 1.400 Acero conformado 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 1 1.000 1.000 2 1.000 1.000 1.000 3 1.000 1.000 1.000 4 1.000 1.000 1.000 1.000 5 1.000 1.000 1.000 6 1.000 1.000 1.000 1.000 7 1.000 1.000 1.000 8 1.000 1.000 1.000 1.000 9 1.000 1.000 1.000 10 1.000 1.000 1.000 1.000 11 1.000 1.000 1.000 12 1.000 1.000 1.000 1.000 13 1.000 1.000 1.000 14 1.000 1.000 1.000 1.000 15 1.000 1.000 1.000 16 1.000 1.000 1.000 1.000 17 1.000 1.000 1.000 18 1.000 1.000 1.000 1.000 19 1.000 1.000 -1.000 20 1.000 1.000 1.000 -1.000 21 1.000 1.000 1.000 22 1.000 1.000 1.000 1.000 23 1.000 1.000 -1.000 24 1.000 1.000 1.000 -1.000 25 1.000 1.000 1.000 26 1.000 1.000 1.000 1.000 7.- DATOS GEOMÉTRICOS DE GRUPOS Y PLANTAS Grupo Nombre del grupo Planta Nombre planta Altura Cota 2 remate 2 remate 2.40 2.75 1 piso 1 1 piso 1 0.35 0.35 0 Cimentación 0.00 8.- DATOS GEOMÉTRICOS DE PILARES, PANTALLAS Y MUROS 8.1.- Pilares GI: grupo inicial GF: grupo final Ang: ángulo del pilar en grados sexagesimales Página 9 Datos de los pilares Referencia Coord(P.Fijo) GI- GF Vinculación exterior Ang. Punto fijo C1 ( 5.35, 10.12) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. izq. C2 ( 6.84, 10.12) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. izq. C3 ( 8.57, 10.12) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. der. C4 ( 5.35, 8.02) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. izq. C5 ( 6.84, 8.02) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. izq. C6 ( 8.57, 8.02) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. der. C7 ( 5.35, 5.12) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. izq. C8 ( 8.57, 5.12) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. der. C9 ( 8.57, 1.85) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. inf. der. C10 ( 10.59, 1.85) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. inf. der. C11 ( 10.59, 5.12) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. der. C12 ( 10.59, 8.02) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. der. C13 ( 12.72, 8.02) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. der. C14 ( 12.72, 7.18) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. der. C15 ( 12.72, 5.12) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. der. C16 ( 12.72, 1.85) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. inf. der. C17 ( 12.72, 2.81) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. inf. der. C18 ( 1.20, 8.02) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. izq. C19 ( 2.79, 8.02) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. der. C20 ( 3.89, 8.02) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. izq. C21 ( 1.20, 7.18) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. izq. C22 ( 1.20, 5.12) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. izq. C23 ( 3.50, 5.12) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. izq. C24 ( 1.20, 3.62) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. izq. C25 ( 3.50, 3.62) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. izq. C26 ( 4.87, 3.62) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. der. C27 ( 1.20, 2.81) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 C28 ( 4.87, 1.85) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. inf. der. C29 ( 4.87, 1.62) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. der. C30 ( 4.87, -0.00) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. inf. der. C31 ( 1.90, -0.00) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. inf. izq. C32 ( 0.00, 0.00) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. inf. izq. C33 ( 0.00, 1.62) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. izq. C34 ( 1.20, 1.62) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. izq. C35 ( 1.90, 1.62) 1-2 Sin vinculación exterior 0.0 Esq. sup. izq. Esq. inf. izq. 9.- DIMENSIONES, COEFICIENTES DE EMPOTRAMIENTO Y COEFICIENTES DE PANDEO PARA CADA PLANTA Pilar Planta Para todos los pilares 2 Dimensiones Coeficiente de empotramiento Coeficiente de pandeo Coeficiente de rigidez axil (cm) Cabeza Pie X Y 2x2"x4" 1.00 1.00 1.00 1.00 2.00 10.- MATERIALES UTILIZADOS 10.1.- Hormigones Elemento Todos Hormigón H25 fck (kp/cm²) c Tamaño máximo del árido (mm) Ec (kp/cm²) 200 1.00 15 212132 Página 10 10.2.- Aceros y maderas por elemento y posición 10.2.1.- Aceros en barras Elemento Acero Todos fyk (kp/cm²) s 4200 1.00 A-63-42H 10.2.2.- Aceros en perfiles Tipo de acero para perfiles Límite elástico Módulo de elasticidad (kp/cm²) (kp/cm²) Acero Acero conformado ASTM A36 Acero laminado ASTM A 36 36 ksi 2530 2100000 2548 2038736 10.2.3.- Maderas por elemento Elemento Todos Madera Estructural MSD fyk (kp/cm²) s 2373 1.00 11.- 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 11