Memoria de Cálculo Cobertizo Terraza - Ingeniería Civil

M E M O R I A D E C Á L C U L O.
PROYECTO: “Cobertizo Terraza”
Comuna: “Temuco, Novena Región”
Propietario: Inversiones e Inmobiliaria Herdener
Núm.
Revisión
C
Revisión
B
Revisión
A
Fecha
Elaborado por
08/2025
FRM
Revisado por Aprobado por
JVS
NOMBRE PROYECTO
Cobertizo Terraza
PROPIETARIO
Inversiones e Inmobiliaria Herdener.
PROFESIONAL INGENIERO CIVIL
Fernando Esteban Rivera Manosalva.
Ingeniero Civil
Agosto, 2025
JVS
Memoria de Cálculo: “Cobertizo Terraza”
CONTENIDO
1.
INFORMACIONES PREVIAS .................................................................................................... 3
1.1
Alcance .................................................................................................................................... 3
1.2
Descripción de la Estructura. ................................................................................................ 3
1.3
Materiales Utilizados .............................................................................................................. 4
1.3.1
Acero para Perfiles Metálicos. .......................................................................................... 4
1.3.2
Soldadura ............................................................................................................................ 4
1.3.3
Pernos de Anclaje .............................................................................................................. 4
1.3.4
Suelo de Fundación. .......................................................................................................... 5
2.
METODO DE ANALISIS ............................................................................................................. 5
2.1
Introducción al Diseño. .......................................................................................................... 5
3.
CARGAS DE DISEÑO. ............................................................................................................... 5
3.1
Introducción al diseño ............................................................................................................ 5
3.1.1
Cargas Permanentes (PP) ................................................................................................ 5
3.1.2
Sobrecarga de Techo (SCT) ............................................................................................. 6
3.1.3
Viento Vx - Vz ..................................................................................................................... 6
3.1.4
Carga Sísmica (E) .............................................................................................................. 9
4.
DEFORMACIONES ADMISIBLES .......................................................................................... 11
4.1
Introducción a las Deformaciones ...................................................................................... 11
5.
COMBINACIONES DE CARGA .............................................................................................. 12
5.1
Combinaciones de carga para elementos de estructura metálica. ................................ 12
6.
BIBLIOGRAFIA .......................................................................................................................... 13
6.1
Introducción a las Normas Utilizadas................................................................................. 13
7.
DISEÑO DE ELEMENTOS ...................................................................................................... 14
7.1
Introducción ........................................................................................................................... 14
7.2
Diseño de Elementos Estructurales ................................................................................... 14
8.
7.2.1
Pilares Metálicos. ............................................................................................................. 15
7.2.2
Vigas Metálicas. ............................................................................................................... 17
7.2.3
Costaneras ........................................................................................................................ 19
Observaciones al Proyecto ...................................................................................................... 21
2
Memoria de Cálculo: “Cobertizo Terraza”
1.
INFORMACIONES PREVIAS
1.1
Alcance
La presente Memoria de Cálculo, es válida para el diseño de todos los elementos,
que conforman la estructura resistente del proyecto: “Cobertizo Terraza”, ya sean pilares y
vigas metálicas que conforman la estructura de techumbre. Los pilares metálicos se
anclarán a un radier existente mediante pernos de expansión anclados en el hormigón. Las
vigas metálicas del lado norte, se anclarán a muro con pernos de expansión.
El destino de la Estructura será como provisional, no destinada a la habitación,
conformada únicamente como cobertizo de terraza.
El Proyecto se emplazará en la comuna de Temuco, Novena Región de la Araucanía
en el sector centro de la Comuna.
En la presente Memoria de Cálculo, se darán a conocer los criterios, métodos de
cálculo y las características de los materiales utilizados en el diseño; el cual se desarrollará
de acuerdo a la Normativa y métodos vigentes en Chile para el diseño de estructuras
metálicas, utilizando las últimas actualizaciones de las respectivas Normas.
Los Planos y Especificaciones Técnicas forman parte fundamental del Proyecto y
complementan la presente Memoria de Cálculo. A continuación, se enumeran los planos
estructurales del proyecto:
-
ING 008-2025
Planta de Estructuras, Elevaciones y Detalles.
1.2
Descripción de la Estructura.
La estructura esta conformada por pilares metálicos de sección 100x100x3 mm
dispuestos como se indica en los planos del proyecto, estos pilares serán anclados en el
radier existente con pernos de expansión. La estructura de techumbre esta conformada por
vigas metálica de 100x100x3 mm, y costaneras de perfil metálico de 100x50x3 mm.
El proyecto se emplazará en la comuna de Temuco, Novena Región de la Araucanía.
El suelo de fundación, puede clasificarse como Tipo E, de acuerdo a la tabla 4.2 de la NCh
433 Of. 2012.
La zona sísmica donde se emplazará el proyecto corresponde a la Zona 2, según la
Tabla 4.1 de la NCh 433 Of. 2012.
Según la norma NCh 433 Of. 2012 la estructura corresponde a una Categoría de
Ocupación I, puesto que corresponde a una estructura provisional no destinada a la
habitación, no clasificable en las categorías II, III y IV que representan un bajo riesgo para la
vida humana en el caso de falla.
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Memoria de Cálculo: “Cobertizo Terraza”
1.3
Materiales Utilizados
1.3.1 Acero para Perfiles Metálicos.
Los elementos estructurales que conforman los pilares y las vigas metálicas, se
diseñaran con Acero A42-27 ES, cuyas tensiones admisibles son las siguientes:
Modulo Elasticidad
E = 2100000 kg / cm 2
Flexión
f m = 1620kg / cm2
Compresión
f c = 1620kg / cm2
Corte
f v = 1080kg / cm2
Tensión de fluencia:
f y = 2700kg / cm2
Tensión de rotura:
fu = 4200kg / cm2
1.3.2 Soldadura
En las conexiones soldadas se utilizará soldadura Arco Manual de acuerdo a
Especificación AWS D1.1 y NCh 306.
Electrodo E60XX / AWS
Para Acero A37-24ES
Electrodo E70XX / AWS *
Para Acero A42-27ES
*E70: Electrodo de Tensión de Ruptura de 70000 (psi) = 4920 (kg/cm2)
Todas las uniones soldadas deberán ser de acuerdo a las Especificaciones AISC
Ultima Edición y AWS D1.1 para soldaduras en Acero Estructural.
Todo el personal encargado de las soldaduras deberá estar calificado por las
instituciones responsables en la materia y según la NCh 305. Las dimensiones mínimas de
soldadura de filete serán de 5 mm en Taller y de 6 mm en Terreno. (Considera la garganta
de la soldadura). Todas las Uniones de tope deberán ser de penetración completa.
1.3.3 Pernos de Anclaje
Se utilizarán de calidad A240 ES, cuyas propiedades son:
Tensión de fluencia:
f y = 2400 kg / cm 2
Tensión de Rotura
f u = 3700 kg / cm 2
4
Memoria de Cálculo: “Cobertizo Terraza”
1.3.4 Suelo de Fundación.
Como no se tiene un estudio de mecánica de suelos, se utilizarán valores
conservadores de la resistencia del suelo para los cálculos relacionados con el
comportamiento sísmico de las estructuras.
Cargas Normales: qadm = 1, 0 kg / cm 2 (Estático)
Cargas Normales + Eventuales: qadm = 1.33 kg / cm 2 (Dinámico).
Se diseñarán las fundaciones considerando la capacidad de soporte señalada
anteriormente, es decir, las presiones que la fundación transmita al suelo, no deben exceder
los valores admisibles. Para las cargas estáticas más dinámicas (sismo), al menos el 80%
del área basal de la fundación debe comprimir al suelo de apoyo.
La estructura será emplazada sobre un suelo Tipo E, que corresponde a un suelo de
compacidad o consistencia mediana, según la Clasificación Sísmica del Terreno de
Fundación (DS61).
2.
METODO DE ANALISIS
2.1
Introducción al Diseño.
Para la modelación y cálculo de esfuerzos en el cobertizo, se utilizará el software de
diseño Ram AdvanSE 9.5.1. Se obtendrán las solicitaciones para cada elemento y se
diseñara el mayormente solicitado.
El diseño de la estructura metálica, se realizará utilizando el Método ASD (Método de
Tensiones Admisibles) de acuerdo a las especificaciones de la Norma Chilena
NCh427.cR76 y recomendaciones del AISC. Lo anterior se analizará mediante una
modelación tridimensional considerando los ejes resistentes y todos los ejes de la
estructura. En la modelación se especificarán condiciones de apoyo, los materiales, las
dimensiones de los elementos, los tipos de perfiles y las cargas aplicadas en la estructura,
combinadas de acuerdo a las proposiciones de los códigos de diseño vigentes.
Finalmente, se deben chequear que los desplazamientos, tanto globales de la
estructura, como a nivel de elementos, no sobrepasen los valores admisibles indicados en
las Normativas de diseño vigentes y en la Norma Chilena.
3.
CARGAS DE DISEÑO.
3.1
Introducción al diseño
A continuación, se especifican las cargas presentes en la estructura y que
interactúan entre ellas para solicitar a los elementos resistentes de la estructura. Se
distinguen cargas permanentes, sobrecarga de uso, sobrecarga de techo, cargas por viento
y por sismo.
3.1.1 Cargas Permanentes (PP)
La modelación de las cargas permanentes o peso propio de los materiales se realiza
automáticamente con el Software Ram AdvanSE 9.5.1.
5
Memoria de Cálculo: “Cobertizo Terraza”
-
Peso propio (PP): considera cargas muertas producto del peso de los perfiles
metálicos que componen la estructura metálica. PP del acero estructural: 7850
kg / m 3
-
PP del Zinc Alum 0,35 mm 3 kg/m2 Aprox.
3.1.2 Sobrecarga de Techo (SCT)
En este caso, se considera sólo la sobrecarga de techo, la cual se especifica en la
NCh1537 Of. 1986.
-
Q
= 100 kg / m 2
Sobrecarga básica: sc basica
(Según la Sección 6.2 de la NCh 1537
Of. 1986)
Este valor de sobrecarga básica puede reducirse de acuerdo a lo indicado en la
sección 7.2 de esta misma norma, la sobrecarga reducida se calcula como:
Qsc reducida = Qsc basica  C  CA  30 kg / m 2
Para nuestro diseño usaremos la sobrecarga de techo mínima de 30 kg/m2. A
continuación, se muestra en la Figura 1, la modelación de esta sobrecarga en la cubierta de
la estructura.
Figura 1: Sobrecarga de Techo.
3.1.3 Viento Vx - Vz
Deben determinarse a partir de las disposiciones de la NCh 432.Of. 1971. Para
obtener resultados más conservadores suponemos la estructura ubicada a campo abierto.
La presión básica que produce la acción del viento, según la sección 6.1, se calcula como:
6
Memoria de Cálculo: “Cobertizo Terraza”
v2
q=
kg / m2
16
Siendo:
v : Velocidad del viento en m / s .
q : Presión básica a la altura en que se midió la velocidad v
En este caso, como no se tiene estudios de la velocidad del viento, utilizamos la tabla
1 de la Norma Chilena NCh 432. Para este caso se tiene una altura máxima de 3,0 metros y
un hombro de 2,5 metros, utilizamos el valor de 70 Kg/m2.
Según la sección 6.4.4 estas presiones no deben ser menores que el 85%, ni
mayores que el 120% de los valores obtenidos de la tabla 1 de la NCh 432. Interpolando
linealmente, de la tabla antes mencionada se tiene:
Altura
0.85*q Tabla 1
1.2*q Tabla 1
Presión en kg/m2
Hombro, 2.55 m
0.85*70=60
1.2*97=84
72
En conclusión, se diseña con una presión de viento de 72 Kg/m2.
Para obtener la fuerza del viento sobre la estructura, se debe incorporar el efecto de
la forma de la estructura. Dicho efecto se agrega mediante la multiplicación de la presión
básica por un factor de forma, que se determina según la sección 9 de la NCh 432 Of. 1971.
A continuación, se muestra en la Figura 2, las configuraciones posibles para viento
barlovento y sotavento se configuran principalmente por la succión de la cubierta.
7
Memoria de Cálculo: “Cobertizo Terraza”
Figura 2: Coeficientes de forma según la dirección x positiva e y negativa. Un valor
negativo del coeficiente de forma indica succión mientras que un valor positivo indica
empuje. La aplicación de estos coeficientes de forma es sólo referencial ya que cada
elemento se deberá verificar para el coeficiente de forma más desfavorable.
A continuación, se muestra en la Figura 3, la modelación de las cargas de viento en
eje X.
La estructura de techumbre tiene un angulo de 11°, por lo tanto, para la estructura
abierta del lado izquierdo debemos sacar la resultante de +0.8 y 1,2 Sen α – 0.4.
De los calculos realizados, se tiene: (Suma Vectorial).
Fv = 0,8 − 1,2  Sen( ) − 0,4
Fv = 0,8 − 1,2  Sen(14) − 0.4
Fv = 0,8 − ( −0.17)
Fv = 0.8 + 0.17 = 0.97
Luego el factor final se multiplica por la presión del viento:
Vx = Pv  Fv
Vx = 72  0.97
Vx = 69.9
Kg
m2
8
Memoria de Cálculo: “Cobertizo Terraza”
Figura 3: Sobrecarga de Viento en X.
3.1.4 Carga Sísmica (E)
Por tratarse de estructuras de uso privado, el diseño sísmico del proyecto debe
regirse por las disposiciones de la NCh433 Of 2012. Se hará un análisis estático de acuerdo
a la sección 6.2 de dicha norma. Este análisis consiste en calcular un corte sísmico lateral a
nivel basal, según la expresión:
Qs = C  I  P
(6.2.3)
En que:
I : Coeficiente relativo al edificio, cuyos valores se especifican en tabla 6.1 de
acuerdo a la clasificación indicada en 4.3
P : Peso total del edificio sobre el nivel basal, calculado en la forma en que se indica
en 6.2.3.3
C : Coeficiente sísmico. Establecido en 6.2.3.1 y 6.2.7
2.75  Ao  T ' 
C=
g  R  T * 
n
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Memoria de Cálculo: “Cobertizo Terraza”
Ao : Aceleración efectiva máxima definida en la tabla 6.2, según zonificación establecida en
4.2
n,T ' : Parámetros relativos al tipo de suelo de fundación, determinados de la tabla 6.3,
según la clasificación de la tabla 4.3
T*:
Periodo del modo con mayor masa traslacional equivalente en la dirección del análisis
R:
Factor de reducción que se establece en la tabla 5.1
El valor de C está acotado:
Cmin  C  Cmax
Cmin =
Ao
6g
Cmax : Indicado en la tabla 6.4
De manera que hay un corte basal mínimo que debe ser respetado (por seguridad) y
un corte basal máximo que no necesita ser sobrepasado (para no sobredimensionar la
estructura).
A continuación, se presentan los parámetros sísmicos correspondientes a nuestra
estructura de cobertizo:
•
Categoría de Ocupación del Edificio: asumida como I, puesto que se trata de una
estructura provisional no destinada a la habitación humana (Según tabla 4.3)
•
Coeficiente de importancia para Categoría I: I=0,6 (Según tabla 6.1)
•
Zonificación sísmica 2, por lo tanto, A0 = 0,30g (Según tabla 6.2)
•
Tipo de suelo E: por lo que: S = 1.3 y, T0 (s ) = 1.2 , T ´(s ) = 1.35 , n = 1.8 , P = 1.0
(Según tabla 6.3)
•
Factor de modificación de la respuesta: para estructura de Acero Estructural, a)
Marcos Concéntricos Corrientes: R = 3 y R0 = 5 (Según tabla 5.1)
Luego se tiene Cmax = 0,60 
S  A0
(Según tabla 6.4)
g ,
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Memoria de Cálculo: “Cobertizo Terraza”
4.
DEFORMACIONES ADMISIBLES
4.1
Introducción a las Deformaciones
Además de la verificación de tensiones de trabajo por debajo de las admisibles, el
diseño de los elementos debe satisfacer que las deformaciones estén por debajo de los
valores permisibles. Los valores “recomendados” de deformación de vigas y columnas de
acero aparecen tabulados en las tablas 45 y 46 de la NCh 427.cR1976. El término
recomendado debe entenderse como tal, que la estructura puede deformarse hasta tal nivel,
sin poner en peligro la seguridad de las personas. Por su parte el término admisible está
asociado a la serviciabilidad de la estructura.
Se tiene entonces, los siguientes valores de deformaciones recomendadas:
 Admisible (Recomendada)
Elemento
Viga
H/300
Marcos deformación vertical
H/250
Marcos deformación lateral
L/250
Columnas
L/200
Vigas corrientes de piso
L/300
Donde
L: largo del elemento o bien dimensión horizontal del marco
H: Dimensión vertical máxima del marco.
Si bien es cierto, para valores superiores a estas deformaciones, la estructura puede
que no colapse. Sin embargo, sobre estos valores se está dentro de los límites de la fluencia
del acero y con esto, de que se produzcan deformaciones plásticas y colapso de la
estructura.
Las deformaciones plásticas, son las que no pueden volver a su posición original
cuando dejan de actuar las cargas que la produjeron, quedando la estructura deformada
permanentemente y en la mayoría de los casos con grietas y fisuras producto de la
liberación de tensiones.
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Memoria de Cálculo: “Cobertizo Terraza”
5.
COMBINACIONES DE CARGA
5.1
Combinaciones de carga para elementos de estructura metálica.
Las combinaciones de servicio utilizadas son las estipuladas en la NCh 3171 Of
2010. Las cargas eventuales como el viento o sismo no deben combinarse con otras
cargas eventuales como la Sobrecarga, según la norma NCh2369 Of. 2003, que se refiere
expresamente a lo anterior en la sección 4.5.
Debe también tenerse presente que la normativa sísmica permite aumentar en un
33% las tensiones admisibles en caso de existir cargas dinámicas. El aumento en el 33% de
los valores admisibles es equivalente a una reducción de un 25% en las cargas solicitantes.
Esta consideración rige sólo para la verificación de las tensiones en los elementos. Para el
chequeo de las deformaciones no se considera ningún tipo de reducción de las cargas.
Designación
S1
S2
S3
S4 – S5
S6 – S7
S8 – S9
S10 – S11
S12 – S13
S14 – S15
S16 – S17
S18 – S19
S20 – S21
S22 – S23
S24 – S25
S26 – S27
Estados de Carga Tensiones Admisibles
Combinación
PP
PP + SCT
PP + 0,75 SCT
PP ± Vx
PP ± Vz
PP ± Sx
PP ± Sz
PP ± Vx + 0,75 SCT
PP ± Vz + 0,75 SCT
PP ± 0,75 Sx + 0,75 SCT
PP ± 0,75 Sz + 0,75 SCT
0,6 PP ± Vx
0,6 PP ± Vz
0,6 PP ± Sx
0,6 PP ± Sz
Dónde:
PP:
Cargas permanentes de peso propio de la estructura (Cargas Muertas)
SCT: Sobrecarga de Techo.
Vx:
Viento en X
Vz:
Viento en Z
Sx:
Carga sísmica en X
Sz:
Carga sísmica en Z
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Memoria de Cálculo: “Cobertizo Terraza”
6.
BIBLIOGRAFIA
6.1
Introducción a las Normas Utilizadas
Al diseño se aplica la siguiente Normativa.
Norma
Especificación
NCh 432 Of 2010
Cálculo de la Acción del Viento sobre las Construcciones.
NCh 433 Of 2012
Diseño Sísmico de Edificios.
NCh 1537 Of 2009 Diseño Estructural de Edificios – Cargas Permanentes y Sobrecargas Uso
NCh 3171 Of 2010 Combinaciones de Carga.
DFL 458/1.975
Ley General de Urbanismo y Construcciones.
Ordenanza General de Urbanismo y Construcción.
DS 61
Aprueba el Reglamento que Fija el Diseño Sísmico de Edificios.
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Memoria de Cálculo: “Cobertizo Terraza”
7.
DISEÑO DE ELEMENTOS
7.1
Introducción
Para comenzar con el diseño de los elementos se desarrolla el modelo
computacional del proyecto de acuerdo a los planos. A continuación, en la Figura 4, se
muestra el modelo computacional en 3D de la estructura resistente del proyecto.
Vigas Metálicas
Techumbre
Costanera de
Techumbre
Anclaje en Muro
Viga Metálica
Perimetral
Anclaje Pilar
Figura 4: Modelo Computacional de Estructura en 3D.
7.2
Diseño de Elementos Estructurales
Obtenemos los esfuerzos del programa RAM AdvanSE y diseñamos los elementos,
de acuerdo al más solicitado de todo el conjunto.
Los elementos a diseñar son:
-
Pilares Metálicos 100x100x3 mm
Viga Metálica 100x100x3 mm
Costanera Metálica 100x50x3 mm.
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Memoria de Cálculo: “Cobertizo Terraza”
7.2.1 Pilares Metálicos.
En la presente Figura 5, se muestran los pilares metálicos que se dispondrán en los
diferentes puntos de apoyo del cobertizo.
Figura 5: Pilares Metálicos 100x100x3mm.
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Memoria de Cálculo: “Cobertizo Terraza”
Luego, como la relación de interacción es 0.83 ≤ 1, el perfil considerado resiste las
solicitaciones de diseño.
La Deflexión máxima que puede sufrir el elemento es
 max =
L
310
=
= 1.55cm.
200 200
Del análisis estructural, se tiene una deflexión máxima de 0,22 cm.
Finalmente, el perfil cumple con las solicitaciones de diseño.
16
Memoria de Cálculo: “Cobertizo Terraza”
7.2.2 Vigas Metálicas.
En la presente Figura 6, se muestran las vigas metálicas que sirven de soporte a la
estructura de techumbre del cobertizo.
Figura 6: Vigas Metálicas.
17
Memoria de Cálculo: “Cobertizo Terraza”
Luego, como la relación de interacción es 0,59<1, el perfil considerado resiste las
solicitaciones de diseño.
La Deflexión máxima que puede sufrir el elemento es
 max =
L
440
=
= 1.46cm.
300 300
Del análisis estructural, se tiene una deflexión máxima de 1.2 cm.
Finalmente, el perfil cumple con las solicitaciones de diseño.
18
Memoria de Cálculo: “Cobertizo Terraza”
7.2.3 Costaneras
En la presente Figura 7, se muestra las costaneras a verificar.
Figura 7: Costaneras a verificar
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Memoria de Cálculo: “Cobertizo Terraza”
Luego, como la relación de interacción es 0,68<1, el perfil considerado resiste las
solicitaciones de diseño.
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Memoria de Cálculo: “Cobertizo Terraza”
8.
Observaciones al Proyecto
El Proyecto Estructural, cumple con las exigencias de diseño prescritas por la
Normativa Chilena Vigente, relacionada con el diseño de Estructuras Metálicas.
Todos los materiales utilizados en la obra deberán ser de la mejor calidad, de
acuerdo a lo descrito en la presente Memoria de Cálculo. En los casos que se necesite
modificar el material, tanto en su calidad, marca o definición, deberá solicitarse autorización
por escrito al proyectista de ingeniería y dejar los respectivos respaldos en el Libro de
Obras, para respaldo del profesional Patrocinante del presente Proyecto.
La estructura metálica resistente del edificio conformado por pilares y vigas, deberá
ser fabricada por soldadores calificados y de acuerdo a los requerimientos de la presente
Memoria de Cálculo.
Cualquier modificación del presente Proyecto deberá tener la autorización por escrito
del Profesional Arquitecto Patrocinante y del Ingeniero Civil.
Inv. E Inmobiliaria Herdener
Propietario
Fernando Rivera Manosalva
Ingeniero Civil.
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