memoria calculo estructural casa costarica
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PROYECTO
CASA COSTARICA
MEMORIA DE CÁLCULO
INGENIERO CIVIL
ALAIN GOFFARD R.
Memoria de Cálculo NOVIEMBRE 2012VILLA EL PARQUE III
INDICE
I. GENERALIDADES........................................................................................................3II. DESCRIPCION Y CONCEPTO ESTRUCTURAL....................................................3III. MATERIALES.................................................................................................................3
Hormigón......................................................................................................................................3
Albañilería armada......................................................................................................................4
Módulo de elasticidad y densidad para cálculo:......................................................................4
Acero para Albañilería................................................................................................................4
Acero estructural..........................................................................................................................5
Módulo de elasticidad y densidad para cálculo:......................................................................5
Pernos, Tuercas y Golillas.........................................................................................................5
Corrientes........................................................................................................................5Alta Resistencia.............................................................................................................5Soldaduras......................................................................................................................6Conexiones Apernadas................................................................................................6
IV. NORMAS Y CARGAS...................................................................................................6Parámetros Sísmicos:.................................................................................................................7
Corte Basal: C*I*P;..............................................................................................7Donde:.............................................................................................................................7Coeficiente Sísmico:......................................................................................................7
Nieve: NCh 431 Of 77.................................................................................................................8
Viento: NCh 432 Of 71................................................................................................................8
Sobrecarga: NCh 1537 Of 86....................................................................................................8
Peso Propio..................................................................................................................................9
V. COMBINACIONES DE CARGA................................................................................10VI. ANALISIS SISMICO....................................................................................................11VII. FUNDACIONES...........................................................................................................15
Ecuación de volcamiento:.........................................................................................................16
Ecuación de deslizamiento:.....................................................................................................16
VIII. ALBAÑILERIA..........................................................................................................17IX. Desplazamiento máximo............................................................................................18X. CERCHAS....................................................................................................................19XI. CUADRO RESUMEN CALIDAD MATERIALES.....................................................22XII. ANEXO CÁLCULOS...................................................................................................22
Vigas y Cadenas........................................................................................................................22
Fundaciones...............................................................................................................................24
Losas...........................................................................................................................................25
Alain Goffard R. Ing. Civil – ROL: 309.012-4
Memoria de Cálculo NOVIEMBRE 2012VILLA EL PARQUE III
MEMORIA DE CÁLCULO
VILLA EL PARQUE III
I. GENERALIDADES
El siguiente proyecto contempla detallar el diseño de las casas de villa el
parque III ubicada en la comuna de Talca, región del Maule.
II. DESCRIPCION Y CONCEPTO ESTRUCTURAL
El cual cuenta con una estructura de albañilería confinada en los pisos con
muros de 15 cm de espesor, una estructura liviana en el segundo piso con
una losa de hormigón armado de 11 cm, conformando un diafragma rígido
en la estructura. Además, se considera una techumbre conformada por
cerchas de acero galvanizado.
El modelo computacional para la comprobación del diseño, se realizó con el
Software SAP2000
III. MATERIALES
Hormigón
El hormigón de la estructura de losa será H-25 de resistencia cúbica de 200
Kg/cm2 a los 28 días. El hormigón considerará una fracción defectuosa del
10 % (según norma chilena NCH 170 of. 85). Asimismo, de acuerdo a la
denominación vigente será un hormigón grado H20. Esta resistencia se
define como la resistencia característica.
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Albañilería armada
La albañilería confinada será en bloque hecho a máquina con perforaciones
verticales. Resistencia a la compresión será mayor a 4,5 MPA y menor a
6,0 MPa a los 28 días. Según norma chilena NCH 1928 of. 93.
Módulo de elasticidad y densidad para cálculo:
E=500.000T /m2 γ (albañileria)=1,8T /m3
Acero para Albañilería
El acero para albañilería armado es A 44-28 H σ
( fy )=2800 kgcm2 con resaltes,
(CAP o AZA), según norma NCh 204.
Acero para mallas
El acero a utilizar será de alta resistencia, y su denominación será AT56-
50 H de alta resistencia.
Donde:
A : Acero
T : Trefilado
56 : 5.600 kg/cm2 (limite de ruptura)
50 : 5.000 kg/cm2 (limite de fluencia)
H : Hormigón
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Acero estructural
ACERO: A 37-24 ES, donde
σ fy=2400kg
cm2 σ rot=3700kg
cm2
σ
Módulo de elasticidad y densidad para cálculo:
E=2,1x 106 kgcm2
Los perfiles y planchas de acero deberán cumplir con la Norma Nch 203 of.
77.
Las planchas gruesas de acero que se empleen deberán satisfacer la
Norma Nch 209 of. 71.
Las planchas delgadas de acero que se empleen deberán satisfacer la
Norma Nch 217 of. 68.
Pernos, Tuercas y Golillas
Corrientes
Los pernos corrientes, tuercas y golillas serán de acero calidad A 42– 23 o
ASTM A307, salvo indicación contraria en los planos, y deberán cumplir con
las normas Nch 206 of. 56, Nch 208 of. 56 y Nch 301 of. 63.
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γ (acero )=7 .850kg
m3
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Alta Resistencia
Los pernos de alta resistencia serán de acero al carbono según ASTM tipo
2 tipo 1 (A– 325). Las tuercas y golillas deberán cumplir con las normas
ASTM A563 y ASTM F436 respectivamente.
Soldaduras
Los electrodos empleados para soldaduras al arco manual, serán del tipo E
7018 RH, de acuerdo con la norma AWS. Los electrodos empleados para
soldaduras automáticas al arco sumergido serán de alambre cobrizado
AWS EH – 14 y fundente grado 50, debiendo cumplir con lo señalado en la
norma AWS A.5.17.
Conexiones Apernadas
La colocación de pernos de alta resistencia deberá cumplir con la
“specification for structural joints using ASTM A325 or A490 Bolts“ del AISC.
Tales pernos deberán llevar una golilla plana endurecida por el lado de la
tuerca.
IV. NORMAS Y CARGAS
Se han utilizado las siguientes normas chilenas para el cálculo estructural
del proyecto:
Diseño Sísmico: NCh 433 Of 96.
En el método de análisis, la acción sísmica se asimila a un sistema de
fuerzas horizontales cuyos efectos sobre la estructura se calculan siguiendo
los procedimientos de la estática. Este sistema de fuerzas horizontales
aplicadas en el centro de masas del piso.
Las estructuras se diseñan para resistir la acción sísmica de acuerdo a la
norma Nch 433-of 96, permitiendo la estabilidad frente a las solicitaciones a
las que estará expuesta durante su vida útil.
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Se considera entonces, características como: la zona geográfica en la cual
estará emplazada, el efecto del suelo de fundación y la topografía,
clasificación de acuerdo al tipo de estructura, importancia, uso y riesgo de
falla, limitación de deformaciones horizontales, etc.
El método de análisis utilizado será: Análisis Estático.
Parámetros Sísmicos:
A0 = corresponde a la aceleración efectiva de la NCh 433 y
que depende de la ubicación geográfica del lugar.
I = Factor de importancia de la estructura. Corresponde a
la categoría según punto 4.3.1 de la NCh 433
T’ =Parámetro que depende del tipo de suelo.
n= Parámetro que depende del tipo de suelo.
S= Parámetro que depende del tipo de suelo
To= Parámetro que depende del tipo de suelo.
Corte Basal: C*I*P;
Donde:
C: coeficiente sísmico
I: Coeficiente de importancia.
P: Peso sísmico.
Coeficiente Sísmico:
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C=2,75∗Aog∗R
∗( TT ¿ )n
Donde:
N, T` = Son parámetro relativos al tipo de suelo de fundación.
Ao = Es la aceleración máxima efectiva del suelo.
R = Factor de reducción que depende del material de diseño.
T* = Es el período del modo con mayor masa trasnacional
equivalente en la dirección de análisis.
Nieve: NCh 431 Of 77 .
Según la norma Chilena NCh 431 Of. 77, la carga de nieve es:
P= 25 kgf/m2
Viento: NCh 432 Of 71.
Se diseñarán las estructuras para absorber las tensiones originadas por el
viento si es necesario, de acuerdo a lo estipulado en la norma Nch 432
Of71 para el cálculo de la acción del viento sobre las construcciones.
Según la norma Chilena NCh 432 Of. 71, la carga de viento es:
P= 55 kgf/m2
Sobrecarga: NCh 1537 Of 86.
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Cargas Eventuales: peso propio más un porcentaje de la sobrecarga de
uso, más impacto, más una sola de las cargas siguientes: sismo, viento,
temperatura o fuerzas horizontales de equipos
Las tensiones admisibles podrán incrementarse en un 33.33 %.
Cargas de Montaje: Se considerarán las cargas que puedan afectar a la
estructura en la etapa de construcción o montaje propiamente tal.
Las tensiones admisibles podrán incrementarse en un 50 %.
La cargas y sobrecargas de uso consideradas para este proyecto, serán
determinadas de acuerdo a lo indicado en la norma Nch 1537Of86, estos
son valores característicos o en el caso de las sobrecargas, valores
mínimos recomendados.
De acuerdo a la Norma Chilena NCh 1537 Of. 86 la sobrecarga de uso es la
siguiente:
Techo SCt = 30 kgf./m2
Uso SC = 200 kgf./m2
Muros (tabiquería) SC(muros)=100kgf./m2
Peso Propio.
Cargas Permanentes: peso propio (peso de la estructura y todo el material
unido o soportado permanentemente por ella), sobrecargas de uso
(verticales, de nieve, de viento, impacto, etc. Según corresponda).
El peso propio establecido es el siguiente:
Cubierta: 100 kgf./m2
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V. COMBINACIONES DE CARGA
Para el diseño de elementos de la estructura se han usado las siguientes
combinaciones de carga:
1.4 PP
1.2 PP + 1.6 SC
1.2 PP + 1.6 (SCt ó N) + 0.8V
1.2 PP + 1.6 SC +- 1.4 SX
1.2 PP + 1.6 SC +- 1.4 SY
1.2 PP + 1.6 V
0.9 PP +- 1.4 SX
0.9 PP +- 1.4 SY
Donde:
PP = PESO PROPIO.
SC = SOBRE CARGA SEGÚN NORMA Y SOLICITACION.
SCt = SOBRE CARGA DE TECHO.
SCmuro = SOBRE CARGA DE TABIQUES
V = FUERZA DE VIENTO.
N = CARGA DE NIEVE
NOTA = cabe señalar que se utilizara la máxima combinación
entre sobrecarga de techo y sobrecarga de nieve, por
ende el menor valor se desprecia.
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VI. ANALISIS SISMICO
Parámetros inicialesCategoría del edificio BZona Sísmica 3Tipo de suelo IIFac. de Mod. De la Resp. (Ro) 4T*x 0,75T*y 0,35
g (m/s2) 9,81I 1,20
Ao/g 0,40S 1,00
To 0,30T' 0,35n 1,33p 1,50
R*x 4,4483R*y 3,9787
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Espectro Elástico Espectro X Espectro YTn seg α Sa Tn
seg(Sa)x
Tn seg
(Sa)y
0,00 1,00 4,71 0,00 1,0586 0,00 1,18350,05 1,30 6,12 0,05 1,3763 0,05 1,53870,10 1,80 8,47 0,10 1,9048 0,10 2,12960,15 2,30 10,84 0,15 2,4380 0,15 2,72570,20 2,66 12,53 0,20 2,8169 0,20 3,14930,25 2,80 13,19 0,25 2,9659 0,25 3,31600,30 2,75 12,95 0,30 2,9111 0,30 3,25460,35 2,58 12,14 0,35 2,7285 0,35 3,05050,40 2,35 11,08 0,40 2,4901 0,40 2,78400,45 2,12 9,97 0,45 2,2422 0,45 2,50690,50 1,90 8,94 0,50 2,0087 0,50 2,24570,55 1,70 8,00 0,55 1,7988 0,55 2,01110,60 1,53 7,18 0,60 1,6147 0,60 1,80520,65 1,37 6,47 0,65 1,4547 0,65 1,62640,70 1,24 5,85 0,70 1,3162 0,70 1,47150,75 1,13 5,32 0,75 1,1963 0,75 1,33750,80 1,03 4,86 0,80 1,0921 0,80 1,22100,85 0,95 4,45 0,85 1,0013 0,85 1,11950,90 0,87 4,10 0,90 0,9218 0,90 1,03060,95 0,80 3,79 0,95 0,8518 0,95 0,95241,00 0,75 3,51 1,00 0,7900 1,00 0,88322,00 0,26 1,24 2,00 0,2794 2,00 0,31233,00 0,14 0,67 3,00 0,1515 3,00 0,16944,00 0,09 0,44 4,00 0,0982 4,00 0,10985,00 0,07 0,31 5,00 0,0702 5,00 0,07856,00 0,05 0,24 6,00 0,0534 6,00 0,05977,00 0,04 0,19 7,00 0,0423 7,00 0,04738,00 0,03 0,15 8,00 0,0346 8,00 0,03879,00 0,03 0,13 9,00 0,0290 9,00 0,0325
10,00 0,02 0,11 10,00 0,0248 10,00 0,0277
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0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.000.0000
0.5000
1.0000
1.5000
2.0000
2.5000
3.0000
3.5000
Espectro NCh 433 Direccion X
Tn
Sa
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.000.0000
0.5000
1.0000
1.5000
2.0000
2.5000
3.0000
3.5000
Espectro NCh 433 Direccion Y
Tn
Sa
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0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.000.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
ESPECTROS
Series2Series4Series6
Tn
Sa
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VII. FUNDACIONES
Para este proyecto se utilizarán zapatas corridas bajo muros de albañilería
armada. Las fundaciones de este proyecto serán de una profundidad igual a
60 cm. por lo que éstas quedarán en el estrato H-2, según la mecánica de
suelos. Para poder realizar esta configuración, se deberá excavar hasta el
estrato H-3 y luego se deberá realizar un relleno estructural hasta llegar a la
profundidad deseada.
Las tensiones admisibles consideradas de suelo de este proyecto son:
Estática: 1.0 kg/cm2
Sísmica: 1.5 kg/cm2
Los cimientos deberán estar provistos de una cadena longitudinal de hormigón armado si la fatiga imponible del terreno de fundación es inferior a 2 kg/cm2. La sección mínima de la armadura será la siguiente, para el número de pisos que se indica:
EDIFICIO Nº DE PISOS ARMADURA SECCION MINIMA
1 piso 2,8 cm22 pisos 5,0 cm2
En el diseño de las fundaciones o zapatas se utilizará el manual “Código de
Diseño de Hormigón Estructural (ACI 318-99)”, en el capítulo 15 de dicho
código se encuentran las expresiones utilizadas en este diseño.
Estas expresiones son las siguientes:
σ adm≥NA±MW
W=Lx B2
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Donde:
N = Peso total de fundación.
A = Sección de apoyo
M = Momento volcante
W = Momento resistente
L = Largo fundación
B = Ancho fundación
Ecuación de volcamiento:
F S(VOLC.)=∑M .Resistentes
∑M .Volcantes≥1,5
Ecuación de deslizamiento:
F S(VOLC.)=∑ V . Deslizantes
∑M .Resistentes≥1,5 ∑V . Resistentes=Na∗tan∅+Ca∗A
Donde:
= Ángulo de fricción interno
Ca = Cohesión
A = Sección en planta de fundación
Para el diseño de fundaciones se usarán las siguientes combinaciones de
carga:
PP
PP + SC
PP+SC+-SISMO
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0.9PP+-SISMO
VIII. ALBAÑILERIA
Resistencia a la compresión = 25kg/cm2
Resistencia al corte = 5 kg/cm2
Resistencia a la flexión = 0,3kg/cm2
TABLA DE ESFUERZOS-AREA MURO X-Z TIPO PLACA
Tipo de placa CombinaciónFMax VMax MMax
Tonf/m Tonf/m Tonf-m/m
Shell-Thick COMB1 -0,934 0,119 0,25606Shell-Thick COMB2 -0,264 0,352 0,29587Shell-Thick COMB2 -0,147 0,330 0,29548Shell-Thick COMB2 -0,098 0,371 0,26242Shell-Thick COMB2 -0,074 0,366 0,25299Shell-Thick COMB3 -0,145 0,452 0,29258Shell-Thick COMB3 -0,256 0,531 0,25026Shell-Thick COMB5 -0,114 0,416 0,29386Shell-Thick COMB5 -0,303 0,456 0,27275
TABLA DE ESFUERZOS-AREA MURO Y-Z TIPO PLACA
Tipo de placa CombinaciónFMax VMax MMax
Tonf/m Tonf/m Tonf-m/m
Shell-Thick COMB2 -0,920 0,217 0,17584Shell-Thick COMB2 -0,896 0,198 0,16857Shell-Thick COMB2 -0,897 0,290 0,17588Shell-Thick COMB2 -0,089 0,370 0,20583
Para la albañilería seguir especificaciones de NCh 1928 of93.
Armadura vertical escalerilla electro soldada cada 2 hiladas considerando traslape de 50 cm como mínimo
6.4.1.1 Los muros resistentes de albañilería deben tener un espesor mayor o
igual a 1/25 del menor valor entre la altura libre y el ancho libre del muro. En
todo caso, el espesor no debe ser menor que 14 cm.
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6.4.3.3 El diámetro mínimo de la armadura vertical debe ser 8mm.
6.4.3.4 La máxima separación de la armadura vertical u horizontal no debe
ser mayor que seis veces el espesor del muro, ni mayor que 120 cm.
6.4.3.5 La armadura vertical en los bordes y en los encuentros de muros
debe ser a una barra de 12 mm de diámetro.
6.4.3.6 se deben colocar armaduras horizontales en la parte superior de los
cimientos, en la base y parte superior de los vanos, a nivel de los pisos y
techos y en el coronamiento de los parapetos. Alrededor de los vanos deben
colocarse barras verticales de diámetro mayor o igual a 10 mm. Las barras
alrededor de vanos deben prolongarse un mínimo de 60 cm más allá de las
esquinas del vano.
IX. Desplazamiento máximo
La siguiente tabla representa los desplazamientos en los ejes x-z, considerando la mayor entre un piso y otro. El desplazamiento es mínimo considerando que la losa genera un diafragma rígido el cual limita el desplazamiento de los muros de un sentido con el otro, generando atiesadores estructurales.
Desplazamientos máximos entre pisos 1 a 2Combinación Desplazamiento m
Combo 2 0,00009Combo 2 0,00015Combo 2 0,00032
Conserva y respeta la norma 433 of 96, la cual muestra e indica los
desplazamientos máximos de un piso y otro respetando la materialidad de la
estructura, considera ALBAÑILERIA armada.
La norma indica un desplazamiento máximo de 0,002 por l altura entre pisos.
240 cm x 0,002= 0,48 cm
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X. CERCHAS
Diseño de cerchas tipo PRATT, Mantiene las propiedades de un diseño
conservador
El calculo en madera
Madera: Pino radiata ES5
Grado estructural 2
Relación entre el agrupamiento de especies, la clase estructural y la
clasificación visual. Madera en estado seco. F17
Los valores de esta tabla están en Mpa y el modulo de elasticidad esta en
kg/cm2
clase
estructuralFlexión Compresión
Tracción
paralelacizalle
Modulo de
elasticidad
F17 17 13 10,2 1,45 10.600
Duración 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
α = 20º
q = 20kg/m
M x=20∗0,60∗cos20 x12
8+100cos 20∗1
4=15,692
M y=20∗0,60∗sen20 x12
8+100cos 20∗1
4=5,098
σ ftrabx
σ fdisx +
σ ftraby
σ fdisy ≤1,0
Costanera 2”X2”
A = 24,3cm2
Ix = 49cm4
Wx= 20cm3
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Iy = 49cm4
Wy= 20cm3
15,69220
+ 5,09820
=103,95kg /cm2
103,95170
=0,611kg /cm2
El diseño de costanera cumple con el diseño y la combinación de carga
más desfavorable.
Cuerda superior 1”X4”
A = 24,5cm2
I = 203cm4
W = 41cm3
I = 2,87cm
Compresión paralela de diseño
130kg/cm2
Tracción paralela de diseño
102kg/cm2
Esfuerzo Máximos de Tracción y Compresión Paralelacombinación Max P Max en kg
COMB2 231,28COMB2 -190,72COMB2 -190,72COMB2 -190,72COMB2 231,28COMB2 -190,72COMB2 -190,72COMB2 -190,72
Según resistencia de diseño los esfuerzos son mínimos y aprueban tanto en
compresión como en tracción paralela.
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Figura 01. DISTRIBUCION DE CERCHAS. SAP2000
Figura 02. ELEVACION CERCHA. SAP2000
Figura 03. DEFORMACION ASOCIADA A CERCHA. SAP2000
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XI. CUADRO RESUMEN CALIDAD MATERIALES.
Material Calidad
Hormigón
Acero malla acma
Acero Albañilería
Acero Estructural
Pernos
Tuercas
Soldadura
Madera Estructural
H – 25
AT56-50H
A 44 – 28 H
A 37 – 24 ES
A 42 – 23 ó ASTM A 307
ASTM A 563 ó ASTM F 436
E 7018 RH
Pino Radiata Grado Estruct. 2 - seca
XII. ANEXO CÁLCULOS.
Vigas y Cadenas
Con esta carga (qu) se determinó una sección de acero equivalente, esta
sección fue inferior a la especificada como “Área mínima” en el código ACI
318-99.
Debido a que esta área es inferior a la mínima, se considero la mínima
como la de diseño.
TABLA DE ESFUERZOS-TIPO VIGAS
CombinaciónP V2 M3
Tonf Tonf Tonf-mCOMB2 -0,1429 0,324 0,39363COMB2 -0,0715 0,3627 0,3792COMB2 -0,0715 0,3635 0,37738COMB2 -0,2088 0,6286 0,36896COMB2 0,1224 -0,3073 0,36697COMB2 0,063 -0,2519 0,395
La expresión de área mínima es la siguiente:
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Amin=1,4∗b∗d
fy
Amin=1,4∗15∗40
420=2c m2→2∅ 10
Con estos antecedentes se determinó una sección de 15 x 40 cm para
vigas y cadenas.
Igual procedimiento se realizó para las cadenas de fundación, obteniendo
una sección de 15 x 40 cm.
Detalle V1 y cadena:
El desarrollo de vigas A63-42H
vigas superior Intermedio Inferior estrivos
V1_15x40 2ϕ10 2ϕ8 2ϕ10 ϕ8@20
Cadena_15x40 2ϕ10 2ϕ8 2ϕ10 ϕ8@20
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Fundaciones
Para el diseño de fundaciones se consideró las siguientes cargas:
Mu =0,48t-m, Nu = 2,58 t. Esto es por cada metro de fundación corrida.
Con estas cargas (Mu y Nu) se determinó la tensión que la fundación ejerce
contra el terreno, esta tensión se determinó con la siguiente expresión:
σ ≥NA±MW
Debido a que las tensiones obtenidas según dicha expresión indican que
no se requiere utilizar armadura para las fundaciones, este elemento se
diseñó con área mínima.
Detalle:
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Losas
Para el diseño de las losas se consideraron los siguientes factores:
Espesor losa 11 cm.
Para el diseño de las losas antes mencionadas se utilizó tablas de Marcus,
además de su comprobación en programa SAP2000
TABLA DE ESFUERZOS-AREA LOSA TIPO PLACA
Tipo de placa CombinaciónFMax VMax MMax
Tonf/m Tonf/m Tonf-m/m
Shell-Thick COMB2 -0,13 0,153 0,69753Shell-Thick COMB2 -0,143 0,157 0,69783Shell-Thick COMB2 -0,127 0,123 0,69147Shell-Thick COMB2 -0,126 0,115 0,68625Shell-Thick COMB2 -0,142 0,036 0,68948Shell-Thick COMB2 -0,17 0,142 0,68907Shell-Thick COMB2 -0,154 0,09 0,69933Shell-Thick COMB2 -0,166 0,104 0,69908Shell-Thick COMB2 -0,154 0,237 0,68611
Ax = 2,78 cm2/m Φ8@18
Ay = 2,90 cm2/m Φ8@15
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Figura 04. Planta, considerando esfuerzos máximos. SAP2000
Figura 05. Modelo 3D, SAP2000
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Figura 06. Esfuerzos máximos en vigas y cadenas. SAP2000
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