DISEÑO ESTRUCTURAL DE VIVIENDA UNIFAMILIAR DUEÑO:
-
SOLICITADO POR:
CONSORCIO VIVIENDA DE COLON, S.A.
RESPONSABLE:
-
UBICACIÓN:
Distrito Donoso y Chagres, Provincia de Colon República de Panamá.
PRESENTADO POR:
-
IDONEIDAD:
-
DISEÑO ESTRUCTURAL: Esta memoria técnica tiene como alcance el cálculo estructural de una vivienda unifamiliar para Techo de Esperanza aplicando como sistema constructivo paneles con núcleo central de polietileno (PCH). Los cálculos estructurales se realizan de acuerdo con los parámetros exigidos por el Reglamento para el Diseño Estructural en la República de Panamá (REP-04).
CONTENIDO
Índice de figuras
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iii
Índice de tablas
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iv
1-.
Introducción ………………………………………………………………….
6
2-.
Localización ………………………………………………………………….
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3-.
Descripción del Tipo de Estructura
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7
4-.
Propiedades de los Materiales
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7
4.1
Hormigón
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6
4.2
Acero de refuerzo ………………………………………………….
6
4.3
Madera
………………………………………………………….
6
5-.
Estudio de Suelo
………………………………………………………….
8
6-.
Análisis Estructural ………………………………………………………….
8
6.1
Criterio utilizados para el análisis …………………………………..
8
6.2
Sistema de cargas de gravedad para el análisis
…………..
9
………………………………………………….
9
7-.
Sistema de fundaciones
8-.
Muro …………………………………………………………………………
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9-.
Columnas y Vigas …………………………………………………………
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10-.
Losa solida sobre piso
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11-.
Escalera
………………………………………………………………..
16
12-.
Techo ………………………………………………………………………..
17
13-.
Refuerzo típico de vivienda peque ña recomendado por el REP…...
18
14-.
Bibliografía ………………………………………………………………..
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INDICE DE FIGURAS Figura 4.1 Propiedades Mecánicas de diferentes tipos de maderas
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Figura 7.1 Detalle de planta de fundaciones – Esfuerzo sobre el suelo
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8
Figura 7.2 Detalle de planta de fundaciones – Punzonado ………………….
9
Figura 7.3 Planta de fundaciones
…………………………………..…….
9
Figura 7.4 Detalle de durmiente
…………………………………..…….
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Figura 8.1 Detalle de muro limítrofe
….………………………………..…….
13
….………………………………………..…… .
13
Figura 9.1 Detalle de columna
Figura 9.2 Detalle de anclaje columna – viga de madera Figura 9. Detalle de pórtico
…………………..
14
…………………………………………..……..
14
..…………………………………..…… .
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…………………………………..
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Figura 11.1 Detalle de escalera Figura 12.1 Detalle de planta de techo
Figura 13.1 Detalle de intercepción en planta de cimientos de paredes
….
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Figura 13.2 Detalle de secciones transversales de cimientos de paredes ….
19
Figura 13.3 Detalle típicos de columnas de amarre
………………...
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Figura 13.4 Detalle típicos de vigas de amarre
………………...
20
………...
21
...
21
Figura 13.5 Detalle típico de refuerzo alrededor de puertas Figura 13.6 Detalle típico de refuerzo alrededor de ventanas
INDICE DE TABLAS Tabla 7.1 Detalle de durmiente ……………………………....……………….
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Tabla 8.1 Calculo de muro limítrofe
…………………….....……………….
11
Tabla 11.1 Calculo de escalera …………………………….....……………… .
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1. INTRODUCCION.
Este documento presenta la memoria técnica del diseño estructural de una Vivienda Unifamiliar para el programa Techo de Esperanza. Para el diseño estructural se utilizaron las cargas de diseño recomendadas por el Reglamento para el Diseño Estructural en la República de Panamá (REP04), detalladas en la sección 6, Análisis Estructural de este documento. La edificación en cuestión se modelo usando como herramienta de trabajo el programa ETABS versión V15.1. Para el análisis de fundaciones se implementó una resistencia del suelo estimada de 1.00 kg/cm 2. Dicho valor deberá ser comprobado mediante un estudio de suelo para el respectivo chequeo del conjunto. El sistema estructural a utilizar es de paneles con núcleo central de polietileno (PCH). Dicho paneles soportaran las correas de tipo carriola 2”x4” sencilla formado así un techo a dos aguas. El revestimiento del techo será con lámina de zinc esmaltado corrugado trapezoidal, calibre 26. Como sistema de fundaciones se utilizara vigas corridas según como recomienda el REP para este tipo de edificaciones. Cabe destacar que se implementara una columna elaborada del mismo material PCH. Dicha columna estará ubicada en la entrada de la vivienda de lado derecho. Para evaluar la estructura por la solicitación de cargas laterales se utilizó un espectro sísmico de diseño construido con datos referenciados del REP-2004 para la zona de Colon y fuerzas generadas por viento con una magnitud mínima permitida por el REP-2004. Este documento se divide de la siguiente manera: localización regional del proyecto, descripción del tipo de estructura, propiedades de los materiales, análisis estructural, diseño de losas, diseño de muro y diseño de escalera. 2. LOCALIZACION.
La vivienda será implementada en el Distrito Donoso y Chagres, Provincia de Colon - República de Panamá.
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3. DESCRIPCION DEL TIPO DE ESTRUCTURA.
La edificación está estructurada a base de panales estructurales reforzados PCH PE-50 TIPO ECOTEC en lo que respecta al sistema de paredes y muros divisorios. El sistema de fundaciones estará conformado por zapata corrida y pedestales elaborado con bloques de cemento 8” de ancho relleno con mortero y
reforzado con barra #4 tal cual como se indica el REP como detalle típico para este tipo de vivienda unifamiliar de un nivel. La estructura de techo está formada a base de perfiles formados en frio (carriolas) 2”x4” calibre 16, sobre las cuales estará apoyada la cubierta de
lámina de zinc esmaltada corrugada trapezoidal calibre 26. 4. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES.
4.1
Hormigón
A resistencia del concreto del sistema de fundaciones es de f’c = 3. 000 psi
(210 kg/cm2). El concreto deberá ser dosificado y evaluado de acuerdo al ACI-2111 y ACI214. Los ensayos para la evaluación deberán estar conformes con los requisitos establecidos en las normas ASTM C31, ASTM C39 y ASTM C42, entre otras. 4.2
Acero de Refuerzo de fundaciones
Se utilizara acero de refuerzo que cumpla con los requerimientos de ASTM A615. El acero para cortante consistirá de estribos #3 G-40, 280 MPa (40.000 psi), mientras que el resto del acero será G-60, 420 MPa (60.000 psi). 4.3
Acero estructural
Se utilizara para el sistema de vigas y correas madera circular tipo Amargo Amargo o similar, la cual posee según la tabla 10.1 del REP las siguientes propiedades:
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5. ESTUDIO DEL SUELO.
Se consideró para este proyecto una capacidad portante del suelo de 1.00 Kg/cm2, valor el cual deberá ser verificado mediante un estudio de suelo. 6. ANALISIS ESTRUCTURAL. 6.1
Criterios utilizados para el análisis.
a) Las cargas de gravedad fueron definidas de acuerdo al peso propio de los elementos existentes (columnas, vigas, correas, cubiertas, otros.), el uso actual de la estructura y las provisiones del Reglamento para el Diseño Estructural en la República de Panamá (REP_04). 6.2
Sistema de cargas de gravedad para el análisis.
Sistema de Cargas de Gravedad en Losas:
Sistema de Cargas de para losa de Techo: 8
Carga Permanente:
5 Kg/m2
Carga Variable excepto balcones:
45 Kg/m2
7. SISTEMA DE FUNDACIONES
El sistema de fundaciones para este proyecto fue considerado de tipo superficial, tomando en consideración que se asumió una resistencia de suelo admisible de 1.00Kg/cm2. La losa de piso se diseñó de manera rígida reforzada con barras #3 @ 0.25m A/S sustentada con durmientes en cada apoyo de columna. Dichos durmientes tienen un área de 0.80m x 0.80m y una profundidad de desplante de 0.30m. El reforzamiento de los mismos será mediante barras #4 @0.25m A/S. Para establecer las dimensiones de las fundaciones, se determinó el área requerida de las mismas con las cargas de trabajo y la capacidad admisible del suelo como está previsto en las normas ACI para el diseño de los durmientes. Todos los durmientes tendrán una profundidad de desplante mínima de 0,30m, mientras que el acero tendrá un recubrimiento de 7cm como mínimo. A continuación, se presentan la planta de fundaciones, su detalle típico y el detalle del muro perimetral.
Figura 7.1 – Detalle de Planta de fundaciones del Rancho – Esfuerzo sobre el suelo
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Figura 7.2 – Detalle de Planta de fundaciones del Rancho – Efecto de Punzonado
Figura 7.3 – Detalle de Planta de fundaciones del Rancho
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Figura 7.4 – Detalle típico de Durmiente
COLUMNA
SECCION
DURMIENTE
TIPO
CONCRETO (Kg/cm2)
B (m)
L (m)
Esp (m)
ACERO CANT (A/D)
N°.
C30x30
3000.00
0.80
0.80
0.30
4.00
#4
Zapatas apoyadas en suelo con Qadm=1.00Kg/cm2 Tabla 7.1 – Detalle de Durmientes
8. MURO En esta sección de presenta el diseño y especificaciones de un muro a utilizar dentro de la propiedad. Dicho muro es limítrofe y deberá apoyarse sobre suelo bien compactado con un Q adm = 1.00Kg/cm 2. El diseño del muro comprende bloques estructurales de 8”x8”x16”, rellenos con
concreto, cuya resistencia debe ser de 210 Kg/cm2. Adicionalmente, se utilizara barras de acero #4 G60 en cada hilada y barra de acero #4 G60 cada 25cm. El acero #4 tiene un fy = 4.200 Kg/cm 2 grado 60. Se debe utilizar un recubrimiento de 7cms. Se deberá colocar del lado del relleno un drenaje tipo francés, el cual consiste en la colocación de una malla de geotextil en el lado de contacto con el relleno a toda la altura del muro y en la parte inferior (unión paral-base) colocar piedra picada #4
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alrededor de un tubo de 4” de diámetro perforado con una inclinación adecuada
para drenar las aguas subterráneas. DISE ÑO DE MUR O LIMITR OFE
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Tabla 8.1 – Calculo de Muro Limítrofe
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Figura 8.1 – Detalle de Muro Limítrofe
9. COLUMNAS y VIGAS
Para todas las columnas se les debe colocar un recubrimiento de 5cm y una resistencia a la compresión del concreto (f’c) de 210 kg/cm2 (3.000 psi).
Las columnas a construir serán cuadradas con una sección de 30cm x 30cm en concreto reforzado. Se colocaran como refuerzo longitudinal 8 barras de acero #4 grado 60 con estribos colocados desde los extremos de la siguiente manera: el 1° a 5cm; los 8 siguientes a 10cm y resto a 15cm.
Figura 9.1 – Detalle de Columna 14
Las vigas propuestas son de madera tipo Amargo - Amargo y de sección circular 6”, las mismas serán apoyadas sobre las columnas elaboradas en concreto armado de sección cuadrada. La unión entre los elementos se realizara mediante anclajes metálicos según como se muestra a continuación:
Figura 9.2 – Detalle de Anclaje Columna - Viga
Las correas se apoyan simplemente sobre las vigas de carga, ancladas mediante tornillos pasantes o barras roscadas.
Figura 9.3 – Detalle de Pórtico 15
10. LOSA SOLIDA SOBRE PISO.
La losa construida sobre el terreno natural debe tener un espesor mínimo de 0.10m reforzada con acero #3 @ 0.25m en ambas direcciones o instalar malla electrosoldada que cumpla con los requisitos mínimos de un refuerzo por contracciones y temperatura de = 0.0018. Se debe procurar que el terreno natural cumpla con la compactación mínima de 95% Proctor estándar. 11. ESCALERAS
La escalera estará apoyada sobre el terreno natural y deberá tener un acero principal barra #4 @0.30m y como acero de repartición un acero de refuerzo por contracción y temperatura de p = 0.0018, el cual puede ser una malla electrosoldada o barra #3 @0.30m. El tramo de llegada se anclara al acero d refuerzo del muro perimetral tal como muestra la figura a continuación:
Figura 11.1 – Detalle de Escalera 16
D IS E Ñ O D E E S C A L E R A
Tabla 11.1 – Calculo de Escalera
12. TECHO.
El techo tendrá dos pendientes drenando hacia los laterales del rancho. Las correas son de madera circular con sección de 90mm de diámetro espaciadas a 0,60m centro a centro.
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Figura 12.1 – Detalle de planta techo.
13. REFUERZO TIPICO DE VIVIENDA PEQUEÑA RECOMENDADO POR EL REP.
En el capítulo N°.6 del reglamento para el Diseño Estructural en la Republica de Panamá, se indican detalles mínimos para el refuerzo de la pequeña vivienda. Las paredes deberán estar confinadas por elementos de borde verticales (columnas de amarre) y horizontales (vigas de amarre). También indica que deberá existir un elemento de borde en los siguientes lugares: 1. En las intercepciones de las paredes. 2. En ambos extremos de toda pared aislada. 3. En los bordes libres de toda pared aislada. 4. Alrededor de las aberturas de puertas y ventanas.
Cuando la pared excede un ancho de 7m, se emplearan columnas de amarres intermedias, así como, cuando la altura de una pared exceda los 3m, se emplearan vigas de amarre intermedias.
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A continuación se muestran los detalles típicos de la pequeña vivienda recomendados por el Reglamento para el Diseño Estructural en la Republica de Panamá, los cuales deben aplicarse en este diseño.
Figura 13.1 – Detalle de intercepción en planta de cimientos de paredes.
Figura 13.2 – Detalle de secciones transversales de cimientos de paredes.
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Figura 13.3 – Detalle típicos de columnas de amarre.
Figura 13.4 – Detalle típicos de vigas de amarre. 20
Figura 13.5 – Detalle típico de refuerzo alrededor de puertas.
Figura 13.6 – Detalle típico de refuerzo alrededor de ventanas.
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14. BIBLIOGRAFIA. [ACI_318-14]
ACI committee 318. “Building Code Requirements for Structural Concrete” (ACI 318-14). American Concrete Institute, USA, 2014.
[AISC_360-05]
“Specification for Structural Steel Buildings ” (AISC 360-05).
American Institute of Steel Construction, Chicago, Marzo 2005. [FEM_92]
FEMA-178. NEHRP (National Earthquake Hazards Reduction Program). Handbook for the Seismic Evaluation of Existing Buildings. Washintong, Junio 1992.
[REP_04]
Junta técnica de Ingeniería y Arquitectura. Reglamento para el Diseño Estructural en la Republica de Panamá (REP-2004).
Panamá, 2004.
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