UNIVERSIDAD AUTONOMA DE BAJA CALIFORNIA
Memoria de Calculo de
una Casa-Habitacion Metal Sistema
ESTRUCTURAS LIGERAS Y DE MAMPOSTERIA
JAIME JOSE MAGAÑA LEGGS
ING. CARLOS FLORES ABURTO
GRUPO: 262
JUNIO/2014
INDICE
Contenido INTRODUCCION ........................................................................................................................................ 3
OBJETIVO .................................................................................................................................................... 4
DESCRIPCION ARQUITECTONICA ........................................................................................................ 5
PLANTA BAJA ........................................................................................................................................ 6
PLANTA ALTA ......................................................................................................................................... 7
PLANTA DE AZOTEA ............................................................................................................................. 8
FACHADAS ............................................................................................................................................. 9
DESCRIPCION ESTRUCTURAL ............................................................................................................... 10
CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES ....................................................................................... 10
CRITERIO DE DISEÑO ESTRUCTURAL ............................................................................................... 11
CRITERIO DE ANALISIS ESTRUCTURAL ............................................................................................. 11
REGLAMENTACION ................................................................................................................................ 12
CRITERIO DE ANALISIS GRAVITACIONAL .......................................................................................... 12
ANALISIS DE CARGAS GRAVITACIONALES .................................................................................. 12
CALCULO Y SELECCION DE ELEMENTOS ......................................................................................... 13
AZOTEA Y SEGUNDO NIVEL ............................................................................................................. 13
ENTREPISO Y PRIMER NIVEL .............................................................................................................. 16
DISEÑO SISMICO ..................................................................................................................................... 18
ANEXOS..................................................................................................................................................... 22
INTRODUCCION
Desde hace muchos años el hombre ha aprendido a construir estructuras
que abarcan un amplio rango de aplicaciones, tales como: viviendas, caminos,
mercados, edificios, estadios, etc., Estas estructuras sirven para atender una
necesidad de adaptacion, pero ademas deben realizar su funcion con
seguridad, comodidad, buena apariencia y optima utilidad.
Por lo general, la gente no piensa en el tipo de estructura en la cual
desarrolla sus actividades; Sin embargo, cuando ocurre un accidente, es decir,
cuando una estructura colapsa, entonces reflexiona y se cuestiona para tratar
de entender que paso.
Un buen diseño estructural requiere entender como se sostiene la
estructura asi como la forma en la que absorbe y transmite las fuerzas. Asi
mismo, es necesario conocer la resistencia y demas propiedades de los
materiales con los cuales se construira la estructura.
Todas las estructuras tienden a deformarse, a sufrir agrietamientos, a
tener algun tipo de asentamiento, pero debe existir un criterio ingenieril
adecuado para establecer los margenes de seguridad necesarios que nos
llevaran a un buen diseño.
OBJETIVO
El objetivo de este trabajo es el diseño estrutural de una casa-habitacion,
a base de metal sistema, basado en el manual de construccion del fabricane
(PANEL REY) el cual ha realizado diferentes pruebas para asegurar que los
materiales cumplan con diferentes solicitaciones a las cuales se pueden
someter los elementos
El diseñar una casa a base de metal sistema se busca reducir el costo y el
tiempo de construccion, asi mismo al ser un sistema ligero (70
) reduce
ampliamente los daños por sismos en este tipo de edificaciones.
DESCRIPCION ARQUITECTONICA
Se desea construir una casa habitacion en un terreno plano de dimensiones
7.5m de frente por 27m de fondo, ubicado en la calle Av. Eusebio Kino No.
2193, Colonia Maestros. En la ciudad de Ensenada, Baja California.
La planta baja se conforma de las siguientes partes: Sala, Comedor, Cocina,
1/2 Baño.
La planta alta esta compuesta por: Recamara principal, Recamara 2 y un Baño
completo.
A continuacion se presentan los planos arquitectonicos del proyecto.
PLANTA BAJA
PLANTA ALTA
PLANTA DE AZOTEA
FACHADAS
DESCRIPCION ESTRUCTURAL
La estructuración del entrepiso y azotea, sera a base de largueros poste-viga
de metal sistema, los cuales seran soportados por muros de bastidor y dinteles
en algunas partes.
Los materiales de recubrimiento de los pisos se consideran loseta cermica en
toda la casa
La estructuracion de muros en sus dos plantas sera en forma de bastidores de
poste-viga con sus respectivos cerramientos.
CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES
Materiales Kg/m2
Impermeabilizante 40
Loseta Ceramica 55
Triplay 5/8" 31.5
Plafon e Instalaciones 25
CRITERIO DE DISEÑO ESTRUCTURAL
Tomando en cuenta los requisitos básicos para la estructuración de una casa
habitación,con un Sistema Panel Rey, que consiste en perfiles galvanizados
rolados en frio, revestidos en exteriores e interiores por paneles de yeso, así para
formar muros de carga muros exteriores y muros interiores, entrepisos,
techumbres y muros divisorios.
Es un sistema muy fácil de manejar así tanto económicamente, haciéndola lo
suficientemente resistente y segura como por ser construida con este tipo de
material.
Ya que la zona donde se tiene contemplada la construcción se encuentra en
una zona alta a recibir fenómenos sísmicos, cabe mencionar que este tipo de
sistema constructivo y material tiene la ventaja de disminuir las cargas laterales
cuando se presentan este tipo de fenómenos naturales, sin embargo las fuerzas
por viento si son más significativas, debido al área de distribución de esta
fuerza, este sistema permite afrontar las cargas por viento por medio de uniones
y anclajes en sus elementos.
CRITERIO DE ANALISIS ESTRUCTURAL
Los cálculos realizados con respecto a las solicitaciones con las que se analizará
la estructura, están basadas en el Reglamento de la Ley de Edificaciones del
Estado de Baja California. De acuerdo con lo anterior se procede a determinar
las cargas gravitacionales “bajada de cargas” para después entrar a el
manual de construcción Panel Rey, utilizando las tablas proporcionadas por
este manual.
El sistema para determinación de los elementos estructurales a utilizar, se basa
en las tablas de acuerdo a las condiciones de carga que estarán sometidos
cada uno de los elementos originada por la bajada de cargas, así para hacer
una buena distribución de las cargas tomadas en cuenta en los elementos con
los que se contituirá la estructura “el esqueleto”. Para las cargas por sismo y
viento se ajustan a las recomendaciones y tablas del Manual de Diseño
Estructural Panel Rey y al Reglamento de la Ley de Edificaciones del Estado de
Baja California.
REGLAMENTACION
LEEBC-1994. Ley de Edificaciones del Estado de Baja California. Para la
determinacion de las cargas maximas de diseño. Analisis Sismico.
Manual de Diseño Estructural Panel Rey. Edicion 2012
CRITERIO DE ANALISIS GRAVITACIONAL
En el analisis de cargas gravitacionales se llevo a cabo considerando el peso
muerto de la estructura, mas la carga viva del reglamento que la Ley de
Edificaciones del Estado de Baja California señala de acuerdo al uso del
proyecto.
Carga Viva (LEEBC-1994)
Azotea con pendiente menor al 5% 100
Area de Casa-Habitacion 170
ANALISIS DE CARGAS GRAVITACIONALES
Concepto Carga (
)
Impermeabilizante 40.00 Triplay 5/8" 31.50 Peso del sistema estructural 70.00 Plafon e Instalaciones 25.00
∑= 166.5 Analisis de Cargas de Azotea
Concepto Carga (
)
Loseta Ceramica 55.00 Triplay 5/8" 31.50
Peso del sistema estructural 70.00 Plafon e Instalaciones 25.00
∑= 181.5 Analisis de Cargas de Entrepiso
CALCULO Y SELECCION DE ELEMENTOS
AZOTEA Y SEGUNDO NIVEL
Tomando en cuenta el claro mas desfavorable el
de entre los ejes A y C
Datos:
o Espaciamiento(m): 0.406
o Peso del Sistema (
): 70
o Longitud del claro critico(m): 3.75
o Limite de Fluencia(Fy) en (
): 2320
Analisis de carga en viga de azotea
o Carga muerta azotea (Wm): 166.5 (
)
o Carga viva azotea (Wv): 100 (
)
o Carga total en azotea (Wt): 266.5 (
)
o Carga distribuida sobre viga = Wt*a = 266.5*0.406 = 108.20 (
)
Analisis de carga en viga de azotea
Descripcion Unidades Valor
Momento Maximo (M) Kg*cm 19019.53
Limite de Fluencia (Fy) (
) 2320
Esfuerzo Admisible (σ=0.6Fy) (
) 1392
Modulo de Seccion (Sd=M/σ) 13.66
Con estas condiciones de carga, se selecciona la seccion de largueros
Para cubierta se selecciono un poste-viga 1524PV16 con un modulo de seccion
Sx=15.1, mayor al modulo de seccion calculado Sd=13.66
Analisis de Cortante en Largueros de Azotea
o (w*L)/2 = 202.875 Kg *Con un apoyo de 9.20cm, el alma del larguero
seleccionado 1524PV16, soporta 490Kg segun fabricante
DISEÑO DE MUROS Y ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN 2do NIVEL
Tomando en cuenta el claro mas desfavorable el de entre los ejes A y C, de ahi se
tomara al poste de bastidor con mayor carga axial.
Datos:
o Vo: Velocidad Regional = 110 Km/H
o K1: Factor de Topografia = 1.15
o K2: Factor de Recurrencia = 1
o Vβ=K1*K2*Vo= 126.5 Km/H
Analisis de bastidores exteriores con Vd=130 Km/H
o Altura(h): 3m
o Ancho Tributario(a): 0.406m
o Carga Axial (Kg): 202.875Kg
o Peso sistema en pie derecho(70*Area): 85.26Kg
o Carga puntual en pie derecho: 288.135 Kg
o Poste seleccionado: 920PV22( 1/2 SL) soporta
486Kg
Analisis de bastidores interiores con Vd= 0 Km/h
o Altura(h): 3.2m
o Ancho Tributario(a): 0.406m
o Carga Axial (Kg): 202.875Kg
o Peso sistema en pie derecho(70*Area): 90.944Kg
o Carga puntual en pie derecho: 293.82 Kg
o Poste seleccionado: 920PV22( 1/2 SL) soporta 396Kg
Dintel Critico Wl= nP/L
o n=9
o P= (108.2*3.5/2)+(108.2*2.8/2)= 340.83Kg
o L = 4.00m
o Wl = 766.86 Kg/m
0Analisis de Carga en Dintel
Descripcion Unidades Valor
Momento Maximo (M) Kg*cm 153372
Limite de Fluencia (Fy) (
) 2320
Esfuerzo Admisible (σ=0.6Fy) (
) 1392
Modulo de Seccion (Sd=M/σ) 110.18
Por calculo se selecciono una seccion compuesta del tipo "cajon" del perfil 8PAR10
con un Fy=3515
que cuenta con un modulo de seccion de 143.84 que es
mayor al necesario
*Para todos los demas dinteles se utilizara la misma seccion 8PAR10 pero de manera
individual.
Carga P axial en columnas que soportan DINTELES
P critica = Wcritica*L/2
P= 766.86*4/2 = 1533.72Kg
Se eligio un elemento 920PV20 en seccion compuesta tipo "cajon" ya que soporta
hasta 1992 Kg en una altura maxima de 3.2m
ENTREPISO Y PRIMER NIVEL
Tomando en cuenta el claro mas desfavorable
el de entre los ejes A y C
Datos:
o Espaciamiento(m): 0.406
o Peso del Sistema (
): 70
o Longitud del claro critico(m): 3.75
o Limite de Fluencia(Fy) en (
): 2320
Analisis de carga en viga de azotea
o Carga muerta azotea (Wm): 181.5 (
)
o Carga viva azotea (Wv): 170 (
)
o Carga total en azotea (Wt): 351.5(
)
o Carga distribuida sobre viga = Wt*a =
266.5*0.406 = 142.71 (
)
Analisis de carga en viga de azotea
Descripcion Unidades Valor
Momento Maximo (M) Kg*cm 25085.74
Limite de Fluencia (Fy) (
) 2320
Esfuerzo Admisible (σ=0.6Fy) (
) 1392
Modulo de Seccion (Sd=M/σ) 18.02
Con estas condiciones de carga, se selecciona la seccion de largueros
Para cubierta se selecciono un poste-viga 1524PV16 en seccion cajon con un modulo
de seccion Sx=30.2, mayor al modulo de seccion calculado Sd=18.02
Analisis de Cortante en Largueros de Azotea
= 326.20 Kg *Con un apoyo de 9.20cm, el alma del larguero
seleccionado 1524PV20, soporta 1787Kg segun fabricante
Tomando en cuenta el claro mas desfavorable el de entre los ejes A y C, de ahi se
tomara al poste de bastidor con mayor carga axial.
Datos:
o Vo: Velocidad Regional = 110 Km/H
o K1: Factor de Topografia = 1.15
o K2: Factor de Recurrencia = 1
o Vβ=K1*K2*Vo= 126.5 Km/H
Analisis de bastidores exteriores con Vd=130 Km/H
o Altura(h): 3m
o Ancho Tributario(a): 0.406m
o Carga Axial del segundo piso: 162.2Kg
o Carga Axial (Kg): 655.50Kg
o Peso sistema en pie derecho(70*Area):
85.26Kg
o Carga puntual en pie derecho: 902.96 Kg
o Poste seleccionado: 920PV18( 1/2 SL) soporta
1054Kg
Analisis de bastidores interiores con Vd= 0 Km/h
o Altura(h): 3m
o Ancho Tributario(a): 0.406m
o Carga Axial del segundo piso: 216.40Kg
o Carga Axial (Kg): 203.48Kg
o Peso sistema en pie derecho(70*Area): 85.26Kg
o Carga puntual en pie derecho: 505.14 Kg
o Poste seleccionado: 920PV18( 1/2 SL) soporta 1054Kg
DISEÑO SISMICO
Acontinuacion se realiza el diseño sismico de una casa habitacion de 2 niveles,
de acuerdo al manual estructivo panel rey
Analis is de cargas Gravitacionales
Azotea
Carga Viva
Carga Muerta
Carga total =Cv+Cm
Carga total=
Entrepiso
Carga Viva
Carga Muerta
Carga total =Cv+Cm
Carga total=
Calculo de la Superfic ie de cada Nivel
Superficie de azotea:
Superficie de entrepiso:
Analisis de cargas equivalentes
W1= (Superficie de Entrepiso)(Carga Total de Entrepiso)
W1=
W1=
W1= (Superficie de Azotea)(Carga Total de Azotea)
W1=
W1=
351.50kg/m²
52.00m²
52.00m²
52.00m² 351.50kg/m²
100.00kg/m²
166.50kg/m²
266.50kg/m²
170.00kg/m²
181.50kg/m²
18278.00kg
52.00m² 266.50kg/m²
13858.00kg
) )((
) )((
Revision de muros contraventeados.
Acontinuacion se calcula el momento que se genera de a la (fi)
Sentido X.
Mx= (Fiazotea)(altura)+(Fientrepiso)(altura)
Mx= 3.00m + 3.20m
Mx=
Sentido Y.
My= (Fiazotea)(altura)+(Fientrepiso)(altura)
My= 3.00m + 3.20m
My=
Acontinuacion se calcula el cortante en la base de la estructura haciendo una suma de fuerzas
Fx= Fx2+Fx1
Fx= +
Fx=
Fy= Fy2+Fy1
Fy= +
Fy=
De esta manera:
Tension (T) = Compresion(P)= Momento (M)/ Longitud de Muro (L)
Para el sentido "X".
T=
3.21m
T=
Para el sentido "Y".
T=
2.68m
T=
1765.50kg 1126.74kg
1126.74kg
2892.24kg
1177.00kg 751.16kg
8902.07kg/m
1177.00kg 751.16kg
5934.71kg/m
1928.16kg
8902.07kg/m
2773.23kg
5934.71kg/m
1765.50kg
2214.44kg
) )( ( ) )( (
) )( ( ) )( (
SE PROPONE UN SECCION DOBLE DE 1420-SL-22 EN AMBAS DIRECCIONES LO CUAL SOPORTA 4850 KG
SEGUN FABRICANTE
La tensión (D) que toma la diagonal es igual al cortante del muro en la base (Vb)
dividiendo entre el coseno del ángulo.
DX = f (X) / COS A =
DY = f (Y) / COS B =
Dx= Dy=
Dx= Dy=
Diseño de la Diagonal
DX =
DY =
El esfuerzo de fluencia del material es:
FY = 2,320.0 kg / cm2
Fs = 0.6 (2,812 kg / cm2)1.333=
El área transversal de la diagonal requerida es igual
a la tensión entre el esfuerzo permisible:
As = D / Fs
As (X) =
As (X)=
As (Y) =
As(Y)=
3880.12kg
2450.32kg
2249.04kg/cm²
3880.12kg
2892.24kg
0.7454
3880.12kg
1928.16kg
0.7869
2450.32kg
1.09cm²
2249.04kg/cm²
1.73cm²
2450.32kg
2249.04kg/cm²
ANEXOS
Tabla 6.1 Cargas vivas unitarias, kN/m² (kg/m²)
Destino de piso o cubierta W Wa Wm Observaciones
a) Habitación (casa–habitación, departamentos, viviendas,
dormitorios, cuartos de hotel, internados de escuelas, cuarteles,
cárceles, correccionales, hospitales y similares)
0.7
(70)
0.9
(90)
1.7
(170)
1
b) Oficinas, despachos y laboratorios 1.0
(100)
1.8
(180)
2.5
(250)
2
c) Aulas 1.0
(100)
1.8
(180) 2.5
(250)
d) Comunicación para peatones (pasillos, escaleras, rampas,
vestíbulos y pasajes de acceso libre al público)
0.4
(40)
1.5
(150)
3.5
(350)
3 y 4
e) Estadios y lugares de reunión sin asientos individuales 0.4
(40)
3.5
(350)
4.5
(450)
5
f) Otros lugares de reunión (bibliotecas, templos, cines, teatros,
gimnasios, salones de baile, restaurantes, salas
de juego y similares)
0.4
(40)
2.5
(250)
3.5
(350)
5
g) Comercios, fábricas y bodegas 0.8Wm 0.9Wm Wm 6
h) Azoteas con pendiente no mayor de 5 % 0.15
(15)
0.7
(70)
1.0
(100)
4 y 7
i) Azoteas con pendiente mayor de 5 %; otras cubiertas, cualquier
pendiente.
0.05
(5)
0.2
(20)
0.4
(40)
4, 7, 8 y 9
j) Volados en vía pública (marquesinas, balcones y similares) 0.15
(15)
0.7
(70)
3
(300)
k) Garajes y estacionamientos (exclusivamente para automóviles) 0.4
(40)
1.0
(100)
2.5
(250)
10
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