VERIFICACIÓN DE ESTRUCTURA DE VIVIENDA UTILIZANDO EL SISTEMA CASAKIT Agosto, 2015 Verificación de estructura de vivienda utilizando el sistema CASAKIT Diego R. Hunicken Ing Civil VERIFICACIÓN DE ESTRUCTURA DE VIVIENDA UTILIZANDO EL SISTEMA CASAKIT Índice: 1. ALCANCE Y CAMPO DE VALIDEZ DEL DOCUMENTO ..................................... 1 2. INTRODUCCIÓN ......................................................................................................... 1 3. BIBLIOGRAFÍA Y DOCUMENTOS DE REFERENCIA .......................................... 1 4. MATERIALES CONSIDERADOS .............................................................................. 4 5. TIPOS DE PANELES A UTILIZAR ............................................................................ 4 6. ANÁLISIS DE CARGA ................................................................................................ 5 6.1. Cargas permanentes y sobrecargas ........................................................................ 5 6.2. Distribución de cargas gravitatorias y sobrecargas ............................................... 7 6.3. Cargas de viento .................................................................................................. 12 7. VERIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS PRINCIPALES DEL SISTEMA CASAKIT ............................................................................................................................ 15 7.1. Verificación de losas ........................................................................................... 15 7.2. Verificación de muros ......................................................................................... 16 7.3. Verificación de unión losa - muro ....................................................................... 18 7.4. Verificación de viga bajo muro en lateral de escalera ......................................... 18 Verificación de estructura de vivienda utilizando el sistema CASAKIT Diego R. Hunicken Ing Civil VERIFICACIÓN DE ESTRUCTURA DE VIVIENDA UTILIZANDO EL SISTEMA CASAKIT 1. ALCANCE Y CAMPO DE VALIDEZ DEL DOCUMENTO El alcance de la presente memoria es exclusivamente la verificación de la vivienda tipo Amsterdam bajo las condiciones de materiales y geometría que en la presente se especifican, realizada exclusivamente para la presentación de la solicitud del Certificado de Aptitud Técnica (CAT), no para su presentación ante clientes particulares de la empresa CasaKit. Los materiales citados en el punto 4 de la presente, deben ser considerados como mínimos a colocar en los paneles de la vivienda, lo que es excluyente para la validez de la presente memoria. En la presente verificación se excluye expresamente la verificación sismoresistente de la construcción por no encontrarse especificada en los requisitos para la obtención del Certificado de Aptitud Técnica (CAT). Para la construcción de la vivienda en zona sísmica se deberá realizar una verificación sismoresistente de la misma de acuerdo a la Normativa CIRSOC 103. 2. INTRODUCCIÓN Se realiza el cálculo de la estructura de una vivienda utilizando el sistema constructivo CASAKIT. El modelo a calcular es el denominado Vivienda Modelo Amsterdam, el cual se muestra en las Figuras 1 y 2. 3. BIBLIOGRAFÍA Y DOCUMENTOS DE REFERENCIA [1] Reglamento CIRSOC 101, “Cargas y sobrecargas gravitatorias para el cálculo de las estructuras de edificios”. Julio 1982. [2] Reglamento CIRSOC 102, “Acción del viento sobre las construcciones”. Junio de 1994. [3] Reglamento CIRSOC 201, “Proyecto, cálculo y ejecución de Estructuras de Hormigón Armado y Pretensado”. Diciembre de 1984. 1 Verificación de estructura de vivienda utilizando el sistema CASAKIT Diego R. Hunicken Ing Civil Figura 1. Vistas de vivienda modelo tipo Amsterdam 2 Verificación de estructura de vivienda utilizando el sistema CASAKIT Diego R. Hunicken Ing Civil Figura 2. Plantas de vivienda modelo tipo Amsterdam 3 Verificación de estructura de vivienda utilizando el sistema CASAKIT 4. Diego R. Hunicken Ing Civil MATERIALES CONSIDERADOS Los materiales adoptados en la verificación de los distintos elementos estructurales son: - Hormigón H13 para los paneles, que cumpla las Normas Cirsoc 201 edición 1982. - Acero en mallas tipo AM-500 lisas o nervuradas, que cumpla las Normas IRAM-IAS U 500-06. - Acero en barras nervuradas ADN420, cuando se colocan como refuerzo, que cumpla las Normas IRAM-IAS U 500-528. Los materiales anteriores citados deben ser considerados como mínimos a colocar en los paneles de la vivienda, para la validez de la presente memoria. 5. TIPOS DE PANELES A UTILIZAR Para los muros exteriores se considera el uso del panel PME30, el cual se muestra en la Figura 3. Para muros interiores, el panel PMI10, el cual es igual pero con longitud de 2.50 m. En ambos casos se considera un espesor de hormigón a cada lado del muro de 3.0 cm. Para losas tanto de entrepiso, como superior, se considera el uso del panel de losa que se muestra en Figura 4. Se considera un espesor de hormigón inferior de 3.0 cm y una capa de compresión de 5.0 cm. Con la separación de los elementos de poliestireno expandido, quedan generados nervios de 0.10 m de espesor, en los que se coloca armadura de refuerzo, conformándose una losa nervurada. 4 Verificación de estructura de vivienda utilizando el sistema CASAKIT Diego R. Hunicken Ing Civil Figura 3. Panel utilizado para muros Figura 4. Panel utilizado para losas 6. ANÁLISIS DE CARGA 6.1. Cargas permanentes y sobrecargas Para las losas se utilizan las cargas permanentes y sobrecargas indicadas en la Figura 5, para la escalera las indicadas en la Figura 7 y las cargas permanentes en muros se indican en la Figura 6. 5 Verificación de estructura de vivienda utilizando el sistema CASAKIT Diego R. Hunicken Ing Civil LOSA DE TECHO Cargas permanentes Panel de losa Hormigon inferior Carpeta de compresion Nervios Relleno pendiente Bovedilla Total 10 75 125 60 100 80 450 kg/m2 kg/m2 kg/m2 kg/m2 kg/m2 kg/m2 kg/m2 Sobrecargas Sobrecarga Total 100 kg/m2 100 kg/m2 LOSA DE ENTREPISO Cargas permanentes Panel de losa Hormigon inferior Carpeta de compresion Nervios Contrapiso Solado Total 10 75 125 60 100 10 380 kg/m2 kg/m2 kg/m2 kg/m2 kg/m2 kg/m2 kg/m2 Sobrecargas Sobrecarga Total 200 kg/m2 200 kg/m2 Figura 5. Cargas gravitatorias en losas MUROS Panel de losa Hormigon proyectado Revoques Total 10 175 60 245 kg/m2 kg/m2 kg/m2 kg/m2 Figura 6. Cargas gravitatorias en muros 6 Verificación de estructura de vivienda utilizando el sistema CASAKIT Diego R. Hunicken Ing Civil ESCALERA Cargas permanentes Panel de losa Hormigon inferior Carpeta de compresion Nervios Escalones Carpeta Solado Total (desproyectado) (angulo = 32deg) 10 75 125 60 120 50 10 530 kg/m2 kg/m2 kg/m2 kg/m2 kg/m2 kg/m2 kg/m2 kg/m2 Sobrecargas Sobrecarga Total 200 kg/m2 200 kg/m2 Figura 7. Cargas gravitatorias en escalera 6.2. Distribución de cargas gravitatorias y sobrecargas En la Figura 8 se muestra la distribución de carga permanente de la losa de techo sobre muros. En la Figura 9 se muestra la distribución de sobrecargas de losa de techo sobre muros. En la Figura 10 se muestra la distribución de carga permanente de la losa de entrepiso sobre muros. En la Figura 11 se muestra la distribución de sobrecargas de la losa de entrepiso sobre muros. A los valores mostrados en las Figuras 8 a 11 se suman posteriormente los pesos propios de muros. 7 Diego R. Hunicken Ing Civil qD = 450 kg/m2 qD = 1001 kg/m qD = 1001 kg/m Verificación de estructura de vivienda utilizando el sistema CASAKIT Figura 8. Distribución de carga permanente de losa de techo sobre muros 8 Diego R. Hunicken Ing Civil qL = 100 kg/m2 qL = 222 kg/m qL = 222 kg/m Verificación de estructura de vivienda utilizando el sistema CASAKIT Figura 9. Distribución de sobrecargas de losa de techo sobre muros 9 qD = 845 kg/m qD = 380 kg/m2 qD = 627 kg/m COLUMNAS Diego R. Hunicken Ing Civil qD = 627 kg/m qD = 845 kg/m Verificación de estructura de vivienda utilizando el sistema CASAKIT qD = 380 kg/m2 VIGAS Figura 10. Distribución de carga permanente de losa de entrepiso sobre muros 10 qL = 445 kg/m qL = 200 kg/m2 qL = 330 kg/m COLUMNAS Diego R. Hunicken Ing Civil qL = 330 kg/m qL = 445 kg/m Verificación de estructura de vivienda utilizando el sistema CASAKIT qL = 200 kg/m2 VIGAS Figura 11. Distribución de sobrecargas de losa de entrepiso sobre muros 11 Verificación de estructura de vivienda utilizando el sistema CASAKIT Diego R. Hunicken Ing Civil 6.3. Cargas de viento A. Generalidades: Se plantea el cálculo de las acciones del viento siguiendo el procedimiento del reglamento CIRSOC 102. Edición 1994. B. Clasificación del edificio: Según su forma de conjunto: Construcción prismática de base cuadrangular. Según su ubicación en el espacio: Construcción apoyada en el suelo. Según la permeabilidad de las paredes: Cerrada ( < 5% ) C. Procedimiento: a- Velocidad de referencia ( ): La velocidad de referencia, es la correspondiente al promedio de velocidad instantánea (pico de ráfaga) sobre intervalos t = 3 seg., en exposición abierta, a una altura normal de referencia de 10 m que tiene un período de recurrencia de 1 año. El reglamento especifica para la ciudad de Córdoba: = 27.5 m / s. b- Velocidad básica de diseño ( Vo ): Es la velocidad que tiene una probabilidad Pm de ser excedida, por una vez en un período de m años, y corresponde a promedios de velocidad instantánea sobre intervalos t=3 seg., en exposición abierta (rugosidad tipo I), a una altura normal de referencia zo=10 m. El reglamento la calcula con la siguiente fórmula: Vo = Cp. Con Cp: Coeficiente de velocidad probable. El reglamento especifica para edificios e instalaciones industriales con bajo factor de ocupación, una probabilidad Pm=0.5 y un n de años m=10 años, para los cuales corresponde un valor para Cp=1.45. Vo = 1.45 x 27.5 m/s = 39.9 m/s. c- Presión dinámica básica ( qo ): Es la presión ejercida por el viento sobre una superficie plana, normal a su dirección, en el punto atacado por el filete de aire donde la velocidad se anula. Por convención es la que se ejerce a una altura de 10 m sobre el suelo, con rugosidad tipo I, sobre un elemento cuya dimensión mayor es de 0,50 m. 12 Verificación de estructura de vivienda utilizando el sistema CASAKIT Diego R. Hunicken Ing Civil qo = 0,0613 x Vo2 [Kg/m2] qo = 97.6 Kg/m2 d- Presión dinámica de cálculo ( qz ): Se obtiene, afectando a la presión dinámica básica con un coeficiente Cz, que expresa la ley de variación de la presión con la altura y que toma en consideración la rugosidad del terreno, y con un coeficiente Cd de reducción que toma en consideración las dimensiones de la construcción. d-1. Parámetro Cz : Se considera la edificación en zona de rugosidad II y dado que la altura de la construcción es inferior a 10 m, el valor adoptado es: Cz = 0,673 d-2. Parámetro Cd : Es aplicable, siempre que alguna dimensión de la construcción exceda los 20 m, por lo que en el presente caso Cd = 1,00 Se realizará el cálculo de la presión qz para la altura máxima de la construcción en la Tabla 1, considerando las dos direcciones de la construcción denominadas como dirección V1 y V2. Tabla 1. Presión dinámica de cálculo Dirección V1 V2 h del piso [m] 5.00 5.00 Cz Cd 0,673 0,673 1,000 1,000 qz [Kg/m2] 65.7 65.7 e- Coeficientes de presión para muros exteriores: Dimensiones en planta de la construcción: a = 8,53 m. b = 4,45 m. y la altura: h = 5.00 m 13 Verificación de estructura de vivienda utilizando el sistema CASAKIT Diego R. Hunicken Ing Civil Se llama V1 a la dirección del viento perpendicular al lado b (cara menor) y V2 al perpendicular al lado a (cara mayor). a = h / a = 0.586 b = h / b = 1.124 b / a = 0.522 Para V1: Para V2: o = 1.00 o = 1.00 e-1. Presiones Exteriores: Para V1: Cara frontal: Cara posterior: Caras laterales: ce = +0.80 ce = -(1.3.o-0.8) = -0.50 ce = -0.50 Para V2: Cara frontal: Cara posterior: Caras laterales: ce = +0.80 ce = -(1.3.o-0.8) = -0.50 ce = -0.50 14 Verificación de estructura de vivienda utilizando el sistema CASAKIT Diego R. Hunicken Ing Civil e-2. Presiones Interiores: Para < 5% ( construcción cerrada), el valor de la presión interior para todas las caras interiores de todos los locales, adquiere los siguientes valores : Para V1: Con todas las paredes cerradas: C = +0,6.(1,8 - 1.3.o) = +0,30 C = -0,6.(1.3.o - 0,8) = -0,30 o Para V2: Con todas las paredes cerradas: C = +0,6.(1,8 - 1.3.o) = +0,30 C = -0,6.(1.3.o - 0,8) = -0,30 o e-1. Presiones Totales: Paredes sotavento: Paredes barlovento: +0.80 + 0.30 = 1.10 x 65.7 = 72 kg/m2 -0.50 - 0.30 = -0.80 x 65.7 = 53 kg/m2 Se utiliza para el cálculo de los muros al viento la máxima presión que se corresponde con 72 kg/m2 7. VERIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS PRINCIPALES DEL SISTEMA CASAKIT 7.1. Verificación de losas La losa que se toma como más desfavorable es la losa de entrepiso de 4.30 m de luz y carga total q = 380 + 200 = 580 kg/m2. En la misma se dan las siguientes solicitaciones máximas de servicio: Momento flector: M = 1340 kg.m/m Esfuerzo de corte: Q = 1247 kg/m 15 Verificación de estructura de vivienda utilizando el sistema CASAKIT Diego R. Hunicken Ing Civil Verificación a flexión: b = 1.00 m d = 0.18 m h = 0.15 m Kr = 1.75 x M / (b x d2 x r) = 0.099 Por lo que el hormigón queda verificado. Armadura necesaria: As = 1.75 x M / (Kz x d x s) = 4.1 cm2/m (2.05 cm2/nervio) Se adoptan 2 hierros de 12 mm de diámetro o 3 hierros de 10 mm de diámetro en cada nervio. Verificación al corte: = Q / (2 nervios x 0.85 x bo x d) = 4.9 kg/cm2 Donde bo es el ancho de los nervios. Fest = x 1.75 x Q / (2 nervios x 0.85 x d x s) = 1.8 cm2/m en cada nervio Se considera que el estribado resultante de la malla de 3mm c/5 cm que queda conformado en los lados del nervio son suficientes como armadura de estribos (2.8 cm2/m) 7.2. Verificación de muros El muro que se toma como más desfavorable es correspondiente a planta baja, con 2.50 m de altura y que recibe una carga normal de servicio: Esfuerzo normal: N = 1001 + 222 + 845 + 445 + peso propio = 3738 kg/m En la misma se dan las siguientes solicitaciones máximas de servicio por viento: Momento flector: M = 56 kg.m/m + (1001 + 222 + 845 + 445) kg/m x 0.065m = 219 kg.m/m Esfuerzo de corte: Q = 90 kg/m 16 Verificación de estructura de vivienda utilizando el sistema CASAKIT Diego R. Hunicken Ing Civil Se lleva la carga normal a la armadura traccionada, por lo que: N = 3738 kg/m M = 219 kg.m/m+ 3738 kg/m x 0.065 m = 462 kg.m/m Verificación a flexión: b = 1.00 m d = 0.16 m h = 0.145 m Armadura necesaria: As = 1.75 x M / (Kz x d x s) – N / s = 0.85 cm2/m Se considera que la malla de 3mm c/5 cm es suficiente como armadura (1.4 cm2/m) En la Figura 12 se muestra el diagrama de interacción para un muro típico. Figura 12. Diagrama de interacción para verificación de muros 17 Verificación de estructura de vivienda utilizando el sistema CASAKIT Diego R. Hunicken Ing Civil Verificación al corte: Dado que el nucleo es de poliestireno expandido, se realiza la verificación del esfuerzo rasante resultante para verificar la necesidad de pasadores entre ambas caras del muro. r = Q x Sn / Iz = 6.8 kg/cm Poniendo 30 pasadores por m2 (aproximadamente uno cada 20 cm), la fuerza por cada pasador es de 22 kg, la cual se considera adecuada. 7.3. Verificación de unión losa - muro Se recomienda que cuando se realice la unión pasante en entrepisos y losas la losa penetre por lo menos 5 cm en el interior del muro. Además se deberá verificar por ensayos la capacidad de la unión ante el arrancamiento de la losa, para garantizar la estabilidad del sistema constructivo, sobre todo cuando se consideren dos plantas en la construcción. La transferecncia de carga de losa a muro que se toma como más desfavorable es la correspondiente a planta alta, y que recibe una carga normal de servicio: Esfuerzo normal: N = 1001 + 222 = 1223 kg/m La tensión de trabajo de servicio, considerando sólo el esfuerzo normal en el espesor de un lado del muro es: = N / (1 x erec x b) = 4.1 kg/cm2 La cual es inferior a la tensión de trabajo en contacto del hormigón H13. 7.4. Verificación de viga bajo muro en lateral de escalera La losa que transmite la losa de entrepiso es q = 627 + 330 + peso del muro superior = 1570 kg/m. Siendo la longitud de la viga igual a 4.30 m. En la misma se dan las siguientes solicitaciones máximas de servicio: Momento flector: M = 3630 kg.m Esfuerzo de corte: Q = 3375 kg 18 Verificación de estructura de vivienda utilizando el sistema CASAKIT Diego R. Hunicken Ing Civil Verificación a flexión (Viga 20 x 40 cm): b = 0.20 m d = 0.40 m h = 0.37 m Kr = 1.75 x M / (b x d2 x r) = 0.221 Por lo que el hormigón queda verificado. Armadura necesaria: As = 1.75 x M / (Kz x d x s) = 4.5 cm2 Se adoptan 4 hierros de 12 mm de diámetro en la cara inferior de la viga. Verificación al corte: = Q / (0.85 x b x d) = 5.4 kg/cm2 Donde bo es el ancho de los nervios. Fest = x 1.75 x Q / ( 0.85 x d x s) = 2.0 cm2/m en cada nervio Se considera estribos de 6mm c/20 cm (2.8 cm2/m) 19