Diseño Estructural Residencia Unifamiliar de Playa,2010

1. Memoria Técnica
Residencia Unifamiliar de Playa
Dueño:
Alfredo Junca
Por:
Dra. Tania Croston de Caplier
Septiembre de 2010

2. Dra. Tania Croston de Caplier
394-3571, 6150-1358, crostont@hotmail.com
Diseño Estructural
Residencia Unifamiliar de Playa
DUEÑO: Alfredo Junca
ARQUITECTO: Arq. Marvin Pérez De Obaldía, Teléfono: 264-2768/
celular: 6675-8035
UBICACIÓN: Urbanización Costa Esmeralda, Distrito de San Carlos,
Provincia de Panamá, República de Panamá.
PRESENTADO POR: Dra. Tania Croston de Caplier, Ingeniera Civil.
IDONEIDAD: 97-006-055
DISEÑO ESTRUCTURAL:
Esta memoria técnica abarca el cálculo estructural de una residencia
unifamiliar con una planta baja y techo, solicitado por el arquitecto de la obra.
Los cálculos estructurales se realizan de acuerdo con los
requerimientos exigidos por el Reglamento para el Diseño Estructural en la
República de Panamá [REP_04].
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CONTENIDO
ÍNDICE DE FIGURAS ...................................................................................................................... iv
ÍNDICE DE TABLAS......................................................................................................................... iv
1. Introducción.................................................................................................................................5
2. Localización.................................................................................................................................6
3. Descripción del Tipo de Estructura .........................................................................................6
4. Propiedades de los Materiales.................................................................................................7
4.1 Hormigón .........................................................................................................................7
4.2 Acero de refuerzo...........................................................................................................7
5. Resistencia de suelo..................................................................................................................7
6. Análisis Estructural.....................................................................................................................7
6.1 Criterios utilizados para el análisis ..............................................................................7
6.2 Sistema de cargas de gravedad para el análisis ......................................................7
7. Sistema de fundaciones............................................................................................................8
7.1 Zapatas aisladas ............................................................................................................8
8. Columnas y vigas .....................................................................................................................10
9. Losas sólida sobre piso...........................................................................................................13
10. Techo .........................................................................................................................................13
10.1 Colocación de arriostres .............................................................................................13
11. Refuerzo típico de vivienda pequeña recomendado por el REP......................................15
12. Bibliografía ................................................................................................................................22
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ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1 Leyenda utilizada en las figuras.................................................................... 6
Figura 7.1 Planta de fundaciones del rancho. ................................................................ 8
Figura 7.2 Planta de fundaciones de residencia unifamiliar. ............................................ 9
Figura 7.3 Detalle típico de zapatas cuadradas. ............................................................ 9
Figura 8.1 Detalle de estribos de columnas. ................................................................ 10
Figura 8.2 Localización de las columnas, vigas y planta de techo del rancho. ................ 10
Figura 8.3 Localización de columnas y vigas de la residencia. ...................................... 11
Figura 8.4 Gancho estándar de los estribos No.10 (#3) utilizar 75mm. [ACI_99] ............. 12
Figura 8.5 Ganchos estándares para ángulos de 180° y 90° [ACI_99]. .......................... 12
Figura 8.6 Detalle de la colocación del acero de refuerzo de vigas de borde sin
canto libre y claros intermedios.................................................................. 12
Figura 10.1 Forma alternativa de arriostramiento usando platinas de 1/8” x ½”
soldadas a los patines de las carriolas. ...................................................... 13
Figura 10.2 Alineador: BSRRS de acero liso de ½” con sus respectivas tuercas............ 13
Figura 10.3 Sistema de arriostramiento de las carriolas HOPSA para techo típico. ........ 14
Figura 10.4 Detalle de colocación de carriolas............................................................ 14
Figura 11.1 Intersección en planta de cimientos de paredes. ....................................... 16
Figura 11.2 Secciones transversales de cimientos de paredes..................................... 17
Figura 11.3 Detalles típicos de columnas de amarre. .................................................. 18
Figura 11.4 Detalles típicos de vigas de amarre.......................................................... 19
Figura 11.5 Refuerzo alrededor de puertas. ............................................................... 20
Figura 11.6 Refuerzo alrededor de ventanas. ............................................................. 21
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 7.1 Detalle de zapatas aisladas. ......................................................................... 8
Tabla 8.1 Ganchos Estándares para ángulos de 180° y 90°, ver Figura 8.5.
[ACI_99] .................................................................................................. 12
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1. Introducción
Este documento presenta la memoria técnica del diseño estructural de una residencia
unifamiliar y un rancho.
Para el diseño estructural se utilizaron las cargas de diseño recomendadas por el
Reglamento para el Diseño Estructural en la República de Panamá [REP_04], detalladas
en la sección 5 Análisis Estructural de este documento.
Para el análisis de fundaciones nos basamos en la resistencia del suelo de 100 ton/m2.
El sistema estructural a utilizar es de mampostería reforzada con columnas aisladas
individuales. Como sistema de fundaciones se utilizarán zapatas cuadradas aisladas de
concreto reforzado y fundaciones corridas según detalle del REP-2004. El techo es de
carriolas con cubierta de Tejalit.
Las fuerzas laterales serán absorbidas por la mampostería confinada y el sistema de
marcos de columnas y vigas.
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 zapatas.
En la siguiente figura se muestra la leyenda de las figuras utilizadas en esta memoria.
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Figura 1.1 Leyenda utilizada en las figuras.
2. Localización
La residencia unifamiliar se encuentra localizada en la urbanización de Costa Esmeralda,
distrito de San Carlos, en la provincia de Panamá, en la República de Panamá.
3. Descripción del Tipo de Estructura
El sistema estructural de la residencia es de mampostería confinada con columnas y vigas
de amarre con losa sobre piso.
El sistema de fundaciones estará conformado de zapatas individuales, vigas sísmicas y
cimiento corrido de paredes. El sistema de fundaciones en su totalidad será de concreto
reforzado.
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4. Propiedades de los Materiales
4.1 Hormigón
La resistencia del concreto de todas la estructura es de f’c = 21 Mpa (3,000 psi).
El concreto deberá ser dosificado y evaluado de acuerdo al ACI-211 y ACI-214. 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
Se utilizará acero de refuerzo que cumpla con los requerimientos de ASTM A615. El acero
para cortante consistirá de estribos #2 y #3 G-40, 270 MPa (40,000 psi), mientras que el
resto del acero será G-60, 420 MPa (60,000 psi).
5. Resistencia de suelo
Se asumió un resistencia del suelo de qa=90 ton/m2.
6. Análisis 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, 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
a. Carga de losa de Techo
Carga Viva: 45 Kg/m2
Carga Muerta: 44 Kg/m2
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7. Sistema de fundaciones
7.1 Zapatas aisladas
Por la condición de resistencia del terreno se consideró un tipo de zapatas aisladas solo en
la parte del estacionamiento, terrazas y rancho.
Para establecer las dimensiones horizontales de las fundaciones se determinó el área
requerida de las fundaciones con las cargas de trabajo y la capacidad admisible del suelo
como esta previsto en las normas del ACI para el diseño de zapatas.
Todo el acero de las zapatas tendrá un recubrimiento de 8cm (3 pulgadas) como mínimo.
Todas las zapatas tendrán una profundidad de desplante mínima de 0,60m de
profundidad. A continuación, se presentan la planta de fundaciones, su detalle típico y el
cuadro de fundaciones. Los detalles de los cimientos corridos se muestran en la sección
de refuerzo típico de la pequeña vivienda recomendado por REP-04.
Las vigas sísmicas tienen una sección transversal de 20cm x 20cm, con 4#4 con estribos
#3 espaciados los 3 primeros a 5cm, y el resto a 10cm desde los extremos.
Figura 7.1 Planta de fundaciones del rancho.
Tabla 7.1 Detalle de zapatas aisladas.
COLUMNA SECCION ZAPATA
Tipo CONCRETO (Psi) B (m) L (m) t(m) CANT (A/D) No.
C30x30 3,000 0,5 0,5 0,25 4 #4
Zapatas apoyadas sobre suelo de qa=100 ton/m2.
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Figura 7.2 Planta de fundaciones de residencia unifamiliar.
Figura 7.3 Detalle típico de zapatas cuadradas.
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8. Columnas y vigas
Para todas las columnas (en azul) y vigas (en rosa) se les debe colocar un recubrimiento
de 5cm y una resistencia a la compresión del concreto (f’c) de 210 kg/cm2 (i.e., 3,000 psi).
Se construirán columnas cuadradas con una sección transversal de 30cm x 30cm de
concreto reforzado. Se colocarán como refuerzo longitudinal 4 barras de acero #4 Grado
60 con estribos colocados desde los extremos de la siguiente manera: el 1° a 0,05m; los 7
siguientes a 0,10m y resto a 0,20m.
Figura 8.1 Detalle de estribos de columnas.
Figura 8.2 Localización de las columnas, vigas y planta de techo del rancho.
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Figura 8.3 Localización de columnas y vigas de la residencia.
Las vigas tienen una sección transversal de 20 cm x 30 cm, mostradas en celeste.
El acero de refuerzo longitudinal de las vigas es fy= 4 200 kg/cm2 (i.e., 60,000 psi o Grado
60). Todas las vigas cuentan con dos barras de acero longitudinal G60 como refuerzo
superior 2#4 e inferior 2#4.
El acero de refuerzo transversal (estribos) de las vigas es fy= 2 800 kg/cm2 (i.e., 40,000 psi
o Grado 40). Todas las vigas cuentan con estribos rectangulares cerrados confeccionados
con barras No.10 (#3), un primer estribo a 5cm de la cara de la columna, 6 estribos a 8 cm
y el resto a 16cm. El gancho estándar para los estribos No.10 (#3) es de 75mm (3
pulgadas) con un ángulo de 135°. (Ver Figura 8.4).
Las columnas y vigas de amarre se muestran en la sección de refuerzo típico de la
pequeña vivienda recomendado por REP-04.
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Figura 8.4 Gancho estándar de los estribos No.10 (#3) utilizar 75mm. [ACI_99]
Tabla 8.1 Ganchos Estándares para ángulos de 180° y 90°, ver Figura 8.5. [ACI_99]
Figura 8.5 Ganchos estándares para ángulos de 180° y 90° [ACI_99].
Figura 8.6 Detalle de la colocación del acero de refuerzo de vigas de borde sin canto libre y
claros intermedios.
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9. Losas sólida sobre piso
La losa construida sobre el terreno natural debe tener 0,15cm de espesor reforzados con
acero # 3 @ 0,25 cm en ambas direcciones o malla electrosoldada que cumpla los
requisitos mínimos de un refuerzo por contracciones y temperatura de ρ=0,0018.
Es importante que el terreno natural se compacte a 95% Proctor estándar, la cual debe
ser verificada.
10. Techo
Como las vigas de techo se utilizarán carriolas dobles 6 x 2 cal 16. Con carriolas 4 x 2 cal
18 espaciadas a 0,75 m centro a centro, con arriostres colocados en el centro del claro
cuando la longitud libre sea superior a 2m.
10.1 Colocación de arriostres
Para luces menores de 8.00 metros suficientes con arriostrar a la mitad del claro (@L/2).
Los arriostramientos (tensores o alineadores) generalmente consisten de:
a. Platinas de 1/8” x ½” o 1” de ancho soldadas a los patines superiores e inferiores de
las carriolas.
b. Barras de acero lisas de ½” de diámetro enroscadas en sus extremos, con sus
respectivas tuercas, que van ancladas diagonalmente a las carriolas, tal como se
muestran en el esquema.
Las figuras siguientes muestran detalles del techo.
Figura 10.1 Forma alternativa de Figura 10.2 Alineador: BSRRS de acero liso
arriostramiento usando platinas de 1/8” x ½” de ½” con sus respectivas tuercas.
soldadas a los patines de las carriolas.
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Figura 10.3 Sistema de arriostramiento de las carriolas HOPSA para techo típico.
Figura 10.4 Detalle de colocación de carriolas.
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15. Dra. Tania Croston de Caplier
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11. Refuerzo típico de vivienda pequeña recomendado por el REP
En el capítulo No.6 del Reglamento para el Diseño Estructural en la República de Panamá,
se indican detalles mínimos para el refuerzo de la pequeña vivienda.
Indica que las paredes deberán estar confinadas por elementos de borde verticales (las
columnas de amarre) y horizontales (las vigas de amarre). Deberá existir un elemento de
borde en los siguientes lugares:
1. En las intersección 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 paredes y ventanas.
Cuando el ancho de la pared excede 7m, se emplearán columnas de amarre intermedias.
Cuando la altura de la pared excede 3m, se emplearán vigas de amarre intermedias.
A continuación se muestran los detalles típicos de la pequeña vivienda recomendados por
el Reglamento para el Diseño Estructural en la República de Panamá. Los cuales deben
aplicarse en este diseño.
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16. Dra. Tania Croston de Caplier
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Figura 11.1 Intersección en planta de cimientos de paredes.
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17. Dra. Tania Croston de Caplier
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Figura 11.2 Secciones transversales de cimientos de paredes.
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18. Dra. Tania Croston de Caplier
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Figura 11.3 Detalles típicos de columnas de amarre.
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19. Dra. Tania Croston de Caplier
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Figura 11.4 Detalles típicos de vigas de amarre.
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20. Dra. Tania Croston de Caplier
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Figura 11.5 Refuerzo alrededor de puertas.
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21. Dra. Tania Croston de Caplier
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Figura 11.6 Refuerzo alrededor de ventanas.
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12. Bibliografía
[ACI_02] ACI committee 318. “Building Code Requirements for Structural Concrete”
(ACI 318 02). American Concrete Institute, USA, 2002.
[FEM_92] FEMA-178. NEHRP (National Earthquake Hazards Reduction Program)
Handbook for the Seismic Evaluation of Existing Buildings. Washington,
Junio 1992.
[REP_04] Junta Técnica de Ingeniería y Arquitectura. Reglamento para el Diseño
Estructural en la República de Panamá (REP-2004). Panamá, 2004.
[MCC_05] McCormac, Jack. “Diseño de concreto reforzado”. 5ª Edición. Editorial
Alfaomega, 2005. ISBN 970-15-0994-3.
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