Análisis Estructural Casa Oruga

ANÁLISIS ESTRUCTURAL CASA ORUGA STGO - CHILE Arq. Sebastián Irarrázabal

Oh!.. que bonito paisaje

Curso Estructuras III - 1er. Semestre 2015 EA USS SCL Equipo docente Titular_Cristián Muñoz Ayudante_Pamela Figueroa Alex Mac-Adoo Marengo | Diego Cabral Monasterios | Juan Pablo Guala Romero

Caso de estudio: Casa Oruga

Arquitecto: Sebastián Irarrázabal Ubicación: Lo Barnechea, R.M. Santiago, Chile Área: 350 m2

Decisiones de Proyecto - Partido General Conjunto de ideas y observaciones:

El paisaje + confort interior Vista + ventilación natural Integración tectónica al terreno

1

Constructibilidad y continuidad

Los contenedores generan por su dimensión espacios más privados por lo que se propone dejarlas como habitaciones y circulación, por lo cual en la planta baja se dispone las áreas sociales aprovechando la topografía ampliando el horizonte, resguardados por el marco que genera la disposición los contenedores.

Muros de contención + Contenedores = Viga transversal que libera las cargas verticales de la planta baja (área social) creando un espacio continuo que se abre al paisaje.

2

Viga Transversal = Viga Principal

Los puntos de apoyos están fuera del marco visual para generar un espacio continuo entre paisaje y espacio interior. Tienen distintos tipos de apoyos para llegar al suelo pero definidas por criterios de diseño y organización programática, en la cual el muro de H.A. contiene la batería de servicios y circulación, mientras que el otro extremo se ubican dos perfiles de acero o elementos verticales en forma de "V" para no obstaculizar la visual del horizonte, conectando espacialmente el área social con la terraza exterior con el mínimo de material. .

3

PLANTA ARQUITECTURA

Planta Primer Piso Esc. 1/50

0

1mt

2mt

3mt

4mt

5mt

4

PLANTA ARQUITECTURA

Planta Segundo Nivel Esc. 1/50

0

1mt

2mt

3mt

4mt

5mt

5

PLANTA ARQUITECTURA

Planta Cubierta Esc. 1/50

0

1mt

2mt

3mt

4mt

5mt

6

1mt

2mt

3mt

4mt

5mt

CORTE TRANSVERSAL ARQUITECTURA

558cm 280,2cm

+- 0.00

30cm

+ 2.8

+ 5.58

248,8cm

0

261,95cm

130cm

70cm

Corte Longitudinal BB Esc. 1/50

+ 2.98

Oh!.. que bonito paisaje

5%

50cm

0

1mt

2mt

3mt

4mt

5mt

7

PLANTA ESTRUCTURA

2

3

4

5

6

7

9

10

B

1

155cm

F

510cm

360cm

360cm

M15

M3

P13

M4

130cm

M2

165cm

M1

115cm

210cm

M5

595cm

M6

M14 Muro de contenci贸n M8

130cm

210cm

M13 Muro de contenci贸n

E

165cm

527cm

790cm

165cm

580cm

P11

1550cm

580cm

575cm

P12

1165cm

165cm

185cm

P9

M12

574cm

P6

P3

P17 P16

120cm

P8

1035cm

200cm

P7 105cm

1205cm

150cm

M7

205cm

M9

P1

M10

P14

P4

230cm

250cm

230cm

140cm

P18 P15

850cm

245cm

1220cm

230cm

130cm

415cm

P5

P2

230cm

370cm

615cm

2055cm

B

A

388cm

410cm

205cm

B

185cm

M11

100cm

C

100cm

P10

D

Planta Primer Piso Esc. 1/50

0

1mt

2mt

3mt

4mt

5mt

8

2

3

4

5

6

7

9

10

425cm

1010cm

425cm

B

1

360cm

425cm

F

C3 C4

M13

E

C4

C7

C4

C7 C7

C1

C4

C7

C2

C4

C7

C4

C7

C1

1800cm

C6

C4

1460cm

410cm

M1

V2

C4

C7

C4

C7

C4

C7

C5

C8

1925cm

V5 V3

V6

V4

V7

V8

B

A

C4

1800cm

1800cm

1200cm

575cm

1200cm 100cm

C

100cm

D

B

M14

C4

230cm

250cm

230cm

140cm

230cm

130cm

230cm

615cm

2055cm

Planta Segundo Nivel Esc. 1/50

0

1mt

2mt

3mt

4mt

5mt

9

2

3

4

5

6

7

9

10

545cm

C1

C4

C4

C4 545cm

F

545cm

1070cm

B

1

C5

E

C5 C7

C5

1035cm

1130cm

1680cm

1345cm

C3

245cm

245cm

1680cm

290cm

B

290cm

C

200cm

D

1140cm

1680cm

500cm

810cm

C2

C6

310cm

240cm

A

230cm

250cm

120cm

250cm

110cm

250cm

250cm

230cm

140cm

230cm

130cm

230cm

B

250cm

230cm

Planta Cubierta Esc. 1/50

615cm

0

1mt

2mt

3mt

4mt

5mt

10

ESQUEMA DE CARGAS

C4 C1

C4 C4

IDENTIFICACIÓN DE CARGA CUBIERTA

C6 C2 C3

C5

C5 C7 C5

Carga Cubierta Esc. 1/50

Peso m² Cubierta (kg.m²)

Área

Largo (m)

Ancho (m)

m²

C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7

10.70 11.40 20.00 5.45 16.80 13.45 10.35

2.50 2.50 2.30 2.50 2.50 1.20 1.10

26.75 28.50 4.60 13.63 42.00 16.14 11.39

125 Peso Total Área (Kg) 3343.8 3562.5 575.0 1703.1 5250.0 2017.5 1423.1

0

1mt

2mt

3mt

4mt

5mt

11

ESQUEMA DE CARGAS

A5 A6 A6

A1

A1

A4

A2 A3 A2

A4

A6

A8

A6

A9

A6

A4

A4

A9

A6

A9

A6

A9

A6

A9

A6

A9

A6

A9

A6

A9

A6

A9

A7

A10

Planta Losas Esc. 1/50

ÁREAS DE LOSAS A4

A4

Carga de uso

200

(kg.m²)

Área

Largo (m)

Ancho (m)

m²

A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10

7.75 0.58 1.00 18.00 0.80 1.00 0.60 0.70 1.00 0.60

1.15 2.50 2.50 1.15 1.40 1.40 1.40 1.30 1.30 1.30

8.91 1.44 2.50 20.70 1.12 1.40 0.84 0.91 1.30 0.78

0

Peso Total Área (Kg) 1782.5 287.5 500.0 4140.0 224.0 280.0 168.0 182.0 260.0 156.0

1mt

2mt

3mt

4mt

5mt

12

ANTECEDENTES Y MONTAJE EN OBRA

Montaje de Contenedores de 20´´ pies (5,89m)

Montaje de Contenedores de 20´´ pies (5,89m)

Montaje de Viga secundaria sobre Viga principal

Encuentro de Vigas IN. Apoyo Móvil + Apoyo fijo

Montaje de Contenedores de 40´´ pies (12,00m)

Disposición de Costaneras (pasillos interiores)

*Imágenes montajes y faena de obra Revista ARQ 82 Fabricación y Construcción Casa Oruga 2012

13

IDENTIFICACIÓN DE ELEMENTOS

3

4

5

6

7

9

370cm

2

270cm

1

A3

A4

A4

100cm

A3

410cm

100cm

1200cm

A2

415cm

B

A2

100cm

C

A1

100cm

A1

D

V1

V2

Va

245cm

A

M14 Muro de contención

575cm

585cm

60cm

M13 Muro de contención

E

V5

V6

V4

V3

V7 232,5cm

230cm

Planta Vigas Esc. 1/50

250cm

230cm

140cm

230cm

130cm

V8 230cm

252,5cm

0

1mt

2mt

3mt

4mt

5mt

14

IDENTIFICACIÓN DE ELEMENTOS

B

C1

A2

C4

A3 A2

C4 C4

410cm

C4

A

232,5cm

230cm

250cm

230cm

A6

100cm

C7 C7

A6 A6 A6 A6

C4

A6

C5

A7

140cm

C7 C7 C7

A9 A9

100cm

A9 A9 A9 A9

C7

A9

C8

A10

230cm

100cm

C7

A9

100cm

100cm

C7

A8 A9

100cm

C4

A6

C7

100cm

1185cm

C2

100cm

C

100cm

D

C1

A6

C6

100cm

C4

A6

9

100cm

C4

A6

7

100cm

575cm

C4

A6

100cm

C4

A6

100cm

C4

100cm

E

A5

100cm

C4

6

100cm

C3

5

100cm

4

100cm

3

100cm

2

100cm

1

130cm

230cm

252,5cm

1925cm

CÁLCULO DE COSTANERAS - CARGA REPARTIDA - REACCIONES Fuerza(kg) Costanera C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8

Área

Peso (Kg)

A2 A3 A5 A6 A7 A8 A9 A10

287.50 500.00 224.00 280.00 168.00 182.00 260.00 156.00

CÁLCULO DE MOMENTO MÁXIMO

CÁLCULO DE ELEMENTOS A FLEXIÓN

Distancia (cm)

Q (Kg.cm² )

RA (kg)

RB (kg)

Fuerza (kg)

Distancia (cm)

Momento M. máx.

(Kg/cm)

Tensión Admisible Acero A 37-24 ES (Kg.cm² )

Momento Resistente W (cm³ )

250,00 250,00 140,00 140,00 140,00 130,00 130,00 130,00

1.15 2.00 1.60 2.00 1.20 1.40 2.00 1.20

143.8 250.0 112.0 140.0 84.0 91.0 130.0 78.0

143.8 250.0 112.0 140.0 84.0 91.0 130.0 78.0

143.8 250.0 112.0 140.0 84.0 91.0 130.0 78.0

62.50 62.50 35.00 35.00 35.00 32.50 32.50 32.50

8984.38 15625.00 3920.00 4900.00 2940.00 2957.50 4225.00 2535.00

1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440 1440

6.24 10.85 2.72 3.40 2.04 2.05 2.93 1.76

Planta Costaneras Esc. 1/50

0

1mt

2mt

3mt

4mt

5mt

15

COSTANERA - C2 SISTEMA ISOSTÁTICO

Diseño a flexión

q= 2,00kg/cm

A Ray 250kg

250cm

V(kg)

q= 2,00kg/cm

B Rby 250kg

0

A Ray 250kg

62,5cm 125cm

q=F d q = 500kg 250cm q = 2,00kg.cm Mmáx = F * d Mmáx = 250kg * 62,5cm Mmáx = 15.625kg.cm

M(kg.m)

0

σadm ≥ Mmáx W W ≥ Mmáx

σadm

Mmáx 15.625kg.cm

W ≥ 15.625kg/cm 1.440kg/cm2 W ≥ 10,85cm3

Perfiles mas eficiente a utilizar W ≥ 12,3cm³ W ≥ 13,8cm³ W ≥ 15,1cm³

A = 5,11cm² A = 4,34cm² A = 6,55cm²

Comprobación de perfil

σadm ≥ Mmáx

W 1.440kg/cm² ≥ 15.625kg.cm 13,8cm³ 1.440kg/cm² ≥ 1.132,24kg/cm2

Deformación por flexión

Montaje de Contenedores de 40´´ pies (12,00m)

δ= 5 * q * L4 384 * E * I δ= 5 * 2,00kg/cm * (250cm)4 384 * 2.100.000kg/cm2 * 69,2cm4 δ= 0,00000244cm

Perfil a utilizar Costanera CINTAC formada en frío Alas atiesadas CA 10cm x 5,0cm e = 2mm Ix = 69,2cm4

16

VIGA - V1

Diseño a flexión

SISTEMA HIPERESTÁTICO

q= F d1 q = 1.782,5kg 775cm q = 2,30kg.cm

q= 2,30kg/cm

A Ray 818,93kg

d1=775cm

B Rby 963,57kg

425cm

193,75cm

d2=618,75cm 387,5cm

d3=812,5cm d4=1200cm

-

M(kg.cm)

0

+ Mmáx 1.328.963,68kg.cm

ƩFx = 0 ƩFy = 0 - q*d1 + RAy+ RBy = 0 - (2,30kg * 775cm) + RAy + RBy= 0 - 1.782,5kg.cm + RAy + 963,57kg.cm RAy = 1.782,5kg.cm - 963,57kg.cm RAy = 818,93kg ƩMB = 0 ƩMB = RBy*0 - RAy *d4 + q*d2*d3 RBy - (RAy * 1.200cm) + (2,30kg.cm * 618,75cm * 812,5cm) RBy - 1.200cm RAy + 1.156.289,06kg.cm RBy = 1.156.289,06kg.cm 1.200cm RAy RBy = 963,57kg RAy

ƩMA = RAy*0 - RBy*d4 + q*d2*d3 RAy - (963,57kg RAy* 1.200cm) + (2,30kg * 193,75cm * 387,5cm) RAy - 1.156.284kg RAy + 172.679,68kg.cm 1.156.284kg + 172.679,68kg.cm Mmáx = 1.328.963,68kg.cm

σadm ≥ Mmáx

+

0 818,93kg

V(kg)

963,57kg

W W ≥ Mmáx

-

σadm

W ≥ 1.328.963,68kg/cm 1.440kg/cm2 W ≥ 922,89cm3

Perfiles mas eficiente a utilizar W ≥ 925cm³ W ≥ 1.020cm³ W ≥ 1.020cm³ W ≥ 1.140cm³

A = 80cm² A = 87,8cm² A = 86,3cm² A = 96,1cm²

Comprobación de perfil

σadm ≥ Mmáx

W 1.440kg/cm² ≥ 1.328.963,68kg/cm 925cm³ 1.440kg/cm² ≥ 1.436,71kg/cm2

Deformación por flexión Sistema Isostático δ= 5 * q * L4 384 * E * I δ= 5 * 2,30kg/cm * (1.200cm)4 384 * 2.100.000kg/cm2 * 13.900cm4 δ= 0,0000000672cm

Perfil a utilizar

Montaje de Viga secundaria sobre Viga principal

Viga Soldada Serie IN IN 30cm x 20cm e= 16mm t = 6mm Ix = 13.900cm4 17

VIGA - V1 SISTEMA HIPERESTÁTICO

Deformación a nivel de sección

q= 2,30kg/cm

A Ray 818,93kg

d1=775cm

B Rby 963,57kg

425cm

193,75cm

d2=618,75cm 387,5cm

d3=812,5cm

Ɛ= P AE Ɛ= 1782,5kg 80cm² * 2.100.000 kg/cm² Ɛ= 0,0000106

d4=1200cm

Deformación a nivel de momento flector dΘ= 1.328.963,68kg.cm d x 2.100.000kg/cm² * 13.900cm4

-

M(kg.cm)

0

+

d Θ = 0,0000455cm 1cm d Θ = 0,0000455cm * 1,0cm

Mmáx 1.328.963,68kg.cm

818,93kg

d Θ = 0,0000455cm dx

+

d Θ= 0,0000455

+

V(kg)

963,57kg

0

-

Deformación a nivel de elemento y de sistema completo por fuerza axial Ѕ=PL AE Ѕ=

1.782,5kg * 1.200cm 80cm² * 2.100.000kg/cm²

Ѕ = 2.139.000kg/cm 168.000.000kg/cm2 Ѕ = 0,0127cm Perfil a utilizar Viga Soldada Serie IN IN 30cm x 20cm e= 16mm t = 6mm Ix = 13.900cm4

Diseño por serviciabilidad Ѕ ≤ 1 = 1.200cm 300 Ѕ ≤ 4,00cm S = 4,00cm ≥ 0,0127cm

18

VIGA - V7

Diseño a flexión

SISTEMA HIPERESTÁTICO

q=F d q = 4.140kg 1800cm q = 2,30kg.cm

q= 2,30kg/cm A

Ray 1.377,36kg

C Rcy 1.494,22kg

Rby B 1.268,42 kg

d4=870cm

d6=622,5cm d2=1185cm d8=745cm d3=1430cm d5=1245cm

d7=245cm d1=1800cm

-

M(kg.cm)

-

+

0

Mmáx 3.601.800kg.cm

V(kg)

+

860,01kg

+

-

688,68kg - 688,68kg

- 634,21kg

0

ƩFx = 0 ƩFy = 0 - (q*d1) + Ray+ Rby + Rcy= 0 - (2,30kg * 1.800cm) + Ray+ Rby + Rcy= 0 - 4.140kg.cm + 1.377,36kg Rby Rcy + 1.268,42kg.cm Rby + Rcy - 4.140kg.cm + 2.645,78kg.cm RbyRcy + Rcy Rcy = 4.140kg.cm - 2.645,78kg.cm Rby Rcy Rcy = 1.494,22kg

ƩMA = 0 ƩMA = (Ray* 0) - (Rby* d2) - (Rcy* d3) + (4.140kg * d4) Ray - (Rby * 1.185cm) - (Rcy * 1.430cm) + (4.140kg * 870cm) Ray - 1.185cm Rby - 1.430cm Rcy+ 3.601.800kg.cm Ray = 3.601.800kg.cm 1.185cm Rby + 1.430cm Rcy Ray = 3.601.800kg.cm 2.615cm Rby Rcy Ray= 1.377,36kg Rby Rcy

ƩMB= (Rby * 0) - (Ray* d2) - (Rcy* d7) + (4.140kg * d6) Rby - (1.377,36kg Rby Rcy* 1.185cm) (Rcy* 745cm) + (4.140kg * 622,5cm) Rby - 1.632.171,6kg.cm Rby Rcy 745cm Rcy + 2.577.150kg.cm Rby= - 1.632.171,6kg.cm Rby Rcy 745cm Rcy + 2.577.150kg.cm Rby= 1.632.171,6kg.cm Rby Rcy 2.577.150kg.cm 745cm Rcy Rby= 944.978,4kg.cm Rby Rcy 745cm Rcy Rby= 1.268,42kg.cm Rby

σadm ≥ Mmáx

Perfiles mas eficiente a utilizar W ≥ 2.510cm³ W ≥ 2.560cm³ W ≥ 2.670cm³ W ≥ 2.770cm³ W ≥ 2.780cm³

A = 160cm² A = 137cm² A = 153cm² A = 146cm² A = 178cm²

Perfil a utilizar Viga Soldada Serie IN IN 40cm x 30cm e= 22mm t = 8mm Ix = 50.200cm4

Comprobación de perfil

σadm ≥ Mmáx

W 1.440kg/cm² ≥ 3.601.800kg.cm 2.510cm³ 1.440kg/cm² ≥ 1.434,98kg/cm2

W W ≥ Mmáx

σadm

W ≥ 3.601.800kg.cm 1.440kg/cm2 W ≥ 2.501,25cm3

Deformación por flexión Sistema Isostático δ= 5 * q * L4 384 * E * I δ= 5 * 2,30kg/cm * (1.800cm)4 384 * 2.100.000kg/cm2 * 50.200cm4 δ= 0,0000000279cm

19

VIGA - V7 SISTEMA HIPERESTÁTICO

Deformación a nivel de sección

q= 2,30kg/cm A

Ray 1.377,36kg

C Rcy 1.494,22kg

Rby B 1.268,42 kg

d4=870cm

d6=622,5cm

Ɛ= 0,0000123

d2=1185cm d8=745cm d3=1430cm d5=1245cm

Ɛ= P AE Ɛ= 4.140kg 160cm² * 2.100.000 kg/cm²

d7=245cm d1=1800cm

Deformación a nivel de momento flector dΘ= 3.601.800kg.cm d x 2.100.000kg/cm² * 50.200cm4

-

-

+

0

d Θ = 0,000000625cm dx d Θ = 0,000000625cm 1cm

Mmáx 3.601.800kg.cm

d Θ = 0,000000625cm * 1,0cm d Θ= 0,000000625cm Deformación a nivel de elemento y de sistema completo por fuerza axial

V(kg)

+

860,01kg 688,68kg - 688,68kg

-

+

- 634,21kg

0

Ѕ=PL AE Ѕ=

4.140kg * 1.800cm 160cm² * 2.100.000kg/cm²

Ѕ = 7.452.000kg/cm 336.000.000kg/cm2 Ѕ = 0,0221cm Perfil a utilizar Viga Soldada Serie IN IN 40cm x 30cm e= 22mm t = 8mm Ix = 50.200cm4

Diseño por serviciabilidad Ѕ ≤ 1 = 1.800cm 300 Ѕ ≤ 6,00cm S = 6,00cm ≥ 0,0221cm

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PILAR - P15 SISTEMA HIPERESTÁTICO

Diseño a compresión

P 1.494,22kg

B

180cm

d1 = 269,07cm

48°

cm

A 1.440kg.cm2 ≥ 1.110,65kg A A ≥ 1.110,65kg 1.440kg.cm2

Perfil a utilizar

200cm

P 1.494,22kg

A

N

A ≥ 0,77cm2

A

AB

A2 + B2 = C2 200cm2 + 180cm2 = C2 40.000cm2 + 32.400cm2 = C2 √72.400cm = C C = d1 269,07cm = d1

σadm*λ ≥

5 ,6

10

N 1 1.

kg

Distancia d1

Canal CINTAC Formada en Frío Espalda - Espalda Alas No Atiesadas IC 5,0cm x 5,0cm e = 2mm A = 3,74cm2 ix = 1,94cm

B BC = d1

C

1.494,22kg * 200cm - AB * d1 - AB * 269,07cm = 1.494,22kg * 200cm AB = 298.844kg.cm 269,07cm AB = 1.110.65kg

λ = K*L i λ = 1,0 * 269,07cm 1,94cm λ = 138,69 KL/i 139

σadm

559kg.cm2

Comprobación de perfil

σadm ≥

N

A 559kg.cm2 ≥ 1.110,65kg 3,74cm2

559kg.cm2 ≥ 296,96kg.cm2

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PILAR - P15 SISTEMA HIPERESTÁTICO

Perfil a utilizar Canal CINTAC Formada en Frío Espalda - Espalda Alas No Atiesadas IC 5,0cm x 5,0cm e = 2mm A = 3,74cm2 ix = 1,94cm

1.494,22kg

B

180cm

kg

5 ,6

10

1 1.

Deformación a nivel de sección

d1 = 269,07cm

48°

cm

Ɛ= P AE Ɛ= 1.110,65kg 3,74cm² * 2.100.000 kg/cm² Ɛ= 0,00000178 Deformación a nivel de elemento y de sistema completo por fuerza axial

A

Ѕ = P*L A*E

200cm

P 1.494,22kg

AB

A

Ѕ=

B BC = d1

1110,65kg * 269,07cm 3,74cm² * 2.100.000kg/cm²

Ѕ = 298.842,59kg/cm 7.854.000kg/cm2 Ѕ = 0,038cm

C

1.494,22kg * 200cm - AB * d1 - AB * 269,07cm = 1.494,22kg * 200cm AB = 298.844kg.cm 269,07cm AB = 1.110.65kg

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