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
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4
PLANTA ARQUITECTURA
Planta Segundo Nivel Esc. 1/50
0
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5
PLANTA ARQUITECTURA
Planta Cubierta Esc. 1/50
0
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6
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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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