Análisis Estructural Casa Oruga

Oh!.. que bonito paisaje

ANÁLISIS ESTRUCTURAL CASA ORUGASTGO - CHILEArq. Sebastián Irarrázabal

Curso Estructuras III - 1er. Semestre 2015EA USS SCLEquipo docenteTitular_Cristián MuñozAyudante_Pamela Figueroa

Alex Mac-Adoo Marengo | Diego Cabral Monasterios | Juan Pablo Guala Romero

Caso de estudio: Casa OrugaArquitecto: Sebastián IrarrázabalUbicación: Lo Barnechea, R.M. Santiago, ChileÁrea: 350 m2

Decisiones de Proyecto - PartidoGeneralConjunto de ideas y observaciones:

El paisaje + confort interiorVista + ventilación naturalIntegración tectónica alterreno

1

Constructibilidad y continuidadLos contenedores generan por su dimensión espacios más privados por lo que sepropone dejarlas como habitaciones y circulación, por lo cual en la planta baja sedispone 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 laplanta baja (área social) creando un espacio continuo que se abre al paisaje.

2

Viga Transversal = Viga PrincipalLos puntos de apoyos están fuera del marco visual para generar un espacio continuo entrepaisaje y espacio interior. Tienen distintos tipos de apoyos para llegar al suelo pero definidaspor criterios de diseño y organización programática, en la cual el muro de H.A. contiene labatería de servicios y circulación, mientras que el otro extremo se ubican dos perfiles deacero 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. 1/500 1mt 2mt 3mt 4mt 5mt

4

PLANTA ARQUITECTURA

0 1mt 2mt 3mt 4mt 5mt

5

Planta Segundo Nivel Esc. 1/50

PLANTA ARQUITECTURA

Planta Cubierta Esc. 1/500 1mt 2mt 3mt 4mt 5mt

6

Corte Longitudinal BBEsc. 1/50

50cm 130cm 70cm

30cm248,8cm

+- 0

.00

+ 2.

8

+ 5.

58

+ 2.

98

558cm

280,2cm

Oh!..

que

bon

ito p

aisa

je

261,95cm

5%

0 1mt 2mt 3mt 4mt 5mt

CORTE TRANSVERSAL ARQUITECTURA

7

01m

t2m

t3m

t4m

t5m

t

230cm 250cm 230cm 140cm 230cm 130cm 230cm

1205cm

1550cm

2055cm

5 6 7 9 10

A

E

F

1 2 3 4

615cm

245cm

150cm 200cm

580cm

130cm

360cm

210cm

510cm

120cm

388cm

527cm

130cm

1165cm

155cm

1035cm

574cm

115cm 210cm 595cm

580cm

1220cm

790cm

415cm

Planta Primer Piso Esc. 1/500 1mt 2mt 3mt 4mt 5mt

C

B

D

100cm

100cm

410cm

575cm

360cm

370cm850cm

205cm

205cm

105cm

185cm 185cm

165cm

165cm

165cm

165cm

M9

M1 M2 M3 M4 M5 M6 M8

M10

M7

M11

M12

M15

BB

M13 Muro de contención M14 Muro de contención

P1

P3

P2

P4

P5

P6

P7 P8 P9

P10

P11

P12

P13

P14

P15

P18

P16

P17

PLANTA ESTRUCTURA

8

230cm 250cm 230cm 140cm 230cm 130cm 230cm 615cm

2055cm

1800cm

1200cm

1925cm

1800cm

1800cm

1200cm

Planta Segundo Nivel Esc. 1/500 1mt 2mt 3mt 4mt 5mt

1460cm

100cm

100cm

410cm

575cm

360cm

1010cm

425cm

425cm

425cm

A

E

F

C

B

D

5 6 7 9 101 2 3 4

M1 V2

V3 V4

V5 V6

V7 V8

BB

M13 M14

C1

C2

C1

C3

C4

C4

C4

C4

C4

C4

C4

C4

C4

C4

C4

C4

C5

C6

C7

C7

C7

C7

C7

C7

C7

C7

C7

C8

9

1140cm

250cm

1680cm

230cm 250cm 230cm

250cm

140cm 230cm 130cm 230cm 615cm

250cm 250cm230cm 120cm 110cm

200cm

290cm

810cm

1680cm

545cm

290cm

500cm

1130cm

545cm

545cm

310cm

240cm

245cm

245cm

Planta Cubierta Esc. 1/500 1mt 2mt 3mt 4mt 5mt

1070cm

C2

C1 C4

C5

C3

C6

C7

C4C4

C5

C5

1680cm

1035cm

1345cm

A

E

F

C

B

D

5 6 7 9 101 2 3 4

BB

10

IDENTIFICACIÓN DECARGA CUBIERTA

Peso m²Cubierta (kg.m²) 125

Área Largo (m) Ancho (m) m²Peso TotalÁrea (Kg)

C1 10.70 2.50 26.75 3343.8C2 11.40 2.50 28.50 3562.5C3 20.00 2.30 4.60 575.0C4 5.45 2.50 13.63 1703.1C5 16.80 2.50 42.00 5250.0C6 13.45 1.20 16.14 2017.5C7 10.35 1.10 11.39 1423.1

C2

C1 C4

C5C3

C6

C7

C4

C4

C5

C5

Carga Cubierta Esc. 1/500 1mt 2mt 3mt 4mt 5mt

ESQUEMA DE CARGAS

11

Planta Losas Esc. 1/500 1mt 2mt 3mt 4mt 5mt

ÁREAS DE LOSAS Carga de uso(kg.m²) 200

Área Largo (m) Ancho (m) m²Peso TotalÁrea (Kg)

A1 7.75 1.15 8.91 1782.5A2 0.58 2.50 1.44 287.5A3 1.00 2.50 2.50 500.0A4 18.00 1.15 20.70 4140.0A5 0.80 1.40 1.12 224.0A6 1.00 1.40 1.40 280.0A7 0.60 1.40 0.84 168.0A8 0.70 1.30 0.91 182.0A9 1.00 1.30 1.30 260.0

A10 0.60 1.30 0.78 156.0

A1 A1 A4 A4 A4 A4

A2

A2

A5

A6

A7

A8

A9

A3

A6

A6

A6

A6

A6

A6

A6

A6

A6

A6

A6

A10

A4 A4A9

A9

A9

A9

A9

A9

A9

A9

12

ESQUEMA DE CARGAS

ANTECEDENTES Y MONTAJE EN OBRA

*Imágenes montajes y faena de obraRevista ARQ 82 Fabricación y Construcción Casa Oruga2012

13

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 de40´´ pies (12,00m)

Disposición de Costaneras(pasillos interiores)

A1 A1 A2 A2 A3 A3 A4 A4

5 6 7 9

A

E

1 2 3 4

C

B

D

Planta Vigas Esc. 1/500 1mt 2mt 3mt 4mt 5mt

V1 V2

V3 V4

V5 V6

V7 V8

Va245cm

410cm

100cm

100cm

575cm

60cm

370cm

270cm

232,5cm 230cm 250cm 230cm 140cm 230cm 130cm 230cm 252,5cm

M13 Muro de contención

415cm

100cm

100cm

585cm

1200cm

M14 Muro de contención

14

IDENTIFICACIÓN DE ELEMENTOS

CÁLCULO DE COSTANERAS - CARGA REPARTIDA - REACCIONES CÁLCULO DE MOMENTO MÁXIMOCÁLCULO DE ELEMENTOS

A FLEXIÓN

CostaneraFuerza(kg)

Distancia (cm) Q (Kg.cm²) RA (kg) RB (kg) Fuerza (kg) Distancia (cm) Momento M. máx.(Kg/cm)

Tensión AdmisibleAcero A 37-24 ES

(Kg.cm²)

MomentoResistente W (cm³)

Área Peso (Kg)

C1 A2 287.50 250,00 1.15 143.8 143.8 143.8 62.50 8984.38 1440 6.24C2 A3 500.00 250,00 2.00 250.0 250.0 250.0 62.50 15625.00 1440 10.85C3 A5 224.00 140,00 1.60 112.0 112.0 112.0 35.00 3920.00 1440 2.72C4 A6 280.00 140,00 2.00 140.0 140.0 140.0 35.00 4900.00 1440 3.40C5 A7 168.00 140,00 1.20 84.0 84.0 84.0 35.00 2940.00 1440 2.04C6 A8 182.00 130,00 1.40 91.0 91.0 91.0 32.50 2957.50 1440 2.05C7 A9 260.00 130,00 2.00 130.0 130.0 130.0 32.50 4225.00 1440 2.93C8 A10 156.00 130,00 1.20 78.0 78.0 78.0 32.50 2535.00 1440 1.76

5 6 7 9

A

E

1 2 3 4

C

B

D

Planta Costaneras Esc. 1/500 1mt 2mt 3mt 4mt 5mt

232,5cm 230cm 250cm 230cm 140cm 230cm 130cm 230cm 252,5cm

575c

m

1185

cm

C1

C2

C1

C3

C4

C4

100c

m10

0cm

410c

m

100c

m10

0cm

100c

m10

0cm

100c

m10

0cm

100c

m10

0cm

100c

m10

0cm

100c

m

100c

m10

0cm

100c

m10

0cm

100c

m10

0cm

100c

m10

0cm

1925cm

C4

C4

C4

C4

C4

C4

C4

C4

C4

C4

C5

C6

C7

C7

C7

C7

C7

C7

C7

C7

C7

C8

A2

A2

A3

A5

A6

A7

A8

A9

A6

A6

A6

A6

A6

A6

A6

A6

A6

A6

A6

A10

A9

A9

A9

A9

A9

A9

A9

A9

15

IDENTIFICACIÓN DE ELEMENTOS

COSTANERA - C2

Diseño a flexiónSISTEMA ISOSTÁTICO

Costanera CINTACformada en fríoAlas atiesadasCA 10cm x 5,0cme = 2mmIx = 69,2cm4

q = F dq = 500kg 250cmq = 2,00kg.cm

Mmáx = F * dMmáx = 250kg * 62,5cmMmáx = 15.625kg.cm

σadm ≥ Mmáx W

W ≥ Mmáx σadm

W ≥ 15.625kg/cm 1.440kg/cm2

W ≥ 10,85cm3

62,5cm

125cm

W ≥ 12,3cm³ A = 5,11cm²W ≥ 13,8cm³ A = 4,34cm²W ≥ 15,1cm³ A = 6,55cm²

Perfiles mas eficiente a utilizar

Deformación por flexiónδ= 5 * q * L4

384 * E * Iδ= 5 * 2,00kg/cm * (250cm)4

384 * 2.100.000kg/cm2 * 69,2cm4

δ= 0,00000244cm

Comprobación de perfil

σadm ≥ Mmáx W

1.440kg/cm² ≥ 15.625kg.cm 13,8cm³

1.440kg/cm² ≥ 1.132,24kg/cm2

Perfil a utilizar

A BRay

250kgRby250kg

q= 2,00kg/cm

250cm

V(kg) 0

M(kg.m) 0

Mmáx15.625kg.cm

q= 2,00kg/cm

Ray250kg

A

16

Montaje de Contenedores de40´´ pies (12,00m)

VIGA - V1 Diseño a flexión

SISTEMA HIPERESTÁTICO

W ≥ 925cm³ A = 80cm²W ≥ 1.020cm³ A = 87,8cm²W ≥ 1.020cm³ A = 86,3cm²W ≥ 1.140cm³ A = 96,1cm²


d4=1200cm

q= 2,30kg/cm

q = F d1q = 1.782,5kg 775cmq = 2,30kg.cm

A B

M(kg.cm) 0

V(kg) 0

ƩFx = 0ƩFy = 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 = 818,93kgƩMB = 0ƩMB = 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.cmRBy = 1.156.289,06kg.cm

1.200cm RAyRBy = 963,57kg RAy

ƩMA = RAy*0 - RBy*d4 + q*d2*d3RAy - (963,57kg RAy* 1.200cm) + (2,30kg * 193,75cm * 387,5cm)RAy - 1.156.284kg RAy + 172.679,68kg.cm1.156.284kg + 172.679,68kg.cm

Mmáx = 1.328.963,68kg.cm

σadm ≥ Mmáx W

W ≥ Mmáx σadm

W ≥ 1.328.963,68kg/cm 1.440kg/cm2

W ≥ 922,89cm3

d2=618,75cm

d3=812,5cm

d1=775cm 425cm

193,75cm

387,5cm

Viga SoldadaSerie ININ 30cm x 20cme= 16mmt = 6mmIx = 13.900cm4

Deformación por flexión Sistema Isostáticoδ= 5 * q * L4

384 * E * Iδ= 5 * 2,30kg/cm * (1.200cm)4

384 * 2.100.000kg/cm2 * 13.900cm4

δ= 0,0000000672cm


σadm ≥ Mmáx W

1.440kg/cm² ≥ 1.328.963,68kg/cm 925cm³

1.440kg/cm² ≥ 1.436,71kg/cm2

Perfil a utilizar

Ray818,93kg

Rby963,57kg

-

+

818,

93kg

963,

57kg

-+

Mmáx1.328.963,68kg.cm

17

Montaje de Viga secundaria sobre Viga principal

Ɛ= P AEƐ= 1782,5kg 80cm² * 2.100.000 kg/cm²

Ɛ= 0,0000106

Deformación a nivel de sección

Deformación a nivel de momento flector

d Θ = 1.328.963,68kg.cm d x 2.100.000kg/cm² * 13.900cm4

d Θ = 0,0000455cm d x

d Θ = 0,0000455cm1cm

d Θ = 0,0000455cm * 1,0cm

d Θ= 0,0000455

Deformación a nivel de elemento yde sistema completo por fuerza axial

Ѕ = P L AE

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

Ѕ = 2.139.000kg/cm 168.000.000kg/cm2

Ѕ = 0,0127cm

Diseño por serviciabilidad

Ѕ ≤ 1 = 1.200cm 300Ѕ ≤ 4,00cm

S = 4,00cm ≥ 0,0127cm

VIGA - V1SISTEMA HIPERESTÁTICO

d4=1200cm

q= 2,30kg/cm

A B

d2=618,75cm

d3=812,5cm

d1=775cm 425cm

193,75cm

387,5cm

Ray818,93kg

Rby963,57kg

M(kg.cm) 0

V(kg) 0

-

+

-+

Mmáx1.328.963,68kg.cm


Perfil a utilizar

+818,93kg 963,57kg

18


M(kg.cm) 0

V(kg) 0

q= 2,30kg/cm

C Rcy1.494,22kg

A BRby1.268,42 kg

d1=1800cm

Diseño a flexión

q = F dq = 4.140kg 1800cmq = 2,30kg.cm

ƩFx = 0ƩFy = 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 RcyRcy = 1.494,22kg

ƩMA= 0ƩMA= (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.cmRay= 3.601.800kg.cm 1.185cm Rby + 1.430cm RcyRay= 3.601.800kg.cm 2.615cm Rby RcyRay= 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.cmRby= - 1.632.171,6kg.cm Rby Rcy -745cm Rcy + 2.577.150kg.cmRby= 1.632.171,6kg.cm Rby Rcy - 2.577.150kg.cm 745cm RcyRby= 944.978,4kg.cm Rby Rcy

745cm RcyRby= 1.268,42kg.cm Rby

σadm ≥ Mmáx W

W ≥ Mmáx σadm

W ≥ 3.601.800kg.cm 1.440kg/cm2

W ≥ 2.501,25cm3

d2=1185cm

d3=1430cm

d4=870cmd6=622,5cm

d5=1245cm d7=245cm

d8=745cm

Ray1.377,36kg

W ≥ 2.510cm³ A = 160cm²W ≥ 2.560cm³ A = 137cm²W ≥ 2.670cm³ A = 153cm²W ≥ 2.770cm³ A = 146cm²W ≥ 2.780cm³ A = 178cm²


Deformación por flexiónSistema Isostático

Comprobación de perfilσadm ≥ Mmáx

W1.440kg/cm² ≥ 3.601.800kg.cm

2.510cm³1.440kg/cm² ≥ 1.434,98kg/cm2


Perfil a utilizar

+- -

Mmáx3.601.800kg.cm

- ++ 688,68kg

- 688,68kg

860,01kg

- 634,21kg

δ= 5 * q * L4

384 * E * Iδ= 5 * 2,30kg/cm * (1.800cm)4

384 * 2.100.000kg/cm2 * 50.200cm4

δ= 0,0000000279cm

19


0

q= 2,30kg/cm

C Rcy1.494,22kg

A BRby1.268,42 kg

d1=1800cm

d2=1185cm

d3=1430cm

d4=870cmd6=622,5cm

d5=1245cm d7=245cm

d8=745cm

Ray1.377,36kg

+- -

Mmáx3.601.800kg.cm

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

Ɛ= 0,0000123


Deformación a nivel de momento flector

d Θ = 3.601.800kg.cm d x 2.100.000kg/cm² * 50.200cm4

d Θ = 0,000000625cm d x

d Θ = 0,000000625cm1cm

d Θ = 0,000000625cm * 1,0cm

d Θ= 0,000000625cm


Ѕ = P L AE

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

Ѕ = 7.452.000kg/cm 336.000.000kg/cm2

Ѕ = 0,0221cm

Diseño por serviciabilidad

Ѕ ≤ 1 = 1.800cm 300Ѕ ≤ 6,00cm

S = 6,00cm ≥ 0,0221cm

Perfil a utilizarViga SoldadaSerie ININ 40cm x 30cme= 22mmt = 8mmIx = 50.200cm4

V(kg) 0- ++ 688,68kg

- 688,68kg

860,01kg

- 634,21kg

20

PILAR - P15SISTEMA HIPERESTÁTICO

180cm

200cm

P1.494,22kg

Diseño a compresión

A2 + B2 = C2

200cm2 + 180cm2 = C2

40.000cm2 + 32.400cm2 = C2

√72.400cm = CC = d1269,07cm = d1

Distancia d1

A

B

d1 = 269,07cm48°cm

σadm*λ ≥ N A

1.440kg.cm2 ≥ 1.110,65kgA

A ≥ 1.110,65kg 1.440kg.cm2

A ≥ 0,77cm2


σadm ≥ N A

559kg.cm2 ≥ 1.110,65kg 3,74cm2

559kg.cm2 ≥ 296,96kg.cm2

λ = K*L iλ = 1,0 * 269,07cm

1,94cmλ = 138,69 KL/i σadm

139 559kg.cm2

P1.494,22kg

A

B

AB

C

BC = d1

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

269,07cmAB = 1.110.65kg

N1.1

10,65

kg

Perfil a utilizarCanal CINTAC Formadaen Frío Espalda - EspaldaAlas No AtiesadasIC 5,0cm x 5,0cme = 2mmA = 3,74cm2

ix = 1,94cm

21

Perfil a utilizarCanal CINTAC Formadaen Frío Espalda - EspaldaAlas No AtiesadasIC 5,0cm x 5,0cme = 2mmA = 3,74cm2

ix = 1,94cm

PILAR - P15SISTEMA HIPERESTÁTICO

180cm

200cm

1.494,22kg

A

B

d1 = 269,07cm48°cm

Ɛ= P AEƐ= 1.110,65kg 3,74cm² * 2.100.000 kg/cm²

Ɛ= 0,00000178


Ѕ = P*L A*E

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

Ѕ = 298.842,59kg/cm 7.854.000kg/cm2

Ѕ = 0,038cm

1.110

,65kg


P1.494,22kg

A

B

AB

C

BC = d1

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

269,07cmAB = 1.110.65kg

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Análisis Estructural Casa Oruga