Nivel II - TP Nro 8 - Vivienda Unifamiliar

7/31/2019 Nivel II - TP Nro 8 - Vivienda Unifamiliar

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA PLATA - FACULTAD DE ARQUITECTURA Y URBANISMO

Ctedra: ESTRUCTURAS NIVEL 2

Taller: VERTICAL III DELALOYE - NICO - CLIVIODNC

TP8Trabajo Prctico N8 : Diseo Estructural de una ViviendaUnifamiliar

Curso 2011 Elabor: Ing. Luis Arisnavarreta Revisin: 0 Fecha: Sep. de 2011

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INTRODUCCION Y OBJETIVO.

El presente Trabajo Prctico tiene por objeto integrar los conocimientos de los distintos elementosestructurales, de hormign armado, de hierro y de madera, que se desarrollarn a lo largo del curso.

El trabajo consiste en el diseo y dimensionado de una estructura independiente de hormign armadoy de la estructura de cubierta de techo con elementos de hierro y madera, para una vivienda unifamiliar.

A partir de un proyecto de vivienda en dos plantas, se proyectar la distribucin de los distintoselementos estructurales que conforman la estructura (losas, vigas, columnas, fundaciones).

En una primera etapa, se buscar encontrar el diseo estructural adecuado a un proyectoarquitectnico dado, luego de sucesivas correcciones con el Ayudante, ajustando y/o modificando la

distribucin original propuesta, observando e intuyendo el camino de las cargas, el trabajo estructural decada elemento y del conjunto.A lo largo del curso, cuando se vayan adquiriendo los conocimientos sobre el trabajo de cada

elemento constitutivo de la estructura y el funcionamiento del conjunto, se ir dimensionando cada uno deellos, obteniendo como resultado final un legajo con memoria descriptiva de la estructura, materialesutilizados, los planos de diseo, las planillas con los resultados del clculo.

1. EL TRABAJO ESTRUCTURAL

Cada elemento estructural que forma parte de la estructura tiene una forma particular de trabajar, detransmitir los esfuerzos a que las cargas lo someten. En una estructura, la correcta disposicin de losdistintos elementos dar como resultado un correcto funcionamiento del conjunto

Habr siempre una distribucin estructural ptima desde el punto de vista resistente y econmico, yacorde con el espacio arquitectnico que sostiene, tanto en lo funcional como en lo esttico.El diseo estructural es un proceso iterativo que por lo general no busca la perfeccin sino la

racionalidad. Para un determinado proyecto arquitectnico pueden existir varias soluciones racionalesdiferentes, se ver entonces cual elegir, de acuerdo al criterio adoptado como prioritario.

Las estructuras ms simples (y econmicas) desde el punto de vista resistente seran aquellas quecontasen con un gran nmero de elementos trabajando a esfuerzos directos, en los que las flexiones fuesenmnimas. Esto nos llevara a una estructura con una gran cantidad de columnas (trabajando a compresin),pero esta estructura ideal chocara evidentemente con una cuestin prctica y funcional desde loarquitectnico.

Surge entonces el concepto de luces mximas y mnimas entre apoyos, luces usuales o prcticas,surgidas de una lgica intuitiva y de experiencias previas, que harn que nos podamos acercar a un trabajoestructural racional.

Un concepto a tener en cuenta en el diseo estructural es lo que llamamos camino de las cargas.Esto es cmo se transmiten las cargas a travs de los distintos elementos que componen la estructura.Cuanto ms directa sea la transmisin de las cargas hacia las fundaciones, ms eficiente resultar laestructura.

En una estructura para vivienda el camino de las cargas (que coincide con la secuencia de clculo delos elementos que la componen) es el siguiente: las losas reciben en forma directa las cargas de usollamadas sobrecarga, y las transmiten por flexin hacia las vigasen las cuales apoyan. Luego, las vigastoman esas reacciones y las cargas de muros (si los hubiese) que apoyasen en ellas y, por flexin y cortelas transmiten a las columnas. Por ltimo, las columnas, trabajando comprimidas, transmiten las reaccionesde vigas a las fundaciones. (las columnas con base excntrica trabajan flexo-comprimidas).

2. PAUTAS GENERALES PARA EL DISEO ESTRUCTURAL.

Si bien las consideraciones siguientes son, en su mayora, vlidas tambin para otros materiales,como hierro o madera, estn orientadas especialmente al hormign armado


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No es posible plantear un procedimiento de diseo nico que resulte igualmente efectivo y aplicablecomo regla en todos los casos.

El diseo de una estructura es, como ya dijimos, un proceso iterativo que se basa en ciertas pautasgenerales y aporta una solucin a un proyecto arquitectnico determinado. Por lo tanto, a partir de unanteproyecto de la estructura, se la ir ajustando con el objeto de alcanzar una estructura eficiente y

econmica.Este proceso comienza con la confeccin del plano de distribucin, en el que se sitan los elementosestructurales, con su denominacin y dimensiones adoptadas (predimensionado), con el que luego seproceder a efectuar el clculo estructural.

En el caso de una vivienda unifamiliar, al efectuar el planteo de la estructura se deben manejaralgunas consideraciones:

Desde el punto de vista arquitectnico, debe acompaar, o interferir lo menos posible, al proyectode arquitectura. As, por ejemplo, se debe evitar que una viga cruce un ambiente principal obligando aocultarla con un cielorraso suspendido y, por consiguiente, reduciendo la altura til del local; lograr en loposible que vigas y columnas queden escondidas total o parcialmente en muros.

Desde el punto de vista del funcionamiento estructural, se debe lograr que ste sea lo msarmnico posible y que las cargas realicen el camino ms corto para llegar a las fundaciones. As, las luces

entre elementos continuos (losas o vigas) deben ser semejantes; deben evitarse apeos de viga en viga ocolumna en viga; respetar ciertas luces mximas.

Desde el punto de vista constructivo, se tratar en lo posible de unificar espesores de losas porsectores, alturas por tiras de vigas continuas, secciones de columnas, para facilitar el replanteo de laestructura en obra y optimizar la utilizacin de madera de encofrado (aunque se debe tener en cuenta elmayor costo que esto puede trae aparejado debido al aumento del volumen de hormign).

A continuacin se har una breve descripcin de los distintos elementos que conforman laestructura de una vivienda, aclarando que a lo largo del curso se estudiar detenidamente su trabajoestructural y su respectivo dimensionado.

Asimismo se describen distintas pautas generales a tener en cuenta en el proceso de diseoestructural, que servirn de punto de partida, y debern luego ser conjugadas y adaptadas en cada casoparticular.

De acuerdo a su funcionamiento estructural (que se ver a lo largo del curso), existen dos tipos delosas:losas cruzadas o bidireccionales, que dirigen las cargas que sobre ellas actan dos direccionesortogonales entre si, y losas unidireccionales, que lo hacen en una sola direccin. Las primeras poseenun trabajo estructural ms eficiente y por lo tanto permiten cubrir mayores luces.

Es difcil establecer valores generales de luces mximas o usuales, de separacin entre apoyos, paraque nos conduzcan, a priori, a la mejor solucin, ya que en cada caso particular habr que tener en cuentaadems, el tipo y la magnitud de la carga actuante. Podemos enunciar los siguientes valores mximos:

Losas armadas en una direccin: 4 m Losas con armadura cruzada: 6 m Vigas 6 m

En general, los valores racionales y econmicos se hallan cerca del 60% de los arriba detallados.

Con losas cruzadas (armadas en dos direcciones) no conviene cubrir luces mayores de 6 m, debido aque, en caso contrario, se obtendran losas muy deformables. En el caso de losas unidireccionales(armadas en una direccin) con luces mayores a los 4 m, se obtendran losas de alturas considerables quese traduce en una excesiva carga permanente final.

La disposicin de las columnas, tender a evitar apeos, es decir, el apoyo de una viga en otra y en elcaso de columnas de plantas superiores, se las deber, preferentemente, hacer coincidir con las ubicadasen planta baja para evitar apeos de columnas en vigas, recordando que una estructura es ms eficientecuanto ms directa es la transmisin de las cargas a las fundaciones (los apeos implican una desviacin enel camino de carga). En cuanto a la separacin de columnas, se evitarn, en lo posible, distanciassuperiores a los 6 m (lo que conduce a tener vigas muy altas), ni inferiores a los 2 m (para evitar lasuperposicin de sus bases de fundacin). Los valores de separacin razonables para viviendas estnentre 3 m y 5 m.

Asimismo tampoco conviene que las columnas medianeras resulten excesivamente cargadas, ya que

aumentara el valor de la flexin compuesta que las solicita, obligando a incrementar las dimensiones de lacolumna o bien a disponer elementos de fundacin especiales.


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Las vigas se dispondrn de manera tal de no sobrepasar las luces mximas en las losas que resultenpor ellas definidas. En lo posible debern quedar ocultas en los muros. De no ser posible, se puede recurriral uso de una viga invertida, que quedar absorbida por el contrapiso o dentro de un muro de la plantasuperior (ver fig.1). Como ya se explic anteriormente se tratar de apoyarlas directamente en columnas, afin de evitar apeos.

Para el caso de tabiques divisorios de planta alta que apoyen directamente en losas unidireccionalesy en la direccin de armado (luz menor), se deber materializar dicho apoyo con el uso de refuerzos. Losrefuerzos son vigas que tienen aproximadamente la altura de la losa ms la del contrapiso (ver fig.1).

En los entrepisos y en correspondencia con los baos es posible tener que prever una losadescendida o bajo losa, cuya cota superior se encuentra no menos de 20 cm por debajo del resto de laslosas de la planta, para poder ubicar las piletas de piso y las caeras de desage (ver fig.1).

Las escaleras, por lo general, estn constituidas por losas inclinadas unidireccionales (armadas en ladireccin de la luz mayor). Si la escalera es de dos tramos, se dispondrn apoyos intermedios en eldescanso; el primer tramo apoyar inferiormente en una fundacin directa o en una viga de fundacin ysuperiormente en una viga intermedia a nivel descanso, el segundo tramo apoyar inferiormente en la vigaa nivel descanso y su extremo superior en una viga a nivel del entrepiso.

Fig.1

Todo lo expuesto hasta aqu se refiere a la supra-estuctura, la parte visible de la estructura, ahoraharemos algunos comentarios sobre otra parte que si bien no se ve es de fundamental importancia en eltrabajo estructural de conjunto: las fundaciones, que si bien se estudiarn al igual que los demselementos estructurales a lo largo del curso, daremos aqu algunas consideraciones generales a los efectos

del presente Trabajo Prctico.Los elementos a fundar en una vivienda se pueden dividir en dos grupos: por un lado las columnas y

por el otro los muros de planta baja.Para el caso de las columnas podremos recurrir al uso de bases aisladas, centradas para las

columnas interiores o excntricas o doblemente excntricaspara las columnas medianeras y esquinerasrespectivamente. Cabe acotar que las bases excntricas se deben disponer con su lado mayor en ladireccin de la linea medianera (para disminuir la flexin

Los muros pueden fundarse con una zapata de mampostera u hormign armado, independiente delresto de la estructura, o, como es ms frecuente, con una viga de fundacindispuesta entre columnas.Las bases de columnas que no quedasen vinculadas por vigas de fundacin es conveniente vincularlas conotras bases vecinas, para evitar posibles corrimientos de apoyo por medio de vigas de arriostramiento

Otro elemento de fundacin son los pilotines, que en combinacin con las vigas de fundacin,pueden ser usados para dar apoyo a paredes de planta baja.


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3. DENOMINACION DE LOS ELEMENTOS

a. Simbologa y representacin

Losa armada en una direccin:

Losa cruzada.

Losa en voladizo

Dentro del crculo se colocar la denominacin de la losa y su altura total.Los bordes de losa apoyados (que coinciden con las vigas) se representan mediante lineas llenas, y

los bordes libres, con lineas punteadas.

Los bajo losa se indican con un rayado a 45, en toda la losa.

Las vigas se representan con una linea continua, y los refuerzos en losa, con una linea punteada

b. Nomenclatura:

L : losa

LE : losa de escalera

V : viga

R : refuerzo en losa

C : columna

TC : tronco de columnaB : base de fundacin

VF : viga de fundacin

Va : viga de arriostramiento

P : pilotn

c. Numeracin.

La letra que simboliza cada elemento deber acompaarse con un nmero de orden. La numeracin

se realiza por planta y en el sentido de la lecto-escritura, esto es, de izquierda a derecha y de arriba haciaabajo. Por lo tanto:

Estructura sobre planta baja: del 01 al 99

Estructura sobre planta alta: del 101 al 199

Y as sucesivamente.

(no existe un solo criterio para esta numeracin)

Al numerar las columnas debe mantenerse la correspondencia de nmeros en la misma vertical (C1,C101, C201, etc.), y la base respectiva con el mismo nmero de orden (B1)

d. Predimensionado.

Por ltimo, en cada elemento se indicarn, entre parntesis, las predimensiones adoptadas.


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4. ELEMENTOS PARA EL PREDIMENSIONADO

A continuacin se sugieren algunos coeficientes, adoptados por diferentes reglamentos para elclculo de ha:

a. LosasLos valores sugeridos para el predimensionado de losas conducen por lo general a resultados

aceptables desde el punto de vista de la deformacin, independientemente de la carga actuante.Dichos coeficientes dependen de las condiciones de apoyo (esquema estructural), y se detallan en la

siguiente tabla:

h u = lado menor / mh total = h u + recubrimiento

En ningn caso la altura total de las losas ser menor a:

Para uso general: 7 cmPara cocheras de edificios: 12 cmPara cubiertas inaccesibles: 5 cm

b. Vigas.Los reglamentos dan valores para el predimensionado de la altura de vigas, aunque en estos casos

nos conducen a valores mnimos (indicados en la primera columna como m), para los cuales debe tenerseespecial cuidado en el clculo de realizar verificaciones de la deformacin. En la segunda columna seindican valores del coeficiente prcticos (n) y que conducen a resultados aceptables.


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h u = L tramo / nh total = h u + recubrimiento

El ancho mnimo de una viga es 12 cm siendo conveniente que la relacin entre el ancho y la alturatotal de la viga este comprendida entre 1/4 y 1/3.

En la prctica las alturas totales de las vigas deben ser mltiplo de 5 cm.

c. Columnas.En una vivienda la mayora de las columnas resultarn de dimensin mnima, 20 cm x 20 cm. Las

columnas medianeras y/o esquineras, eventualmente, podrn tener dimensiones mayores para absorber losmomentos flectores inducidos por las fundaciones.

d. Fundaciones.Para fundar una columna, por lo general, se recurre al uso de Bases.Los muros de planta baja podrn apoyarse en Vigas de fundacin, que se dispondrn entre

columnas. A su vez pueden requerir de Pilotinesintermedios, para disminuir su luz. (como se ver estasolucin no siempre es aceptada)

En cuanto a todos los elementos de fundacin, sus dimensiones estarn intimamente ligadas a lascaractersticas resistentes del suelo y a la carga del elemento a fundar, siendo las dimensiones mnimas(que responden a un aspecto constructivo):

Base centrada: 60 cm x 60 cmBase excentrica: 60 cm x 120 cm

.La seccin de las vigas de fundacin depender en gran medida de la carga del muro y de la

existencia o no de pilotines intermedios. Su ancho se adopta teniendo en cuenta el espesor de muro quesobre ella apoya y su altura, por lo general, vara entre los 25 cm y los 40 cm.

La seccin (circular) de los pilotines vara entre 20 cm y 30 cm de dimetro.

5. LA CUBIERTALa cubierta de techo de la vivienda se resolver con una o ms vigas metlicas reticuladas, que

apoyarn en encadenado de muros o columnas de hormign armado. Esta viga reticulada principal servirde apoyo a la tirantera de maderasobre la cual se disponen el entablonado, la aislacin correspondiente,las clavaderas, y las chapas o tejas.

Tanto el predimensionado de la viga reticulada, como las escuadras y separacin de tirantes, se veren el dictado de los respectivos temas.

Podemos tomar los siguientes valores mximos, usuales en cubiertas de este tipo:

Tirantera de madera:Distancia entre apoyos: L = 4.00 mSeparacin entre tirantes: de 0.60 m a 0.80 m.

Viga reticulada metlica:L = 6.00 m a 10.00 m


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TRABAJO PRCTICO N8Diseo Estructural de una Vivienda unifamiliar

Enunciado:

Dado un proyecto de arquitectura de una vivienda unifamiliar en dos Plantas, disear y dimensionarsu estructura independiente de hormign armado y la estructura de cubierta de techo con elementos dehierro y madera.

Para ello se debern realizar las tareas, que se detallan a continuacin.

Desarrollo del Trabajo Prctico

1. A partir del proyecto (entregado por el Ayudante a cada Comisin), completar el proyecto, esto es,confeccionar el plano de arquitectura que conste de: plantas, cortes y vistas. En escala 1:100.Indicar destino y dimensiones de locales, cotas de nivel, etc.

2. Realizar el diseo estructural. Numerar todos sus elementos.3. Predimensionar todos los elementos estructurales.4. Dimensionar aquellos elementos estructurales indicados por el Ayudante, de hormign armado,

hierro y madera.5. Con los resultados obtenidos en los puntos 3 y 4, confeccionar un legajo que conste de: Plano de estructuras: plantas de estructura sobre P.B., estructura de cubierta, estructura de

fundacin, incluyendo algn detalle como ser uno de escalera. Planilla de clculode cada elemento. Memoria de clculo:donde se describa el tipo de estructura, tipo y caractersticas de los materiales

utilizados, tensiones admisibles utilizadas, sobrecargas, etc.

Por ltimo, realizar una maqueta en escala adecuada del proyecto estructural.

Los punto 1, 2 y 3 (en parte) se realizarn en una primera etapa, los restantes se irn realizando a lolargo del curso.

Ejemplo de diseo estructural de una vivienda unifamiliar.

A continuacin se muestra un ejemplo de la metodologa a desarrollar en el diseo estructuralde una vivienda unifamiliar de dos plantas.

Como dijimos, el diseo estructural es un proceso iterativo, debemos ir definiendo la posibleubicacin de los distintos elementos estructurales de acuerdo a los requerimientos del espacioarquitectnico que tenemos que sostener con la estructura, teniendo en cuenta ciertas pautas y sininterferir con el proyecto (esto es por ejemplo, no tener que redefinir la ubicacin de un vano de P.B.debido a la posicin de una columna, o que una viga atraviese un local teniendo que ocultarla luego conun cielorraso suspendido, etc).

El diseo estructural comienza con el Plano de distribucin, donde se van posicionando losdistintos elementos (losa, vigas, columnas y fundaciones), cumpliendo, en lo posible, con pautasprefijadas. En funcin de las interferencias citadas, se ir corrigiendo la distribucin. Para esto, se suele

trabajar en papel calco y posicionar el diseo en una y otra planta, efectuando luego las modificacionesnecesarias. Este proceso se repetir las veces que sea necesario hasta llegar al diseo ms aceptable(proceso iterativo).

Par comenzar debemos definir las pautas de diseo:* Columnas y vigas ocultas en los muros de planta baja* Muros de Planta Alta resistidos por vigas.* Luces razonables de losas y de vigas.* Losa de bao descendida.* Ningn apeo de columna en viga, cantidad mnima de apeos de viga en viga.

Luego comenzamos con el diseo. Para ello con el papel calco sobre la P.A (planta quedebemos sostener), trazamos vigas bajo los muros. Quedan as definidas las losas. En los encuentros

de vigas (para evitar apeos) colocamos las columnas. Llevamos el diseo a la P.B. para ver comocaen o si el proyecto estructural interfiere con el arquitectnico, comenzando as el proceso iterativo.


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A modo de ejemplo, se muestran dos posibles soluciones (o variantes en el proceso deproyecto definitivo, ya que posiblemente se le podrn hacer modificaciones). Recordemos, adems, quepueden existir varias soluciones correctas para un mismo proyecto (cada una de acuerdo a un criteriodiferente, siguiendo una prioridad distinta o pautas diferentes).

Observando las variantes 1 y 2 podemos hacer los siguientes comentarios:

* En la variante 1: la V7 atraviesa el estar-comedor, por lo tanto la transformamos, en lavariante 2, en una viga invertida, ya que no perjudica la P.A. (no interrumpe ningn vano de puerta).* En el Garage, queda una diferencia de cota de fondo de losa, ya que parte de su superficie

la ocupa una losa descendida (bajo losa). En la variante 2 se unifican los niveles de fondo de losa entoda la superficie, por lo que bajamos la losa vecina, y a su vez podemos eliminar la viga V4 y la C7 yaque igualmente quedan luces aceptables. Esta modificacin trae aparejada un posible aumento delespesor de la losa L2 (al poder pasar de cruzada a unidireccional), un mayor peso propio por el mayorespesor del contrapiso (en el sector de dormitorio), una mayor altura de la viga V9 (por su mayor luz),entre otras cosas, por lo que se debe ver si la causa por la que se hizo la modificacin lo justifica.

* En la variante 1 la viga V15 est doblemente apeada, si bien su luz y su carga no sonconsiderables, no es recomendado. En la variante 2 se reposiciona la columna, para evitar dichasituacin.

Podramos seguir modificando el diseo hasta llegar al adecuado.

Si bien en el ejemplo no quedo expresado, ya que no se realiz el predimensionado,recordemos que :* Por razones constructivas se suele unificar alturas de losas por sectores y/o por plantas (se

deber evaluar el aumento en el volumen de hormign que puede traer aparejado)* Se unifican alturas de vigas, por tiras de vigas continuas, o por planta si se trata de

hormign visto (el aumento del volumen de hormign es menor)* Los Refuerzosse utilizan en el caso de tener en losas unidireccionales, un muro paralelo a

la direccin de armado (direccin principal).

Se muestran tambin la Estructura de fundacin y la de cubierta.


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