memoria de calculo de análisis y diseño estructural
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Ampliación de LaboratorioTRANSCRIPT
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Proyecto para la Ampliación del Laboratorio de Experimentación Animal, CENSALUD.
MEMORIA DE CÁLCULO DEL
ANÁLISIS Y DISEÑO
ESTRUCTURAL
Universidad de El Salvador
San Salvador, 20 de Enero de 2014
2
ÍNDICE ÍNDICE ........................................................................................................................ 2
1. OBJETIVO ............................................................................................................. 4
2. SISTEMA ESTRUCTURAL .................................................................................. 4
2.1 Requisitos del Sistema Estructural .................................................................... 4
2.2 Descripción del Sistema Estructural .................................................................. 4
3. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO ESTRUCTURAL ............................................. 6
4. CARGAS Y RESISTENCIAS UTILIZADAS EN EL DISEÑO ............................. 8
4.1 Pesos y/o cargas índices utilizadas en el análisis y diseño .................................. 8
4.2 Resistencias de materiales utilizadas ................................................................. 8
5. REGLAMENTOS Y REFERENCIAS DE DISEÑO .............................................. 9
6. EVALUACIÓN DE CARGAS Y CONSIDERACIONES PARA EL ANÁLISIS ... 9
6.1 Coeficiente Sísmico ............................................................................................ 10
Factor de zonificación (A) ..................................................................................... 10
Factor de importancia (I) ....................................................................................... 10
Coeficientes de sitio (Co y To) ............................................................................... 11
Factor de respuesta (R) ......................................................................................... 11
Determinación del periodo (T): Método A ............................................................. 11
Evaluación del Coeficiente Sísmico ....................................................................... 11
6.2 Cargas Gravitacionales ....................................................................................... 12
Losa VT1-20 ......................................................................................................... 12
Techo (pendiente mayor al 5%) ............................................................................. 12
Escaleras ............................................................................................................... 12
6.3 Empujes del Suelo .............................................................................................. 14
6.4 Cargas Sísmicas .................................................................................................. 15
6.5 Combinaciones de Carga .................................................................................... 15
7. Resultados del Diseño Estructural ......................................................................... 16
7.1 DISEÑO DE LAS PAREDES DE MAMPOSTERÍA ......................................... 19
PARED LONGITUDINAL ................................................................................. 19
PARED TRANSVERSAL .................................................................................... 20
7.2 DISEÑO DE LAS VIGAS Y COLUMNAS DE CONCRETO ........................... 21
Acero Longitudinal ............................................................................................... 22
Acero Transversal ................................................................................................. 22
Acero por Torsión ................................................................................................. 23
3
Tabla Resumen del Acero Requerido ..................................................................... 24
7.3 DISEÑO DE LAS ZAPATAS ............................................................................ 34
7.3.1 Zapata aislada .............................................................................................. 34
7.3.2 Zapata Corrida ............................................................................................. 40
7.4 DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE TECHO .................................................. 42
Diseño de estructura portante (viga de alma abierta) .............................................. 42
Diseño de polines espaciales .................................................................................. 46
7.5 DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE LAS ESCALERAS ................................. 48
7.5.1 Esfuerzos en el Suelo .................................................................................... 48
7.5.2 Esfuerzos de Corte en la Zapata .................................................................... 49
7.5.3 Área de Acero Requerida .............................................................................. 49
8. ANEXOS ............................................................................................................. 52
ANEXO1: BAJADO DE CARGAS GRAVITACIONALES .................................... 52
PRIMER NIVEL .................................................................................................. 52
VIGA A (viga 0.30m x 0.50m) .............................................................................. 52
VIGA F (viga 0.30m x 0.50m) ............................................................................... 52
VIGA1 (viga 0.30m x 0.50m) ................................................................................ 52
VIGA1’ (viga 0.25m x 0.40m) ............................................................................... 53
VIGA2 (viga 0.30m x 0.50m) ................................................................................ 53
SEGUNDO NIVEL.............................................................................................. 54
VIGA A (viga 0.25cm x 0.40cm) ........................................................................... 54
VIGA B (Macomber) ............................................................................................ 55
VIGA C (Macomber) ............................................................................................ 55
VIGA D (Macomber) ............................................................................................ 55
VIGA E (Macomber) ............................................................................................ 56
VIGA F (viga 0.25cm x 0.40cm) ............................................................................ 56
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1. OBJETIVO
El objetivo fundamental del análisis y diseño estructural del edificio que albergará el
Laboratorio de Experimentación Animal es asegurar que las condiciones de seguridad
estructural y de servicio del edificio sean las requeridas para condiciones normales de
operación.
2. SISTEMA ESTRUCTURAL
2.1 Requisitos del Sistema Estructural
El Sistema Estructural debe cumplir con los siguientes requerimientos:
Poseer la suficiente rigidez para evitar las deformaciones y
vibraciones producidas por movimientos del terreno, que puedan
afectar la funcionalidad de la estructura.
Poseer la suficiente capacidad de carga para desempeñar de la
mejor manera las diferentes condiciones particulares de carga a lo
largo de toda su vida de servicio.
2.2 Descripción del Sistema Estructural
El edificio de dos niveles describirá en planta una forma rectangular con
dimensiones de eje a eje de 22.00m por 6.4 m y una altura total de 7.15m
considerando el techo del edificio. La estructura estará compuesta por un
sistema estructural portante, es decir un sistema dual, con columnas y
vigas de concreto y paredes de bloque.
En el primer nivel del edificio se encuentra un talud de tierra con una
altura aproximada de 4m, sin embargo la altura de contacto del suelo con
el edificio es de 3.55m, por lo tanto en los ejes afectados, es decir los ejes 1
y F, se utilizarán paredes integradas a la estructura tipo cortina.
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El sistema de entrepiso a utilizar será aligerado, utilizando viguetas y
bovedillas. El sistema de techo estará formado por un diafragma flexible,
formado por elementos metálicos de alma abierta y largueros constituidos
por polines espaciales separados a cada 1m.
Según las especificaciones el predimensionamiento de las columnas será
de 40cm x 40cm, el de las vigas de 45cm de alto y 25 de ancho, el sistema
de entrepisos será VT1-15 y las paredes de bloque de concreto de 20cm x
40cm x 10cm. Sin embargo se considerarán las siguientes secciones:
Columnas: 40cm x 40cm
Vigas Primarias: 50cm x 30cm
Vigas Secundarias: 40 cm x 25 cm
Losas: VT1-20
Paredes: 20 cm x 40cm x 15cm
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3. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO ESTRUCTURAL
3.1. El procedimiento del modelo estructural se hizo mediante la utilización de
software de diseño, para el caso ETABS 9.20, el cual utiliza el método de análisis
de Elementos Finitos, con el cual se obtuvieron las acciones actuantes de diseño
como los requerimientos de acero para algunos de los elementos estructurales.
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3.2. Se han considerado las presiones ejercidas por el suelo adyacente al edificio,
presiones dinámicas y estáticas, esto de acuerdo a la Norma Técnica para Diseño
de Cimentaciones y Estabilidad de Taludes.
3.3. Se analizaron las fuerzas sísmicas a las cuales podría estar sometida la
estructura, de acuerdo a la Norma Técnica de Diseño por Sismo de El Salvador,
las cuales estarían actuando junto con la presión dinámica del suelo.
3.4. De los resultados de análisis para cada caso de carga, se procedió a la
identificación de los casos más críticos de carga, diseñando los elementos
estructurales con los requerimientos que demanda el edificio bajo esa condición
de carga.
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4. CARGAS Y RESISTENCIAS UTILIZADAS EN EL DISEÑO
4.1 Pesos y/o cargas índices utilizadas en el análisis y diseño
Las cargas utilizadas en el análisis y diseño fueron las siguientes:
Peso volumétrico de la mampostería
Peso volumétrico del concreto
Peso volumétrico del acero
Peso volumétrico del suelo
Peso por unidad de área de la losa VT1-20
Peso por unidad de área del Cielo Falso e Instalaciones Eléctricas
Peso por unidad de área del Ladrillo de Cerámica
Peso por unidad de área de Divisiones Internas
Peso por unidad de área de la Estructura Metálica
Peso por unidad de área del Polín Espacial
Peso por unidad de área de Lámina Galvanizada
Carga Viva para Oficinas
Carga Viva para Techo con pendientes mayores al 5%
4.2 Resistencias de materiales utilizadas
Resistencia última a la compresión del concreto a los 28 días igual a
280kg/cm².
Acero de refuerzo bajo norma ASTM A 615 y A 305, corrugado, con una
resistencia mínima de fluencia (Fy) de 2800kg/cm², en todos los elementos.
Resistencia de diseño a la compresión del bloque de concreto (f’m) igual a
84kg/cm².
Se espera que con los trabajos de restitución de suelos bajo la zona de
cimentaciones se alcance al menos una capacidad admisible de 2.0kg/cm² a
una profundidad de desplante de 1.5m.
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5. REGLAMENTOS Y REFERENCIAS DE DISEÑO
Para el diseño de los elementos estructurales del edificio se han tomado como referencia
las especificaciones establecidas en las siguientes normas y códigos:
Norma Técnica para Diseño por Sismo
Norma Técnica para Diseño de Cimentaciones y Estabilidad de Taludes
Norma Técnica para Diseño y Construcción Estructural de Mampostería
ACI 318-08
ACI 318-05
AISC 13a edición.
6. EVALUACIÓN DE CARGAS Y CONSIDERACIONES PARA EL
ANÁLISIS
Las características dinámicas del suelo se realizarán de acuerdo a las disposiciones de la
Norma Técnica de Diseño de Cimentaciones y Estabilidad de Taludes. Las paredes
destinadas a soportar los empujes del suelo, se deberán diseñar para resistir los efectos
de aceleraciones horizontales en combinación con los efectos de las cargas estáticas.
De acuerdo a las disposiciones del capítulo 6 del mismo reglamento, los esfuerzos
verticales y horizontales de flexión y los esfuerzos cortantes en la pared y en la base de la
misma debido a fuerzas sísmicas deberán calcularse en base a un comportamiento de
losa usando distribución apropiada de esfuerzos. Conocida la topología estructural de la
estructura (mampostería confinada), consideraremos que los elementos de concreto
recibirán los efectos de carga que la mampostería transmitirá por efecto de losa.
En lo que sigue se describirán brevemente los parámetros que se involucran en el cálculo
de las fuerzas que deben considerarse en el análisis del edificio.
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6.1 Coeficiente Sísmico
( )
Factor de zonificación (A)
La estructura estará ubicada en la ciudad de San Salvador, departamento de San
Salvador, por lo tanto se encuentra dentro de la zona I. Según la tabla 1 de la Norma
Técnica para Diseño por Sismo el factor de zonificación es igual a 0.40.
A=0.40
Factor de importancia (I)
El proyecto es un edificio de laboratorio de la Universidad de El Salvador, por lo tanto, la
categoría de ocupación del edificio es II, Edificios de Ocupación Especial (tabla 3 N.T.).
Para este tipo de edificios, según la tabla 4 de la Norma Técnica para Diseño por Sismo el
factor de importancia es igual a 1.2.
I=1.2
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Coeficientes de sitio (Co y To)
Ya que los planos no especifican nada acerca del tipo de suelo que se encuentra en el
lugar de la edificación, se asumirá que el perfil de suelo contiene un espesor acumulado
de 4 a 12 m de suelos cohesivos blandos a medianamente compactados o contiene suelos
no cohesivos sueltos, es decir un suelo de tipo S3 (tabla 2 N.T.). Por esta razón, los
coeficientes de Sitio que tomaremos en cuenta son los siguientes:
C0=3.0 T0=0.6
Factor de respuesta (R)
El edificio posee un sistema estructural dual, el cual está constituido por paredes de
mampostería combinadas con marcos de concreto con detallado especial, perteneciendo
al sistema básico C. En la tabla 7 de la Norma Técnica para Diseño por Sismo observamos
que para este tipo de sistema estructural el factor de respuesta es igual a 12.
R=7
Determinación del periodo (T): Método A
Según la Norma Técnica para Diseño por Sismo, el Ct para el sistema C es igual a 0.049.
Ct=0.049
Revisando si To<T<6To
To= 0.6 6To=3.6
0.6<0.1267<3.6 NO!!
Ya que T<To, entonces se toma el valor de T=To, por lo tanto:
T=0.6 s
Evaluación del Coeficiente Sísmico
(
)
Cs=0.21
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6.2 Cargas Gravitacionales
Losa VT1-20
Peso Propio =260 Kg/m2
C.F. + I.E. = 30 Kg/m2
Ladrillo Cerámica = 50 Kg/m2
Losa Adicional = 24 Kg/m2
Divisiones Internas = 80 Kg/m2
CM =444 Kg/m2
CV OFICINAS = 250 Kg/m2
Techo (pendiente mayor al 5%)
Estructura Metálica = 17.00 Kg/m2
Polín Espacial = 5.00 Kg/m2
C.F. + I.E. = 30.00 Kg/m2
Lámina Galvanizada = 8.00 Kg/m2
CM = 60.00 Kg/m2
CV TECHO = 100.00 Kg/m2
Escaleras
Peso Propio =480 Kg/m2
C.F. + I.E. = 30 Kg/m2
Ladrillo Cerámica = 50 Kg/m2
Losa Adicional = 24 Kg/m2
CM =584 Kg/m2
CV OFICINAS = 250 Kg/m2
NOTA: Debido a que se modelará el sistema en el programa ETABS, en este bajado de
cargas no se tomarán en cuenta el peso propio de la viga, ni el peso de la losa sobre la
viga, ya que el programa calcula automáticamente el peso propio de la viga y la carga
debido a la losa que le llega a cada viga, cabe aclarar que los pesos de losas calculados
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anteriormente serán ingresados al sistema para que la carga correspondiente sea
tomada en cuenta en cada viga.
Tabla Resumen de las Cargas Gravitacionales Aplicadas a cada Viga
Elemento Carga Muerta Carga Viva P
rim
er N
ivel
Viga A 421.88
Viga F 421.88
Viga 1 (a-b) 243.64
Viga 1 (b-c) 342.91
Viga 1 (c-d) 243.64
Viga 1 (d-e) 342.91
Viga 1 (e-f) 243.64
Viga 1’ (a-b) 1576.8 675
Viga 2 (a-b) 243.64
Viga 2 (b-c) 409.09
Viga 2 (c-d) 409.09
Viga 2 (d-e) 342.91
Viga 2 (e-f) 243.64
Segu
nd
o N
ivel
Viga A 208.13 346.88
Viga B 305.25 508.75
Viga C 305.25 508.75
Viga D 305.25 508.75
Viga E 305.25 508.75
Viga F 208.13 346.88
Ver anexo 1 para el cálculo de las cargas gravitacionales anteriores.
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6.3 Empujes del Suelo
Las cargas de empuje activo y pasivo del suelo se evaluarán de acuerdo a las fórmulas de
Coulomb (ver sección 5.3.1 de Norma Técnica para diseño de cimentaciones y estabilidad
de taludes), los parámetros a utilizar en el cálculo serán los siguientes (estos parámetros
son los reportados en el estudio geotécnico):
Peso volumétrico del suelo:
Angulo de fricción interna del suelo: φ = 30 grados
Angulo de fricción suelo muro: δ = 20 grados
Angulo de inclinación de talud: β = 0 grados
Angulo de inclinación de paramento de muro: θ = 0
Empuje Activo: Ecuación de Rankin.
Empuje Dinámico debido a Sismo: Ecuación de Mononobe Okabe.
(
)
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6.4 Cargas Sísmicas
Estas cargas ya fueron consideradas en las diferentes combinaciones evaluadas en el
ETABS.
6.5 Combinaciones de Carga
Según el apartado 9.2.1 del ACI319-05, la resistencia requerida por la estructura, debe
ser por lo menos igual al efecto de la mayor de las siguientes cargas mayoradas:
Dónde:
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7. Resultados del Diseño Estructural
Para el diseño estructural de los elementos que componen el edificio, se consideraron las
especificaciones establecidas en la Norma Técnica de Diseño por Sismo, la Norma
Técnica de Diseño de Cimentaciones y Estabilidad de Taludes, la Norma Técnica de
Diseño y Construcción Estructural de Mampostería, el ACI 318 y el AISC 13a edición. En
algunos elementos estructurales nos hemos apoyado en programas de cálculo
estructural como el ETABS, el SAFE y el ROBOT, los cuales nos brindaron el acero
requerido de los diversos elementos estructurales como vigas y columnas (ETABS), losas
(SAFE) y escaleras (ROBOT). Sin embargo se realizaron revisiones de detallado del acero
de refuerzo para estos elementos, las cuales se encuentran en el ACI318 capítulo 21:
En cualquier sección de un elemento a flexión, la cantidad de refuerzo no debe ser
menor que la dada en la ecuación √
ni menor que
y la cuantía de
refuerzo, ρ , no debe exceder 0.025. Al menos dos barras deben disponerse en
forma continua tanto en la parte superior como inferior.
La resistencia a momento positivo en la cara del nudo no debe ser menor que la
mitad de la resistencia a momento negativo proporcionada en esa misma cara. La
resistencia a momento negativo o positivo, en cualquier sección a lo largo de la
longitud del elemento, no debe ser menor de un cuarto de la resistencia máxima a
momento proporcionada en la cara de cualquiera de los nudos.
Sólo se permiten empalmes por traslape de refuerzo de flexión cuando se
proporcionan estribos cerrados de confinamiento o espirales en la longitud de
empalme por traslape. El espaciamiento del refuerzo transversal que envuelve las
barras traslapadas no debe exceder el menor de 4d ó 10 cm. No deben emplearse
empalmes por traslape:
(a) dentro de los nudos,
(b) en una distancia de dos veces la altura del elemento medida desde la cara del
nudo,
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(c) donde el análisis indique fluencia por flexión causada por desplazamientos
laterales inelásticos del marco.
Deben disponerse estribos cerrados de confinamiento en las siguientes regiones
de los elementos pertenecientes a marcos:
(a) En una longitud igual a dos veces la altura del elemento, medida desde la cara
de elemento de apoyo hacia el centro de la luz, en ambos extremos del elemento
en flexión;
(b) En longitudes iguales a dos veces la altura del elemento a ambos lados de una
sección donde puede ocurrir fluencia por flexión debido a desplazamientos
laterales inelásticos del pórtico.
El primer estribo cerrado de confinamiento debe estar situado a no más de 5 cm
de la cara del elemento de apoyo. El espaciamiento de los estribos cerrados de
confinamiento no debe exceder el menor de:
(a) 4d;
(b) ocho veces el diámetro de las barras longitudinales más pequeñas;
(c) 24 veces el diámetro de la barra del estribo cerrado de confinamiento, y
(d) 30 cm.
Para las paredes de mampostería, se propuso una distribución de celdas llenas y de acero
de refuerzo, revisando si cumplían con los esfuerzos admisibles de la mampostería
indicados en la Norma Técnica de Diseño y Construcción Estructural de Mampostería.
A continuación se muestran los resultados de los esfuerzos admisibles, asumiendo que el
f’m es igual a 84 kg/cm2 y que se utilizará bloque de 15 lleno a cada 60:
Tensión Normal en las Sisas:
Compresión Axial en paredes de carga:
( (
)
)
( (
)
)
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Compresión por Flexión:
Cortante:
o Mampostería con refuerzo para cortante:
√
√
Aplastamiento:
Esfuerzos en el acero de refuerzo:
o Varillas corrugadas:
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7.1 DISEÑO DE LAS PAREDES DE MAMPOSTERÍA
Del programa de modelación ETABS se obtuvieron los siguientes datos para diseño:
PARED LONGITUDINAL
Determinación del Acero en los Bordes de las Paredes
Refuerzo de Cortante
20
La pared no necesita refuerzo por cortante, pero por seguridad se le colocará refuerzo
por cortante considerando que la mampostería no aporta resistencia al cortante.
Separación requerida al colocar varilla #2
PARED TRANSVERSAL
21
Determinación del Acero en los Bordes de las Paredes
Refuerzo de Cortante
La pared no necesita refuerzo por cortante, pero por seguridad se le colocará refuerzo
por cortante considerando que la mampostería no aporta resistencia al cortante.
Separación requerida al colocar varilla #2
7.2 DISEÑO DE LAS VIGAS Y COLUMNAS DE CONCRETO
Se diseñaron las vigas y las columnas con la ayuda del ETABS, el cual nos indicó las
cantidades de acero longitudinal por flexión y torsión y transversal por cortante y
torsión requeridas por las vigas, así como las cantidades del acero longitudinal por
flexión de las columnas y sus cantidades de acero transversal por cortante. Las siguientes
imágenes muestran el acero requerido por cada uno de los elementos:
22
Acero Longitudinal
Acero Transversal
23
Acero por Torsión
24
Tabla Resumen del Acero Requerido
SecID StnLoc AsMinTop AsTop AsMinBot AsBot VRebar TLngRebar TTrnRebar
VIGA40X25 20 2.88 2.877 1.42 1.42 0.04 0 0
VIGA40X25 70 1.37 1.373 0.75 0.75 0.03 0 0
VIGA40X25 120 0.75 0.753 0.96 0.96 0.03 0 0
VIGA40X25 170 0.75 0.753 1.79 1.79 0.02 0 0
VIGA40X25 220 0.75 0.753 2.38 2.38 0.02 0 0
VIGA40X25 270 0.75 0.753 2.73 2.73 0.02 0 0
VIGA40X25 320 0.75 0.753 2.84 2.84 0.02 0 0
VIGA40X25 370 0.75 0.753 2.7 2.7 0.02 0 0
VIGA40X25 420 0.75 0.753 2.32 2.32 0.02 0 0
VIGA40X25 470 0.75 0.753 1.71 1.71 0.02 0 0
VIGA40X25 520 0.75 0.753 0.86 0.86 0.03 0 0
VIGA40X25 570 1.53 1.526 0.75 0.75 0.03 0 0
VIGA40X25 620 3.01 3.013 1.52 1.52 0.04 0 0
VIGA40X25 20 2.91 2.907 1.44 1.44 0.04 0 0
VIGA40X25 70 1.64 1.635 1.23 1.23 0.03 0 0
VIGA40X25 120 1.23 1.234 1.32 1.32 0.03 0 0
VIGA40X25 170 1.23 1.234 2 2 0.02 0 0
VIGA40X25 220 1.23 1.234 2.45 2.45 0.02 0 0
VIGA40X25 270 1.23 1.234 2.66 2.66 0.02 0 0
VIGA40X25 320 1.23 1.234 2.62 2.62 0.02 0 0
VIGA40X25 370 1.23 1.234 2.35 2.35 0.02 0 0
VIGA40X25 420 1.23 1.234 1.83 1.83 0.03 0 0
25
VIGA40X25 470 1.23 1.234 1.23 1.23 0.03 0 0
VIGA40X25 520 1.99 1.99 1.23 1.23 0.03 0 0
VIGA40X25 570 3.01 3.013 1.23 1.23 0.04 0 0
VIGA40X25 620 3.01 3.812 2.49 2.49 0.04 0 0
VIGA40X25 20 0.5 0.495 0.25 0.25 0.02 0 0
VIGA40X25 70 0.2 0.199 0.12 0.12 0.02 0 0
VIGA40X25 120 0.12 0.123 0.13 0.13 0.02 0 0
VIGA40X25 170 0.12 0.123 0.25 0.25 0.02 0 0
VIGA40X25 220 0.12 0.123 0.31 0.31 0.02 0 0
VIGA40X25 270 0.12 0.123 0.29 0.29 0.02 0 0
VIGA40X25 320 0.12 0.123 0.23 0.23 0.02 0 0
VIGA40X25 370 0.12 0.123 0.12 0.12 0.02 0 0
VIGA40X25 420 0.29 0.291 0.15 0.15 0.02 0 0
VIGA40X25 20 0.73 0.731 0.36 0.36 0.02 0 0
VIGA40X25 70 0.4 0.397 0.18 0.18 0.02 0 0
VIGA40X25 120 0.18 0.182 0.18 0.18 0.02 0 0
VIGA40X25 170 0.18 0.182 0.18 0.18 0.02 0 0
VIGA40X25 220 0.18 0.182 0.21 0.21 0.02 0 0
VIGA40X25 270 0.18 0.182 0.22 0.22 0.02 0 0
VIGA40X25 320 0.18 0.182 0.2 0.2 0.02 0 0
VIGA40X25 370 0.18 0.182 0.18 0.18 0.02 0 0
VIGA40X25 420 0.36 0.362 0.18 0.18 0.02 0 0
VIGA40X25 20 0.64 0.641 0.32 0.32 0.02 0 0
VIGA40X25 70 0.33 0.327 0.16 0.16 0.02 0 0
VIGA40X25 120 0.16 0.16 0.16 0.16 0.02 0 0
VIGA40X25 170 0.16 0.16 0.16 0.16 0.02 0 0
VIGA40X25 220 0.16 0.16 0.22 0.22 0.02 0 0
VIGA40X25 270 0.16 0.16 0.22 0.22 0.02 0 0
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29
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30
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VIGA50X30 220 0.63 0.626 0.63 0.63 0.03 0 0
VIGA50X30 270 0.63 0.626 0.63 0.63 0.03 0 0
VIGA50X30 320 0.63 0.626 0.72 0.72 0.03 0 0
VIGA50X30 370 0.95 0.954 0.76 0.76 0.03 0 0
VIGA50X30 420 1.71 1.71 0.85 0.85 0.03 0 0
VIGA50X30 20 3.99 3.994 1.98 1.98 0.05 0 0
VIGA50X30 70 2.36 2.357 0.98 0.98 0.04 0 0
VIGA50X30 120 0.98 0.984 0.98 0.98 0.04 0 0
VIGA50X30 170 0.98 0.984 1.13 1.13 0.04 0 0
VIGA50X30 220 0.98 0.984 2.01 2.01 0.04 0 0
VIGA50X30 270 0.98 0.984 2.75 2.75 0.03 0 0
VIGA50X30 320 0.98 0.984 3.58 3.58 0.03 0 0
VIGA50X30 320 0.98 0.984 3.6 3.6 0.06 0 0
VIGA50X30 370 0.98 0.984 1.9 1.9 0.06 0 0
VIGA50X30 420 2.94 2.939 1.46 1.46 0.06 0 0
VIGA50X30 20 0.88 0.878 0.44 0.44 0.03 6.361 0.019
VIGA50X30 46.7 0.65 0.649 0.24 0.24 0.03 6.361 0.019
VIGA50X30 73.3 0.46 0.46 0.24 0.24 0.03 6.361 0.019
VIGA50X30 73.3 0.48 0.482 0.24 0.24 0.03 6.361 0.014
VIGA50X30 110 0.29 0.293 0.24 0.24 0.03 6.361 0.014
VIGA50X30 147 0.24 0.238 0.24 0.24 0.03 6.361 0.014
VIGA50X30 147 0.24 0.238 0.24 0.24 0.03 0 0
VIGA50X30 183 0.24 0.238 0.24 0.24 0.03 0 0
VIGA50X30 220 0.24 0.238 0.24 0.24 0.03 0 0
VIGA50X30 220 0.24 0.238 0.24 0.24 0.03 6.361 0.017
VIGA50X30 257 0.24 0.238 0.24 0.24 0.03 6.361 0.017
VIGA50X30 293 0.24 0.238 0.24 0.24 0.03 6.361 0.017
31
VIGA50X30 293 0.24 0.238 0.24 0.24 0.03 6.136 0.03
VIGA50X30 330 0.24 0.238 0.24 0.24 0.03 6.136 0.03
VIGA50X30 367 0.26 0.255 0.27 0.27 0.03 6.136 0.03
VIGA50X30 367 0.24 0.238 0.25 0.25 0.02 6.361 0.036
VIGA50X30 393 0.33 0.334 0.62 0.62 0.01 6.361 0.036
VIGA50X30 420 0.47 0.47 0.95 0.95 0.01 6.361 0.036
VIGA50X30 20 0.19 0.194 1.42 1.42 0.02 6.361 0.022
VIGA50X30 46.7 0.35 0.352 0.93 0.93 0.02 6.361 0.022
VIGA50X30 73.3 0.35 0.352 0.41 0.41 0.02 6.361 0.022
VIGA50X30 73.3 0.35 0.352 0.45 0.45 0.03 6.361 0.017
VIGA50X30 110 0.35 0.352 0.35 0.35 0.03 6.361 0.017
VIGA50X30 147 0.35 0.352 0.35 0.35 0.03 6.361 0.017
VIGA50X30 147 0.35 0.352 0.35 0.35 0.03 0 0
VIGA50X30 183 0.35 0.352 0.35 0.35 0.03 0 0
VIGA50X30 220 0.35 0.352 0.35 0.35 0.03 0 0
VIGA50X30 220 0.35 0.352 0.35 0.35 0.03 6.361 0.012
VIGA50X30 257 0.35 0.352 0.35 0.35 0.03 6.361 0.012
VIGA50X30 293 0.35 0.352 0.35 0.35 0.03 6.361 0.012
VIGA50X30 293 0.35 0.352 0.35 0.35 0.03 6.361 0.025
VIGA50X30 330 0.35 0.352 0.35 0.35 0.03 6.361 0.025
VIGA50X30 367 0.35 0.352 0.35 0.35 0.03 6.361 0.025
VIGA50X30 367 0.35 0.352 0.35 0.35 0.03 6.194 0.031
VIGA50X30 393 0.44 0.44 0.52 0.52 0.03 6.194 0.031
VIGA50X30 420 0.6 0.599 0.83 0.83 0.03 6.194 0.031
VIGA50X30 20 0.21 0.209 1.38 1.38 0.02 6.361 0.022
VIGA50X30 46.7 0.34 0.344 0.9 0.9 0.02 6.361 0.022
VIGA50X30 73.3 0.34 0.344 0.37 0.37 0.02 6.361 0.022
VIGA50X30 73.3 0.34 0.344 0.41 0.41 0.03 6.361 0.017
VIGA50X30 110 0.34 0.344 0.34 0.34 0.03 6.361 0.017
VIGA50X30 147 0.34 0.344 0.34 0.34 0.03 6.361 0.017
VIGA50X30 147 0.34 0.344 0.34 0.34 0.03 0 0
VIGA50X30 183 0.34 0.344 0.34 0.34 0.03 0 0
VIGA50X30 220 0.34 0.344 0.34 0.34 0.03 0 0
VIGA50X30 220 0.34 0.344 0.34 0.34 0.03 6.361 0.012
VIGA50X30 257 0.34 0.344 0.34 0.34 0.03 6.361 0.012
VIGA50X30 293 0.34 0.344 0.34 0.34 0.03 6.361 0.012
VIGA50X30 293 0.34 0.344 0.34 0.34 0.03 6.361 0.025
VIGA50X30 330 0.34 0.344 0.34 0.34 0.03 6.361 0.025
VIGA50X30 367 0.35 0.346 0.34 0.34 0.03 6.361 0.025
VIGA50X30 367 0.34 0.344 0.34 0.34 0.03 6.212 0.031
32
VIGA50X30 393 0.43 0.43 0.53 0.53 0.03 6.212 0.031
VIGA50X30 420 0.58 0.575 0.85 0.85 0.03 6.212 0.031
VIGA50X30 20 0.22 0.221 1.39 1.39 0.02 6.361 0.023
VIGA50X30 46.7 0.35 0.346 0.91 0.91 0.02 6.361 0.023
VIGA50X30 73.3 0.35 0.346 0.39 0.39 0.02 6.361 0.023
VIGA50X30 73.3 0.35 0.346 0.44 0.44 0.03 6.361 0.017
VIGA50X30 110 0.35 0.346 0.35 0.35 0.03 6.361 0.017
VIGA50X30 147 0.35 0.346 0.35 0.35 0.03 6.361 0.017
VIGA50X30 147 0.35 0.346 0.35 0.35 0.03 0 0
VIGA50X30 183 0.35 0.346 0.35 0.35 0.03 0 0
VIGA50X30 220 0.35 0.346 0.35 0.35 0.03 0 0
VIGA50X30 220 0.35 0.346 0.35 0.35 0.03 6.361 0.011
VIGA50X30 257 0.35 0.346 0.35 0.35 0.03 6.361 0.011
VIGA50X30 293 0.35 0.346 0.35 0.35 0.03 6.361 0.011
VIGA50X30 293 0.35 0.346 0.35 0.35 0.03 6.361 0.023
VIGA50X30 330 0.35 0.346 0.35 0.35 0.03 6.361 0.023
VIGA50X30 367 0.5 0.501 0.35 0.35 0.03 6.361 0.023
VIGA50X30 367 0.47 0.467 0.35 0.35 0.03 6.294 0.029
VIGA50X30 393 0.56 0.563 0.35 0.35 0.03 6.294 0.029
VIGA50X30 420 0.76 0.762 0.51 0.51 0.03 6.294 0.029
VIGA50X30 20 0.67 0.671 0.6 0.6 0.03 6.361 0.016
VIGA50X30 46.7 0.65 0.652 0.53 0.53 0.03 6.361 0.016
VIGA50X30 73.3 0.67 0.672 0.53 0.53 0.03 6.361 0.016
VIGA50X30 73.3 0.7 0.702 0.53 0.53 0.03 0 0
VIGA50X30 110 0.58 0.578 0.53 0.53 0.03 0 0
VIGA50X30 147 0.6 0.6 0.53 0.53 0.03 0 0
VIGA50X30 147 0.62 0.623 0.53 0.53 0.03 0 0
VIGA50X30 183 0.53 0.534 0.53 0.53 0.03 0 0
VIGA50X30 220 0.53 0.534 0.53 0.53 0.03 0 0
VIGA50X30 220 0.53 0.534 0.53 0.53 0.03 6.361 0.018
VIGA50X30 257 0.53 0.534 1.52 1.52 0.03 6.361 0.018
VIGA50X30 293 0.53 0.534 2.89 2.89 0.03 6.361 0.018
VIGA50X30 293 0.53 0.534 2.92 2.92 0.03 6.361 0.03
VIGA50X30 320 0.53 0.534 1.67 1.67 0.03 6.361 0.03
VIGA50X30 320 0.53 0.534 0.53 0.53 0.02 6.361 0.03
VIGA50X30 367 0.53 0.534 1.3 1.3 0.02 6.361 0.03
VIGA50X30 367 0.53 0.534 1.29 1.29 0.03 6.252 0.036
VIGA50X30 393 0.69 0.692 0.53 0.53 0.04 6.252 0.036
VIGA50X30 420 2.15 2.153 1.07 1.07 0.04 6.252 0.036
VIGA40X25 0 0 0 0 0 0.02 0 0
33
VIGA40X25 47.3 0 0 3.01 3.01 0.02 0 0
VIGA40X25 94.5 0 0 3.01 4.73 0.02 0 0
VIGA40X25 142 0 0 3.01 6.8 0.02 0 0
VIGA40X25 189 0 0 3.01 8.65 0.02 0 0
VIGA40X25 236 0 0 3.01 10.2 0.02 0 0
VIGA40X25 284 0 0 3.01 11.5 0 0 0
VIGA40X25 331 0 0 3.01 12.5 0 0 0
VIGA40X25 378 0 0 3.01 13.1 0 0 0
VIGA40X25 425 0 0 3.01 13.3 0 0 0
VIGA40X25 473 0 0 3.01 13.2 0 0 0
VIGA40X25 520 0 0 3.01 12.7 0 0 0
VIGA40X25 520 0 3.788 3.01 22.2 0.13 0 0
VIGA40X25 560 0 0 3.01 14.6 0.14 0 0
VIGA40X25 600 0 0 3.01 6.82 0.15 0 0
VIGA40X25 640 0 0 0 0 0.16 0 0
VIGA2550 0 0 0 0 0 0 31.749 0.277
VIGA2550 40 0 0 3.82 3.82 0 31.749 0.277
VIGA2550 80 0 0 3.82 3.82 0 31.749 0.277
VIGA2550 120 0 0 0 0 0 31.749 0.277
34
7.3 DISEÑO DE LAS ZAPATAS
Se necesitan dos tipos distintos de zapata, una zapata aislada y una zapata corrida que
sostendrá toda la pared. A continuación se muestra el diseño elaborado para cada uno de
los tipos de zapata, el cual fue elaborado con la ayuda de las reacciones en la base de las
columnas que resultaron de correr el modelo realizado en ETABS.
7.3.1 Zapata aislada
CARGAS DE SERVICIO.
ÁREA DE CIMENTACIÓN.
(
)
(
)
√
√
35
REVISIÓN PARA CONDICIÓN GRAVITATORIA.
Psc = (1.8*1.8*1.5)*2
Psc = 9.72 ton
PT = 22.33 ton +9.72 ton
PT = 32.05 Ton.
(
)
(
)
(
)
36
SELECCIÓN DEL ESPESOR DE LA ZAPATA.
REVISIÓN POR PUNZONAMIENTO.
(
)
Proponiendo h=30 cm
d= 45-5-1.9
d= 23 cm
0.23)2
El esfuerzo actuante a una distancia d/2 del rostro de la columna es igual a 15.75ton/m2
Contribución del concreto
√
√
37
REVISIÓN POR CORTANTE DIRECTO.
Para todo combo, se ha de cumplir:
√
También:
El esfuerzo actuante:
38
REVISIÓN Y DISEÑO POR FLEXIÓN.
Calcular Mu3-3 y Mu4-4 para cada combo:
[ ] ⁄
De una forma conservadora, se utilizará el momento máximo para el diseño del
acero de refuerzo en ambas direcciones, es decir M=11.64 ton-m
39
DETALLADO DEL EMPARRILLADO.
Datos:
MU= 11.63 Ton.m
Peralte efectivo “d” = 23 cm.
Porcentaje de acero requerido:
(
)
Porcentaje de Acero Mínimo
√
√
Área de acero.
EMPARRILLADO (PARA AMBAS DIRECCIONES).
o Utilizando varilla #5, As=1.27cm2.
o Número de varillas:
o Separación entre varillas:
Usar 11 varillas #5, @15cm de separación.
40
7.3.2 Zapata Corrida
DATOS
P=2.87 ton/m M=1.57 ton-m/m
qadm=25 ton/m2
ha= 1.5 m ρsuelo= 2 ton/m3
Esfuerzo del suelo admisible neto
⁄
Base de la zapata
Esfuerzo Actuante
Cálculo del Momento Actuante
Encontrando los esfuerzos actuantes en las zonas críticas a evaluar, resulta un momento:
41
Cortante Actuante
Cortante Admisible
√
Espesor para resistir el cortante
Refuerzo por Flexión
Colocar #3 @15 en ambas direcciones.
42
7.4 DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE TECHO
Para la estructura de techo se tomaron en cuenta las cargas que le llegaría a cada
elemento tomando como referencia (Diseño de elementos para techo el cual es una tesis
de la escuela de ingeniería Civil de la Universidad de El Salvador)
Diseño de estructura portante (viga de alma abierta)
Las condiciones de carga para diseño son:
1.2
m
4.4m 4.4m 4.4m 4.4m
22.4m
4.4m
A B C D E F
6.4
m
1
2
1m
1m
1.2
m1m
1m
1.01.0
2x594 kg2x594 kg
2x594 kg2x594 kg
2x594 kg
1.21.0
2x594 kg2x594 kg
1.01.2
Ra Rb
1.2 1.0 1.0 1.0 1.0 1.2
43
Determinando secciones requeridas
Utilizando acero A36
Determinando tensión de diseño
Determinando área requerida por tensión.
Encontrando ruptura por tensión
Utilizar un área de:
Proponiendo dos angulares L2X2X1/4
Revisando sección a compresión
Determinando longitud no soportada:
h
Lc
44
Determinando propiedades de cuerda inferior.
√
Entonces
(
)
(
)
(
)
Revisando sección completa a compresión
Longitud sin arrostramiento.
√
45
12 in 60
Entonces
(
)
(
)
(
)
Diseño de la celosía
Determinando área requerida.
Usar varilla #3 para Celosía.
25
L2x2x1/4
var #3 a 60o
46
h
b
Lv
Diseño de polines espaciales
Determinando cargas de diseño
Determinando la tensión y la compresión
Determinando área requerida por tensión.
Proponiendo varilla # 6
Determinando si la varilla soporta la compresión
Longitud sin arrostramiento.
√
R D4.4
47
Entonces
(
)
(
)
(
)
Diseño de la celosía
Determinando área requerida.
Usar varilla #2 para Celosía.
10
6 #6
#2
60°
#2
#6
48
7.5 DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE LAS ESCALERAS
Las escaleras fueron modeladas utilizando el programa ROBOT de AUTODESK, el cual
nos indicó el acero de refuerzo que es necesario para que las escaleras funcionen
adecuadamente.
La escalera fue diseñada con una losa de espesor promedio de 13cm, tomando en cuenta
una altura de escalón total de 20 cm. El escalón posee una longitud de 30cm. La zapata
que la soporta posee dimensiones de 1.20m por 2.00m, con un espesor de 25 cm.
La escalera fue modelada como una losa simplemente apoyada en la viga 1’ en su
extremo superior y simplemente apoyada en muro empotrado en una zapata. Esta
modelación, considerando la envolvente de las combinaciones de carga, dio como
resultado las siguientes acciones y cantidades de refuerzo,
7.5.1 Esfuerzos en el Suelo
Esfuerzo admisible (considerando sismo):
Considerando la envolvente de las combinaciones de servicio:
Se observa que el suelo resistirá las cargas aplicadas a la escalera.
49
7.5.2 Esfuerzos de Corte en la Zapata
Esfuerzo admisible (considerando sismo):
√
√
Considerando la envolvente de las combinaciones de:
Se observa que el espesor asumido para la zapata es adecuado.
7.5.3 Área de Acero Requerida
Se observa que la disposición mostrada de las escaleras no es adecuada, ya que la
cantidad de acero que requiere a la flexión es demasiado grande.
Se propone utilizar una escalera forjada sobre relleno con bloque de concreto, hasta la
parte tercera parte de la escalera. Sin embargo por efectos arquitectónicos no se puede
colocar este tipo de escalera.
Queda a discreción del dueño colocar el tipo de escalera necesario.
Con fines de pre diseño se presenta un diseño de escaleras, el cual se pude observar en
los planos de diseño.
50
Dirección X (+)
Dirección X (-)
51
Dirección Y (+)
Dirección X (-)
52
8. ANEXOS
ANEXO1: BAJADO DE CARGAS GRAVITACIONALES PRIMER NIVEL
VIGA A (viga 0.30m x 0.50m)
Carga Muerta
Pared (10x20x40)
Área= (6.0x2.5)m2= 15.00m2
Pared = 15.00x 180Kg/m2 = 2700Kg
2700Kg 421.88kg/m
VIGA F (viga 0.30m x 0.50m)
Carga Muerta
Pared (10x20x40)
Área= (6.0x2.5)m2= 15.00m2
Pared = 15.00x 180Kg/m2 = 2700Kg
2700Kg 421.88kg/m
VIGA1 (viga 0.30m x 0.50m)
Tramo A-B
Carga Muerta
Pared (10x20x40)
Área= (4.0x2.5-4.0x1.4)m2=4.40m2
Pared = 4.40x 180Kg/m2 = 792Kg
Ventana = (4.0x1.4)x 50Kg/m2 = 280Kg
792+280=1072Kg 243.64 kg/m
Tramo B-C
Carga Muerta
Pared (10x20x40)
Área= (4.0x2.5-1.6x1.4)m2=7.76m2
Pared = 7.76x 180Kg/m2 = 1396.8Kg
Ventana = (1.6x1.4)x 50Kg/m2 = 112Kg
1396.8+112=1508.8Kg 342.91 kg/m
Tramo C-D
Carga Muerta
Pared (10x20x40)
Área= (4.0x2.5-4.0x1.4)m2=4.40m2
53
Pared = 4.40x 180Kg/m2 = 792Kg
Ventana = (4.0x1.4)x 50Kg/m2 = 280Kg
792+280=1072Kg 243.64 kg/m
Tramo D-E
Carga Muerta
Pared (10x20x40)
Área= (4.0x2.5-1.6x1.4)m2=7.76m2
Pared = 7.76x 180Kg/m2 = 1396.8Kg
Ventana = (1.6x1.4)x 50Kg/m2 = 112Kg
1396.8+112=1508.8Kg 342.91 kg/m
Tramo E-F
Carga Muerta
Pared (10x20x40)
Área= (4.0x2.5-4.0x1.4)m2=4.40m2
Pared = 4.40x 180Kg/m2 = 792Kg
Ventana = (4.0x1.4)x 50Kg/m2 = 280Kg
792+280=1072Kg 243.64 kg/m
VIGA1’ (viga 0.25m x 0.40m)
Tramo A-B
Carga Muerta
Escalera = (1.2x5.4x0.5) x 584Kg/m3 =1892.16Kg
1892.16Kg 1576.8 kg/m
Carga Viva
Escalera = (1.2x5.4x0.5) x 250Kg/m3=810Kg
810Kg 675 kg/m
VIGA2 (viga 0.30m x 0.50m)
Tramo A-B
Carga Muerta
Pared (10x20x40)
Área= (4.0x2.5-4.0x1.4)m2=4.40m2
Pared = 4.40x 180Kg/m2 = 792Kg
Ventana = (4.0x1.4)x 50Kg/m2 = 280Kg
792+280=1072Kg 243.64 kg/m
54
Tramo B-C
Carga Muerta
Pared (10x20x40)
Área= (4.0x2.5)m2=10.0m2
Pared = 10.0x 180Kg/m2 = 1800Kg
1800Kg 409.09 kg/m
Tramo C-D
Carga Muerta
Pared (10x20x40)
Área= (4.0x2.5)m2=10.0m2
Pared = 10.0x 180Kg/m2 = 1800Kg
1800Kg 409.09 kg/m
Tramo D-E
Carga Muerta
Pared (10x20x40)
Área= (4.0x2.5-1.6x1.4)m2=7.76m2
Pared = 7.76x 180Kg/m2 = 1396.8Kg
Ventana = (1.6x1.4)x 50Kg/m2 = 112Kg
1396.8+112=1508.8Kg 342.91 kg/m
Tramo E-F
Carga Muerta
Pared (10x20x40)
Área= (4.0x2.5-4.0x1.4)m2=4.40m2
Pared = 4.40x 180Kg/m2 = 792Kg
Ventana = (4.0x1.4)x 50Kg/m2 = 280Kg
792+280=1072Kg 243.64 kg/m
SEGUNDO NIVEL
VIGA A (viga 0.25cm x 0.40cm)
Carga Muerta
Techo
Área del Techo: ((4.4/2+0.8)x7.4)=22.2 m2
Peso Total del Techo: 22.2 x 60.00Kg/m2 =1332 Kg
1332Kg 208.13 kg/m
55
Carga Viva
Techo
Área del Techo: ((4.4/2+0.8)x7.4)=22.2 m2
Peso Total del Techo: 22.2 x 100.00Kg/m2 =2220 Kg
2220Kg 346.88 kg/m
VIGA B (Macomber)
Carga Muerta
Techo
Área del Techo: (4.4x7.4)=32.56 m2
Peso Total del Techo: 22.2 x 60.00Kg/m2 =1953.60 Kg
1953.60Kg 305.25kg/m
Carga Viva
Techo
Área del Techo: (4.4x7.4)=32.56 m2
Peso Total del Techo: 32.56 x 100.00Kg/m2 =3256 Kg
3256Kg 508.75kg/m
VIGA C (Macomber)
Carga Muerta
Techo
Área del Techo: (4.4x7.4)=32.56 m2
Peso Total del Techo: 22.2 x 60.00Kg/m2 =1953.60 Kg
1953.60Kg 305.25kg/m
Carga Viva
Techo
Área del Techo: (4.4x7.4)=32.56 m2
Peso Total del Techo: 32.56 x 100.00Kg/m2 =3256 Kg
3256Kg 508.75 kg/m
VIGA D (Macomber)
Carga Muerta
Techo
Área del Techo: (4.4x7.4)=32.56 m2
Peso Total del Techo: 22.2 x 60.00Kg/m2 =1953.60 Kg
1953.60Kg 305.25kg/m
56
Carga Viva
Techo
Área del Techo: (4.4x7.4)=32.56 m2
Peso Total del Techo: 32.56 x 100.00Kg/m2 =3256 Kg
3256Kg 508.75 kg/m
VIGA E (Macomber)
Carga Muerta
Techo
Área del Techo: (4.4x7.4)=32.56 m2
Peso Total del Techo: 22.2 x 60.00Kg/m2 =1953.60 Kg
1953.60Kg 305.25kg/m
Carga Viva
Techo
Área del Techo: (4.4x7.4)=32.56 m2
Peso Total del Techo: 32.56 x 100.00Kg/m2 =3256 Kg
3256Kg 508.75kg/m
VIGA F (viga 0.25cm x 0.40cm)
Carga Muerta
Techo
Área del Techo: ((4.4/2+0.8)x7.4)=22.2 m2
Peso Total del Techo: 22.2 x 60.00Kg/m2 =1332 Kg
1332Kg 208.13 kg/m
Carga Viva
Techo
Área del Techo: ((4.4/2+0.8)x7.4)=22.2 m2
Peso Total del Techo: 22.2 x 100.00Kg/m2 =2220 Kg
2220Kg 346.88kg/m