ETSAM - UPM CURSO 2018/2019 Aoa.upm.es/.../7/TFM_Castano_Martin_Maria_Teresa_opt_3de3.pdf · 2019....

04.LAS UNIDADES PROGRAMÁTICASET

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MARIA TERESA CASTAÑO MARTÍNFUERA DE COBERTURA _TFM JULIO 2019

04.LAS UNIDADES PROGRAMÁTICAS

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M3x3 _01

sección transversal / e. 1:50

planta / e. 1:50

alzado longitudinal / e. 1:50


planta / e. 1:50



planta / e. 1:50


M3x3_02 M3x3_03

ventilación cruzada

puerta de acceso

escalones de acceso


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Detalle 1 / e. 1:10

Modulos constructivo 3x4Elementos constructivos:1.Cuadernas tubulares metálicas 150x70 mm2.Panel sandwich (Tablero madera OSB + aislamiento térmico 60mm + tablero cemento/madera)3.Tornillo autoroscante4.Faja OSB para unión de paneles sandwich5.Subestructura metálica L para sujección de envolvente exterior (paneles sandwich)6.Subestructura interior metálica tubular de steal frame galvaniza-do, con huecos para permitir el paso de instalaciones7.Acabado interior de madera8.Subestructura metálica tubular para la elevación del forjado9.Tablero de madera OSB10.Aislamiento de poliestireno expandido11.Guia de anclaje + tubos de calefacción12.Mortero13.Cemento cola + pavimento madera14.Enano para elevación del módulo sobre el suelo15.Carpintería metálica ventana16.Alfeizar metálico

Detalle 2

Sección / e. 1:20

+ 3,20 m

+ 0,20 m + 0,20 m

+ 2,30 m

+ 3,20 m

+ 1,70 m

+ 0,00 m + 0,00 m

Sección / e. 1:20

Detalle 2 / e. 1:10

Detalle 1 / e. 1:10

Detalle 1


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05.EL DESARROLLO TÉCNICO

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05. Documentación técnica complementaria

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Fuera de cobertura María Teresa Castaño Martín

1.INTRODUCCIÓN

1.1.Objeto de la memoria Esta memoria tiene como objetivo la justificación de la solución estructural adoptada en el desarrollo del proyecto. Se detallará un esquema estructural del sistema elegido y los elementos que lo componen.

1.2.Descripción general del proyecto. El proyecto, situado en los alrededores del lago de Sanabria, se configura como un largo recorrido en el interior del bosque, en el cual se van organizando diferentes espacios para la terapia de la desconexión digital.

Como idea principal se ha desarrollado una estructura formada por dos cerchas en celosía que configura el recorrido total del proyecto (la galería). Esta estructura se sitúa en el terreno a diferentes alturas, de manera que emerge del suelo hasta alzarse a una distancia de 8 metros. Paralelamente se desarrollan unas unidades programáticos (el espacio habitable) de diferentes dimensiones que se insertan entre las dos cerchas.

1.3.Descripción de la estructura escogida

1.3.1.Unidades programáticos Las unidades están formadas por una estructura de costillas metálicas de perfiles tubulares de 150 x 70 mm, que se unen entre sí por perfiles secundarios de las mismas de dimensiones. El conjunto forma una estructura autoportante para cada una de las piezas. Las dimensiones de las costillas varían en función de su uso.

1.3.2.Cercha en celosía La estructura principal está formada por dos cerchas en celosía de canto variable, partiendo de una distancia de 4,40 x 6,5 x 5 a 6,50 x 6,50 x 5. Estas cerchas están formadas por perfiles tubulares rectangulares de diferentes tamaños, y se unen entre si mediante correas HEB. Para su dimensionado se realiza el análisis del canto más desfavorable. Por otro lado, la estructura se apoya en el terreno con soportes tubulares rectangulares en los puntos donde se requiera, y a cota cero, se apoya sobre la cimentación mediante un apoyo tipo pot.

Taller de estructuras - Ud.Ábalos 3


2.MEMORIA DE CÁLCULO

2.1.Materiales

2.1.1.Características de los materiales escogidos Los materiales empleados en el diseño del proyecto son el acero laminado, para la estructura de las pasarelas elevadas y de los módulos prefabricados; y el hormigón y acero de armar para las cimentaciones de dichas estructuras. Basándonos en el documentos EHE-08, obtenemos los valores de cálculo de ambos materiales:

2.1.2.Acciones consideradas en el cálculos De acuerdo al CTE DB SE, se han considerado las siguiente acciones gravitatorias para obtener las cargas que se emplearán al desarrollar el dimensionado de la estructura.

Acciones Permanentes Son consideradas como acciones permanentes aquellas cuya variación en el tiempo es despreciable.

PP Peso propio: Se incluye en este grupo el peso propio de los elementos estructurales, los cerramientos, la tabiquería, la carpintería, los elementos separadores, los revestimientos y los rellenos.

Elementos constructivos de los unidades programáticos: - Aislante térmico: 0,04 KN/m2 - Chapa grecada: 0,12 KN/m2 - Suelo radiante: 0,8 KN/m2 - Paneles madera interior: 0,8 KN/m2 - Paneles madera exteriores: 0,8 KN/m2 - Ventanas: 0,25 KN/m2 - Estructura metálica costillas: considerado en SAP2000

Elementos constructivos forjado cercha: - Chapa grecada con hormigón: 2KN/m2 - Aislante térmico: 0,02 KN/m2 - Pavimento: 0,70 KN/m2 - Instalaciones: 1,00 KN/m2 - Vidrio: 1KN/m2


Acero

Elemento estructural Tipo de acero Nivel de control Coeficientes de seguridad parcial

Límite Elástico (N/mm2)

Estructura general (vigas, pilares,

viguetas..)S275 alto 1,15 275

Cimentación B 500 S por distintivo 1,15 550

Hormigón

Elemento estructural

Tipo de hormigón

Nivel de control

Coeficiente de seguridad

parcial

Resistencia característica

(N/mm2)Consistencia

Recubrimientos mínimo

(cm)

Cimentación HA-25/F/40/IIa estadístico 1,50 16,7 B (blanda) 50


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Elementos constructivos forjado cercha: - Chapa grecada con hormigón: 2KN/m2 - Aislante térmico; 0,02 KN/m2 - Chapa zinc: 0,12 KN/m2 - Mantenimiento: 1KN/m2

Acciones Variables Son consideradas como acciones variables aquellas cuya variación en el tiempo cambia.

SU Sobrecarga de uso: Peso de todo lo que puede gravitar sobre el edificio por razón de su uso. - Pasarelas elevadas: 5 KN/m2, vestíbulos, zonas comunes, espacios de tránsito del edificio (C3) - Módulos programáticos: 3 KN/m2, zonas con mesas y sillas (C1): ó 2KN/m2, viviendas y zonas de

habitaciones en hospitales y hoteles (A1)

V Viento: Son las acciones producidas por la incidencia del viento sobre los elementos expuesto a él. Para su determinación se considera que éste actúa perpendicularmente a la superficie expuesta con una presión estática (qe) que puedes expresarse como: qe = qb · ce · cp

qe: presión dinámica del viento ce: coef. de exposición, en función de la altura del edificio y del grado de aspereza del entorno

cp: coef. eólico o de presión, dependiente de la forma

qe = Zona B = 0,45 KN/m2 ce = Zona forestal IV = 9m = 1,7

cp = esbeltez <0,25 = presión 0,7; succión -0,3

qe, presión = 0,45 · 1,7 · 0,7 = 0,42 KN/m2 qe, succión = 0,45 · 1,7 · -0,3= -0,18 KN/m2

N Nieve: Son las acciones producidas por la incidencia de la nieve sobre los elementos expuestos a él, generalmente en las cubiertas de los edificios. Acorde con el anejo E del CTE DB SE, Sanabria corresponde a la zona climática 1, y la localización de nuestro proyecto es a una altura de 975 metros, por lo tanto la acción de nieve considerada es de 1,4 KN/m2.

AT Acciones térmicas: Son las acciones producidas por las diferencias de temperatura sobre la estructura al superar los 40 metros de longitud del proyecto. Acorde con el anejo E del CTE DB SE, Sanabria corresponde a la zona climática 1, y la localización de nuestro proyecto es a una altura de 975 metros, por lo tanto el valor característico de la temperatura mínima del aire exterior es de -20ºC.

2.1.3.Coeficientes de mayoración de acciones De acuerdo al CTE DB SE se consideran los siguientes coeficientes parciales de seguridad para las acciones: (capítulo 4, tabla 4.1)


OrdinariaExtraordinaria

Sísmica Incendio

PP Peso propio 1,35 1,00 1,00

SU Sobrecarga de uso 1,50 1,00 1,00

N Nieve 1,50 1,00 -

W Viento 1,50 - -


2.1.4.Resumen de las acciones en tablas Conforme a los establecidos en el CTE DB SE, se realizan unas tablas resumen de las acciones consideradas en el cálculo estructural de los diferentes elementos del proyecto:

Acciones consideradas en los módulos programáticos

Tabla de cargas de cubierta:

*Entre la sobrecarga de mantenimiento y la de nieve cogemos las más desfavorable, en este caso, la de la nieve.

Tabla de de cargas de planta 1:

Acciones consideradas en la cercha en celosía

Tabla de cargas de cubierta:

*Entre la sobrecarga de mantenimiento y la de nieve cogemos las más desfavorable, en este caso, la de la nieve.

Tabla de de cargas de planta 1:


Carga característica Qck Coeficiente de seguridad Carga de cálculo Qd


SM Sobrecarga mantenimiento 1,00 1,50 1,50

N Nieve 1,40 1,50 2,10

TOTAL 2,90* KN/m2 - 4,12* KN/m2




TOTAL 6,60 KN/m2 - 9,36 KN/m2



SM Sobrecarga mantenimiento 1,00 1,50 1,50

N Nieve 1,40 1,50 2,10

TOTAL 1,90* KN/m2 - 2,77* KN/m2




TOTAL 5,60 KN/m2 - 8,31 KN/m2


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Tabla de cargas de viento sobre la fachada: *La carga de viento se aplica como carga puntual en los nudos de la fachada, por eso se multiplica su valor por área tributaria que le corresponde a cada nudo: 0,45 KN/m2 x 12,6 m2 (area tributaria) = 5,29 KN

A la estructura de las pasarelas se le añade como carga puntual, las cargas procedentes de las unidades programáticas, en los forjados donde apoyan (obtenidas de SAP2000 tras el predimensionado de los módulos)



V Viento 5,29* 1,50 7,93

TOTAL 5,29 KN - 7,93 KN


CARGA MAYOR

PP Peso propio cubierta 95,26 KN 1,35 128,6 KN

N Nieve 32,9 KN 1,50 49,3 KN

SU Sobrecarga de uso 34,6 KN 1,50 51,9 KN

TOTAL 162,76 KN - 229,8 KN

CARGA MENOR

PP Peso propio forjado 46,5 KN 1,35 62,7 KN

N Nieve 9,6 KN 1,50 14,4 KN

SU Sobrecarga de uso 19,9 KN 1,50 29,85 KN

TOTAL 76 kN - 106, 95 KN


2.2.Análisis

2.2.1.Descripción y elección de zonas de cálculo Como se ha comentado anteriormente, el proyecto esta formado por dos elementos: las unidades programáticas, y la cercha en celosía. Mediante el programa SAP2000 se lleva a cabo el dimensionado ellos.

2.2.2.Dimensionado unidades programáticas programáticos Se organizan en diferentes tipologías en función de su tamaño: A, B, C, D y E. Para el análisis mediante SAP2000 se ha decidido desarrollar las unidad tipo A.

Los módulos están formados por una estructura de costillas autoportantes que conforma un marco rígido, que se complementa con una subestructura secundaria de unión entre ellas. El proceso del análisis para su dimensionado es el siguiente:

1_Realizamos un dimensionado previo introduciendo el modelo en SAP2000, aplicando las cargas de forma lineal sobre las viguetas. 2_Obtenemos los diagramas de momentos, cortantes y axiles. (06/07 - Anejo 1) 3_Comprobamos que el dimensionado cumple a flecha en su punto más desfavorable: (07 - Anejo 1)

Flecha límite = L/400 = 600/400 = 1,5 cm < 1,3 cm CUMPLE 4_Comprobamos con el Eurocode 3/2005 que todo está correcto. (08 - Anejo 1) 5_Obtenemos las reacciones en los apoyos para su posterior uso en el dimensionado de las cerchas. Las reacciones obtenidas en los apoyos se dividen entre dos para su aplicación como carga puntual en las cerchas (nudo inferior y nudo superior). (08 - Anejo 1)

2.2.3.Dimensionado de cerchas Para su análisis mediante SAP2000 se ha escogido un tramo del proyecto, debido a su gran longitud.

Se lleva a cabo el dimensionado de la zona donde el canto de la cercha es de mayor tamaño. El proceso del análisis para su dimensionado es el siguiente:

1_Realizamos un dimensionado previo introduciendo el modelo en SAP2000, aplicando las cargas de forma lineal sobre las correas de la cercha, y las cargas procedentes de los unidades de forma puntual sobre los lugares correspondientes: 2_Realizamos una primera comprobación con el Eurocode 3/2005 y podemos observamos que los nudos donde apoyan los módulos de mayor tamaño, no cumple. (09 - Anejo 2) 3_Decidimos aumentar la sección de las diagonales donde se encuentran esos módulos de mayor tamaño, y comprobamos que está todo correcto. (09 - Anejo 2) 4_Comprobamos que el dimensionado cumple a flecha en su punto más desfavorable: (09 - Anejo 2)

Flecha límite = L/400 = 1200/400 = 3 cm < 0,45 cm CUMPLE 5_Obtenemos las reacciones en los apoyos para su posterior uso en el dimensionado de los pilares. (09 - Anejo 2) 6_Obtenemos los diagramas de momentos, cortantes y axiles correspondientes. (10 - Anejo 2)

A continuación, se lleva a cabo el dimensionado de la zona del proyecto donde el canto es menor. El proceso del análisis es el siguiente:

1_Realizamos un dimensionado previo introduciendo el modelo en SAP2000, aplicando las cargas de forma lineal sobre las correas de la cercha, y las cargas procedentes de las unidades de forma puntual en los lugares correspondientes. 2_Comprobamos con el Eurocode 3/2005 que todo está correcto. (11 - Anejo 3) 3_Comprobamos que el dimensionado cumple a flecha en su punto más desfavorable: (11 - Anejo 3)

Flecha límite = L/400 = 2400/400 = 6 cm < 0,53 cm CUMPLE 4_Obtenemos las reacciones en los apoyos para su posterior uso en el dimensionado de los pilares. (11 - Anejo 3) 5_Obtenemos los diagramas de momentos, cortantes y axiles correspondientes. (12 - Anejo 3)



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2.2.4.Predimensionado de soportes Para generalizar el dimensionado de los diferentes pilares se escogen los axiles N de mayor tamaño, de las reacciones obtenidas en el dimensionado de las cerchas. De tal manera que obtenemos la siguiente carga:

N1 = 889 KN Además, como la altura de los pilares va a ir variando en función del terreno, y se quiere optimizar lo máximo posible. Se generalizan su dimensionado a las alturas (H) de: 1m, 2m, 4m y 6 m.

Sabiendo el tipo de perfil que queremos utilizar (HEB) y su longitud de pandeo, obtenemos una sección aproximada del perfil con la siguiente fórmula:

A = (Nd + α · Lp^2) / fyd Nd = Axil ;

Lp= longitud de pandeo (H) ; fyd=tensión de calculo del acero ;

α=10KN/m2 HEB (fuerte)

A continuación, obtenemos un perfil HEB según el área obtenida, y comprobamos que cumple a pandeo con la siguiente fórmula:

fyd > tensión = Nd ( X · A) + (Md / W) Nd = Axil; A= Sección;

Md=momento en sección central ; W=módulos de resistencia

1/X = 1 + (Lp / n·i)^3

Si la tensión es mucho menor que la máxima, escogemos un perfil con menor sección y comprobamos de nuevo. Si la tensión es mayor que l máxima, escogemos un perfil con mayor sección y comprobamos.

De esta manera, obtenemos la siguiente tabla de pilares: (cálculos en excel: Anejo 4)


N (KN) H (m) Predimensionado

Tipo 1 889 6 HEB 220

Tipo 2 889 4 HEB 200Tipo 3 889 2 HEB 180Tipo 4 889 1 HEB 180


2.2.5.Predimensionado zapatas Se plantea una zapata aislante en función del axil N del pilar, y se predimensiona según las siguientes fórmula:

N= σt · a^2 σt=tensión admisible del terreno

a=lado de zapata N=axil

σha = T / a · h σha=tensión admisible hormigón armado

T=V a=lado zapata

h=canto

A continuación se comprueba que cumple lo siguiente:

σt = 200 KN/m2 > qB = N / a · a

Y calculamos las armadura necesarias para cada zapata. De esta forma obtenemos la siguiente tabla de zapatas: (Los cálculos están incluidos en el Anejo 5):


N (KN) a (m) h (m) Armadura

Zapata 1 889 2,10 0,60 Ø16/26cm


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