MEMORIA DE CÁLCULOS ESTRUCTURA EN MADERA

8/3/2019 MEMORIA DE CLCULOS ESTRUCTURA EN MADERA

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DISEO CONSTRUCCION DE CABAA PARA RESTAURANTE

Propietario : Tractocamiones del Caribe

Localizacin : Variante Mamonal Gambote (Cartagena Bol.)

Medelln, Julio de 2003


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MEMORIA DE CLCULOS

CONTENIDO

CRITERIOS DE DISEO

CARAC TERSTICAS F S ICO M EC NICAS DE LA M ADERA CALIDAD D EL M ATERIAL ESFUERZOS ADM IS IBLES Y MO DULO D E ELAST ICIDAD ANLIS IS ESTRU CTURAL

DISEO ESTRUCTURAL DE ENTREPISO

C A R G A S D E D IS E O C A R G A M U E R T A C A R G A V I V A CARGA TOTAL DE DISEO

DISEO ELEMENTOS SOMETIDOS A FLEXIN

DISEO DE VIGUETAS

D I A G R A M A S D E C U E R P O L IB R E , C O R T A N T E Y M O M E N T O F L E C T O R SECCION D E DISEO DE VIGUE TAS REQUIS ITO DE SECCIN POR RIGIDEZ REQUIS ITO D E SECCIN PO R R ESISTENCIA CHEQUEO DE ES FUERZO C ORTANTE CHE QUEO D E APLASTAM IENTO EN A POYO S

DISEO DE VIGAS

D I AG R A M A S D E C U E R P OLIBRE, CORTANTE Y MO MENTO FLECTOR SECCION D E DISEO DE VIGUE TAS REQUIS ITO DE SECCIN POR RIGIDEZ REQUISITO DE SECC IN POR RESISTENCIA CHEQUEO DE ESFUER ZO CORTA NTE CHEQEO D E APLASTAMIENTO EN APOYOS


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SECCIN DE DISEO DE VIGAS Y VIGUETAS

DISEO DE ESTRUCTURA DE CUBIERTA

C A R G A S D E D I S E O C A R G A M U E R T A

C A R G A V IV A CARGA TOTAL DE DISEO CARG A DE VIENTO ESTRUCTURA DE CU BIERTA

DISEO ESTRUCTURAL SISMO RESISTENTE

FUERZA S SMICA DE D ISEO C O M P O N E N T E S E S T R U C T U R A L E S D E L O S M U R O S D E C O R T E SISTEMA ESTRU CTURAL S ISMO R ESISTENTE

RESISTENCIA A FUERZAS HOR IZONTALES

PROTECCIN CONTRA EL FUEGO CIMENTACIN

ANEXO1 MAPA DE AMENAZAEOUCAANEXO 2ANLISIS EST RUC TUR AL Rapid Interact ive System A nl isis RISA-2DANEXO 3 MAPA DE AM ENAZA SSMICAANEXO 4 ANLISIS SISMO RESISTENTEANEXO 5 PLANOS DE VIVIENDA


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CRITERIOS DE DISEO

El diseo estructural de la v iv ienda rural de madera para la construccin deProyecto Cabaa Restaurante, cumple

con los c r i ter ios es tab lec idos en las normas Colombianas de Diseo y Const rucc in S ismo Res is tente

segn lo dispuesto en la Ley 400 del 19 de agosto de 19 97 y el Decreto 33 del 9 de enero de 199 8.

CARACTERSTICAS FSICO MECNICAS DE LA MADERA

La construccin de la vivienda se har ut i lizando mad era de la especie PINO PA TUL A correspond iente al G

la clasificacin del Manual de Diseo para M aderas delGrupo Andino.

CALIDAD DEL MATERIAL

La m adera ut i lizada en la v iv ienda cumple con los estndares de cal idad establecidos po r el Insti tuto Colom

Normas Tcnicas y C ertif icac in ICO NTEC, de acuerdo con la norma NTC-2500 sobre e l uso de la m ade

const rucc in, as como con las normas de c las i f i cac in v isual de l Manual de Diseo para Maderas de

Andino.

ESFUERZOS A DMISIBLES Y MD ULOS DE ELASTICIDAD

Los es fuerzos admis ib les ut i l i zados para e l d iseo de las es t ruc turas de madera que componen la v i

corresponden a los es tab lec idos por e l Ar t icu lo G.2.2.1 de lasNormas Colombianas de Diseo y Const rucc in

Sismo Res is tente NSR-98 y la norma NTC 2500 del Ins t i tu to Colombiano de Normas Tcnicas y Cert i

ICONTEC Los es fuerzos que se presentan a cont inuac in son apl icables a madera es t ruc tura l que cump

totalidad con las norm as de c lasi ficacin v isual del Manual de D iseo para M aderas del Grupo Andino.

Esfuerzo admisible a flexin: Fb, = 150 kg/cm2Esfuerzo ad misible a cortante para lelo: Fv = 12 kg/cm2Esfuerzo admisible a compresin paralela: Fc = llOkg/cm2Esfuerzo admisible a comp resin perpendicular: Fp = 28kg/cm2Esfuerzo adm isible a tensin paralela: Ft = 105kg/cm2

M odulo de estab ilidad m nim o: E Mnimo= 75.000 kg/cm2Modulo de elasticidad promedio: EProm = 100.000 kg/cm2Densidad bsica: DB =500 kg/m3


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ANLISIS ESTRUCTURAL

El anlisis estructural y las recomendaciones contenidas en esta memoria de clculos, se basan en proced

convencionales de laprctica de la ingeniera, los cuales se fundamentan en la teora del anlisis l ineal y est

El diseo de miembrosestructurales de entrepisos, columnas, muros y cubiertas de la estructura en madera

efecta en cumplimiento de las normas Colombianas de Diseo y C onstruccin SismoResistente NSR-98.

DISEO DE ESTRUCTURAS DE ENTREPISO

CARGAS DE DISEO

Las est ructuras de madera estn d iseadas para soporta r todas las cargas proven ien tes de l peso propmater ia les y otras cargas permanentes o cargas muertas ( WD), lascargas de servicio o cargas vivas (WL), y las

sobrecargas originadas por movimientos ssmicos(WE)y fuerzas ocasionadas por el viento(WW),de acuerdo con

las disposiciones del Ttulos A y del Ttulo B (Cargas) del NSR -98.

CARGA MUERTA(WD)

Teniendo e n cuenta los materiales involucrados en la construccin de entrepisos, los valores de carga muer

para el diseo estructural de viguetas es el siguiente:

Entrepiso en listn de madera

Viguetas de entrepiso L-2.40

Espesor- 0.04m

0.40 m


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rea aferente de vigueta:

A aferente =(0.40 m) (2.4Om) = 0.96 m2

Peso propio de la estructura de entrepiso:

Wpiso = (A aferente) ( Espesor ) (DB) = (0.96 m2) ( 0.04 m) ( 700 kg/m3) = 11 kg /m

L 2.40 m

Peso propio de la vigueta:

W vigueta = 4 kg/m (estimado para vigueta de 4 x 14)

Carga muerta total:

WD = 11 kg/m + 4 kg/m = 15 kg/m

CA RG A VIV A(W L)

Teniendo e n cuenta que la estructura de mad era tendr como dest inacin el servicio de vivienda, la carga v

diseo ser:

WL = (180 kg / m2) ( 0.96 m2) / 2.40 m = 73 kg / m

CARGA TOTAL DE D ISEO

La carga tota l de diserto corresponde a la suma d e la carga viva mas la carga muertacalculada anteriormente:

WT = WD + WL = 15 kg/m + 73 kg/m = 88 kg/m

DISEO DE ELEMENTOS SOMETIDOS A FLEXIN

El d iseo de elem entos som et idos a f lexin en m adera, sigue el procedimiento bsico y los cr i ter ios apl icado

vigas de otros m ater ia les estructurales.


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DISEO DE VIGUETAS

Teniendo en cuenta la carga total de diseo(WT)apl icada sobre la estructura deentrepiso, e l d iagrama de cuerpo

l ib re en e l cua l se estab lecen las magn i tudes de carga y cond ic iones geom tricas y est ructura les de las v

en trep iso , los va lo res de fue rza co rtante y momen to f lec to r ap li cados sob re las v igue tas de en trepis

siguientes:

DIAGRAMAS DE CUERPO L IBRE, CORTANTE Y MOMENTO FLECTOR

El d iagrama de cuerpo l ib re y las magn i tudes de fuerzas cor tan tes, mom entos f lectores y de formaciones

corresponde n a los apl icados a una viga simplem ente apoyada con carga uniformem ente repart ida.

2.40 m

88kg/m

RaA

RbA

RA = 106kg

Fuerza Cortante (V)

= 106kg


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Momento Rector (M)\-

De los d iagramas obtenemos los va lo res m ximos de fuerza cor tan te y m omento f lector para estab lecer lo

mx imos de c izal lam iento y f lexin a los que estnsom etidas las viguetas de entrepiso.

V Mx imo =106 kg

M M x imo = 64 Kg-m

SECCIN DE DISEO DE VIGUETAS

Las viguetas disead as debern cump lir con los requisi tos de r ig idez y resistencia para asum ir los esfuerzo

y deformaciones producidas por las cargas sobre los e lementos est ructura les, s in p roduci r de formaciones

ni fallas en losmateriales.

REQU ISITO DE SECCIN PO R RIGIDEZ

Para es tab lecer l a secc in de d i seo , es necesar io de f in i r e l va lo r de la de fo rmac inadmis ib le de la est ructura de

entrepiso. De acuerdo con la Tabla G.3.2 del NSR -98, la ref lexin admisib le en vigas de entrepiso es de:

Admisible = L / 250 Admisible = 240 cm / 250 = 0.96 cm

2.40 m

Mmax = 64 kg-m


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La secc inde d iseo debe r tene r una ine rcia igua l a la que pe rm i ta una de fo rmac in mx ima equ iva l

admisib le.

Admisible >= Mximo = 5 (WT) (L)4

384 ( E prom) ( I )

De la anterior igualdad de puede establecer el valor mxim ode inercia requerido para obtener una deformac in igual

a la adm isib le.

I requer ida >=5 /88 kg / m ) ( 240 cm )3 ( 25 0 ) > = 395 cm4

384 (100.000 kg / cm2 ) ( 100 cm / m )

T en iendo en cuen ta las secc iones com ercia les p re fe renc ia l es es tab lec idas en e l M anua l de D iseo par

Grupo A ndino, y las secc iones d isponib les en e l mercadolocal, la secc in de diseo(bxh) yadecuada para las v iguetas

de entrepiso ser:

h = 14 cm

b = 4 cm

I 4 x 14 = 914 cm4S 4 x 14 = 131 cm3


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REQUISITO DE SECCIN POR RES ISTENCIA

El esfuerzo de f lex in producido por e l momento f lector mximo, deber ser menor que e l esfuerzo ad

f lexin de la mad era estructural ut i lizada en la c onstruccin deviguetas.

fb = M maximo / Fb

S >= ( 64 kg-m)(100 cm/m) = 42 cm3


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CHEQUEO DE APLASTAMIENTO EN EL APOYO

La longi tud de traslapo de la v igueta sobre la v iga de a poyo, garant iza que los esfuerzos producidos en el r

contacto entre estos elementos no sobrepase los esfuerzos admisibles a compresin perpendicular a las

de la ma dera, de tal forma q ue no p roduzca aplastamiento en el contacto de la v igueta sobre la v iga.

DISEO DE VIGAS

Las vigas principales de la estructura de entrepiso son las encargadas de soportar lascargas trasmitidas por las

viguetas, tal como se presenta en la siguiente figura:


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DIAGRAMAS DE CUERPO UBRE, CORTANTE Y MOMENTO FLECTOR

El d iagrama de cuerpo l ib re y las magn i tudes de fuerzas cor tan tes, mom entos f lectores y de formaciones

corresponden a tos apl icados a una viga simplemente apoyada con carga uniformemente repart ida.

De los d iagramas obtenemos los va lo res m ximos de fuerza cor tan te y mom ento f lector para estab lecer losmx imos de cizal lamiento y f lexin a los que estn some t idas las vigas de entrepiso.

V mximo = 265 kg

M mximo = 191 kg-m


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SECCIN DE D ISEO DE VIGAS

Para estab lecer la secc in de d iseo, es necesar io de f ini r e l va lo r de la de formacin admis ib le de la est ructura de

entrepiso. De acuerdo con la Tabla G.3.2 del NSR -98, laref lexin adm isib le en vigas de en trepiso es de:

Admisible = L / 250 Admisible = 240 cm / 250 = 0.96 cm

La secc in dediseo debe r tener una inercia igual a la que permita una deforma cin m xima equ ivalente a la

admisib le.

Admisible >= Mximo = 5 ( P) (L)3

384 ( E prom) ( I )

De la anter iorigualdad de puede establecer e l valor mximo de inercia requerido para obtener una de formacin

la admisib le.

I requer ida >=5 ( 5 ) (106 kg) ( 240 cm )2 ( 25 0 ) > = 99 3 cm4

384 (100.000 kg / cm2 )

Teniendo en cuenta las secciones comerciales preferenciales establec idas en e l Manual de D iseo para

Mad eras del Grupo An dino, y las secc iones d isponib les en e l mercado loca l , la secc in de d iseo para Ma derAndino, y las secc iones d isponib les en e l mercado loca l , la secc in de d iseo (bxh) ade cuada p ara las v igas dser:

h = 18 cm

b = 4 cm

I 4 x 18 = 1.944 cm4S 4 x 18 = 216 cm3


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REQUISITO DE SECCIN POR RESISTENCIA

El esfuerzo de f lexin producido por e l mom ento f lector mxim o, deber ser me nor que el esfuerzo

adm isib le por f lexin de la mad era estructural ut il izada en la construccin delas vigas principales.

fb


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C H E Q U E O D E F U E R Z A C O R T A N TE

La dimen sin de la v igueta seleccionada debe soportarel esfuerzo debido a la fuerza cortante mxima cercana a

los apoyos.

CHEQU EO DE APLASTAMIENTO EN EL APOYO

La longi tud de traslapo de la v igueta sobre la v iga de apoyo, garant iza que los esfuerzos producidos en el

contacto entre estos elemen tos no sobrepase los esfuerzos adm isibles a com presin perpendicular a las f i

la made ra, de tal forma q ue no produzca aplastamiento en el contacto de la v igueta sobre la v iga.


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SECCIONES DE DISEO PARA VIGAS Y VIGUETASTeniendo e n cuenta los procedimientos anter iores para el d imensonam iento de vigas y viguetas de la estrupiso, las secciones

DISEO DE ESTRUCTURA DE CUBIERTA

La est ructura de cub ierta esta compuesta por un ent ramado de cerchas l iv ianas que sopor tan e l peso pr

mater ia les de construccin y las sobrecargas normalesdurante su proceso construct ivo.

CARGAS DE DISEO

La estructura de cubierta en made ra esta diseada para so portar todas las cargas p rovenientes del peso pro

mater ia les y otras cargas permanentes o cargasmuer tas(WD),las cargas de servicio o cargas vivas{WLt, yla s

sobrecargas or ig inadas por movimientos s smicos ( W E)y fuerzas ocasionadas por e l v ien to ( W W), de acuerdo con

las disposiciones de! T tu los A y de l T tu lo B (Cargas) del NS R-98.


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C A R G A M U E R T A(WD}

Teniendo e n cuenta los materiales involucrados en la construccin de . la cubierta, el valor de carga m uerta

diseo estructural de las cerchas e s el s iguiente:

CARGA VIVA (W L)

Teniendo en cuenta que la estructura de cubierta deber sopo rtar sobrecargas durante su construccin, la c

viva de diseo ser:


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CARGA TOTAL DE D ISEO

La carga tota l de diseo correspon de a la suma de la carga viva mas la carga mu ertacalculada anteriormente:

WT - WD + WL = 27 kg/m + 24 kg/m = 51 kg/m

C A R G A D E V I E N T O(ww)

La carga de v ien to ser ca lcu lada para una ve loc idad de 100 kph correspond iente a la ve loc idad de v ien

reg in t ipo 3 , de acuerdo con e l ANE XO 1 "Ma pa deAm enaza E l ica" del NSR -98 Figura B.6.5.1) del T itulo B so bre

cargas de diseo.

La pres in produc ida por e l v iento se puede determinar mediante e l Anl is is Completo que of rece la f

(B.6.4.3) de l NSR-98, en e l capi tu lo re lac ionado con las fuerzas de v iento, para una cubier ta ent re 10grados de inclinacin y una a l ti tud de 1500msnm:

P = CPq en donde: q - 0.0048 V5,

Vs = VSjS2S3 = (100kphXl.WX0.78X1.0O) => 78kph

q = 0.0048//


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Los apoyos de las cerchas debern f ija rse adecuadamente a la v iga de so lera super ior de los muros , m ed

platinas de acero inox idable pernadas, a torn il ladas o c lavadas, garant izando la un in ent re las es t ructu

cubier ta y los muros de la v iv ienda, para soportar las fuerzas hor izonta les debidas a s ismos y las fu

vert icales de succin y compresin d ebidas a v ientos fuertes o huracanes.

La cubier ta no es ta d iseada para soportar cargas ver t i ca les ad ic ionales como las debidas a l uso de

materiales de construccin mas pesad os que los especi f icados. El uso de m ateriales de cubierta de ma yoro

ta les como te jas de barro o p lacas de concreto, podr an ocas ionar e l co lapso de la es t ruc tura de cub

Tampoco es ta d iseada pare sopor ta r e l a lmacenamien to de agua ( tanques de agua) u o tros m ate

pesados.

DISEO ESTRUCTURAL SISMO RESISTENTE

El d iseo de la v iv ienda garant iza e l compor tamiento s ismo res is ten te de la est ructurap a r a u n a z o n a d e a m e n a z a

s s mic a A LTA, y a que s e c onc ib i i n ic ia lmen te pa r a l os D epa r tam en tos de C a ldas , R i s ar a lda , Q u ind o y V

c on una ac e le r ac in s smic a p i co e fec ti vaAt d e a c u er d o c o n la r e gio n a liz a ci n e s ta b le c id a e n A N E X O 3 " M a p

Am enaz a S s mica " de l T tu lo A(requisi tos generales de diseo y construccin sismo resistente) del NSR-98, por

para la Zona del Proyecto esta por encima de los requerimiento ofreciendo un alto margen de seguridad.

Amenaza Sismica AL TA: A, = 0.25

FUERZA SSMICA DE DISEO(E)

Las cargas produc idas durante un mov imiento s smico, se ca lcu lan s igu iendo los c r i ter ios es tab lec idos e

( requis itos genera les de d iseo y const rucc in s ismo res is tente) de l N SR -98, u t il izando e l procedimiento d

F uerza Hor i zon ta l Equ iva len te . E l ca l cu lo de ta l l ado de la F uerza S sm ica de D iseo se p resen ta en

"Anl is is S ismo Res is tente" , y su m agni tud cor responde a u n va lor de:

F u e r zaS s mic a d e D is e o : E= 1 .7 3 5 k g


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C O M P O N E N T E S E S T R U C T UR A L E S D E L O S M U R O S D E C O R T E

Los e lementos est ructura les en madera , como v igas de so lera , d in te les, p ie derechos, co lumnas y en t rammuros de cor te , cumplen con las especi ficac iones y cr ite rios de d iseo de l T tu lo E (casas de uno y dos

T tu lo G (Est ructuras de madera) de l NSR-98, y garant izan res is tenc ia a las fuerzas hor izonta les produc

contactos, apoyos y uniones entre cada uno de tos com ponentes estructurales.

SISTEMA ESTRUCTURAL SISMO RESISTENTE

E l s is te m a e s tr u ctu ra l d e la v iv ie n d a c o rr es p o n de a u n c o n ju n to d e p a n e le s d e m a d e ra e s tr uc tu ra

ensam blados y re forzados a lo largo de su longi tud, o f rec iendo cont inu idad y c onex in ent re las es t ruc tura

cerchas de cubier ta , muros ex ternos e In ternos y la es t ruc tura de c imentac in que sopor ta la v iv ienda.


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RESISTENCIA A FUERZAS HORIZONTALES

La est ructura de muros In ter io res y exterio res o f rece una adecuada res is tenc ia a las fuerzas cor tan tes

deb idas a m ovimientos s smicos en la zona de d iseo. La capacidad por tan te de los muros garantiza la es

la v iv ienda gradas a la fuerte f ijac in que se presenta en t re cada uno de los m uros y las est ructuras decimentacin,

entrepiso y cubierta.

La est ructura d e m uros de cor te o f rece una res is tenc ia equ iva len te a 250 kg por m et ro l inea l de long i tud

conf inamiento que o f rece e l en t ramado y los p iederechos que conforman la est ructura de los muros, con e

estructura de la vivienda.

La magn itud de la res istenc ia a las f uerzas ho ri zon ta les que ac tan sob re la es tructu ra de c imen tac i

cubiertas, es calculada teniendo en cuenta la longitud tota l de muros de corte cont inuos, computada para c

las d i recc iones en que se desarrol lan los muros in te r io res y exterio res, de acuerdo con los p lanos arqu itedel

ANE XO 5 "P lanos de V iv ienda" . E l ca lcu lo de fuerzas hor izonta les equiva lentes ac tuantes sobre cada uno d

de la v i vienda se p resen ta en d A NEXO 4 "An li si s S ismo R es ist en te " '. A con tinuac in se p resen ta e l r es

fuerzas y la capac idad de res is tenc ia de los muros de cor te :

Longitud tota/efe muros en x- 10 m

Resistencia de muros en x = (10 mX250 kg/m) = 2.500 kg

Longitud total de muros en y = 16 m

Resistencia de muros eny = (16 mX25O kg/m) = 4,000 kg

Fuerza ssmica al nivel de cubierta = 597 kg < 2.500 kg OK

Fuerza ssmica al nivel de piso 1 - 1.138 kg < 2.500 kg OK

PROTECCIN CONTRA EL FUEGO:

El sistema c onstruct ivo incluye los requisi tos requeridos para la resistencia y proteccin contra el fuego defT tu lo 3 (Requisitos de proteccin contra el fuego enedi ficac iones) de l NSR -98.


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CIMENTACIN:

La es t ruc tura de c imentac in de la v iv ienda cumple con los requer imientos de d iseo delT tu lo H (Estud ios

geotcn icos) de l NS R-98 y garantiza una adecuada in te racc in sue lo-estructura, ofreciendo la estabi l idad ante la

comb inac in de ca rgas ve rt ica les y ho rizon ta les deb idas a l peso p rop io de l a v iv ienda y a mov im

mult idireccionales ocas ionados por fuertes v ientos o s ismos de al ta intensidad.

Las v igas pr inc ipa les de ent rep iso debern f i ja rse a l cabezal de l p i lo te o co lumna mediante pernos d y

plat inas de acero inoxidable de e=1/4" ' , para garant izar un adecuado anclaje y soportar las fuerzas horizo

/debidas a s ismos y v ientos fuertes.

La superf ic ie de la excavacin deber estar l ibre de material orgnico y de rel leno paragarant izar sol idez en el

contac to con la es t ruc tura de c imentac in; e l re l leno sobre la zapata deber compactarse f i rmemente

n ive larse con e l ter reno natura l , para garant izar una apropiada es tab i l idad a la v iv ienda. La res is tenc

concreto de la estructura de c imen tacin (zapatas, pilotes o placas) deber ser de 3000 psi mnimo.


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ANEXO CALCULO DE ZAPATAS

MEMORIA DE CÁLCULOS ESTRUCTURA EN MADERA

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