Pildoras Contenido Master Metalicas

ÍNDICE PRESENTA PRESENTACIÓN CIÓN ................ .................................. .................................. ................................. .................................. .................................. .......................... .........2 TRES PÍLDORAS PÍLDORAS DE CONTENIDOS DEL MÁSTER MÁSTER ..................... ........... ................... ................... ................... ............... ...... 3 1) CÁLCULO DE SOLDADURAS .................................................................................. 3 1.1 Cálculo manual aplicando aplicando la teoría t eoría básica de resistencia de materiales ................... .......... .........4 4 1.2 Resolución Resolución de un ejemplo con el editor de uniones del programa CYPE3D .......... ...8

2) PILARES MIXTOS: DISEÑO Y COMPARATIVA COMPARATIVA ........................... .................. .................. ................... ................. ....... 11 2.1 Cálculo manual manual de un pilar pilar mixto ................... ......... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ............ 12 2.2 Comparativa con CYPE3D .................. ......... ................... ................... .................. ................... ................... ................... ................... ........... 13 2.3 Mediciones Mediciones y costes ................... ......... ................... ................... ................... ................... ................... .................. ................... ................... ........... 15

3) ESTRUCTURAS ESTRUCTURAS DE ACERO CON ACCIÓN SÍSMICA .................. ......... .................. .................. ................. ........ 16 3.1 Diseño de pórticos especiales a momento ................... ......... ................... .................. ................... ................... ............... ...... 22 3.2 Diseño de conexiones precalificadas a momento (SMF & IMF) ......... ................... ......... ............ .. 27

ÍNDICE PRESENTA PRESENTACIÓN CIÓN ................ .................................. .................................. ................................. .................................. .................................. .......................... .........2 TRES PÍLDORAS PÍLDORAS DE CONTENIDOS DEL MÁSTER MÁSTER ..................... ........... ................... ................... ................... ............... ...... 3 1) CÁLCULO DE SOLDADURAS .................................................................................. 3 1.1 Cálculo manual aplicando aplicando la teoría t eoría básica de resistencia de materiales ................... .......... .........4 4 1.2 Resolución Resolución de un ejemplo con el editor de uniones del programa CYPE3D .......... ...8

2) PILARES MIXTOS: DISEÑO Y COMPARATIVA COMPARATIVA ........................... .................. .................. ................... ................. ....... 11 2.1 Cálculo manual manual de un pilar pilar mixto ................... ......... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ............ 12 2.2 Comparativa con CYPE3D .................. ......... ................... ................... .................. ................... ................... ................... ................... ........... 13 2.3 Mediciones Mediciones y costes ................... ......... ................... ................... ................... ................... ................... .................. ................... ................... ........... 15

3) ESTRUCTURAS ESTRUCTURAS DE ACERO CON ACCIÓN SÍSMICA .................. ......... .................. .................. ................. ........ 16 3.1 Diseño de pórticos especiales a momento ................... ......... ................... .................. ................... ................... ............... ...... 22 3.2 Diseño de conexiones precalificadas a momento (SMF & IMF) ......... ................... ......... ............ .. 27

Máster de Es tru ctu ras Met álic as y Mi xtas en Edif icac ión Píldoras de contenido

PRESENTACIÓN El director del Máster, Ing. Carles Romea, aprovecha la ocasión para dirigirse a ustedes, comentarles el objetivo del Máster y el planteamiento de este documento.

Video: Mensaje del director del Máster

Para más información http://www.e-zigurat.com/master-estruc http://www.e-zigu rat.com/master-estructuras-metalica turas-metalicas/ s/

© Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L. No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.


TRES PÍLDORAS PARA EMPEZAR EL MÁSTER 1) CÁLCULO DE SOLDADURAS Les presentamos el cálculo de una conexión soldada entre viga y pilar, con soldaduras en ángulo, con un doble objetivo: 1. Comprender el cálculo manual manual aplicando exclusivamente exclusivamente la teoría básica de resistencia de materiales.

2. Conocer las prestaciones del CYPE3D, que nos permita diseñar con rapidez y obtener planos y listados de cálculo.



1.1 CÁLCULO MANUAL APLICANDO LA TEORÍA BÁSICA DE RESISTENCIA DE MATERIALES El ejemplo propuesto consiste en la unión de una viga en doble T a una placa frontal.

Programa PTC Mathcad Prime 3.1: Se resuelve el ejemplo con este programa que tiene una versión gratuita, disponible en el siguiente enlace: http://es.ptc.com/product/mathcad/download-free-trial El proceso de cálculo, los explicamos detalladamente en el siguiente tutorial:

Video 1.1 Cálculo de soldadura © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L. No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.


A modo de resumen de lo explicado en el video, el procedimiento es el siguiente:

Paso 1: Identificar la geometría de la unión y el esfuerzo “F” aplicado con una excentricidad “e”. Fijémonos en la nomenclatura utilizada para la identificación de los distintos cordones. Los cordones tipo 1 y tipo 2 resisten tensiones normales. Los cordones en el alma, los tipo 3, resisten tensión normal y tangencial.

Figura 1.1 Geometría de la unión

Paso 2: Determinación de la inercia del conjunto de cordones, aplicaremos el Teorema de Steiner. Seguidamente, determinamos el módulo resistente de la soldadura tipo 1 que nos permitirá evaluar la tensión normal máxima.

Figura 1.2 Propiedades mecánicas de las soldaduras © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L. No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.


Paso 3: Evaluamos las tensiones en el plano abatido de la garganta y, seguidamente, trasladamos las tensiones en el plano de la garganta. En el video adjunto, deducimos las ecuaciones de la terna de tensiones del plano de la garganta

 ,⊥ , ∥

.

Figura 1.3 Esfuerzos en la garganta

Paso 4: Conocidas las tensiones en cada plano de referencia, realizaremos el cálculo de la tensión de Von Mises y las comprobaciones resistentes. En el ejemplo, las comprobaciones se realizan según Eurocódigo 3. Se realizan dos comprobaciones, que nos permitirán conocer el aprovechamiento de cada una de las soldaduras de la unión. La dificultad del cálculo radica en la determinación de las tensiones en el plano abatido y, seguidamente, el proceso de cálculo es idéntico para el resto de cordones, independientemente de las tensiones en el plano de la garganta.



Figura 1.4 Comprobaciones en agotamiento



1.2 RESOLUCIÓN DE UN EJEMPLO CON EL EDITOR DE UNIONES DEL PROGRAMA CYPE3D El programa nos permite realizar las comprobaciones realizadas anteriormente de manera ágil y además, obtendremos los planos detallados. 1.

Presentamos el ejemplo de un pórtico muy sencillo, resuelto en uniones soldadas.

Video 1.2 Unión resuelta en CYPE3D

2. Identificamos una de las uniones, entramos en el editor de uniones con el cual podremos realizar un cálculo automático y editar los resultados del cálculo. Por ejemplo, cambiamos la longitud de los cordones, el espesor de la garganta, el tipo de ejecución (obra o taller).



Figura 1.5 Editor de uniones de CYPE3D

3.

Consultamos los listados de cálculo de la unión analizada, en los cuales podemos consultar las comprobaciones geométricas y resistentes. Las comprobaciones geométricas consisten básicamente en la verificación de la compatibilidad entre los espesores de las piezas a unir y la comprobación de la longitud efectiva de los cordones.

Figura 1.6 Comprobaciones geométricas en CYPE3D En las comprobaciones resistentes, podemos consultar las tensiones en el plano de la garganta para cada una de las soldaduras de la unión. © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L. No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.


Figura 1.7 Comprobaciones resistentes en CYPE3D Finalmente, una vez resuelta la unión, podemos acceder a los planos que nos permitirán ejecutar correctamente la unión.

Figura 1.8 Planos de taller en CYPE3D



2) PILARES MIXTOS: DISEÑO Y COMPARATIVA Para comprender el procedimiento de diseño es necesario abordar los siguientes puntos, que desarrollaremos en profundidad en las siguientes páginas y videos.

1. Cálculo manual de un pilar mixto. Se les propone seguir el proceso de cálculo paso a paso, que además está programado en una Hoja de Mathcad.

Figura 2.1 Cálculo manual

2. Modelización con CYPE3D. Se presenta un pórtico típico de edificación, resuelto de diferentes formas: en hormigón armado, en acero y con pilares mixtos.

Figura 2.2 Comparativa con otros sistemas

3. Mediciones. Se presentan los resultados de las mediciones y el coste económico de las diferentes soluciones a fin de valorar las ventajas reales de la estructura mixta. © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L. No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.

3.1

CÁLCULO MANUAL DE UN PILAR MIXTO

PILAR MIXTO - SECCIÓN EMBEBIDA Hormigón

Perfil laminado

Barras de refuerzo

f ck ≔ 25

f yk ≔ 355

f sk ≔ 400

f ck f cd ≔ 0.85 ⋅ ― = 14.2

f yk f yd ≔ ― = 355

f yd f sd ≔ ― = 308.7

31000 Ecm ≔

210000 Ea ≔

200000 Es ≔

bc ≔ 300

Aa ≔ 5380

2

hc ≔ 400

I a_y ≔ 8382 ⋅ 10

4

cy ≔ 50

I a_z ≔ 598 ⋅ 10

c z ≔ 50

W pa.y ≔ 628.4 ⋅ 10

1.5

1.0

1.15

4 4

4

W pa.z ≔ 125.2 ⋅ 10

3

3

3

3

c ≔ 25

Recubrimiento

ϕT ≔ 6

Estribo

ϕV ≔ 12

Arm vert

n≔2

Num barras sup

nn ≔ 0

Num barras piel

Longitudes b ≔ 150

Esfuerzos en el pilar

L≔ 5000 Ly ≔ 5000 L z ≔ 5000

h ≔ 300

N Ed ≔ 720

hw ≔ 278.6

N G.Ed ≔ 270

tw ≔ 7.1

M Ed.y ≔ 150

t f ≔ 10.7

Nomenclatura

⋅

PROPIEDADES SECCIÓN MIXTA Acero laminado 2

Aa = 53.8

I a_y = 8.382 ⋅ 10

Área perfil laminado 3

4

Inercia perfil laminado

4

I a_z = 598

Inercia perfil laminado

Barras de refuerzo y piel 2

⋅ ϕV As.f ≔ 2 ⋅ n ⋅ ―― = 4.5 4 2

⋅ ϕV =0 As.n ≔ nn ⋅ 4 As ≔ As.f + As.n = 4.5

2

Area total de refuerzo a flexión en los extremos

2

Area de refuerzo de piel, dos barras en el centro de la sección

2

Area total de refuerzo. Armadura a flexión y armadura de piel

Ae ≔ 2 ⋅ ϕT ⋅ hc − 2 ⋅ c + 2 ⋅ ϕT ⋅ bc − 2 ⋅ c = 72

e z ≔

ey ≔

hc

ϕV

2

Area estribo

= 16.3

Excentricidad barras refuerzo

V − c − ϕT − ― = 11.3 2 2

Excentricidad barras refuerzo

2

− c − ϕT −

bc

2 ϕ

2

⋅ ϕV 2 ⋅ e z = 1202 I s_y ≔ 2 ⋅ n ⋅ 4 2

⋅ ϕV 2 I s_z ≔ 2 ⋅ n ⋅ ―― ⋅ ey = 577.7 4

4

Inercia barras de refuerzo

4

Inercia barras de refuerzo

Hormigón 2

Ac ≔ bc ⋅ hc − Aa − As − Ae = 106967.6 bc ⋅ hc

3

4

I c_y ≔ ―― − I a_y − I s_y = 150416.0

12

hc ⋅ bc

3

I c_z ≔ ―― − I a_z − I s_z = 88824.3

12

4

Area neta de hormigón Inercia neta hormigón

Inercia neta hormigón

MÉTODO SIMPLIFICADO - Campo de aplicación Recubrimiento cy_min < cy ≤ cy_max

c z_min < c z ≤ c z_max

⎛ ⎝

cy_min ≔ 40

c z_min ≔ min 40

cy_max ≔ 0.4 ⋅ bc = 120

c z_max ≔ 0.3 ⋅ h = 90

cy = 50

c z = 50

Cumple1 = “SI”

Cumple2 = “SI”

,

bc ⎞

6⎠

Dimensiones del hormigón bc_min ≤ bc ≤ bc_max bc_min ≔ b + 2 ⋅ cy_min = 230

hc_min ≔ h + 2 ⋅ c z_min = 380

bc_max ≔ b + 2 ⋅ cy_max = 390

hc_max ≔ h + 2 ⋅ c z_max = 480

Cumple3 = “SI”

0.2 ≤

hc_min ≤ hc ≤ hc_max

hc bc hc bc

≤5 = 1.3

Cumple5a = “SI”

Cuantía geometrica vertical

0.003 ≤ ρV ≤ 0.06 As ρV ≔ ―= 0.0042 Ac Cumple5 = “SI”

Cumple4 = “SI”

= 40

Resistencia axil plástico N pl.Rd ≔ Aa ⋅ f yd + Ac ⋅ f cd + As ⋅ f sd = 3564.9 N pl.a.Rd

N pl.a.Rd ≔ Aa ⋅ f yd = 1909.9

―― = 0.54 N pl.Rd

N pl.c.Rd

N pl.c.Rd ≔ Ac ⋅ f cd = 1515.4

―― = 0.43 N pl.Rd

N pl.s.Rd

N pl.s.Rd ≔ As ⋅ f sd = 139.7

N pl.Rd

= 0.04

Factor de contribución del acero

0.2 ≤ δ ≤ 0.9 N pl.a.Rd δ ≔ ―― = 0.54 N pl.Rd Cumple6 = “SI”

Determinación de la rigidez efectiva K e ≔ 0.6

N G.Ed

―

N Ed

= 0.38

φt ≔ 2.5

1

Ec.eff ≔ Ecm ⋅ ―――― ⎛ N G.Ed ⎞

EI ef_y ≔ Ea ⋅ I a_y + K e ⋅ Ec.eff ⋅ I c_y + Es ⋅ I s_y = 34446 EI ef_z ≔ Ea ⋅ I a_z + K e ⋅ Ec.eff ⋅ I c_z + Es ⋅ I s_z = 10938.2

1+ ― ⋅ φt N ⎝ Ed ⎠

2

⋅ ⋅

= 16000

2

Esbeltez relativa del pilar mixto 2

⋅ EI ef_y N cr_y ≔ ――― = 13598.8 2 Ly

2

⋅ EI ef_z N cr_z ≔ ――― = 4318.2 2 L z

N pl.Rk ≔ Aa ⋅ f yk + Ac ⋅ 0.85 ⋅ f ck + As ⋅ f sk = 4363.9

λy ≔

‾‾‾‾‾ N pl.Rk ―― = 0.57 N cr_y

λ z ≔

‾‾‾‾‾ N pl.Rk ―― = 1.01 N cr_z

λy ≤ 2

λ z ≤ 2

Cumple6a = “SI”

Cumple6b = “SI”

COMPRESIÓN Pandeo plano fuerte λy = 0.57 ϕy ≔ 0.5 ⋅ 1 + 0.34 ⋅ λy − 0.2 + λy

2

= 0.7

1

χy ≔ ϕy +

2

ϕy − λy

χy = 0.85

2

N Ed = 720 N by.Rd ≔ χy ⋅ N pl.Rd = 3042.8 N Ed N by.Rd

N Ed

≤1

N by.Rd

= 0.24

Cumple7a = “SI”

Pandeo plano débil λ z = 1.01 ϕ z ≔ 0.5 ⋅ 1 + 0.49 ⋅ λ z − 0.2 + λ z

2

1

χ z ≔ ――――― 2 2 ϕ z + ‾‾‾‾‾‾‾ ϕ z − λ z

= 1.2 χ z = 0.54

N Ed = 720 N bz.Rd ≔ χ z ⋅ N pl.Rd = 1914 N Ed N bz.Rd

≤1

N Ed N bz.Rd

= 0.38

Cumple7b = “SI”

COMPRESIÓN Y FLEXIÓN - INTERACCIÓN EN PLANO FUERTE PUNTO A. Compresión simple N p.Rd.A ≔ Aa ⋅ f yd + Ac ⋅ f cd + As ⋅ f sd N p.Rd.A = 3564.9 M py.Rd.A ≔ 0

PUNTO B. Flexión simple

Deducción de la altura hn

ΣF H ≔ 0

f cd ⋅ 0.5 ⋅ bc ⋅ hc − Aa − Asf − Asn − 2 ⋅ hn ⋅ bc + Asn + tw ⋅ 2 ⋅ hn

hn ≔

f cd ⋅ bc ⋅ hc − Aa − 2 ⋅ As.f − As.n ⋅ 2 ⋅ f sd − f cd

2 ⋅ f cd ⋅ bc + 2 ⋅ tw ⋅ 2 ⋅ f yd − f cd

3 W pa.y = ⎛⎝628.4 ⋅ 10 ⎞⎠

3

4 W ps.y ≔ As.f ⋅ e z = ⎛⎝7.4⋅ 10 ⎞⎠

bc ⋅ hc

3

= 87.6

Momento estático toda armadura flexión

7 W pc.y ≔ ――― − W pa.y − W ps.y = ⎛⎝1.1⋅ 10 ⎞⎠

3

4

Momento estático sección neta de hormigón

2

4 W pan.y ≔ ――――= ⎛⎝5.5 ⋅ 10 ⎞⎠

3

4

bc ⋅ ⎝⎛2 ⋅ hn⎞⎠

tw ⋅ 2 ⋅ hn ⋅ f yd

Momento estático sección viga acero

2

tw ⋅ ⎝⎛2 ⋅ hn⎞⎠

＝

Momento estático de la sección de acero laminado en la zona 2hn

2

6 W pcn.y ≔ ―――― − W pan.y = ⎛⎝2.2 ⋅ 10 ⎞⎠

4

3

Momento estático de la sección neta de hormigón en la zona 2hn

⎛⎝W pc.y − W pcn.y⎞⎠ M py.Rd.B ≔ ―――――⋅ f cd + ⎛⎝W pa.y − W pan.y⎞⎠ ⋅ f yd + W ps.y ⋅ f sd = 290.6 2

N p.Rd.B ≔ 0

⋅

PUNTO C

N p.Rd.C ≔ f cd ⋅ Ac = 1515.4 M py.Rd.C ≔ M py.Rd.B = 290.6

⋅

PUNTO D

N p.Rd.D ≔ 0.5 ⋅ N p.Rd.C = 757.7 W pc.y M py.Rd.D ≔ ― ⋅ f cd + W pa.y ⋅ f yd + W ps.y ⋅ f sd = 325.9

2

⋅

Diagrama de interacción AXILES

Punto A

Punto B

Punto C

Punto D

N p.Rd.A = 3564.9

N pl.Rd.B ≔ 0

N p.Rd.C = 1515.4

N p.Rd.D = 757.7

N p.Rd.A χ A ≔ ―― = 1 N p.Rd.A

N pl.Rd.B χ B ≔ ―― = 0 N p.Rd.A

N p.Rd.C χC ≔ ―― = 0.43 N p.Rd.A

N p.Rd.D χ D ≔ ―― = 0.21 N p.Rd.A

FLECTORES

Punto A M py.Rd.A ≔ 0

Punto B ⋅

M py.Rd.B = 290.6

M py.Rd.A μ A ≔ ―― = 0 M py.Rd.B

M py.Rd.B μ B ≔ ―― = 1 M py.Rd.B

Punto C ⋅

M py.Rd.C = 290.6

Punto D ⋅

M py.Rd.C μC ≔ ―― = 1 M py.Rd.B

M py.Rd.D = 325.9

M py.Rd.D μ D ≔ ―― = 1.12 M py.Rd.B

Solicitando el pilar con su carga máxima Nby.Rd, se obtiene N by.Rd χy ≔ ―― = 0.85 N pl.Rd

μk ≔ 0.3

Determinación del punto de ordenadas Xn que considera la influencia de las imperfecciones. r≔0

En función de la forma del diagrama de momentos

1−r χn ≔ χy ⋅ ―― = 0.213 4

⋅

Determinación del punto de diseño de acuerdo a la solicitación axil N Ed = 720 N Ed χd ≔ ―― = 0.2 N p.Rd.A

N p.Rd.A = 3564.9

μdy ≔ 1.1

μy ≔ 1.1

Determinación de la rigidez efectiva, considerando segundo orden K 0 ≔ 0.9

N G.Ed

K e.II ≔ 0.5

―

N Ed

1

= 0.38

φt ≔ 2.5

Ec.eff ≔ Ecm ⋅ ―――― = 16000 N 1 + ―G.Ed ⋅ φt N Ed EI ef_y_II ≔ K 0 ⋅ Ea ⋅ I a_y + K e.II ⋅ Ec.eff ⋅ I c_y + Es ⋅ I s_y = 28835.5 EI ef_z_II ≔ K 0 ⋅ Ea ⋅ I a_z + K e.II ⋅ Ec.eff ⋅ I c_z + Es ⋅ I s_z = 8565.4

2

⋅ ⋅

2

Factor K - Amplificación de momentos de 1er orden El factor k amplificación de los momentos de primer orden para considerar los efectos de segundo orden y las imperfecciones. ry ≔ 0

r=MEd.min/MEd.max

y -1<=r<=+1 2

⋅ EI ef_y_II N cry.ef.II ≔ ――― = 11383.8 2 Ly K y ≔ max K y , 1 = 1

βy ≔ 0.66 + 0.44 ⋅ ry = 0.66 βy K y ≔ ――― N Ed

= 0.7

1 − ――

N cry.ef.II

Imperfecciones eo.y ≔

Ly

200

= 25

Momento de diseño Considerando efectos de segundo orden y las imperfecciones M Ed.y = 150

⋅ ⎛ ⎝

Esfuerzo de primer orden

M Ed.y ≔ K y ⋅ M Ed.y +

⎞ ⋅ N Ed ⋅ eo.y = 177.3 βy ⎠ 1

⋅

Esfuerzo amplificado para considerar 2o orden + imperfecciones

PLANO FUERTE - Axil + Flector y M py.Rd.B = 290.6

⋅

μy = 1.1

M py.Rd ≔ μy ⋅ M py.Rd.B = 319.6 M Ed.y M py.Rd

≤ 0.9

M Ed.y M py.Rd

⋅

= 0.55

Cumple8 = “SI”

PILAR MIXTO Datos - Plano fuerte

M Ed.y ≔ 177.3

Datos - Plano débil

⋅

M py.Rd.B ≔ 290.6

M Ed.z ≔ 50.5 M pz.Rd.B ≔ 121.4

⋅

μy ≔ 1.1

μ z ≔ 0.7

INTERACCIÓN UNIAXIAL Interacción uniaxial - Plano fuerte

M Ed.y μy ⋅ M py.Rd.B

≤ 0.9

M Ed.y = 177.3

⋅

μy ⋅ M py.Rd.B = 319.7

⋅

M Ed.y

――― = 0.55 μy ⋅ M py.Rd.B

Cumple1 = “SI”

Nota: Factor 0.9 para aceros S275 y S355. Para aceros S420 a S460 será igual a 0.8 Interacción uniaxial - Plano débil

M Ed.z μ z ⋅ M pz.Rd.B

≤ 0.9

M Ed.z = 50.5

⋅

μ z ⋅ M pz.Rd.B = 85 M Ed.z

――― = 0.59 μ z ⋅ M pz.Rd.B

Cumple2 = “SI”

⋅

⋅ ⋅

INTERACCIÓN BIAXIAL

M Ed.y

――― μy ⋅ M py.Rd.B

0.55

= 0.55

1 0.9 0.8

M Ed.z

――― = 0.59 μ z ⋅ M pz.Rd.B

0.7 0.59 0.6 0.5 0.4 0.3

z

0.2 0.1 0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

y

M Ed.y

M Ed.z

M Ed.y

M Ed.z

――― + ――― ≤ 1 μy ⋅ M py.Rd.B μ z ⋅ M pz.Rd.B

――― + ――― = 1.1 μy ⋅ M py.Rd.B μ z ⋅ M pz.Rd.B

Cumple3 = “NO”

0.7

0.8

0.9

1


2.2 COMPARATIVA CON CYPE3D A continuación, se presentan los modelos de cálculo que se han elaborado, todos ellos bajo las mismas premisas de carga y límites de deformación. Los tutoriales adjuntos les permiten comprender mejor las consideraciones realizadas directamente en el programa. -

Pórtico Hormigón Armado. En el siguiente tutorial se comenta el modelo de cálculo y las consideraciones para el diseño.

Video 2.1 Pórtico de hormigón armado

-

Pórtico Acero Laminado: En el siguiente tutorial se comenta el modelo de cálculo y las consideraciones para el diseño.

Video 2.2 Pórtico de acero laminado © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L. No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.


-

Pórtico con pilares mixtos: En el siguiente tutorial se comenta el modelo de cálculo y las consideraciones para el diseño.

Video 2.3 Pórtico con pilares mixtos



2.3 MEDICIONES Y COSTES En la siguiente tabla se presentan los resultados de medición y valoración económica. Fíjense que la estructura en hormigón es mucho más pesada pero, por el contrario, es la más económica. La segunda opción más económica es la que considera parte de los pilares mixtos. Se comentan estos listados en el siguiente tutorial. Descripición

Material

kg

Pórtico HA

HA 25

Pórtico Acero

Acero S355

56765

Pórtico Mixto

Acero S355

42703

Pórtico Mixto

Mixto Acero S355

Pórtico Mixto

Mixto HA 25

kg

222625 222625

Pórtico Mixto Arriostrado Acero S355 Pórtico Mixto Arriostrado Mixto Acero S355 Pórtico Mixto Arriostrado Mixto HA 25

6806

56765

kg Euros/kg

Euros

222625

0.14

31256.55

31256.6

56765

2.17

123180.05

123180.1

49509

2.17

107434.53

80491

30982

Euros

111784.4 30982

0.14

4349.87

52962

2.17

114927.54

50369 2593

64161

11199

116499.9 11199

0.14

1572.34

Video 2.4 Mediciones y costes



3) ESTRUCTURAS DE ACERO CON ACCIÓN SÍSMICA Las estructuras de acero están sometidas a acciones accidentales tales como el viento y el sismo con diferentes niveles de amenaza en función a la ubicación. Debido a eso, es importante establecer un sistema estructural adecuado para soportar las acciones laterales con el balance adecuado de rigidez, resistencia y ductilidad.

Figura 3.1. Acelerograma

En un sistema estructural eficiente se requiere la optimización de los materiales y para eso las normativas actuales plantean reducir las solicitaciones sísmicas mediante el factor de reducción de respuesta que depende de características estructurales como la ductilidad, la sobre-resistencia y la redundancia.



Video 3.1. Construcción de edificación metálica

Reducir las fuerzas de diseño implica utilizar materiales eficientes como el acero estructural, y generar un buen diseño y detallado sismorresistente. Las normas internacionales utilizadas para el diseño de las estructuras de acero y sus conexiones son las siguientes:

Video 3.2. Normas para estructuras de acero internacionales



Estas Normas exigen para el diseño sismorresistente el uso de una estrategia llamada “Diseño por Capacidad”. Esto consiste en evitar el colapso de edificaciones ante sismos severos a través del controlar las posibles fallas frágiles y propiciar mecanismos dúctiles, en un rango de desplazamientos que superen la condición elástica.

Figura 3.2. Generación de rótulas ante deformaciones estructurales

La estrategia para conseguir un comportamiento plástico en la estructura es establecer eslabones débiles que tengan un comportamiento dúctil, manteniendo el resto de los miembros como eslabones fuertes de posible comportamiento frágil en el rango elástico Existen diferentes sistemas estructurales en acero y cada uno se caracateriza por disipar la energía de un evento sísmico mediante el uso de diferentes eslabones dúctiles.

Pórticos resistentes a momento. Son pórticos conformados por vigas y columnas sin arriostramientos, donde se tiene una respuesta principalmente a flexión y corte.



Video 3.3. Pórtico de acero

Para lograr una buena ductilidad y disipación de energía es necesario que se presente el mecanismo de rótulas plásticas por flexión en Vigas.

Pórticos con arriostramiento excéntrico Son pórticos conformados por vigas, columnas y sistemas de barras diagonales o riostras que intencionalmente se colocan formando una excentricidad en una zona intermedia o extremo de la viga, donde se inducen fuerzas de corte y momentos flectores elevados.

Figura 3.3. Pórtico con arriostramiento excéntrico

El tramo de viga donde se produce la excentricidad se le denomina “Enlace” y en dicha zona se genera la cedencia por corte o flexión, con una importante incursión inelástica y disipación de energía, mientras el resto de los elementos se diseñan para que permanezcan en el rango elástico. © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L. No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.


Pórticos con arriostramiento conccéntrico Son pórticos conformados por vigas, columnas y sistemas de barras diagonales o riostras, donde se tiene una respuesta principalmente a tracción y compresión.

Figura 3.4. Pórtico con arriostramiento concéntrico

En los pórticos con arriostramientos concéntricos al estar sometidos a acciones laterales como el sismo o viento, la respuesta general de fuerzas internas y externas provenientes del análisis se puede representar de la siguiente forma

Figura 3.5. Respuesta ante fuerzas laterales Pórticos con arriostramiento de pandeo restringido Las riostras de pandeo restringido están formadas por una barra o núcleo central recubierto por una capa deslizante o antiadherente; esta barra se inserta en un tubo exterior sirviendo de camisa metálica relleno de un mortero de cemento (grout). © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L. No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.


Figura 3.6. Esquema de un arriostramiento de pandeo restringido

De esta forma se logra limitar el pandeo local y global del núcleo central logrando que el mismo fluya tanto en tracción como en compresión.

Muros con placas de acero Son pórticos formados por placas esbeltas asociadas al alma del muro, conectadas a componentes de borde horizontales y verticales.

Figura 3.7. Aplicación de los muros con placas de acero © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L. No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.


3.1 DISEÑO DE PÓRTICOS ESPECIALES A MOMENTO Los miembros en este sistema estructural tienen que cumplir con diferentes parámetros.

a) Control del pandeo local en vigas y columnas. A fin de limitar el pandeo local de alas y almas y con ello lograr incursionar en el rango inelástico los perfiles deben tener unas dimensiones mínimas

Video 3.4. Dimensiones mínimas en perfiles.



b) Control del pandeo lateral torsional en vigas. Se establece una longitud máxima entre soportes laterales.

Figura 3.8 Longitud máxima de arriostramiento

 ≤0.086 c) Resistencia mínima de columnas. Se debe establecer un criterio de columna fuerte-viga débil cumpliendo que en cada junta, la sumatoria de los momentos máximos probables de las columnas sean mayores a los de las vigas:

Figura 3.9 Resistencia mínima de columnas

∑ ∗∗ >1.0 ⟶ ∑ 

∗ ∗ ∶      ∶    



d) Chequeo de la zona del panel. La resistencia requerida en la zona del panel se determina a través de la suma de las fuerzas que se producen debido a los momentos máximos probables de las vigas, ubicados en la cara de la columna, menos el corte máximo esperado que actúa en la misma.

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Figura 3.10. Fuerzas producidas para el chequeo de la zona del panel

∑  −  = ( − ) © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L. No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.


La resistencia de la zona del panel depende fundamentalmente de la resistencia cedente del acero, la altura de la sección de la columna y el espesor del alma. De no cumplir la demanda se hace necesario incorporar planchas dobles de refuerzo.

Figura 3.11. Planchas de refuerzo

e) Planchas de continuidad por cargas concentradas El espesor de las planchas de continuidad se determinará de conformidad a las fuerzas concentradas que se esperan en la cara de la columna, producto de los momentos máximos probables de las vigas

Figura 3.12. Fuerzas producidas en las caras de las vigas



 ≥ −  La mínima resistencia se determina por 4 estados límites y se comparan con la demanda. De ser menor se determina el área requerida de las planchas de continuidad y por ende su espesor

Figura 3.13. Estados límites en la unión viga-columna



4.2 DISEÑO DE CONEXIONES PRECALIFICADAS A MOMENTO (SMF & IMF) Como filosofía de diseño, las conexiones deben permitir que los miembros estructurales desarrollen sus máximas capacidades, y por ende en las mismas se debe controlar cualquier mecanismo de falla frágil (estados límite) que pudieran presentar. Esto implica que las conexiones se diseñen para las fuerzas máximas esperadas (axial, corte y momento) de los miembros estructurales, según el sistema resistente a sismos utilizado.

Video 3.5. Norma ANSI/AISC-358-10

Los tipos de conexión precalificada que se presentan en la norma ANSI/AISC 358-10 que pueden ser utilizados en un sistema de pórticos especiales a momento son:



a) Conexión de plancha extrema extendida empernada rigidizada y no rigidizada (Extended End-Plate)

Figura 3.14. Conexión Extended END-PLATE

b) Conexión de viga reducida (Reduced Beam Section, RBS)

Figura 3.15. Conexión Reduce Beam Section



c) Conexión de ala soldada no reforzada - alma soldada (Welded Unreinforced Flange-Welded Web, WUF-W

Figura 3.16. Welded Unreinforced Flange-Welded Web

d) Conexión de plancha de ala empernada (Bolted Flange Plate, BFP)

Figura 3.17. Bolted Flange Plate


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