Uniones_atornilladas.pdf

Cálculo de estructura estructuras s metálicas. Nave industrial con Nuevo Metal 3D. Análisis 3D. Análisis de pórtico pórtico 2D.

Uniones atornilladas.

© Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L. www.e-zigurat.com RESPONSABILIDADES: El contenido de esta obra elaborada por ZIGURAT Consultoría de Formación Técnica, S.L. está protegida por la Ley de Propiedad Intelectual Española que establece, penas de prisión y o multas además de las correspondientes indemnizaciones por daños y perjuicios. 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 ZIGURAT.

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Cálculo de estructuras metálicas. Nave industrial con Nuevo Metal 3D.

Nuevo Metal 3D: Análisis de pórtico 2D. Uniones atornilladas.

ANTES ANT ES DE EMPEZAR… EMPEZAR … El presente libro digital multimedia es una pequeña muestra del contenido que aparece en el Máster. La lectura y visualización del siguiente libro no es equiparable a la impartición académica del Máster, que requiere de una dedicación dedicación constante y conti nua hacia el el alumno por parte de los profesores y tutores. La formación que ofrece Zigurat consiste en una experiencia completa cuyo valor reside en el seguimiento pedagógico y en el contacto personal. Existe una colaboración constante entre profesores y alumnos, los cuales también aprenden compartiendo sus respectivas experiencias profesionales y personales. Por medio del networking , se generan sinergias y contactos profesionales de enorme utilidad para los alumnos. Además, en el Máster de Zigurat los contenidos son más extensos, profundizan en la materia y aportan abundantes ejemplos y pro yectos basados en casos reales . Se trata de una formación con un enfoque práctico y profesionalizante, para que el alumno pueda afrontar sus proyectos con seguridad. Tanto la metodología como el entorno formativo han sido diseñados teniendo en cuenta las necesidades del alumno. Si bien los contenidos están estructurados de forma secuencial, los alumnos pueden navegar libremente a cualquier módulo y/o unidad didáctica o recurso pedagógico. Los contenidos están diseñados con un formato audiovisual multimedia que facilita su seguimiento. Los Másteres cuentan con ejercicios, demostraciones y casos prácticos, así como ejemplos con imágenes, fotografías, y vídeos comentados por su autor que permiten asimilar de forma ágil los aspectos más importantes. Todo ello para enriquecer la experiencia formativa del alumno. Nuestra plataforma de servicios de e-learning le ayudará a potenciar la utilidad de los contenidos online, en un entorno colaborativo. En un Máster de Zigurat contará con los siguientes servicios:

Foro Dudas Técnicas: Plantear dudas, solicitar aclaraciones, realizar aportaciones para el análisis de conceptos, resolver dudas de otros compañeros y contribuir con la participación activa a que el foro del curso sea un espacio para un aprendizaje enriquecedor para todos.

Videoconferencias en Directo: Según la acción formativa se realizan ponencias, tutorías técnicas, demostraciones mediante sesiones de Videoconferencias.

Descargas: El núcleo de la aplicación lo forma el Campus virtual, accesible a todos los alumnos, desde donde pueden visualizar el temario del curso. Tiene a su disposición la posibilidad de descargar el temario en formato

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ANTES ANT ES DE EMPEZAR… EMPEZAR … El presente libro digital multimedia es una pequeña muestra del contenido que aparece en el Máster. La lectura y visualización del siguiente libro no es equiparable a la impartición académica del Máster, que requiere de una dedicación dedicación constante y conti nua hacia el el alumno por parte de los profesores y tutores. La formación que ofrece Zigurat consiste en una experiencia completa cuyo valor reside en el seguimiento pedagógico y en el contacto personal. Existe una colaboración constante entre profesores y alumnos, los cuales también aprenden compartiendo sus respectivas experiencias profesionales y personales. Por medio del networking , se generan sinergias y contactos profesionales de enorme utilidad para los alumnos. Además, en el Máster de Zigurat los contenidos son más extensos, profundizan en la materia y aportan abundantes ejemplos y pro yectos basados en casos reales . Se trata de una formación con un enfoque práctico y profesionalizante, para que el alumno pueda afrontar sus proyectos con seguridad. Tanto la metodología como el entorno formativo han sido diseñados teniendo en cuenta las necesidades del alumno. Si bien los contenidos están estructurados de forma secuencial, los alumnos pueden navegar libremente a cualquier módulo y/o unidad didáctica o recurso pedagógico. Los contenidos están diseñados con un formato audiovisual multimedia que facilita su seguimiento. Los Másteres cuentan con ejercicios, demostraciones y casos prácticos, así como ejemplos con imágenes, fotografías, y vídeos comentados por su autor que permiten asimilar de forma ágil los aspectos más importantes. Todo ello para enriquecer la experiencia formativa del alumno. Nuestra plataforma de servicios de e-learning le ayudará a potenciar la utilidad de los contenidos online, en un entorno colaborativo. En un Máster de Zigurat contará con los siguientes servicios:

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PDF. También se dispone de un espacio destinado a descargar temas relacionados con el curso o material de apoyo para la resolución de las prácticas con CYPE.

Otros: •

Seguimiento al alumno: el dinamizador estará en continuo contacto con el alumno, de forma que note que 'está acompañado' en todo su proceso de aprendizaje, a través del foro.

•

Foros Dudas Académicas: espacio de comunicación del responsable de guiar a los alumnos y de dar solución a dudas con respecto a la planificación, las herramientas online, licencias temporales de CYPE.

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Agend Ag enda: a: permite al alumno consultar las distintas tareas a realizar para asegurar un correcto seguimiento de la formación.

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ÍNDICE DE CONTENIDOS Cálculo de estructuras metálicas. Nave industrial con Nuevo Metal 3D. Nuevo Metal 3D: Análisis de pórtico 2D. Uniones atornilladas. Uniones atornilladas.......................................................................................................... 5 1. Uniones atornilladas ................................................................................................... 5 1.1.

Uniones en estructuras metálicas. Conceptos generales .................................... 5

1.2.

Uniones con tornillos en Nuevo Metal 3D ...............................................................5

1.3.

Proceso de uniones atornilladas de perfiles con Nuevo Metal 3D .................... 34

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Uniones atornilladas 1. Uniones atorni lladas 1.1. Uniones en estructuras metálicas. Conceptos generales Generalmente las estructuras de acero están formadas por barras –perfiles comerciales o armados- unidas entre sí mediante nudos, que suponen uno de los puntos más delicados en la seguridad de una edificación. Al contrario que los perfiles fabricados en serie, las uniones son realizadas una a una en el taller o, más comprometido aún, en la obra, lo que aumenta las incertidumbres. En especial, las uniones soldadas en obra son especialmente delicadas. En las estructuras atornilladas las operaciones de soldeo se realizan en taller, en un entorno más controlado y con mejores medios.

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Por otro lado, los nudos son regiones de concentración de esfuerzos y geometría singular, sensibles a fenómenos locales. A su complejidad hay que añadir que en ocasiones condicionan las dimensiones de las barras, que pueden ser suficientes para resistir los esfuerzos con deformaciones admisibles, pero tal vez insuficientes para alojar uniones capaces de resistir esos esfuerzos. Esta circunstancia es más frecuente en uniones atornilladas.

1.2. Uniones con tornillos en Nuevo Metal 3D Actualmente, Nuevo Metal 3D permite, entre otras tipologías, el cálculo de uniones soldadas y atornilladas en pórticos de naves industriales. Para iniciar el cálculo elegimos el menú Uniones > Calcular.

Figura 1.1.1 Menú Uniones > Calcular

Tras clicar en la opción del menú, nos aparece la ventana Cálculo que nos permite elegir el tipo de unión: mediante soldadura o tornillos. Todas las uniones serán resueltas con la misma tipología.


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En la parte inferior aparecen las tipologías de uniones que el programa puede calcular.

Figur a 1.1.2 Ventana Cálculo (de uniones)

Una vez elegida la tipología de la unión (en este capítulo mediante tornillos y pretensados), se inicia el proceso de análisis de los nudos, diseño, cálculo y agrupamiento de las uniones, que realiza automáticamente el programa. Con tornillos el cálculo es algo más lento que con soldaduras.

Figura 1.1.3 Ventana del proceso de cálculo de las uni ones


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Una vez finalizado este proceso, aparece el Informe final del cálculo, en el que aparte de las posibles incidencias que pudieran darse en el cálculo, también informa sobre las uniones, concretamente las aplicadas, las resueltas y las no resueltas (total o parcialmente).

7 Figura 1.1.4 Ventana del Informe final de cálculo

Como el pre-dimensionamiento de las barras ya se hizo con todas las barras del pórtico 2D representativo en el capítulo anterior, no hace falta incidir otra vez en este tema, tan solo destacar que al aplicar y calcular las uniones, al Comprobar las barras, aparece un grafismo diferente en los nudos aplicados con uniones.

Figur a 1.1.5 Resultado de Comprobar las barras


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Si queremos consultar los resultados de las uniones, tenemos que clicar sobre el menú Uniones > Consultar.

Figura 1.1.6 Menú Uniones > Consultar

Tras clicar en esta opción, el pórtico de la pantalla cambia la representación de las uniones aplicadas.

8 Figur a 1.1.7 Resultado de Consultar las uniones

El grafismo de las uniones y los colores empleados son los típicos que hemos visto hasta ahora: nudos de color verde-OK, nudos de color rojo-NO. Podemos apreciar que hay unión no resuelta, correspondiente al dintel derecho acartelado IPE-450 con el pilar IPE-330. Simplemente pasando el ratón por los nudos el programa nos avanza resultados, y concretamente en este nudo el error en la unión se debe a una incoherencia geométrica.


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Figura 1.1.8 Ventana inform ativa una unión

Clicando con el ratón en este nudo (Nudo N4 para el programa), aparece una vista 3D del nudo más la causa de que no se haya podido resolver.

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Figura 1.1.9 Vista 3D de la unión consu ltada

Moviendo el ratón y la rueda central del ratón, podemos girar el nudo visualizado y aproximarnos suficientemente para apreciar la incoherencia geométrica que el programa no puede resolver.


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Figura 1.1.10 Vista 3D de la unión consu ltada

En este caso la dimensión de las alas del dintel acartelado (IPE-450) es más ancho que la del pilar al que va soldado (IPE-330). Para poder resolverlo deberemos dar el mismo ancho al ala del pilar, y por tanto, pasará a ser I PE-450 como el dintel. Lo modificaremos desde el menú Barra > Describir perfil, tal como vimos en el capítulo anterior.

Figura 1.1.11 Ventanas Describir perfil

Tras aceptar ambas ventanas, habremos modificado el pilar derecho de la nave principal a IPE-450, y podemos volver a recalcular las uniones.


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Figura 1.1.12 Vista 3D del pórti co modi ficado

Volverá a repetirse el proceso ya visto de elección del método de unión de barras, cálculo e Informe final del cálculo.

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Figura 1.1.13 Informe final del cálculo t ras la modif icación

En él ya podemos apreciar, que de las 8 uniones aplicadas, todas están ya resueltas. Sin embargo hay un aviso de revisión de las rigideces rotacionales, propias de las uniones mediante tornillos. Seguimos las instrucciones del informe para la consulta y definición.


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Figura 1.1.14 Menú Cálculo > Mostr ar los m ensajes de error

Al clicar sobre la opción Mostrar los mensajes de error , nos aparece automáticamente en pantalla las señales de aviso en los nudos a revisar el valor de la rigidez rotacional, parámetro que no se ha definido en ninguna unión.

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Figura 1.1.15 Pórtico 2D con las señales de aviso en los nudo s

Si pasamos el ratón por cualquier señal de aviso nos informa del error ya comentado.


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Figura 1.1.16 Mensaje de error so bre la señal de aviso en el nudo

Para solventar este error habrá que definir las rigideces rotacionales en las uniones que se resolverán con tornillos. Para ello hay que ir al menú Uniones > Rigideces rotacionales.

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Figura 1.1.17 Menú Uniones > Rigideces rotacion ales

Al clicar sobre esta opción, nos aparecerá en pantalla una ventana de Opciones, para revisar los valores de rigidez rotacional o asignar a todas las piezas un valor propuesto de rigidez rotacional.

Figur a 1.1.18 Ventana de Opciones para rigideces rotacionales


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En nuestro caso tenemos que asignar valores de rigidez rotacional para que quede contemplado en el cálculo, por lo que nos aparecerá una ventana informativa sobre la necesidad de volver a calcular.

Figura 1.1.19 Ventana inform ativa de recalculo

Una vez aceptada la anterior ventana informativa, automáticamente las barras tienen asignadas unas rigideces rotacionales por el programa, que salen representadas en pantalla.

14 Figura 1.1.20 Rigideces rotacionales asignadas por el programa

En este momento volvemos a recalcular el pórtico, y se volverá a repetir todo el proceso de ventanas ya visto, iniciándose el cálculo que finalizará con la publicación en pantalla del Informe final de cálculo, con todas las uniones ya resueltas.

Figura 1.1.21 Informe final del cálculo t ras la modif icación


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Clicando otra vez en el menú Uniones > Consultar , volveremos a ver el pórtico, esta vez, con todos los nudos de color verde.

Figura 1.1.22 Resultado tras cons ultar las uniones

En este punto el programa ha establecido unos tipos de uniones que denomina Tipo…, que se puede apreciar sobre cada uno de los nudos, y clicando sobre una unión aparece la ventana Uniones en el nudo N (y el número que haya establecido).

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Figura 1.1.23 Ventana de resultados de un tipo d e unión

Se puede advertir que en la parte inferior de esta ventana tiene tres tabuladores: Detalle, Listado y Vista 3D.


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Figur a 1.1.24 Tabulado res de la ventana Uniones en el nudo N

La primera ventana Detalle corresponde al detalle constructivo, que se puede imprimir o exportar en formato CAD, desde el icono Imprimir vista actual.

Figura 1.1.25 Icono Imprimir vista actual

Al clicar se abre la ventana Imprimir/Guardar la vista actual, sólo debemos seleccionar las opciones que queramos.

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Figur a 1.1.26 Ventana Impri mir/Guardar la vista actu al


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El segundo tabulador, Listado, nos ofrece la siguiente información del nudo analizado: -

Detalle:

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Figura 1.1.27 Apartado Detalle del listado


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-

Descripción de los componentes de la unión:

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Figura 1.1.28 Apartado Descripción de los componentes de la unión del listado


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-

Comprobación:

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Figura 1.1.29 Apartado Comprobación del listado (pilar y soldaduras)


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Figura 1.1.30 Apartado Comprobación del listado (soldaduras y viga)


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Figura 1.1.31 Apartado Comprobación del listado (soldaduras y tornillos)


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Figura 1.1.32 Apartado Comprobación del listado (rigideces rotacionales)


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-

Medición:

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Figura 1.1.33 Apartado Medición del listado

El tercer tabulador, Vista 3D, ofrece lo que dice, con el añadido de que representa las soldaduras de distinto color con el siguiente criterio: -

Amarillo: Soldaduras hechas en taller.

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Magenta: Soldaduras hechas en obra “in situ”.


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Figur a 1.1.34 Vista 3D de la ventana Uniones en el nudo N

Podemos rotar la vista 3D y acercarnos o alejarnos de ella para consultar todas los tornillos y soldaduras que hay. 24


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Figur a 1.1.35 Vista 3D de la ventana Uniones en el nudo N

A continuación se insertan imágenes de vistas en 3D del resto de los nudos del pórtico, aunque ya sabemos que podemos obtener toda la información antes explicada.


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Figur a 1.1.36 Vista 3D de la uni ón en la cumbrera


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Figura 1.1.37 Vista 3D del pilar co n la viga del cu erpo anexo


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Figura 1.1.38 Vista 3D del pilar de fachada con l a viga del cuerpo anexo

El programa, en este punto, también genera información sobre la unión de los pilares con cimentación, y aunque más adelante se dedica un tema exclusivo a las placas de anclaje, éstas también se consideran nudos que se calculan como uniones y generan la misma información que el resto de elementos que hemos visto.


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Figur a 1.1.39 Vista 3D del pilar con la placa de anclaje a cim entació n

En la actualidad Cype Ingenieros está implementando en sus sucesivas revisiones del programa más casuística de uniones. Se puede consultar en la siguiente página web el catálogo de uniones atornilladas que hasta el momento se pueden resolver: http://uniones.cype.es/uniones_atornilladas.htm Se adjunta a continuación una pequeña parte de las uniones resueltas con tornillos que figuran en dicho catálogo.


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Figura 1.1.40 Parte de las tipolog ías de union es atornilladas implementadas

Hay que añadir en lo referente a la tipología y calidades de los tornillos empleados para uniones de estructuras metálicas que en el menú Uniones > Opciones, están definidos los diferentes tipos, así como sus series, clase de acero, diámetros, clase de rozamiento a considerar (pretensados), y disposición de rigidizadores. Las opciones de seleccionemos serán las que se empleen en el cálculo de las uniones así resueltas.


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Figura 1.1.41 Opciones de torni llería no pr etensada

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Figura 1.1.42 Opciones de torni llería pretensada


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Figura 1.1.43 Opciones de rigidizadores

Por último hay que decir que una vez que están todas las uniones resueltas, al ver una imagen 3D del conjunto del pórtico, mediante el menú Obra > Vista 3D > Estructura completa, se pueden apreciar todos los detalles, antes parcialmente vistos. 32

Figur a 1.1.44 Menú Obra > Vista 3D > Estructur a completa


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Figura 1.1.45 Vista 3D del pórti co calculado


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1.3. Proceso de uniones atornilladas de perfiles con Nuevo Metal 3D El alumno podrá seguir el proceso explicado a partir del modelo presentado que comienza desde el mismo punto que él tiene en pantalla con el programa ya abierto.

Video 1.3.1 Uniones atornilladas

34 ¡Importante! En el curso Cálculo de estructu ras metálicas. Nave indus trial con NM3D que impartimos en Zigurat, los alumnos disponen de las obras de cálculo de Nuevo Metal 3D con las cuales pueden ir construyendo la estructura paso a paso. Para ello, también disponen de una licencia temporal y completa del programa Nuevo Metal 3D. Las dudas que van surgiendo las respondemos en un foro técnico muy dinámico. En el Máster en Estructuras Metálicas y Mixtas en Edificación que impartimos en Zigurat, profundizamos en el cálculo de uniones atornilladas y soldadas. Infórmese en www.mastermetalicas.com ¡Les esperamos!


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