UNIDAD DIDÁCTICA 5
DISEÑO Y CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO. Cálculo con CYPECAD del caso particular de oficinas en la industria.
MÁSTER UNIVERSITARIO DE GESTIÓN Y DISEÑO
DE PROYECTOS E INSTALACIONES CURSO 2014-2015
ASIGNATURA DISEÑO Y CÁLCULO DE EDIFICACIONES ASISTIDO POR ORDENADOR
UNIDAD 5. DISEÑO Y CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO (PARTE 2)
INDICE Página
OBJETIVOS..................................................................................................................................3 INTRODUCCIÓN...........................................................................................................................4 5.1. INTRODUCCIÓN DE DATOS EN EL PROGRAMA CYPECAD ........................................... 5 5.1.1. DATOS GENERALES ......................................................................................... 5 5.1.2. ENTRADA DE PILARES ..................................................................................... 8 5.1.3. ENTRADA DE VIGAS ....................................................................................... 20 5.1.3.1. Introducción de vigas y sus opciones de cálculo ................................ 20 5.1.3.2. ACLARACIÓN: Flechas ....................................................................... 24 5.1.3.3. UTILIDAD: Introducción de vigas ........................................................ 27 5.1.3.4. UTILIDAD: Vigas/Muros>>Ajustar ....................................................... 29 5.1.3.5. UTILIDAD: Vigas/Muros>>Desplazar .................................................. 33 5.1.4. INTRODUCCIÓN DE FORJADOS Y SUS OPCIONES DE CÁLCULO. .......... 33 5.1.4.1. ACLARACIÓN: Método simplificado para la redistribución de esfuerzos en forjados ............................................................................................................. 36 5.1.4.2. ACLARACIÓN: Flechas en forjados .................................................... 37 5.1.4.3. UTILIDAD: Introducir un forjado unidireccional ................................... 40 5.1.4.4. ACLARACIÓN: Armadura de reparto .................................................. 48 5.1.4.5. UTILIDAD: Disposición de forjados unidireccionales en planta .......... 48 5.1.5. DEFINICIÓN, INTRODUCCIÓN Y CÁLCULO DE ESCALERAS ..................... 49 5.1.5.1. UTILIDAD: Introducir el núcleo de escalera ........................................ 52 5.1.5.2. ACLARACIÓN: ¿Por qué es necesario calcular las escaleras? ......... 57 5.1.6. INTRODUCCIÓN DE CARGAS DE VIENTO Y DE CERRAMIENTO. ............. 57 5.1.6.1. ACLARACIÓN: Acción de viento en edificios ...................................... 59 5.1.6.2. UTILIDAD: Cálculo de la acción de viento .......................................... 60 5.1.6.3. ACLARACIÓN: Efectos de segundo orden por la acción viento ......... 60 5.1.7. CARGAS ADICIONALES. ................................................................................. 61 5.1.7.1. Configuración y edición del armado de la estructura .......................... 62 5.1.7.1.1. Pilares, pantallas, muros y ménsulas............................................ 62 5.1.7.1.2. Forjados......................................................................................... 65 5.1.7.1.3. Vigas.............................................................................................. 65 5.1.7.1.4. Losas, reticulares y unidireccionales. ........................................... 67 5.1.7.1.5. Cimentación. ................................................................................. 67 5.1.7.1.6. Vigas.............................................................................................. 68 5.1.7.1.7. Losas de cimentación.................................................................... 69 5.1.7.1.8. Zapatas y encepados. ................................................................... 69 5.2. CALCULO GLOBAL DE LA ESTRUCTURA ...................................................................... 71 5.2.1. ACLARACIÓN: ¿QUÉ VIGAS DE UNA PLANTA DE NUESTRA ESTRUCTURA TIENE ERRORES? ......................................................................................................... 72 5.2.2. UTILIDAD: EDICIÓN DE VIGAS EN LA PESTAÑA RESULTADOS ................ 72 5.2.3. ACLARACIÓN: ¿QUÉ VIGUETAS DE UNA PLANTA DE NUESTRA ESTRUCTURA TIENE ERRORES? ............................................................................... 76 5.2.4. UTILIDAD: OPCIONES DE VISUALIZACIÓN EN VIGUETAS ......................... 77 5.2.5. ACLARACIÓN: VIGUETAS CON MOMENTO POSITIVO EN EL APOYO ...... 78 5.2.6. UTILIDAD: INTRODUCIR UNA DOBLE VIGUETA .......................................... 81 5.2.7. INTRODUCCION DE SISMO ............................................................................ 82 5.2.7.1. ACLARACIÓN: Efectos de segundo orden por la acción sismo ......... 83 MÁSTER DE GESTIÓN Y DISEÑO DE PROYECTOS E INSTALACIONES
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5.2.7.2. ACLARACIÓN: ¿Qué pilares tienen errores? ..................................... 84 5.2.8. UTILIDAD: MODIFICACIÓN DE DIMENSIONES Y EDICIÓN DEL ARMADO DE PILARES ................................................................................................................... 84 5.2.9. UTILIDAD: ¿CÓMO SE PUEDEN INTRODUCIR LOS ELEMENTOS DE CIMENTACIÓN? ............................................................................................................. 88 5.2.10. ACLARACIÓN: ZAPATAS DE MEDIANERÍA Y VIGAS O CORREAS DE ATADO 89 5.2.11. ACLARACIÓN: ¿QUÉ ZAPATAS, VIGAS DE ATADO Y VIGAS CENTRADORAS PRESENTAN ERRORES?................................................................. 90 5.2.12. UTILIDAD: EDICIÓN DE ZAPATAS AISLADAS QUE PRESENTAN ERRORES DE CÁLCULO ................................................................................................................. 90 5.2.13. UTILIDAD: EDICIÓN DE VIGAS CENTRADORAS O DE ATADO QUE PRESENTAN ERRORES DE CÁLCULO ....................................................................... 94 5.3. RESULTADOS ..................................................................................................................... 97 ANEJO A...................................................................................................................................101 ANEJO B...................................................................................................................................107 RESUMEN.................................................................................................................................109
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OBJETIVOS. Definir los pasos necesarios para la introducción de una estructura de hormigón en el programa CYPECAD de CYPE Ingenieros. Calcular una estructura de hormigón utilizando el programa CYPECAD así como interpretar, analizar los resultados y hacer las correcciones que se estimen oportunas.
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INTRODUCCIÓN. El empleo de programas informáticos para el cálculo de estructuras es una herramienta muy útil que facilita considerablemente la labor del calculista. En nuestro caso, hemos elegido CYPECAD que es un programa que ha sido concebido para calcular estructuras de hormigón armado sometidas a acciones horizontales y verticales, para viviendas, edificios y proyectos de obra civil. En esta unidad se va a proceder a la introducción de los datos en CYPECAD, así como al cálculo y al análisis de los resultados de la estructura del edificio de oficinas visto en la unidad anterior.
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5.1. INTRODUCCIÓN DE DATOS AL PROGRAMA CYPECAD. 5.1.1. DATOS DE GENERALES. Como ya se ha comentado anteriormente, dentro del programa “CYPE. Arquitectura, Ingeniería y Construcción”, se va a utilizar el módulo de cálculo de estructuras de hormigón y metálicas -CYPECAD-.
Al ejecutar el módulo “CYPECAD” se abre la interfaz gráfica que se muestra en la figura.
En la barra de menús desplegables, se selecciona Archivo: Nuevo, abriéndose una nueva ventana como la de la figura siguiente.
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En ella podemos especificar el archivo en el que se guardará el cálculo, el nombre de nuestro nuevo fichero y una breve descripción del proyecto. NOTA; se advierte al lector, que por defecto el programa guarda los cálculos efectuados dentro del archivo C:\CYPE Ingenieros\Proyectos\CYPECAD\. Al hacer clic en Aceptar, se abrirá otra ventana como la reflejada en la figura siguiente; y dentro de las diferentes posibilidades que se nos ofrecen, se selecciona Obra vacía, haciendo de nuevo clic en Aceptar.
Posteriormente se abrirá una nueva ventana de Datos generales. En ella se pueden seleccionar entre otros las normas, materiales, acciones, coeficientes de pandeo,.., etc.
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En Normas, se tiene que seleccionar Código Técnico de la Edificación; EHE08, normativa que actualmente está en vigor. En nuestro caso como la estructura va a ser de Hormigón armado, se tiene que indicar el tipo de hormigón con su correspondiente coeficiente de minoración de la resistencia característica; y el tipo de Acero considerado para las armaduras pasivas con su correspondiente coeficiente de minoración. En cuanto a Perfiles, Madera y Aluminio extruido, se dejarán los parámetros indicados por defecto. NOTA; se advierte al lector, que el tipo de hormigón y acero a introducir está indicado en el punto MATERIALES. En la ventana Datos generales también se debe definir la tensión admisible del terreno donde se va a apoyar la cimentación del edificio que nos ocupa. En la figura, se muestra donde se pueden introducir estos valores.
NOTA: se advierte al lector, que la tensión admisible se recoge en el punto RESULTADOS DEL ESTUDIO GEOTECNICO, en este caso elegiremos la indicada MÁSTER DE GESTIÓN Y DISEÑO DE PROYECTOS E INSTALACIONES
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para zapatas aisladas. Además, para situaciones accidentales, se toma el valor de las acciones persistentes mayoradas por 1,25. En Acciones, se encuentran con acción de Viento, de Sismo y Comprobar resistencia al fuego, las dos últimas no serán consideradas en los primeros pasos del proceso, para evitar excesivos tiempos de cálculo y un gran número de errores indeseados. Estas dos acciones sólo se activarán cuando la estructura esté prácticamente depurada. Haciendo clic en el botón de Estados límite (combinaciones), se abre la ventana que se muestra. Entre otros se puede indicar la cota de nieve, que en nuestro caso, por la posición geográfica del proyecto, será inferior a 1000m.
Haciendo clic en el botón de Hipótesis especiales (cargas especiales), se abre una ventana como la de la figura. En ella se puede indicar entre otros la Categoría de uso, que en nuestro caso son B y G1 (zonas administrativas y cubiertas accesibles solo para mantenimiento).
En el apartado Coeficientes de pandeo, el programa por defecto considera el valor 1 en las direcciones X e Y. Siendo este valor válido, ya que es el valor más desfavorable en estructuras de pórticos rígidos fuertemente arriostrados. 5.1.2. ENTRADA DE PILARES
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El primer paso es definir las plantas y grupos de nuestra obra, de manera que en la barra de menús desplegables se tiene que seleccionar Introducción>> Plantas/Grupos, a continuación se abrirá una ventana como la que se muestra.
Al hacer clic en el botón Nuevas plantas, se abrirá otra nueva ventana, en la que se tiene que seleccionar como introducir las plantas; sueltas o agrupadas. En nuestro caso, se introducirán las plantas Sueltas.
Al hacer clic en Aceptar, se abrirá otra nueva ventana - Insertar Plantas- , en la que se puede indicar el Número de plantas, Nombre de las plantas, Altura, Categoría de uso, Cargas Variables (Q) y Cargas Muertas (CM).
En nuestro caso se introducen tres plantas, con nombres de Planta Baja, Planta Primera y Cubierta respectivamente. Las alturas definidas son de 0,80m en Planta Baja y 3,30m en la Planta Primera y Cubierta respectivamente. Las Categorías de uso seleccionadas son B para Planta Baja y Planta Primera, mientras que en Cubierta se selecciona el Uso G1. Las Cargas Variables y las Cargas Muertas consideradas en el cálculo son las reflejadas. NOTA; se advierte al lector, que todo lo que se tiene que indicar en la ventana Insertar Plantas está definido en los apartados DETERMINACIÓN DE LAS CARGAS y ALTURAS DE LAS PLANTAS de la unidad anterior. La definición de las cargas es una tarea que requiere de una especificación previa. Se recuerda que el peso de un forjado unidireccional de canto total 30cm, oscila entre 3,0-4,0kN/m2, aunque este valor lo determina y considera internamente el programa en sus cálculos. Nosotros solamente tenemos que introducir aquellas referencias ya MÁSTER DE GESTIÓN Y DISEÑO DE PROYECTOS E INSTALACIONES
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indicadas: el peso del solado (con material de agarre), el peso del falso techo, el peso de la capa de regulación para nivelación y colocación de instalaciones, el peso del posible enlucido de la parte inferior del forjado, el peso de la tabiquería y elementos compartimentadores. Es decir las cargas permanentes no debidas al peso propio de los elementos estructurales. Como ya se ha indicado, la cubierta puede ser igual o distinta al resto de forjados, aunque por lo general no suele haber tabiquería, sin embargo la formación de pendientes es mucho mayor que en el caso de los forjados inferiores. La acumulación de nieve o hielo también se debe considerar e incluso hay definir los materiales, la forma -plana o inclinada- y el tipo -ajardinada, transitable o no transitable-. Por otra parte está la sobrecarga de uso, definida con el valor de 2kN/m2, que se corresponde a una categoría de uso de B (zonas administrativas) para Planta baja y Planta primera. Mientras que en Cubierta, el valor definido es de 1kN/m2; que se corresponde con una categoría de uso es G1 (cubierta para sólo conservación inclinación ≤ 20º). Para finalizar de un modo concreto y en caso de fuese necesario, no teniendo que incluirlo en este momento, faltaría por concretar las zonas con cargas especiales, por ejemplo: instalaciones de aire acondicionado, zona de archivos con sobrecargas importantes (cuidado con los archivos móviles). El CTE, nos facilita las tablas necesarias para la correcta definición de todos estos elementos, que deben estar definidos por el proyectista antes de realizar los cálculos correspondientes. Una regla general, empleada por las empresas del sector prefabricado, para el dimensionado de forjados era trabajar con la carga total de los mismos. Es decir el peso propio más la sobrecarga, que oscila entre 7-8kN/m2 para viviendas; y 8-9kN/m2 para oficinas. Si bien esta regla general, no implica un análisis concreto de lo especificado y por supuesto no tiene en consideración las cargas adicionales especiales. Al hacer clic en Aceptar, surgirá otra nueva ventana de Plantas y grupos, en ella hay diferentes botones tales como Nuevas plantas, Borrar plantas, Editar plantas, Editar grupos y Unir grupos.
Dentro de los diferentes botones de la ventana Plantas y grupos, generalmente se utilizan Editar plantas y Editar grupos. Al hacer clic en el botón Editar plantas, se abre la ventana que se muestra. En ella se puede indicar la cota del plano de cimentación así como modificar las alturas relativas de cada planta.
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NOTA; se advierte al lector, que la Cota del plano de cimentación se refiere a la cota superior de la cimentación. Por lo general, se suele indicar cero como valor de cota del plano de cimentación. Al hacer clic en el botón Editar grupos, se abre una ventana en la que se pueden modificar las categorías de uso, las cargas variables (Q) y las cargas muertas (CM) de las plantas, e incluso en el caso de que fuese necesario. En nuestro caso, se mantienen los parámetros y valores que se muestran en la siguiente figura.
El siguiente paso para Introducir los pilares será importar las plantillas de las plantas previamente dibujadas en formato DXF o DWG, para ello en la barra de herramientas principal del programa se tiene que hacer clic en el botón Editar plantillas.
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NOTA; se advierte al lector, que todas las plantillas de las plantas que se importen, deberán estar referenciadas al mismo punto de origen, convenientemente al 0,0. De forma que los pilares coincidan en todas las plantas según se han proyectado. En la figura anterior se muestra el botón Editar plantillas emplazado en la barra de herramientas principal, el cuál acciona la ventana de Gestión de vistas de plantillas. Se presentan dos opciones para referenciar la plantilla, el eje del pilar es válido si el de la planta baja y primera tienen la misma dimensión y coinciden en posición. En otro caso, se puede situar otro punto, como la esquina de la obra o del pilar:
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Se observa además que los pilares dejan un borde en el forjado de 5cm. Este borde tiene varias acepciones: la primera, es que se facilita el paso de armaduras y la unión pilar forjado, al tener esos centímetros de más. La segunda es que podemos tener más recubrimiento de hormigón en la cara externa de exposición del forjado, con lo que la durabilidad puede ser mayor, en caso necesario. La tercera atiende a un concepto de ejecución posterior de fachada; en este caso los pilares no quedan alineados a borde de fachada con el forjado. FORJADO
PILAR
FORJADO
5 cm
PILAR
FORJADO
PILAR
FORJADO
PILAR
5cm
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Volveremos con el aspecto de fachada más adelante. Dentro de la ventana Gestión de vistas de plantillas, la importación de plantillas se puede hacer desde los botones Añadir nuevo elemento a la lista o Importar plantillas a la obra. Al hacer clic en uno de los dos botones anteriores se volverá a abrir otra nueva ventana de Ficheros disponibles; y al pulsar de nuevo en el botón Añadir nuevo elemento a la lista se abrirá la ventana para Selección de las plantillas a leer, que previamente se tiene que haber elaborado en un programa de diseño gráfico. En nuestro caso, únicamente se van a importar dos plantillas -Planta Baja y Planta Primera-. Todo lo definido anteriormente se puede observar en la figura siguiente.
La ventana de Gestión de vistas de plantillas con las plantas de nuestra obra quedará como se muestran en la figura.
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El siguiente paso será asignar a cada planta o grupo que se ha creado en nuestra obra, la plantilla importada que se desea que esté operativa en la misma. En la figura inferior se muestra como asignar la plantilla a cada grupo, para ello se tiene que hacer clic en el botón Vistas de los grupos de la ventana Gestión de vistas de plantillas.
Para nuestra estructura, las plantillas asignadas a cada planta o grupo han sido las siguientes: • Entrada de pilares • Cimentación Plantilla Planta Baja • Planta Baja • Planta Primera • Cubierta Plantilla Planta Primera Después de haber seleccionado las plantillas, hay que introducir los pilares, para ello en la barra de menús desplegables se ejecuta Introducción/Pilares, pantallas y arranques, abriéndose una ventana con tres botones; Nuevo pilar, Nueva pantalla y Nuevo arranque. En nuestro caso se hace clic en el botón Nuevo pilar.
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Al hacer clic en el botón Nuevo pilar, se abre una ventana, en la podemos indicar entre otros; la planta de inicio y fin, los coeficientes de pandeo y de empotramiento, la referencia, el ángulo de giro, la vinculación y las dimensiones en las diferentes plantas.
NOTA; se advierte al lector, que por defecto el programa deja marcado la Vinculación exterior1 para aquellos pilares que nacen en cimentación, lo que significa que la cimentación del edificio será a base de zapatas aisladas. Al hacer clic en el botón Aceptar, ya podemos Introducir el Nuevo pilar. NOTA; se advierte al lector, que al trabajar con plantillas, para tener acceso a determinados puntos de ellas, se tiene que activar la Selección de capturas que se muestra. Generalmente en la Entrada de pilares, las capturas más utilizadas son Punto, Extremo, Intersección y Punto medio, aunque solamente se debe activar uno de ellos.
Después de hacer clic en el botón Aceptar, se procede a Introducir los pilares. UTILIDAD: Introducción de pilares, con captura a plantillas importadas
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Con el concepto de con vinculación quiere decir que no asienta el perímetro respecto del resto de apoyos. La cimentación se calcula después y a partir de las reacciones en los apoyos. Es decir, cuando existe vinculación, no sufren en este tramo de pié, ningún tipo de asiento o desplazamiento vertical. Opción empleada para: zapatas, encepados, vigas centradoras y de atado. Sin vinculación, la cimentación se transmite sobre suelo elástico. Los pilares sufren desplazamiento vertical. Opción empleada para: pilares apeados, losas, vigas de cimentación, zapatas corridas.
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Después de haber definido todo lo comentado anteriormente, se va a introducir un pilar de la estructura, con captura a plantilla. Realizándose de igual modo en todos los demás casos. Los pasos aconsejados para realizar esta operación son los siguientes: 1. Tener activada la visibilidad de las plantillas.
2. Activar la captura a plantillas, en el ejemplo se va a considerar “Intersección”.
3. Pulsar el botón NUEVO PILAR.
4. Al pulsar el botón ACEPTAR de la ventana Nuevo pilar, ya se está en disposición de Introducir el nuevo pilar. Se podrá observar que el puntero del Mouse se ha convertido en un pequeño pilar “mira de tirador”; que al pasarlo por encima de la plantilla, si detecta Intersección se activa una X. Posteriormente cuando ya se tenga localizada la Intersección adecuada, se activara el botón izquierdo del Mouse, insertándose definitivamente el nuevo pilar.
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NOTA: Se puede apreciar que el Nuevo pilar introducido, con referencia P4, se encuentra en el interior del de la referencia de la plantilla. También se puede observar que en dicho pilar hay un punto cercado en un círculo, que nos indica el punto fijo de este nuevo pilar. El punto fijo es el punto que permanece invariable en posición en caso de tener que aumentar las dimensiones del pilar. En la figura siguiente, se observa cómo queda nuestra obra tras la introducción de los pilares:
El siguiente paso será Editar los pilares, para ello en la barra de menús desplegables se tiene que seleccionar Introducción///Pilares, pantallas y arranques, abriéndose una nueva ventana.
De los distintos botones de la ventana anterior, se tiene que hacer clic en el botón Editar. De manera que al activarlo se cierra automáticamente la ventana y al desplazarnos por encima de los distintos pilares de nuestra obra, se pueden seleccionar.
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Al hacer clic en el pilar P1 se activa la edición de dicho pilar, tal y como se observa en la figura siguiente. Principalmente en nuestro caso, sólo es necesario modificar el Punto fijo, es decir la zona del pilar que no se va a desplazar/mover, considerando que el pilar va disminuyendo las dimensiones de su sección en las plantas superiores.
A modo de resumen los Puntos fijos de los pilares de nuestra obra son los siguientes;
P
P2, P3, P4, P5, P6 y P7
7 8
P18, P19, P20, P21, P22, P23 y P24
P25 P10, P11, P12, P13, P14 y P15
5.1.3. ENTRADA DE VIGAS Cuando se haya finalizado el trabajo de la introducción de pilares se tiene que seleccionar la pestaña Entrada de vigas, con el fin de definir los diferentes elementos MÁSTER DE GESTIÓN Y DISEÑO DE PROYECTOS E INSTALACIONES
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estructurales de cada planta o grupo, tales como cimentación, muros (en el caso de que sean necesarios), vigas y forjados. En esta pestaña también se pueden incorporar cargas lineales, puntuales y superficiales, e incluso ya se puede calcular la estructura con el botón que hace referencia a esta acción. En la figura inferior, se muestra como cambiar de la Pestaña Entrada de pilares a la Pestaña Entrada de vigas. De forma que al terminar de introducir los pilares de nuestro proyecto en la ventana Entrada de pilares, se hace clic en la pestaña Entrada de vigas.
5.1.3.1. Introducción de vigas y sus opciones de cálculo La primera tarea que se realizará dentro de la ventana Entrada de vigas, será configurar las Opciones generales y las Opciones de vigas. Para poder realizar las configuraciones anteriormente mencionadas, se tiene que seleccionar en la barra de menús desplegables; Obra/Opciones generales y Obra/Opciones de vigas respectivamente. Al hacer clic en Opciones generales, se abre la ventana que se muestra. Esta, tiene los botones de Opciones generales de dibujo, Coeficientes de redistribución de negativos y Coeficientes reductores de rigidez a torsión.
Los valores y parámetros fijados por defecto en el programa en cada uno de los botones de la ventana anterior, no se modifican en principio, a excepción de que el lector puntualmente tenga que variar algún parámetro debido a las características específicas de su obra. Al pulsar en Opciones de vigas, se abre la ventana que se muestra en la figura, que tiene entre otros, los botones de Momentos mínimos a cubrir con la armadura en vigas, Armados de jácenas, Envolventes de cortantes; Armados de cortantes, piel y torsión; etc…
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Al pulsar el botón de Momentos mínimos a cubrir con la armadura en vigas, se abre la ventana inferior. En general tenemos asegurarnos de que la suma de los momentos a resistir en los apoyos y en el centro de vano de cualquier viga, sea igual o superior al momento isostático. Es decir, que independientemente del cálculo, el programa colocará armadura suficiente para resistir en los apoyos el 25% del momento isostático (P*L2/32) y en el centro de vano de todas las vigas el 50% del momento isostático (P*L2/16).
Pulsando el botón de Armados jácenas, se abre la ventana de la figura siguiente. En ella se puede asignar un coeficiente para modificar los esfuerzos aplicados a las vigas durante el proceso de cálculo. También se pueden indicar los valores de las longitudes mínimas de armados de negativos y positivos. De manera general los valores indicados por defecto en el programa son válidos, aunque se deberán adecuar a las exigencias de nuestra obra.
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El botón de Colores de errores, NO se va a mostrar, aunque por defecto, el programa indica las vigas que tienen errores con el color rojo, mientras que las vigas con errores que ya se hayan corregido, tendrán el color morado. Pulsando el botón de Envolventes de cortantes, se abre una nueva ventana. En ella se puede seleccionar la forma en la que el programa analizará la ley de cortantes en las vigas. En nuestro caso, el análisis de la ley de cortantes será continuo.
Al pulsar el botón de Armados de cortantes, piel y torsión, obtenemos las ventanas que permiten editar las opciones de armado de las vigas de nuestra obra (cortante, piel y torsión). Con esta ventana, se indica a partir de qué distancia respecto de los bordes de los apoyos de las vigas, el programa comprueba el esfuerzo cortante con los estribos. Por eso es necesario indicar una distancia, que es función del canto útil de la viga.
En esta otra ventana, se refleja el canto de viga a partir del cual el programa colocará armadura de piel, independientemente de los resultados de cálculo. También se indican los diámetros mínimos y la separación máxima entre armaduras.
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Por último, con esta ventana se muestra la separación vertical mínima y máxima de la armadura de piel a disponer, en caso de que fuese necesaria.
Al pulsar el botón de Selección de estribado, se abre una nueva ventana. En ella podemos elegir la disposición de los estribos en las vigas, tanto para los apoyos en pilares como para los apoyos en otras vigas (brochales). En nuestro caso se queda como muestra la figura.
Al pulsar el botón Consideración del armado a torsión en vigas, se abre una ventana como la de la figura siguiente, que permite disminuir e incluso anular la armadura de torsión. Para ello hay que introducir un valor -K- que modifica el momento torsor por compresión en el hormigón. Así cuando el momento torsor de cálculo Td-, sea menor que el coeficiente -K- multiplicado por el momento torsor de agotamiento por compresión del hormigón, la viga NO se armará con armadura de torsión.
El valor del coeficiente -K- depende del tipo de forjado que se utiliza en la estructura. Por ejemplo, en forjados unidireccionales K=1; mientras que en forjados reticulares el valor de K es 0,01; que reduce entonces el momento torsor de agotamiento por compresión del hormigón y siendo necesaria la armadura de torsión. En nuestro caso, como se ha optado por utilizar en todas las plantas o grupos forjados unidireccionales, el valor que se ha asignado al coeficiente -K- es 1. El botón Flecha activa y total a plazo infinito – Proceso constructivo, se deja en principio, con los valores que ofrece el programa por defecto, aunque puede ser editado y modificado según los diferentes criterios del calculista.
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Los botones Opciones para vigas metálicas y Longitud a considerar en vigas metálicas, NO se van a editar, ya que en nuestro caso toda la estructura va a ser con elementos de hormigón armado. Con el botón Límite de flecha en vigas, se activa la ventana que se muestra abajo. En ella se puede editar el límite de flecha, instantánea, activa o total a plazo infinito, que no se debe superar en las vigas de hormigón armado. Tras el cálculo, el programa nos avisa de las vigas superan los límites de flecha fijados.
Flecha total a plazo infinito; NO excederá el menor de los siguientes valores de L/250 ó L/500 + 1cm. Flecha Activa; L/400. Tabiques ordinarios o pavimentos rígidos con juntas.
5.1.3.2.
ACLARACIÓN: Flechas
Hay que distinguir claramente entre: • Flecha total a plazo infinito; debido a la totalidad de las cargas actuantes en ese elemento estructural. • Flecha activa respecto a un elemento dañable; se produce a partir del momento en el que se construye dicho elemento. Su valor es igual a la flecha total menos la que se produce en el instante en el que se construye el elemento dañable. Los valores máximos admisibles de las flechas dependen del tipo y función de la estructura, de las condiciones que deba satisfacer y de los elementos no estructurales que se apoyan sobre ella. En edificios, las flechas máximas admisibles están definidas en el CTE. En general para edificaciones normales, se pueden establecer como valores orientativos para la flecha total, en términos relativos a la longitud -L- del elemento que se comprueba; L/250 y L/500 + 1cm (tomando el menor de estos dos valores). Para la flecha activa, en términos relativos a la longitud -L- del elemento que se comprueba; L/400. Pulsando el botón de Comprobación de fisuración, se abre la ventana de la figura. Al activarlo el programa analizará el comportamiento de las vigas de nuestra obra, teniendo en cuenta el estado en el que disminuye la rigidez, con una abertura límite de fisuras que se le indique.
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Los botones Opciones de dibujo de vigas inclinadas, Coeficientes de pandeo de vigas inclinadas metálicas y Coeficientes de pandeo de diagonales de arriostramiento, NO se van a editar, manteniéndose los parámetros o valores del programa por defecto. Tras la configuración de las Opciones generales y de las Opciones de vigas, ya se pueden introducir las vigas de las diferentes plantas. Pero antes hay que recordar cómo se puede cambiar de un grupo a otro distinto. En la figura siguiente, se muestra el procedimiento. IR A GRUPO Al pulsar este botón se abre la ventana IR A GRUPO.
SUBIR GRUPO Con
este
botón
nos
podemos
desplazar a las plantas superiores.
BAJAR GRUPO Con este botón nos podemos desplazar a las plantas inferiores.
Primeramente, comenzamos por introducir las vigas de la planta baja, recordamos que en esta planta se va a colocar un forjado sanitario a base de viguetas pretensadas, apoyado sobre muretes. Para poder introducir las vigas, se tiene que seleccionar en la barra de menús desplegables Vigas/Muros>>Entrar viga, abriéndose la ventana siguiente.
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DISEÑO Y CÁLCULO DE EDIFICACIONES ASISTIDO POR ORDENADOR
OPCIONES dentro de cada TIPO DE VIGA
TIPOS DE VIGAS
Los diferentes tipos de vigas del programa son: • Vigas planas; tienen el mismo canto que el del forjado. • Vigas descolgadas; el canto es superior al del forjado. • Vigas de celosía; vigas de celosía con ferralla prefabricada. • Vigas pretensadas; en este tipo de vigas hay que introducir una serie de características técnicas que deben ser facilitadas por el fabricante. • Vigas de vinculación exterior; estas vigas se utilizan para simular apoyos. El programa no las analiza, ni calcula, ni arma; e incluso no transmiten cargas a otros. • Zunchos no estructurales; son vigas de hormigón armado cuya única función es delimitar huecos o paños de forjado. • Vigas de cimentación; son vigas que transmiten las cargas al terreno, son empleadas cuando se prevé una cimentación a base de una losa. • Vigas metálicas o mixtas; son vigas metálicas, empleadas cuando se prevé utilizar forjados mixtos de hormigón y acero laminado. Para poder Editar una viga seleccionada que se va a introducir en nuestra obra, se tiene que hacer clic sobre el valor reflejado en la viga, a continuación se abre una ventana en la que se puede cambiar el valor. Para validar este cambio se debe pulsar la tecla INTRO. La fase de edición de una viga seleccionada se muestra en la figura.
HACER CLIC
PULSAR INTRO
NOTA: Las dimensiones a modificar tienen unidades en METROS.
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UNIDAD 5. DISEÑO Y CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO (PARTE 2)
5.1.3.3.
UTILIDAD: Introducción de vigas
Al finalizar la Introducción de pilares, en la pestaña Entrada pilares; y la configuración/edición general y las opciones de vigas, ambas en la Pestaña entrada de vigas. Se procede a introducir las vigas de nuestra estructura. A continuación se va a explicar como introducir una viga de Planta baja, consistente en un tipo de viga de vinculación exterior; opción traslacional. De igual manera, se introducirán el resto de vigas de la estructura, con la salvedad de que en ellas se modificarán los tipos y las dimensiones. Los pasos aconsejados para realizar esta operación son los siguientes: 1. Desactivar la visibilidad de las plantillas importadas.
2. Desactivar la captura a plantillas.
3. Al pulsar el botón ENTRAR VIGA, situado en Vigas/Muros de la barra de menús desplegables, se abrirá la ventana Viga actual para seleccionar/escoger el tipo de viga deseado. En nuestro caso, tal y como se ha comentado al principio, se va a seleccionar una de vinculación exterior; opción traslacional con giro permitido.
La dimensión del tipo de viga seleccionada es de 0,35m, que será editada como se ha comentado anteriormente. 4. Al activar el botón Aceptar de la ventana Viga actual se desplegará una nueva ventana de ENTRAR VIGA, que tiene múltiples opciones en las que se puede configurar/editar la introducción de vigas.
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En nuestro caso, como únicamente se va a introducir una viga, se selecciona SIMPLE y RECTA, ya que ésta no es curva. En lo referente al ajuste y al desplazamiento, se dejará como lo tiene por defecto el programa CENTRO y d=0-. 5. Después de realizar todas las configuraciones, ya se está en disposición de introducir satisfactoriamente la viga de vinculación exterior. Para ello, se desplaza el Mouse por la interfaz gráfica, de manera que cuando el programa detecte un punto de unión, ya sea una viga o un pilar, nos avisará de modo visual con un punto rojo.
En nuestro caso, la viga a introducir comienza “nace” en el pilar con referencia P3 y finaliza “muere” en el pilar con referencia P4. Por lo tanto, se tendrá que pulsar el botón izquierdo del Mouse en el comienzo. En la siguiente figura se muestra la viga en desarrollo.
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UNIDAD 5. DISEÑO Y CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO (PARTE 2)
NOTA: En aquellas situaciones en las que se tengan que introducir vigas paralelas a los ejes X e Y, se recomienda activar la opción ORTOGONAL, ubicada en la barra de herramientas principal, facilitándonos enormemente el trabajo.
Para finalizar la inserción de la viga, cuando detecte el pilar P4, se pulsará el botón izquierdo del Mouse, quedando de la siguiente manera.
5.1.3.4.
UTILIDAD: Vigas/Muros>>Ajustar
En este caso la viga situada entre los pilares P3 y P4 está mal ubicada, de manera que debe ser Ajustada a la línea blanca exterior de la plantilla en formato DWG, marcada mediante el recuadro discontinuo.
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DISEÑO Y CÁLCULO DE EDIFICACIONES ASISTIDO POR ORDENADOR
Los pasos a seguir son los siguientes: 1. Activar la captura a plantillas, ubicada en la barra de herramientas principal, en nuestro caso la opción de captura a plantilla activada ha sido; Más cercano. 2. Hacer clic en el botón Ajustar que se encuentra dentro del menú desplegable Vigas/Muros. 3. Aproximarse a la viga que se debe Ajustar y pasar el puntero del mouse por la línea de referencia de la plantilla a la que debe ir alineada la viga.
Finalmente, hacer clic con el botón del mouse, quedando ajustada.
El tipo de viga que hemos utilizado en Planta baja es el de VIGA DE VINCULACIÓN EXTERIOR; Opción traslacional (giro permitido). Las dimensiones de las vigas de vinculación exterior son por un lado de 45 cm en la zona central, que incluyen 20 cm para el apoyo sobre el murete de las viguetas pretensadas (10cm para cada extremo de vigueta) más 25cm en la que se colocará un pequeño zuncho o viga; y por otro lado, de 35cm en las zonas perimetrales, con 10cm para el apoyo de la vigueta pretensada más 25cm en la que se colocará un pequeño zuncho o viga2. NOTA: se advierte al lector, que al introducir este tipo de viga hay que desconectarla de las caras de los pilares, ya que si no se hace, coaccionaremos el desplazamiento vertical de los pilares, además de influir negativamente en el dimensionado de la cimentación. Para desconectar las vigas de vinculación exterior se debe seleccionar en la barra de menús desplegables Vigas/Muros>>Articular/Desconectar y después hacer clic sobre la viga a desconectar en las proximidades del pilar. En la figura siguiente, se muestra como unas vigas de vinculación exterior están desconectadas del pilar.
2
Un forjado sanitario puede estar apoyado sobre muros de hormigón armado, y también, opción más habitual, muros de bloque de hormigón 40x20x20cm. Es cierto que se pueden macizar zonas superiores y dar más sección de los 40cm, pero no es habitual. En cualquier caso es un artificio que puede resolverse posteriormente en ejecución de obra de un modo distinto al calculado.
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UNIDAD 5. DISEÑO Y CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO (PARTE 2)
Vigas de vinculación exterior desconectadas del pilar
CAPA DE COMPRESION CON MALLAZO Y ARMADURA DE NEGATIVOS BOVEDILLAS
VIGUETA
En la siguiente figura se muestra como queda la distribución de vigas de vinculación exterior en Planta baja, donde se apoyará el forjado sanitario a base de viguetas pretensadas.
Cuando se hayan introducido todas las vigas de Planta baja, nos desplazamos a los grupos de Planta primera y Cubierta para introducir las vigas correspondientes. Para ello se procede de forma similar a la introducción de vigas de Planta baja, pero
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con la salvedad de que el tipo de viga seleccionado será VIGA PLANA; Opción normal. Cuando introducimos una viga, partimos de un predimensionado de la misma que puede ser más o menos acertado, dependiendo del resultado final. Podemos indicar como predimensionados válidos según las luces establecidas (5-6m) de: 50 cm de ancho en la zona central y 40 cm de ancho en la zona perimetral que reciba carga del forjado. Las vigas de esta planta que no reciban carga del forjado, sino que simplemente reciben la carga del cerramiento de fachada, serán de 35cm. También hay que señalar, que nuestra estructura tiene dos escaleras que van de Planta baja a Planta primera, de manera que se deberán respetar estos huecos. Las vigas planas que delimiten dichos huecos tendrán dimensiones de 35, 40 y 50 cm respectivamente. En la figura, se muestra como queda la distribución de vigas en Planta primera.
En la figura anterior se puede observar que hay líneas cruzadas en X, estas representan donde se van a ubicar los huecos de escaleras, que permiten la comunicación vertical entre la Planta baja y la Planta primera. En Cubierta, las dimensiones de las vigas planas serán; 45 cm de ancho en la zona central y 35 cm de ancho en la zona perimetral que reciba carga del forjado. Las vigas de esta planta que no reciban carga del forjado, sino que simplemente reciben la carga del cerramiento del peto de cubierta, serán de 30 cm. En la figura, vemos como queda la distribución de vigas en Cubierta.
En algunas ocasiones cuando se utilizan plantillas, las vigas se deben Ajustar o Desplazar para respetar las alineaciones del dibujo desarrollado en formato DWG o DXF. En nuestra obra ha sido necesaria la utilización de estos dos comandos que se encuentran ubicados en la barra de menús desplegables Vigas/Muros>>Ajustar y Vigas/Muros>>Desplazar. Tras terminar con la introducción de vigas en las diferentes plantas o grupos de nuestra estructura, se observa que hay un círculo de color amarillo con una
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UNIDAD 5. DISEÑO Y CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO (PARTE 2)
interrogación. Esto significa que las vigas introducidas no tienen canto y que además faltan por introducir los paños de forjado. 5.1.3.5.
UTILIDAD: Vigas/Muros>>Desplazar
En este caso la viga situada entre los pilares P10 y P11 está mal ubicada, de manera que debe ser Desplazada para que respete la alineación de las otras vigas (línea discontinua).
Los pasos aconsejados para realizar esta operación son los siguientes: 1. Hacer clic en el botón Desplazar que se encuentra dentro del menú desplegable Vigas/Muros. 2. Aproximarse al extremo de la viga que se debe Desplazar y pulsar tantas veces como sea necesario el botón del mouse, hasta alcanzar la posición deseada.
En ocasiones lo que se necesita Desplazar es toda la viga por igual, por lo que hay que situarse en el centro de la misma, para luego pulsar tantas veces como sea necesario el botón izquierdo del mouse con el fin de situar la viga en la posición correcta. NOTA: Cuando sea necesario emplear una distancia de Desplazamiento concreta, el programa permite la edición de este parámetro. Para realizar esta acción, tras haber seleccionado de la barra de menús desplegables Vigas/Muros>>Desplazar, se debe hacer clic en el botón derecho del mouse, abriéndose la siguiente ventana que se muestra, que nos permite introducir el valor del desplazamiento en METROS. En nuestro caso se deja el valor 0,010m que tiene por defecto el programa.
5.1.4. INTRODUCCIÓN DE FORJADOS Y SUS OPCIONES DE CÁLCULO. Después de introducir las vigas, la siguiente tarea será la de configurar las Opciones de forjados. Empezaremos por seleccionar en la barra de menús desplegables: Obra//Opciones de forjados. Al hacer clic en esta opción obtenemos la ventana que se muestra en la figura, que tiene entre otros, los botones de Cuantías mínimas de negativos en placas aligeradas, Cuantías mínimas de negativos en losas mixtas, Longitudes mínimas de negativos en forjados de viguetas, MÁSTER DE GESTIÓN Y DISEÑO DE PROYECTOS E INSTALACIONES
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Longitudes mínimas de negativos placas aligeradas,…, Momentos mínimos a cubrir con armadura en forjados, Coeficiente reductor de rigidez a flexión del forjado de viguetas,…, Flecha activa y total a plazo infinito - Proceso constructivo para forjado de viguetas,…., Límite de flecha en viguetas, …, Parámetros de losas mixtas durante la ejecución y Dimensionamiento de losas mixtas.
En nuestro caso como los tipos de forjados que vamos a emplear van a ser a base de viguetas pretensadas (Planta baja) y viguetas armadas (Planta primera y Cubierta), los siguientes botones NO se van a editar, dejando los parámetros o valores que el programa propone por defecto. Accionando el botón Longitudes mínimas de negativos en forjados de viguetas se abre la ventana de la figura siguiente. Los valores indicados en color magenta pueden ser editados y modificados dependiendo de la obra y el criterio de la persona que esté realizando el cálculo de la estructura. Los valores reflejados por defecto en la figura, son unos valores mínimos, que tras el proceso de cálculo, el programa modificará en caso de que fuese necesario. En nuestra obra NO vamos a modificar estos valores marcados por defecto.
Al pulsar el botón Momentos mínimos a cubrir con armadura en forjados, activamos la ventana inferior, en la que se pueden seleccionar dos opciones distintas; No hacer comprobación o Coeficientes de la obra. En el caso de que se
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quieran cubrir unos momentos mínimos en los apoyos y en los vanos de los diferentes tramos de forjado, aislado; extremo; intermedio y vuelo, se debe seleccionar Coeficientes de la obra. En los apoyos, cuando no está indicado ningún coeficiente aparece un guión
Haciendo clic encima de estos guiones o de los valores ya indicados, se abrirá una nueva ventana Coeficientes de la obra en la que se pueden introducir nuevos valores o editar los ya existentes.
Los coeficientes introducidos para cada uno de los diferentes tramos de forjado son los que se indican más adelante. En ella se puede observar que en el centro de vano, los coeficientes tienen un valor de 12 y 16, es decir como el momento isostático de una viga biapoyada es Q*L2/8, en el centro de vano se debe cubrir un porcentaje de ese momento isostático; Q*L2/12 (EXTREMO) y Q*L2/16 (CENTRAL). Para obtener una redistribución de esfuerzos, en el tramo extremo, el momento en el centro de vano es Q*L2/12, de forma que al apoyo exterior le corresponde el 25% (1/4) de ese momento de centro de vano. Así el momento en el apoyo exterior será Q*L2/48. Siendo el valor final que introducimos en el programa de 48. En el tramo intermedio, el momento en centro de vano es Q*L2/16, y según el ANEXO 12 de la Instrucción EHE-08, a los apoyos le corresponde el mismo valor que al de centro de vano (16), es decir el valor final a introducir es 16. Para el voladizo NO se especifica ningún coeficiente, siendo el propio programa el que determinará el momento que se cubrirá con la armadura colocada.
TRAMO AISLADO
TRAMO INTERMEDIO
TRAMO EXTREMO
VOLADIZO
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NOTA; se recomienda al lector, que observe detenidamente la ACLARACIÓN del método simplificado de la redistribución de esfuerzos en forjados del ANEXO 12 de la Instrucción EHE-08, expuesto abajo. 5.1.4.1.
ACLARACIÓN: Método esfuerzos en forjados
simplificado
para
la
redistribución
de
Las Gráficas básica (a) y de envolvente de momentos flectores (b), han sido obtenidas del ANEXO 12 de la Instrucción EHE-08. Los criterios establecidos para la gráfica básica de momentos flectores máximos son: • Tramos externos; momento igual al de su apoyo interno (M1 o M3). • Tramos intermedios; momento igual al de ambos apoyos (M2). • Apoyo exterior; SIN voladizo = 0; CON voladizo = momento producido por las cargas permanentes (Mvcp) ¿Cómo obtener el momento flector negativo en cada apoyo a partir de la gráfica básica? • Apoyos exteriores; 25% (1/4) del momento positivo del tramo adyacente calculado en la hipótesis de la articulación o al momento del voladizo resultante de la carga total (Mv), es decir APOYO EXTERIOR SIN VOLADIZO = M1/4 = 0,25 M1; APOYO EXTERIOR CON VOLADIZO = Max(Mv, M3/4). • Apoyos interiores; se toma el mayor de los momentos positivos en los tramos adyacentes, es decir momento en apoyos Max (M1, M2) y Max (M2, M3). Los valores de los momentos M1, M2 y M3, para las cargas uniformemente repartidas se obtienen a partir de las siguientes ecuaciones:
Al pulsar el botón Coeficiente reductor de rigidez a flexión del forjado de viguetas, se abre la ventana siguiente, en la que se puede editar el coeficiente de rigidez a flexión.
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NOTA: se advierte al lector, que cuando se indica como coeficiente reductor de rigidez, LA UNIDAD (1), NO se reduce esta rigidez. De manera que en forjados unidireccionales, como es nuestro caso, se empleará como coeficiente LA UNIDAD (1), mientras que en forjados bidireccionales, como queremos que sí se considere, usaremos el menor valor que se pueda introducir al programa (0,03). El botón Flecha activa y total a plazo infinito – Proceso constructivo para forjado de viguetas, se deja como lo indica el programa por defecto, aunque puede ser editado según los diferentes criterios de la persona que calcula la estructura. Al pulsar el botón Límite de flecha en viguetas, se acciona la ventana de la figura adjunta. En ella se puede editar el límite de flecha, instantánea, activa o total a plazo infinito, que no deben superar las viguetas, avisándonos el programa de aquellas viguetas que superan los límites de flecha fijados tras el cálculo.
Flecha total a plazo infinito; NO excederá al menor de los siguientes valores L/250 o L/500 + 1cm. NO Flecha Activa; excederá al menor de los siguientes valores L/500 o L/1000 + 0,5cm.
5.1.4.2.
ACLARACIÓN: Flechas en forjados
En el caso de forjados unidireccionales, la flecha total a plazo infinito no excederá al menor de los siguientes valores L/250 y L/500 + 1cm (L es la luz del vano). Aquellos forjados que sustenten tabiques, muros de partición o cerramientos, la flecha activa no excederá al menor de los siguientes valores L/500 o L1000 + 0,5cm (L es la luz del vano). Cuando exista un VOLADIZO L = 1,6 * luz del vuelo. UTILIDAD: Cantos mínimos en forjados de viguetas para NO comprobar flechas
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Según el Artículo 50.2.2.1 de la Instrucción EHE-08. “En el caso particular de forjados de viguetas con luces menores de 7m y de forjados de losas alveolares pretensadas con luces menores de 12m, y sobrecargas no mayores que 4kN/m2, NO es preciso comprobar la flecha si se cumplen las limitaciones del Artículo 50.1 de esta Instrucción; y si el canto del forjado es mayor que el canto mínimo”.
Siguiendo los criterios expuestos en la UTILIDAD: Cantos mínimos de forjados de viguetas para NO comprobar flechas, aplicado a nuestra obra. Se pretenden utilizar forjados de viguetas pretensadas (Planta baja) y de viguetas armadas (Planta primera y Cubierta). Por lo general, todas ellas son tramos extremos con luces comprendidas entre 4,50 – 5,50metros- y las cargas totales están comprendidas entre los 8,00 – 9,00kN/m2. A continuación vamos a dimensionar los forjados de viguetas de nuestro proyecto, a partir de los datos anteriores. Ejemplo práctico de dimensionado de forjados de viguetas de nuestra obra: Planta baja: δ1 = 1.13; δ2 = 0.96; L = 5; C = 23 hmin = 0,234m ≈ 0,25m = 25cm Planta primera: δ1 = 1.13; δ2 = 0.96; L = 5; C = 21 hmin = 0,258m ≈ 0,30m = 30cm Cubierta: δ1 = 1.13; δ2 = 0.96; L = 5; C = 24 hmin = 0,226m ≈ 0,25m = 25cm Tras la edición de las Opciones de forjados, la siguiente tarea será introducir los paños de forjado de las diferentes plantas o grupos, para ello se selecciona en la barra de menús desplegables Paños//Gestión de paños, abriéndose la ventana siguiente.
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Botón ENTRAR PAÑO Al presionar el botón Entrar paño, se acciona la ventana de la figura. En ella se puede seleccionar el tipo de forjado que se desea introducir e incluso editarlo.
Opciones disponibles dentro de cada tipo de forjado
Tipos de forjados
NOTA: se recomienda al lector, que antes de seleccionar el tipo de forjado se lea detenidamente los tipos de forjados de la unidad 1. En nuestro caso, dadas las características de nuestra obra, se ha optado por forjados parcialmente prefabricados, es decir forjados a base de viguetas pretensadas en Planta baja y forjados a base de viguetas armadas en Planta primera y Cubierta. De manera que el tipo de forjado seleccionado dentro de la ventana de la figura anterior, será forjado de viguetas en los tres grupos o plantas de nuestra obra. Dentro de las opciones disponibles del tipo de forjado de viguetas, se selecciona forjado de viguetas pretensadas y forjado de viguetas armadas respectivamente. El resto de opciones disponibles de este tipo de forjado no se van a comentar. Como en la planta baja se ha optado por un forjado sanitario a base de viguetas pretensadas, seleccionaremos la opción de viguetas pretensadas, definidas por características geométricas, ya que en el momento del cálculo de la estructura, la mayoría de las veces no se conoce cuál será el fabricante que suministre las viguetas pretensadas. Se debe hacer como se muestra a continuación.
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Para definir el forjado se debe hacer clic en el botón Crear, accionando la ventana de la figura siguiente. En primer lugar hay que definir un nombre o referencia que en nuestro caso es el de: F. SANITARIO – P. Baja. Seguidamente se definen las características geométricas tales como espesor de la capa de compresión (a), canto de la bovedilla (b), intereje (c), ancho de nervio (d) e incremento del ancho de nervio. En nuestra obra, los valores considerados para los anteriores parámetros han sido; a = 5, b = 20, c = 70, d = 12 y para el incremento del ancho de nervio 0.
Por último se definen los datos para el cálculo tales como volumen de hormigón, tipo de bovedilla, comprobación a flecha y rigidez fisurada. En nuestra obra los valores considerados para el cálculo se reflejan en la figura anterior. Después de finalizar la creación del forjado de viguetas pretensadas, hay que configurar la definición de la longitud de la vigueta que se va a introducir en la viga, tipo de vigueta general y dirección de las viguetas al insertarlas, quedando como se muestra en la figura.
5.1.4.3.
UTILIDAD: Introducir un forjado unidireccional
Tras configurar las Opciones de forjado, como se ha explicado anteriormente, y decidir el tipo de forjado más adecuado a nuestro proyecto, atendiendo a las recomendaciones del apartado de forjados de la unidad 1, se estará en disposición de introducir el forjado. Vamos a considerar datos técnicos de un fabricante de forjados, de modo que sirva para poder diseñar cualquier forjado con cantos distintos, o tipos de vigueta. Forjado de Vigueta semirresistente:
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Tipo
DIMENSIONES (mm) A
1 2 3 4 5 6
B
Z
S
M R 20 30 50 70 480 20 580 40 70 80 100
TIPO DE DIMENSIONES (mm) FORJADO b1 b2 bn bw 17 + 4 17 + 5 820 90 120 20 + 4 700 20 + 5 22 + 4
ho 40 50 40 50 40
hb 170 200 220 250 270 300
hb 170 170 200 200 220
PESO Pieza de (N/Ud) Porex Cerámica t=200mm t=250mm 2,00 99,00 2,50 111,00 3,00 115,00 4,50 124,00 5,50 172,00 6,70 190,00
H 210 220 240 250 260
entrevigado
Hormigón t = 200 mm 143,00 153,00 160,00 169,00 187,00 200,00
PESO (kN/m2) Porex Cerámica b1 b2 b1 b2 1,54 2,05 2,09 2,52 1,78 2,29 2,33 2,76 1,64 2,24 2,25 2,77 1,88 2,48 2,49 3,01 1,70 2,37 2,34 2,91
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Hormigón b1 b2 2,55 2,91 2,79 3,15 2,71 3,16 2,95 3,40 2,82 3,32 41
DISEÑO Y CÁLCULO DE EDIFICACIONES ASISTIDO POR ORDENADOR
50 220 270 1,94 2,61 2,58 40 250 290 1,80 2,56 2,48 50 250 300 2,04 2,80 2,72 40 270 310 1,87 2,69 2,82 50 270 320 2,11 2,93 3,06 40 300 340 1,97 2,88 3,01 50 300 350 2,21 3,12 3,25 Forjado de viguetas semirressitentes pretensadas.
22 + 5 25 + 4 25 + 5 27 + 4 27 + 5 30 + 4 30 + 5
PESO (N/Ud)
DIMENSIONES (mm) Tipo
Pieza
Porex A
B
C
D
E
F
G I
hb
de
3,15 3,14 3,38 3,49 3,73 3,77 4,01
entrevigado
Cerámica Hormigón
t = 250 t=1000mm mm t=200 mm 90,
1
170
2,00
00
2
200
3,00
00
3
220
3,00
,00
4
250
3,00
,00
5
270
4,00
,00
6
300
4,00
,00
110,00 98, 155,00 112
580 620 480 70 25 25 40 35
165,00 125 180,00 130 190,00 150
42
3,06 2,98 3,22 3,17 3,41 3,36 3,60
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220,00
3,56 3,56 3,80 3,79 4,03 4,06 4,30
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TIPO DE DIMENSIONES (mm) FORJADO b1 b2 ho hb 17 + 4
40
17 + 5
PESO (kN/m2) Porex
Cerámica Hormigón
H
b1
b1
170
210
1,88 2,34
2,38 2,77 2,65 3,01
50
170
220
2,13 2,59
2,63 3,02 2,90 3,26
20 + 4
40
200
240
2,06 2,59
2,60 3,06 3,15 3,53
20 + 5
50
200
250
2,31 2,84
2,65 3,31 3,40 3,78
22 + 4
40
220
260
2,18 2,75
2,78 3,28 3,32 3,75
50
220
270
2,41 3,00
3,03 3,53 3,57 4,00
40
250
290
2,34 3,01
3,03 3,61 3,60 4,10
25 + 5
50
250
300
2,59 3,26
3,28 3,88 3,65 4,35
27 + 4
40
270
310
2,49 3,20
3,20 3,82 3,82 4,35
27 + 5
50
270
320
2,74 3,45
3,45 4,07 4,07 4,60
30 + 4
40
300
340
2,72 3,51
3,55 4,22 4,27 4,84
30 + 5
50
300
350
2,97 3,78
3,80 4,47 4,52 5,09
22 + 5 25 + 4
700
810
b2
b2
b1
b2
Forjado de vigueta autorresistente pretensada.
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43
DISEÑO Y CÁLCULO DE EDIFICACIONES ASISTIDO POR ORDENADOR
PESO Pieza (N/Ud)
DIMENSIONES (mm) Tipo
Porex A
B
C
D
E
F
G hb
t = mm
de
entrevigado
Cerámica Hormigón 1000 t = 250 t = mm mm
1
200 3,00
98,00
170,00
2
220 3,00
112,00
178,00
3
580 620 480 70 25 25 40 250 3,00
125,00
215,00
4
270 4,00
130,00
221,00
5
300 4,00
150,00
231,00
TIPO DE DIMENSIONES (mm) FORJADO b1 b2 ho hb 20 + 4
40
20 + 5
200
PESO (kN/m2) Porex
Cerámica Hormigón
H
b1
b1
200
240
1,41 2,00
1,95 2,47 2,60 3,03
50
200
250
1,65 2,24
2,19 2,71 2,84 3,27
22 + 4
40
220
260
1,57 2,21
2,19 2,74 2,83 3,29
22 + 5
50
220
270
1,81 2,45
2,43 2,98 3,07 3,53
40
250
290
1,74 2,45
2,43 3,05 3,26 3,76
50
250
300
1,98 2,69
2,67 3,29 3,50 4,00
27 + 4
40
270
310
1,85 2,61
2,57 3,23 3,41 3,96
27 + 5
50
270
320
2,09 2,85
2,81 3,47 3,65 4,20
30 + 4
40
300
340
2,02 2,85
2,85 3,58 3,65 4,26
30 + 5
50
300
350
2,26 3,09
3,09 3,82 3,89 4,50
25 + 4 25 + 5
44
70
81
b2
b2
MASTER DE GESTIÓN Y DISEÑO DE PROYECTOS E INSTALACIONES
b1
b2
UNIDAD 5. DISEÑO Y CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO (PARTE 2)
A continuación se va a explicar como introducir un forjado unidireccional a base de viguetas pretensadas en Planta baja -“forjado sanitario”-. Los pasos aconsejados para realizar esta operación son los siguientes: 1. En la ventana Gestión de paños, activar: Forjados de viguetas; Forjados de viguetas pretensadas. 2. Como generalmente en el momento del cálculo de la estructura generalmente no se sabe cual es el fabricante que va a suministrar las viguetas, hay que activar “Por características geométricas”. 3. Pulsar el botón Crear, abriéndose una nueva ventana “Editar - [Forjado de viguetas de hormigón]” en la que se pueden definir la geometría de forjado (espesor de la capa de compresión, canto de bovedilla, ect.) y los datos para el cálculo que el programa considerará. En nuestro caso son los representados en la figura siguiente. 4. Definir la entrada/apoyo sobre murete. Se recuerda que en Planta baja se han introducido vigas de vinculación exterior; opción traslacional con giro permitido. Considerando adecuado 10cm. En lo referente al tipo de vigueta general, va a ser simple. 5. La dirección de las viguetas seleccionada va a ser “perpendicular a una viga”. Se advierte que éste punto nos va a determinar la introducción de un paño de forjado.
6.
Tras realizar todas las configuraciones/ediciones anteriores y pulsar el botón aceptar, ya se está en disposición de introducir un paño de forjado unidireccional a base de viguetas pretensadas. De manera que al desplazar el Mouse en forma de “mano” por distintas zonas de la interfaz grafica limitadas por vigas/muros (círculo amarillo con una interrogante). Se seleccionará toda esa zona, marcándola en colar amarillo, al hacer clic en el botón izquierdo del Mouse, esa zona tomará un color blanco; momento en el que se tiene que pinchar la viga a la que se desea que el forjado sea perpendicular. Para posteriormente obtener el forjado.
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45
DISEÑO Y CÁLCULO DE EDIFICACIONES ASISTIDO POR ORDENADOR
En la siguiente figura se muestra como queda la Planta baja con la distribución del forjado.
Después de terminar la introducción del forjado de Planta baja, se sube al grupo superior - Planta primera- para introducir el forjado de este grupo. En Planta primera y Cubierta de nuestra obra, se ha optado por un forjado unidireccional a base de viguetas armadas como ya hemos mencionado anteriormente, por lo que se tiene que seleccionar la opción de viguetas armadas, definidas por características geométricas, ya que generalmente en el momento del cálculo de la estructura no se conoce cuál será el fabricante que suministre las viguetas armadas. Se debe hacer como se muestra en la figura siguiente:
Para definir los forjados, accionamos el botón Crear, abriéndose las ventanas de las figuras adjuntas. Primeramente se define un nombre o referencia para el forjado, en nuestro ejemplo tomaremos los de: F. P. PRIMERA y F. CUBIERTA. Seguidamente se definen las características geométricas tales como espesor de la capa de compresión (a), canto de la bovedilla (b), intereje (c), ancho de nervio
46
MASTER DE GESTIÓN Y DISEÑO DE PROYECTOS E INSTALACIONES
UNIDAD 5. DISEÑO Y CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO (PARTE 2)
(d) e incremento del ancho de nervio. Los valores considerados para el ejemplo han sido: a = 5, b = 25, c = 70, d = 12, incremento del ancho de nervio = 0; y a = 5, b = 20, c = 70, d = 12, incremento del ancho de nervio = 0 para los forjados de Planta primera y Cubierta respectivamente.
F. P. PRIMERA • a = 5cm • b = 25cm • c = 70cm • d = 12cm • Incremente ancho nervio = 0cm
F. CUBIERTA • a = 5cm • b = 20cm • c = 70cm • d = 12cm • Incremente ancho nervio = 0cm
Por último se definen los datos para el cálculo, tales como volumen de hormigón, tipo de bovedilla y comprobación de flecha. Después de finalizar la creación de los forjados de viguetas armadas, se configura o edita la longitud de vigueta que penetra en la viga, tipo de vigueta general y dirección de las viguetas al insertarlas, quedando como se muestra en la figura.
Tras finalizar la introducción del forjado de Planta primera, se sube al último grupo - Cubierta- para introducir los paños de forjado correspondientes a esta planta. En las figuras se puede observar cómo queda la Planta primera y Cubierta con la distribución de forjados.
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47
DISEÑO Y CÁLCULO DE EDIFICACIONES ASISTIDO POR ORDENADOR
5.1.4.4.
ACLARACIÓN: Armadura de reparto
En el programa de cálculo, no se puede introducir la armadura de reparto que se debe colocar en la losa superior del forjado -capa de compresión-, de forma que si se trata de forjados prefabricados o parcialmente prefabricados, el fabricante nos deberá indicar dicha armadura para cumplir con las cuantías mínimas geométricas que establece la Instrucción EHE-08. En aquellos casos que se utilicen forjados in-situ, se tendrán en cuenta las prescripciones del artículo 42.3.5 de la Instrucción EHE-08. 5.1.4.5.
UTILIDAD: Disposición de forjados unidireccionales en planta
Cuando en una obra se utilizan forjados unidireccionales, el calculista debe definir la dirección en la que va a transmitir los esfuerzos. Generalmente esta dirección suele coincidir con aquella que tiene menor luz. Para solucionar voladizos con forjados unidireccionales, pueden presentarse tres situaciones: 1. Que vuelen las vigas y las viguetas del forjado apoyen sobre estas. 2. Que vuelen las viguetas del forjado, habrá que macizar la zona de mayores momentos negativos. 3. Que las viguetas del forjado vuelen en una dirección distinta a las viguetas del forjado que arranca. En esta situación la armadura de momentos negativos del voladizo se deberá situar en la capa de compresión del forjado de viguetas que arranca.
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MASTER DE GESTIÓN Y DISEÑO DE PROYECTOS E INSTALACIONES
UNIDAD 5. DISEÑO Y CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO (PARTE 2)
CASO 3
CASO 1
CASO 2
5.1.5. DEFINICIÓN, INTRODUCCIÓN Y CÁLCULO DE ESCALERAS Al finalizar la definición de los forjados de nuestra estructura, se procede a introducir las escaleras que permitan la comunicación vertical entre la Planta baja y la Planta primera. En primer lugar, antes de comenzar a introducir las escaleras nos situamos en la Planta baja, que es donde van a arrancar las dos escaleras. Posteriormente seleccionamos en la barra de menús desplegables; Obra/Escaleras, activándose la ventana de la figura. Botón para INTRODUCIR UN NUEVO NUCLEO DE ESCALERAS
Al pulsar el botón Introducir un nuevo núcleo de escaleras, se abre la ventana de la figura siguiente, que tiene dos pestañas, Datos del núcleo de escaleras y Tramos. Es importante saber como se va a “sujetar” la escalera, o qué puntos de apoyo se habilitarán para tal efecto, además de los arranques. Volveremos un poco más adelante sobre este concepto. En la pestaña Datos del núcleo de escaleras, se reflejan las características comunes a todos los tramos pertenecientes a ese núcleo de escaleras, como por ejemplo el ámbito (a), la huella (h), la contrahuella (t), el giro, las cargas, etc. Mientras que en la pestaña Tramos, se configuran las características específicas de cada uno de los tramos que componen la escalera.
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DISEÑO Y CÁLCULO DE EDIFICACIONES ASISTIDO POR ORDENADOR
Pestaña “Datos del núcleo de escaleras”: • Ámbito (a) = 1,24m • Huella (h) = 0,28m • Contrahuella (t) = 0,17m • Giro; DERECHA • Peldañeado; hormigonado con la losa
• • • • •
Peldañeado; hormigonado con la losa Barandillas (Qb) = 3kN/m Solado = 1,10kN/m2 Categoría de uso; Uso B S. C. U = 3kN/m2
En las figuras siguientes, se pueden observar los parámetros definidos para la escalera de la zona dependencias trabajadores. Un dato importante, es: Meseta apoyada, o meseta libre. Quiere decir que la escalera tendrá un apoyo definido en obra tal como el marcado en la figura. Una escalera libre no tendrá más apoyos que el inicio y final de la misma. Es obvio que dicho apoyo tendrá que ser ejecutado en obra tal y como se dispone, ya que una disposición libre trabaja mucho más y por tanto, será más cara de ejecutar que una apoyada. Se observa el apoyo en la franja de la meseta de 1,24m.
En la figura, se muestra cómo se pueden definir los distintos tramos de un nuevo núcleo de escaleras. Para ello en la pestaña Tramos, se pulsa el botón Añadir nuevo elemento a la lista, de manera que se abre una nueva ventana, Tramo en la
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UNIDAD 5. DISEÑO Y CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO (PARTE 2)
que se puede indicar una referencia, el número de tramos consecutivos iguales y por último habrá que definir las características que definan el tramo de escalera creado, seleccionando de la lista de desplegables: tipologías disponibles o bien pulsando el botón Crear. Botón CREAR
Botón AÑADIR NUEVO ELEMENTO A LA LISTA
En este caso, el apoyo de la escalera está en toda la longitud de la meseta y se define como una obra de fábrica de bloque de espesor 20cm. En aquellas situaciones en las que las tipologías disponibles en la lista desplegable sean escasas, hay que pulsar el botón de nuevo elemento, para acceder a la ventana, en la cual podemos indicar una referencia, el canto de la losa, y elegir entre formas predefinidas del programa o la opción forma libre; así como el número de escalones de los diferentes tiros de la escalera, el ancho del ojo de la escalera, y la meseta con apoyo o sin apoyo. En nuestro caso se optará por seleccionar forma predefinida por su mayor sencillez.
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DISEÑO Y CÁLCULO DE EDIFICACIONES ASISTIDO POR ORDENADOR
Cuando se haya terminado de definir la tipología de escaleras, se hace clic en Aceptar y ya se puede introducir la escalera en cuestión. Habrá situaciones en las que después de introducir el núcleo de escaleras haya que hacer cambios, tales como el número de escalones de los diferentes tiros, anchura del ojo,…, etc. Para ello, hay que seleccionar Obra/Escaleras en la barra de menús desplegables. En ella se tiene acceso a los botones nuevo núcleo de escaleras, editar un núcleo de escaleras, borrar un núcleo de escaleras, mover un núcleo de escaleras, girar un núcleo de escaleras, ver despiece, esfuerzos y desplazamientos.
5.1.5.1.
UTILIDAD: Introducir el núcleo de escalera
En aquellas situaciones en la que estemos trabajando con plantillas, antes de introducir el núcleo de escaleras, se deberá activar el comando que más nos interese dentro de la ventana captura a plantillas, para facilitarnos el trabajo de inserción del núcleo de escaleras creado. En la figura de abajo se puede observar cómo queda la planta baja tras la correcta definición e introducción de los núcleos de escalera.
En la figura siguiente se muestran los parámetros definidos para la escalera de la zona de administración - gerencia.
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UNIDAD 5. DISEÑO Y CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO (PARTE 2)
Pestaña “Datos del núcleo de escaleras”: • Ámbito (a) = 1,25m • Huella (h) = 0,30m • Contrahuella (t) = 0,173m • Giro; DERECHA • Peldañeado; hormigonado con la losa
• • • • •
Peldañeado; hormigonado con la losa Barandillas (Qb) = 3kN/m Solado = 1,10kN/m2 Categoría de uso; Uso B S. C. U = 3kN/m2
La siguiente tarea, tras la correcta definición e introducción de los núcleos de escaleras, es configurar el armado que van a llevar ambas, en sus diferentes tramos. Para ello se tiene que seleccionar en la barra de menús desplegables Obra/Datos generales. Dentro de esta misma ventana en el apartado Acero>>Barras hay un botón -Por posición- que hay que pulsar. Posteriormente se abrirá una nueva ventana de Tipos de acero en Barras, en la que además de indicar el tipo de acero en pilares, pantallas, muros y ménsulas; también se puede configurar la armadura de forjados y cimentación activando la pestaña correspondiente. MÁSTER DE GESTIÓN Y DISEÑO DE PROYECTOS E INSTALACIONES
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DISEÑO Y CÁLCULO DE EDIFICACIONES ASISTIDO POR ORDENADOR
En la pestaña de forjados, se localiza el campo -En losas, reticulares y unidireccionales-, y a su vez dentro de este mismo campo se encuentran las escaleras; que tienen dos botones uno para editar las tablas de armado y el otro para configurar las opciones de armado de losas de escaleras, tal y como se refleja.
Botón; Editar la tabla de armado de escaleras
Botón; Opciones de armado en losas de escalera
Accionando el botón editar las tablas de armado, se abre la ventana siguiente. En ella se puede editar tanto el armado longitudinal como el transversal. En nuestro caso únicamente editaremos las tablas de armado especial, considerando diámetros de armaduras pasivas3 de 8, 10 y 12mm con separaciones 10 y 15cm respectivamente en todas ellas.
Al pulsar el botón Opciones de armado de losas de escaleras, se abre una nueva ventana de Opciones de escaleras. Los parámetros activados y seleccionados para el cálculo de los núcleos de escaleras de nuestra obra quedan como se muestra a continuación en dicha figura.
3
En algunos casos, el diámetro de 8mm, se anula del proceso de cálculo en las tablas especiales de armado, ya que la consideración de armadura resistente se estima por muchos autores a partir de 10mm.
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UNIDAD 5. DISEÑO Y CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO (PARTE 2)
En la referencia, la longitud disponible para anclar en el forjado es de 40cm, el recubrimiento geométrico de las armaduras es 3,0cm conforme a lo indicado en los DATOS PREVIOS AL CÁLCULO; y el canto de la cimentación es de 0m, ya que los dos núcleos de escaleras arrancan en la Planta baja -forjado sanitario-. Tras la configuración de todos los parámetros necesarios, se procede a calcular los núcleos de escaleras, a través de los botones Ver el despiece y; Esfuerzos y desplazamientos ubicados en la ventana Escaleras. La forma de elegir el núcleo de escaleras a calcular es la siguiente; tras activar uno de los botones anteriores -Ver despiece o Esfuerzos y desplazamientos- basta con hacer clic encima del núcleo deseado. Cuando ya está calculado un núcleo de escaleras, si activamos de nuevo uno de los dos botones – Ver despiece y/o Esfuerzos y desplazamientos- se abrirán unas nuevas ventanas de Despiece de núcleo de escaleras; y de Esfuerzos y desplazamientos respectivamente. En las figuras se muestran los despieces de los núcleos de escaleras de nuestra obra.
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DISEÑO Y CÁLCULO DE EDIFICACIONES ASISTIDO POR ORDENADOR
A continuación, se recogen las ventanas de esfuerzos y desplazamientos de los núcleos de escaleras.
Ventana Esfuerzos y Desplazamientos de núcleo de escaleras “ESCALERA TRABAJADORES”
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UNIDAD 5. DISEÑO Y CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO (PARTE 2)
Ventana Esfuerzos y Desplazamientos de núcleo de escaleras “ESCALERA CLIENTES”
NOTA: cuando se realizan modificaciones en los núcleos de escaleras, tenemos que volver a realizar el proceso de cálculo, ya que las reacciones serán distintas. Además, el propio programa pierde la información del cálculo anterior, de forma que no se podrán visualizar los despieces ni tampoco los esfuerzos y desplazamientos a menos que se recalcule. 5.1.5.2. ACLARACIÓN: ¿Por qué es necesario calcular las escaleras? El cálculo de los núcleos de escaleras se realizará de forma independiente, antes de calcular la estructura de nuestro edificio, para obtener las reacciones y las cargas que el propio programa debe considerar en aquellos elementos estructurales en los que se apoyan. Por lo que si los núcleos de escaleras no se han calculado previamente, al incorporar estos datos a posteriori, ralentizaremos el proceso de cálculo de la estructura global, que finalmente se traduce en un aumento del tiempo de cálculo. 5.1.6. INTRODUCCIÓN DE CARGAS DE VIENTO Y DE CERRAMIENTO. En el siguiente apartado procedemos a definir en el programa aquellas cargas que no han sido introducidas o editadas hasta el momento. Inicialmente, se introducen las cargas de los cerramientos de fachada y de cerramiento de peto o antepecho de la cubierta. Para realizar la introducción de cargas generales se tiene que seleccionar en la barra de menús desplegables; Cargas/Cargas, abriéndose la ventana de la figura adjunta. En la misma, se puede seleccionar el tipo de carga -puntual, lineal o superficial-, indicar su valor y seleccionar la hipótesis en la que la carga se va a ubicar, para que el programa lo tenga en cuenta a la hora de realizar el cálculo de la estructura. NOTA: generalmente las hipótesis de carga son Carga permanente y Sobrecarga de uso.
En nuestro caso las cargas lineales de los cerramientos -kN/m- van situadas en las vigas perimetrales de los forjados de las diferentes plantas. De forma que hay MÁSTER DE GESTIÓN Y DISEÑO DE PROYECTOS E INSTALACIONES
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que seleccionar en la barra de menús desplegables Cargas/Cargas lineales en vigas, abriéndose la ventana de abajo, que nos facilitará el trabajo de introducción de estas cargas.
Las cargas lineales introducidas en las vigas perimetrales de los forjados de Planta baja y Planta primera son de 9kN/m. Mientras que para el forjado de Cubierta son de 2,25kN/m; conforme a lo reflejado en los DATOS PREVIOS AL CÁLCULO. En las figuras siguientes se muestra la distribución de cargas lineales y superficiales de Planta baja y Planta primera.
Mientras que en la figura siguiente se puede observar la distribución de cargas lineales en Cubierta.
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Posteriormente se procede a introducir la carga de viento, para ello en la barra de menús desplegables se selecciona Obra//Datos generales. Al abrirse la ventana, en el apartado Acciones, activamos la casilla “Con acción de viento”, que activa a su vez una nueva ventana como la de la figura siguiente.
En la ventana anterior, se observa que en la parte izquierda, se puede seleccionar la Norma para el cálculo de la acción de viento. En nuestro caso se debe seleccionar/activar la primera opción CTE DB-SE AE (España). En la parte superior central de esa misma ventana se puede seleccionar o deseleccionar la acción del viento en cualquiera de las dos direcciones -X e Y-. 5.1.6.1. ACLARACIÓN: Acción de viento en edificios El DB SE-AE del CTE estable que “Los edificios se comprobarán ante la acción del viento en todas sus direcciones, independientemente de la existencia de construcciones contiguas medianeras”. Los valores que se indican para las cuatro direcciones de viento (+X, -X, +Y, Y) son los que utiliza el programa para multiplicar la presión del viento. Es decir valores superiores a 1 amplifican la presión del viento mientras que valores inferiores a 1 disminuyen la presión del viento. En nuestro caso se deja el valor que el programa asigna por defecto (1) para las cuatro direcciones del viento, que se corresponden con un edificio aislado. En aquellos casos en los que los edificios presenten obstáculos, estos coeficientes se pueden reducir, siendo los valores inferiores a la unidad (1). El parámetro: anchos de banda se refiere a las longitudes de fachada expuestas en dirección perpendicular a la acción del viento. En nuestra obra, el valor indicado es el mismo para todas las plantas Y = 10.0m; X = 35.0m. El ancho de banda se introduce para que el programa determine la esbeltez del edificio en cada una de las direcciones del viento y por consiguiente éste pueda obtener los coeficientes eólicos de presión y succión.
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La zona eólica se determina a partir del mapa recogido en el anejo D del DB SEAE del CTE. Para nuestro ejemplo se debe seleccionar la zona A, con una Velocidad básica de 26 m/s. El grado de aspereza del entorno de nuestra obra es IV Zona urbana en general, industrial o forestal. A partir del grado de aspereza del entorno y de la altura considerada del punto del edificio, el propio programa determina el coeficiente de exposición que se tiene que considerar para el cálculo de la acción de viento. 5.1.6.2. UTILIDAD: Cálculo de la acción de viento La acción del viento, que en general es una fuerza perpendicular a la superficie de cada punto expuesto, o presión estática, qe, se puede calcular a partir de la siguiente expresión: qe = qb * ce * cp Siendo; • qb = Presión dinámica del viento, se puede considerar como valor general para todo el territorio nacional 0,5kN/m2. • ce = Coeficiente de exposición, varía con la altura del punto considerado del edificio, en función del grado de asperaza donde se encuentra la construcción. Se determina según el punto 3.3.3 del DB SE-AE del CTE. • cp = Coeficiente eólico, depende de la forma y orientación de la superficie respecto al viento. Su valor se determina según los puntos 3.3.4 y 3.3.5 del DB SE-AE del CTE. En la parte inferior de la ventana anterior, se encuentra el botón: Sin efectos de 2º orden. En el caso de que sí se quieran considerar, se tiene que hacer clic en este botón, abriéndose una nueva ventana como la de la figura siguiente. Seguidamente, dentro de la misma activaremos Considerar efectos de segundo orden e indicaremos el valor que amplificará los desplazamientos producidos por el viento.
5.1.6.3. ACLARACIÓN: Efectos de segundo orden por la acción viento En aquellas estructuras que reciben la fuerza horizontal de la acción del viento, se considerarán los efectos de 2º orden cuando la estructura es traslacional. Mientras que en estructuras intraslacionales la elección será optativa. Siempre es aconsejable considerarlo ya que los pilares pierden verticalidad y esto supone una excentridad del axil de las cargas gravitatorias, produciendo un momento respecto de la base del pilar. De forma que al considerar este coeficiente compensamos la reducción de rigidez que sufren las pilares al estar sometidos a este tipo de acciones horizontales. En nuestra obra se han considerado los efectos de 2º orden, siendo el valor introducido para amplificar los desplazamientos producidos por la acción del viento de 2.
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UNIDAD 5. DISEÑO Y CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO (PARTE 2)
5.1.7. CARGAS ADICIONALES. Ya se indicó al evaluar las cargas que gravitan sobre la estructura, la posibilidad de otras cargas adicionales que deben considerarse. En una oficina, sin duda las más relevantes corresponden por una parte a las instalaciones de solar térmica, posible fotovoltaica, instalaciones de climatización y de aire acondicionado cuyos equipos se ubicarán en la cubierta, y por otra, la posibilidad de ubicación de archivo en entreplantas o forjados con la carga adicional que conllevan. No se ha considerado en el ejemplo este tipo de carga, pero sí se aportan los comentarios necesarios. Una climatizadora para esta oficina, puede fácilmente llegar a las 100000 frigorías/hora aproximadamente 116 kW. Una climatizadora para cubierta, de esta capacidad, tiene unas dimensiones (dependiendo de la marca y modelo) de 2,20 x 2,06m, con un peso de 10,09kN. Nada despreciable para no tenerlo en consideración. Esta carga podrá ir sobre una bancada de hormigón (24kN/m3, es decir si la bancada es de 10cm, además un peso de 2,4kN adicionales), y mediante la introducción de cargas superficiales, se implementará en el cálculo. Es evidente que la posición será fija y que el equipo deberá de ir donde se ha diseñado, buscando luces pequeñas, cerca de pilares, y evitando lo contrario a lo expuesto. Por otra parte, también existe la posibilidad de ir apoyado sobre el forjado mediante una bancada de dos vigas metálicas. En este caso las cargas serán lineales. En el caso de archivos, pueden ser fijos o móviles. En estos últimos, compuestos por un número de paños determinado, cada paño podemos estimarlo en 2,50kN. Luego si hay 4 paños, ya tenemos 10kN. Es de nuevo evidente que no podemos dejar pasar por alto estos pesos sobre nuestros forjados. Tendremos que tener información sobre el tipo de archivador, tamaños, etc.
Se observa como se ha elegido una opción entre dos pilares cercanos para la ubicación de la climatizadora. Hay evidentemente más opciones de ubicación dentro MÁSTER DE GESTIÓN Y DISEÑO DE PROYECTOS E INSTALACIONES
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del forjado. Se observa que se tendrá que replantear las pendientes de la cubierta en ese paño. Las dos opciones referenciadas: de vigas sobre forjado, con previa nivelación (no representada en el dibujo), o la de losa de apoyo para reparto de cargas son las habitualmente empleadas. En definitiva, prestaremos atención a las necesidades del cliente, recabaremos la información necesaria y calcularemos con el máximo rigor. 5.1.7.1. Configuración y edición del armado de la estructura La siguiente tarea de gran importancia, es la de configurar y editar el armado de los diferentes elementos estructurales de nuestra obra, de manera que éstas se adecuen a las condiciones particulares de la zona donde se va a ubicar. Para ello se debe seleccionar en la barra de menús desplegables Obra/Datos generales. Dentro de la ventana Datos Generales, en el apartado Acero>>Barras pulsaremos el botón -Por posición-. A continuación se abrirá una nueva ventana de Tipos de acero en Barras, en la que además de indicar el tipo de acero en pilares, pantallas, muros y ménsulas; también se puede configurar la armadura de forjados y cimentación activando la pestaña correspondiente. Como se puede observar en la siguiente figura el acero utilizado para las armaduras pasivas de todos los elementos estructurales de nuestro proyecto es B 400 SD.
Botón; Editar la tabla de armado en cada elemento estructural Botón; Opciones de armado en cada elemento estructural
Botón; Opciones generales de cada elemento estructural
5.1.7.1.1. Pilares, pantallas, muros y ménsulas a) Tablas de armado Con el botón Editar tablas de armado en pilares, pantallas, muros y ménsulas, activamos la ventana siguiente.
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UNIDAD 5. DISEÑO Y CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO (PARTE 2)
La ventana anterior tiene disponibles los cinco botones, aunque en nuestro caso únicamente nos interesa el botón Tablas de armado en pilares. Al pulsarlo, se abre la ventana de la figura siguiente, en la cual marcamos la opción Biblioteca, con el fin de utilizar la biblioteca de tablas de armados del programa. Dentro de la misma, hay una lista desplegable con distintas opciones, seleccionaremos la tabla NCSE02; ac >= 0,16g. Ductilidad alta y muy alta, ya que la aceleración sísmica de cálculo de la zona -ac- es de 0,155g.
El resto de botones y parámetros reflejados en la ventana anterior, no se configuran o editan, manteniendo los valores que por defecto aporta el programa. b) Opciones de armado barras Al pulsar el botón Opciones de armado en barras se abre una nueva ventana. De los diferentes botones, únicamente se van a editar los botones Criterios de simetría y Solapar en la zona central del tramo. Los otros botones no se modifican, se respetan los valores que tiene el propio programa por defecto.
Haciendo clic en el botón Criterios de simetría, se abre la ventana de la figura siguiente, en ella debemos elegir un valor comprendido entre 0 y 300. De forma que si se coloca el valor 300, el programa siempre dispondrá la armadura de forma perfectamente simétrica.
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Con el botón Solapar en la zona central del tramo, se activa la ventana de la figura siguiente. Dado que nuestra estructura va a estar sometida a acciones horizontales de importante consideración como el sismo, conviene solapar la armadura longitudinal en el centro de tramo del pilar, puesto que esta zona es la que registra menores esfuerzos y en caso de rotura, evitaremos el colapso de la estructura.
c) Opciones de armado estribos Presionando el botón Opciones de armado en estribos, abrimos la ventana siguiente. Como se puede observar en esta figura, se han activado las opciones siguientes: Colocar en cabeza con menor separación y Colocar en pie con menor separación, medida adoptada considerando que la aceleración sísmica de cálculo de la zona en la que se ubica nuestro proyecto es elevada. Resaltar que para definir estos parámetros hay que seguir las prescripciones que se establecen en la NCSE-02, para soportes, cuando la ac≥ 0,16g.
d) Opciones generales
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UNIDAD 5. DISEÑO Y CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO (PARTE 2)
Al pulsar el botón Opciones generales se abre un nuevo cuadro de dialogo. En ella se encuentran los siguientes botones: Recubrimiento, Coeficiente de empotramiento en la última planta, Coeficiente de rigidez axil, Coeficiente de rigidez de torsión, Tramado de pilares y pantallas, Factor de cumplimiento exigido en muros y pantallas; y Opciones de mensuras cortas. Mediante la opción Recubrimiento se edita la distancia entre la superficie exterior de la armadura (incluyendo los cercos) y la superficie del hormigón más cercana. El valor indicado se obtiene de aplicar lo detallado en el artículo 37 de la Instrucción EHE-08. En nuestro caso, conforme al tipo de ambiente, tipo de cemento y vida útil de la obra, el recubrimiento considerado es de 3,0cm. Los botones Coeficiente de empotramiento en última planta, Coeficiente de rigidez axil, Coeficiente de rigidez de torsión y Tramado de pilares no se van a editar, considerando como aceptables los valores indicados en el programa por defecto. Mientras que los botones Factor de cumplimiento exigido en muros y pantallas; y Opciones de mensuras cortas no se consideran, puesto que no existen muros, ni pantallas, ni tampoco ménsulas cortas en nuestra obra. 5.1.7.1.2. Forjados Como se observa en la figura de la ventana Tipos de acero en barras, la pestaña Forjados está dividida en dos bloques -Vigas y; Losas, reticulares y unidireccionales-, que representan los elementos principales del forjado. A su vez, cada uno de estos dos bloques presenta una serie de subdivisiones. Así, dentro de Vigas se localizan Negativos, Positivos, Montaje, Armadura de piel y Estribos; mientras que dentro de Losas, reticulares y unidireccionales se localizan: Punzonamiento/cortante, Negativos, Positivos, Negativos nervios, Positivos nervios y Escaleras. 5.1.7.1.3. Vigas a) Tablas de armado No se va a editar ninguna tabla de armado de las distintas subdivisiones que se localizan dentro del bloque vigas. Por lo tanto se consideran válidos los parámetros o tablas de armado que el propio programa determina para Negativos, Positivos, Montaje, Armadura de piel y Estribos. b) Opciones de armado Negativos Pulsando Opciones de armado Negativos, activamos la ventana siguiente, en la que encontramos los siguientes botones: Negativos simétricos en vigas de un solo tramo, Porcentaje de diferencia para negativos simétricos y Criterio de disposición de patillas.
Los botones Negativos simétricos en vigas de un sólo tramo y Porcentaje de diferencia para negativos simétricos no se van a editar siendo válido lo que considera el programa por defecto. En lo referente al Criterio de disposición de patillas hay que editar el valor, para ello se presiona el botón correspondiente y a través de la ventana de la figura, seleccionamos la opción; El canto menos el recubrimiento con un máximo de 20cm. MÁSTER DE GESTIÓN Y DISEÑO DE PROYECTOS E INSTALACIONES
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c) Opciones de armado Positivos Al pulsar el botón Opciones de armado Positivos se abre la ventana de la figura. En ella vemos los botones: Patillas en extremos de alineación y Criterio de disposición de patillas. El botón de Patillas en extremos de alineación no se va a editar, manteniendo la configuración por defecto del programa. Sin embargo el botón Criterio de disposición de patillas, se debe editar considerando la misma selección y valor máximo reflejado en la descripción anterior.
d) Opciones de armadura de Montaje El botón Opciones de armadura de Montaje, no se va editar considerando aceptable la configuración que tiene por defecto el programa. e) Opciones de armadura de Estribos Presionando Opciones de armado de estribos activamos la ventana de la figura. Los distintos botones que hay en esta ventana, no se van a editar considerando válido lo establecido en el programa por defecto.
f) Opciones generales Mediante el botón Opciones de armado Estribos se encuentran las opciones de: Recubrimientos en vigas, Recubrimientos en vigas de cimentación,…, Valoración de errores,…, Doblar en U las patillas, Despiece de armado de vigas con sismo,.., etc.
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Al editar la opción Recubrimiento en vigas vamos a configurar la distancia entre la superficie exterior de la armadura (incluyendo los cercos) y la superficie del hormigón más cercana. En nuestro caso y conforme al tipo de ambiente, tipo de cemento y vida útil de la obra, el recubrimiento considerado será de 3,0cm. Los botones Recubrimientos en vigas de cimentación, Características de vigas prefabricadas, Bibliotecas de vigas pretensadas y Cuantías mínimas en vigas de cimentación, no son de aplicación a nuestra obra. Mientras que los botones Criterios de ordenación de pórticos, Criterio de numeración de vigas, Doblar en U las patillas, Referencia base de brochales, Referencia base de los pórticos, Angulo de vigas para alineación y Armado de vigas embebidas en muros y vigas de coronación, no se van a editar considerando válido lo establecido en el programa por defecto. En cambio el botón Despiece de armado de vigas con sismo, hay que editarlo, ya que ante la acción sismo se invierten las leyes de momentos. 5.1.7.1.4. Losas, reticulares y unidireccionales. a) Tablas de armado No se va a editar ninguna tabla de armado de las distintas subdivisiones que se localizan dentro del bloque Losas, reticulares y unidireccionales. Por lo tanto se consideran válidos los parámetros o tablas de armado que el propio programa determina para Punzonamiento/Cortante, Negativos, Positivos, Negativos nervios y Positivos nervios. b) Opciones generales Pulsando Opciones de losas, reticulares y unidireccionales se abre la ventana de la figura.
Los botones Cuantías mínimas, Armado por torsión y aquellos relacionados con tipos de forjados distintos al de nuestra obra -forjados unidireccionales de viguetas- reflejados en la ventana de la figura anterior no son de aplicación a nuestro caso. El botón Reducción de cuantía mecánica mínima no se va a editar considerando aceptable lo establecido en el programa por defecto. Sin embargo, los botones Recubrimientos en forjados de viguetas y Recubrimiento en cimentación si deben ser editados. En nuestro ejemplo, conforme al tipo de ambiente, tipo de cemento y vida útil de la obra, el recubrimiento considerado en los forjados de viguetas será de 3,0cm. Mientras que el recubrimiento en cimentación será de 6,0cm más 10cm correspondientes al hormigón de limpieza. 5.1.7.1.5. Cimentación. Como se observa en la figura siguiente, la pestaña Cimentación está dividida en tres bloques –Vigas, Losas de cimentación y Zapatas y encepados-, que representan los elementos principales de las diferentes tipologías de cimentaciones. A MÁSTER DE GESTIÓN Y DISEÑO DE PROYECTOS E INSTALACIONES
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su vez cada uno de estos tres bloques principales presenta una serie de subdivisiones. Así dentro del bloque Vigas se localiza: Refuerzo inferior, Superior, Inferior, Armadura de piel, Estribos y Vigas centradoras/atado. En el bloque Losas de cimentación se encuentra Punzonamiento/cortante, Superior e Inferior. Y por último, en el bloque Zapatas y encepados están las Zapatas y los Encepados.
a) Tablas de armado No se va a editar ninguna tabla de armado de las distintas subdivisiones que se localizan dentro de los tres bloques de la pestaña Cimentación. Pues se consideran válidas las tablas de armado que ofrece el propio programa. 5.1.7.1.6. Vigas. a) Opciones de armado de Vigas centradoras y de atado Al pulsar el botón Opciones de armado de vigas centradoras y de atado se abre la ventana de la figura.
Al activar el botón Opciones de vigas centradoras, se abre una nueva ventana; en ella se puede indicar el ángulo de tolerancia de centrado, activar la casilla para que se coloquen estribos dentro de la cimentación, seleccionar el tipo de centrado que va a hacer la viga centradora e incluso podemos activar la casilla de mínimos geométricos a tracción, especificando un valor. Los valores considerados para nuestra obra han sido los que se muestran en la ventana de la siguiente figura.
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En principio el botón de Opciones de vigas de atado no se va a editar. Mientras que el botón Comprobación de fisuración si va a ser editado. Al hacer clic en este botón se abre la ventana de la figura adjunta.
Dado que las vigas centradoras y de atado de nuestro proyecto son piezas no protegidas en medio agresivo, la abertura límite de fisuras en estos elementos es de 0,1mm. 5.1.7.1.7. Losas de cimentación. En este bloque de la pestaña cimentación no se va a realizar ningún tipo de edición o configuración, ya que en el ejemplo no se han utilizado este tipo de elementos estructurales. 5.1.7.1.8. Zapatas y encepados. Dentro de este bloque únicamente se debe configurar la opción de armado de zapatas puesto que no tenemos pilotaje y por consiguiente tampoco encepados. Además también se deben editar la/s opciones generales. a) Opciones de armado de Zapatas Presionando el botón Opciones de zapatas corridas y aisladas se abre la ventana de la figura.
Al hacer clic el botón Opciones de zapatas aisladas, activamos la ventana siguiente. En esta ventana se presentan las siguientes pestañas: Generales, Armado perimetral, Tipos, Rigidez combinadas e Incremento de tensión.
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Dadas las características geotécnicas del terreno de nuestro proyecto, se considera adecuada para la cimentación, la opción de zapatas aisladas. De manera que la configuración utilizada dentro de las pestañas de esta ventana es la siguiente: • Pestaña “Generales”; la configuración elegida se muestra en la figura anterior. • Pestaña “Armado perimetral”; se desactiva la casilla: disponer armado perimetral de zunchado. • Pestaña “Tipos”; se mantiene la configuración del programa por defecto. • Pestañas “Rigidez combinadas” e “Incremento de tensión”; también se consideran válidos los parámetros establecidos por defecto. El botón opciones de zapatas corridas no se va a editar, ya que en nuestra obra no se prevé este tipo de elementos. Mientras que el botón Comprobación de fisuración si va a ser editado. Al pulsarlo se abre la ventana de la figura siguiente. Dado que las zapatas aisladas de nuestra obra son piezas no protegidas en medio agresivo, la abertura límite de fisuras en estos elementos es de 0,1mm.
b) Opciones generales Al pulsar el botón Opciones generales se abre la ventana de la figura. En ella se puede indicar o editar el valor del espesor del hormigón de limpieza. En nuestra obra el valor considerado es de 10cm.
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5.2.
CALCULO GLOBAL DE LA ESTRUCTURA
Una vez finalizadas todas las tareas anteriores, pasaremos al proceso de cálculo propiamente dicho. En primer lugar, hay que comprobar la geometría, para cerciorarnos de que no se ha cometido ningún error en la introducción de los elementos estructurales. Para este cometido, se selecciona en la barra de menús desplegables Cálculo/Comprobar geometría de todos los grupos, abriéndose una nueva ventana de comprobación, que se ocultará tras finalizar el proceso. En aquellos casos en los que el programa detecte algún error en la geometría de las plantas, lo indicará con una ventana de errores. Después se procede a calcular la obra, para ello hay que seleccionar en la barra de menús desplegables Calculo/Calcular la obra (sin dimensionar cimentación). La elección de esta opción es para disminuir la complejidad del cálculo de la estructura, además de facilitar la localización y corrección de errores. En nuestro caso, los errores de cálculo que nos indica el programa son los que se muestran en la figura. Estos se localizan en los grupos 2 y 3 es decir en Planta primera y Cubierta respectivamente y están relacionados con momentos positivos en apoyos. La posible solución que nos ofrece el programa, en esta misma ventana, es articular el borde o estudiar la continuidad de la armadura inferior.
Para poder editar o corregir los errores hay que activar la Pestaña Resultados, tal y como se refleja en la figura siguiente. Así se procede a corregir los errores de los distintos elementos estructurales de cada planta o grupo.
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5.2.1. ACLARACIÓN: ¿QUÉ VIGAS DE ESTRUCTURA TIENE ERRORES?
UNA
PLANTA
DE
NUESTRA
Para asegurarnos completamente de aquellas vigas que presentan algún tipo error, tendremos que pulsar Vigas/Muros>>Errores de vigas situado en la barra de menús desplegables de la pestaña Resultados. A continuación se muestra un ejemplo de viga con errores.
En la ventana de la figura anterior, el programa propone cambiar el ancho, para ello hay que pulsar en CORREGIR. Habrá situaciones en las que para solucionar problemas no sea suficiente lo propuesto por el programa. De manera que tendremos que realizar la edición de la viga desde la barra de menús desplegables Vigas/Muros>>Editar de la pestaña Entrada de vigas. Seleccionando posteriormente aquella viga que se desea cambiar. Para ello se pulsará el botón izquierdo del Mouse tras tener detectada la viga en cuestión, abriéndose la ventana de Viga actual para modificar las dimensiones geométricas o el tipo de la viga. NOTA: se advierte al lector, que esta aplicación de Errores vigas solamente nos informará de aquellas vigas que presenten errores en la planta actual. De manera que para detectar vigas de otras plantas que tengan errores, tendremos que desplazarnos a ellas mediante los botones Subir grupo; Ir a grupo ó Bajar grupo.
5.2.2. UTILIDAD: EDICIÓN DE VIGAS EN LA PESTAÑA RESULTADOS
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Para editar una viga en la pestaña Resultados hay que pulsar Vigas/Muros>>Editar vigas, posteriormente cuando el programa detecte que estamos en las proximidades de una viga/pórtico, se marcará de color rojo y al pulsar el botón izquierdo del Mouse se abrirá la ventana Armado de vigas que se muestra. Armadura longitudinal
Estribos
Al pulsar el botón Áreas y desplazar el Mouse por las proximidades de las vigas se visualizara una flecha de color violeta en aquella viga que se desee realizar la consulta. De manera que al hacer clic en botón izquierdo del Mouse se abrirá una nueva ventana con las áreas de la armadura longitudinal -tanto superior como inferior (cm2)- y la armadura trasversal vertical (cm2/m). Áreas
Al pulsar el botón Flechas y desplazar el Mouse por las proximidades de las vigas se visualizaran unas ventanas flotantes que permanecerán activas mientras permanezca el Mouse encima de las vigas en cuestión. La información que contiene la ventana flotante es la luz total de la viga, Flecha total a plazo infinito y flecha activa. A continuación se muestra un ejemplo. Flechas
Otro aspecto interesante a conocer, es que en la parte superior derecha de la ventana Armado de vigas, se nos informa en todo momento del Grupo, Pórtico y Tramo de las vigas que se visualizan. También está la posibilidad de
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desplazarnos a otras grupos o plantas e incluso desplazarse por otros pórticos de ese grupo o planta. Cuando se activen uno de los botones de armadura longitudinal o Estribos, utilizados en vigas de hormigón armado, automáticamente el propio programa activará a su ver los botones de Añadir, Borrar, Igualar, Editar, Unir y Dividir.
Añadir
Borrar
Igualar
Editar
Unir
Dividir
Principalmente en el Armado longitudinal se utilizan los botones Añadir y Editar. A continuación se va a explicar como añadir una barra longitudinal; 1. Activar el botón de Armadura longitudinal y seleccionar Añadir. 2. Al desplazar el Mouse por la ventana de visualización de Armado de vigas, ya se podrá introducir la armadura longitudinal en la zona deseada tanto superior como inferior-. Para ello, una vez seleccionada la posición (superior o inferior), se hace clic en el botón izquierdo del Mouse y se desplaza hacia la izquierda o derecha, no permitiendo el programa salirnos de los límites de la viga.
Comenzar a añadir armadura longitudinal
3. Para finalizar esta operación, simplemente se tiene que hacer clic de nuevo en el botón izquierdo del Mouse, quedando como se muestra abajo.
Armadura longitudinal añadida
NOTA: se advierte al lector, que por defecto la armadura longitudinal añadida es de 6mm de diámetro, aunque si se tiene que introducir de otro diámetro se puede configurar haciendo clic en el botón derecho del Mouse dentro de la ventana de visualización de Armado vigas, abriéndose automáticamente otra nueva ventana de Armado actual como la que se muestra.
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UNIDAD 5. DISEÑO Y CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO (PARTE 2)
4. Por último se tienen que pulsar botones RESITUAR y GUARDAR respectivamente. Quedando introducida de manera definitiva la armadura longitudinal añadida.
Resituar
Guardar
Para Editar el armado longitudinal se pueden seguir los siguientes pasos; 1. Activar el botón Armadura longitudinal y seleccionar Editar. 2. Al desplazar el Mouse por la ventana de visualización y detectar dimensiones o diámetros de la armadura longitudinal, el Mouse se convierte en una mano y se marca dicha armadura en color rosa. De manera que al hacer clic en botón izquierdo del Mouse se abrirá una nueva ventana en la que se puede editar el número de barras, el diámetro y la longitud respectivamente.
3. Después de introducir el número de barras, diámetro o longitud para validar la edición se tiene que pulsar la V. 4. Por último, se tienen que pulsar botones RESITUAR y GUARDAR respectivamente. Quedando introducida de manera definitiva la armadura longitudinal añadida.
Resituar
Guardar
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En la ventana Armado vigas también se puede realizar cambios en la armadura transversal -estribos-. A continuación se proponen unos pasos a seguir para Editar la armadura transversal de una viga; 1. Activar el botón Estribos y seleccionar Editar. 2. Al desplazar el Mouse por la ventana de visualización y detectar dimensiones o diámetros de la armadura transversal, el Mouse se convierte en una mano y se marca dicha armadura en color rosa. De manera que al hacer clic en botón izquierdo del Mouse se abrirá una nueva ventana de EDICIÓN DE ESTRIBOS en la que se puede editar los cercos ó estribos, las ramas, el diámetro de la armadura y la separación entre cercos respectivamente.
3. Después de realizar los cambios pertinentes en la ventana Edición de estribos se hace clic en Aceptar. Posteriormente se tendrán que pulsar los botones RESITUAR y GUARDAR respectivamente quedando introducida de manera definitiva la armadura transversal editada.
Resituar
Guardar
Cuando se haya terminado de realizar todos los cambios pertinentes en la ventana Armado de vigas se saldrá de la misma haciendo clic en el botón SALIR. salir
5.2.3. ACLARACIÓN: ¿QUÉ VIGUETAS DE UNA PLANTA DE NUESTRA ESTRUCTURA TIENE ERRORES? Para asegurarnos completamente de aquellas viguetas que presentan errores, se tiene que pulsar Viguetas>>Errores situado en la barra de menús desplegables de la pestaña Resultados. De forma que al pulsar sobre un paño de forjado cualquiera, además de indicarnos si tiene o no tiene algún error ese paño, también se abrirá una ventana ERRORES DE VIGUETAS.
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UNIDAD 5. DISEÑO Y CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO (PARTE 2)
En aquellos casos en los que no haya más errores de viguetas en esa planta o grupo, al pulsar Siguiente el programa no nos indicará ningún otro error. Habrá situaciones en las que queramos estar seguro de que un paño de forjado no tiene errores, para verificarlo, simplemente se tendrá que pulsar con el botón izquierdo el Mouse en ese paño. Previamente a esta operación se tiene que haber activado Viguetas>>Errores. A continuación se muestra un ejemplo.
NOTA: se advierte al lector, que esta aplicación de Errores de viguetas, únicamente nos avisará de aquellas viguetas que presentan errores en la planta actual. De manera que para detectar otras viguetas con errores de otras plantas, hay que desplazarse a ellas. También se advierte que los errores que se detecten en la pestaña Resultados no pueden ser editados/configurados en la misma, por lo que necesariamente se tiene que regresar a la pestaña Entrada de vigas. 5.2.4. UTILIDAD: OPCIONES DE VISUALIZACIÓN EN VIGUETAS Esta opción resulta muy interesante para obtener en los planos de forjados los esfuerzos obtenidos en los mismos - Momento flector (Mf) y Cortante (V), ya que de lo contrario no se tendrá criterio adecuado para escoger un tipo de vigueta de un fabricante cualquiera. Tal y como se puede observar en la siguiente figura. Planteándose el calculista de la estructura la siguiente pregunta ¿Qué tipo de vigueta selecciono para que el forjado satisfaga el cálculo realizado? Esta cuestión se puede resolver fácilmente, seleccionando VIGUETAS>>VISTAS situado en la barra de menús desplegables de la pestaña Resultados. Abriéndose una nueva ventana de VISTAS DE VIGUETAS, en la que se pueden activar la visibilidad de los Momentos flectores (kN*m/m) y los Cortantes (kN/m). También se puede seleccionar el tipo de rotulado, el separador de grupo de momentos e incluso activar o desactivar la visibilidad de la armadura de MÁSTER DE GESTIÓN Y DISEÑO DE PROYECTOS E INSTALACIONES
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negativos con sus diversas opciones. NOTA: se advierte al lector, que los Momentos flectores y los Cortantes que muestra el programa están mayorados por banda de metro. Es decir el Mf (kN*m)/Intereje (m) y V (kN)/Intereje (m).
Después de realizar todas las configuraciones en la ventana Vistas de viguetas y pulsar Aceptar. Se observará como están grafiados los momentos flectores (Mf) y los Cortantes (V) en los paños de forjado, tal y como se muestra.
NOTA: se advierte al lector, que hay situaciones en las que no esté indicado un valor numérico para el Momento flector de un paño de forjado. Es decir el programa indicará el Mf ≤ 0. Esto significa que el momento flector es negativo como puede ser el caso de un paño de forjado en voladizo. De esto se puede extraer como conclusión, que cuando el programa da valores para Mf significa que en ese paño de forjado hay flexión positiva. 5.2.5. ACLARACIÓN: VIGUETAS CON MOMENTO POSITIVO EN EL APOYO Hay situaciones en las que después de realizar el correspondiente cálculo de la estructura, el programa lanza un “Error de cálculo” en el que se cita que hay “viguetas con momento positivo en el apoyo”, tal y como se muestra abajo.
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Este tipo de errores puede ser por lo siguiente: 1. Porque las viguetas que apoyan sobre una viga en las proximidades de un pilar. Observándose que en grandes paños de forjado, únicamente hay una o dos viguetas con este tipo de error.
2. En otras ocasiones, las viguetas sufren un descenso debido a un momento flector o flecha excesiva de la viga en la que apoyan. Para intentar solucionar este tipo de errores se puede actuar de la siguiente manera: • Viguetas próximas a un pilar. Modificar el paso de ese paño de forjado, de forma que las viguetas que muestran el error no vuelvan a apoyar en las proximidades del pilar. Para realizar esta acción hay que activar Paños>>Gestión de paños de la barra de menús desplegables de la pestaña Entrada de vigas. Seguidamente se activa el botón Cambiar punto de paso, de forma que al desplazar el Mouse por la interfaz grafica y detectar un paño de forjado se marca de color amarillo. Después se pulsa el botón izquierdo del Mouse, tomando el paño en cuestión un color blanco. Por ultimo hacer clic en una zona o punto donde se desee desplazar el paño.
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Cambiar punto de paso
+ Clic botón izquierdo del Mouse
NOTA. Hay situaciones en las que para no perder la continuidad de la viguetas, interesa que varios paños de forjado estén alineados consiguiendo así reducir el momento flector positivo, reduciendo considerablemente el coste de las viguetas. La forma de actuar es igual que la explicada anteriormente, con la salvedad de que cuando se tenga el paño de forjado de color blanco, al desplazar el Mouse al lado opuesto de la viga donde apoya el otro paño de forjado y detectar un vigueta cualquiera se activa un punto rojo; y al hacer clic en botón izquierdo del Mouse, ya se tendrá el paño seleccionado alineado con el otro.
+ Clic botón izquierdo del Mouse
Otra posible opción es borrar el paño de forjado e introducir nuevas vigas, de manera que se crearán nuevos paños de forjado más pequeños con unas mejores posibilidades de adaptación, evitando el encuentro con pilares. •
Momento flector o flecha excesiva en la viga de apoyo. Este caso se puede resolver fácilmente aumentando la inercia de la viga en cuestión. Es decir, cambiar de una viga plana embebida en el forjado por una viga de canto. Para realizar esta operación se tiene que activar Vigas/Muros>>Editar situado en la barra de menús desplegables de la pestaña Entrada de vigas. De manera que desplazar el Mouse por la interfaz y detectar una viga, ésta toma un color rojo y al pulsar el botón izquierdo del Mouse se abre la ventana de Viga actual, en la que se puede cambiar el tipo de viga. Otras posibles soluciones son aumentar la armadura inferior (momento positivo de la viga) tal y como se explicó en la UTILIDAD: Edición de vigas en la pestaña Resultados. Viga plana
Viga de canto
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5.2.6. UTILIDAD: INTRODUCIR UNA DOBLE VIGUETA En ocasiones, por necesidades especiales de carga elevada en zonas concretas de un paño de forjado, hay viguetas que presentan como error de cálculo un exceso de flecha (instantánea a plazo infinito o activa). De manera que resulta interesante introducir doble vigueta para aumentar la inercia de ese “nervio con error”, consiguiendo así solucionar el problema. A continuación se propone una secuencia que se puede seguir para insertar doble vigueta en zonas concretas de un paño de forjado ya introducido, que presenta el problema comentado en el párrafo anterior: 1. Activar Paños>>Gestión de paños ubicado en la barra de menús desplegables de la pestaña Entrada de vigas.
2. En la ventana Gestión de paños, seleccionar ENTRAR DOBLE VIGUETA. Entrar vigueta doble
3. Desplazar el Mouse hasta la zona concreta del paño de forjado en la que se desee introducir la doble vigueta. Posteriormente pulsar el botón izquierdo del Mouse, de manera que ya se habrá insertado la doble vigueta. Pulsar el botón Zona del paño de
izquierdo
forjado donde se
Mouse
tantas
pretende
veces
como
insertar
doble vigueta
del
viguetas
se
Triple vigueta introducida
deseen introducir
NOTA. Se advierte al lector, que el programa admite introducir como máximo hasta tres viguetas por nervio, aunque por lo general los fabricantes de viguetas, únicamente disponen de fichas técnicas con doble vigueta. De manera que al intentar introducir una cuarta vigueta el programa lanza error que se muestra.
Con lo que el programa interpreta que se desea crear una zona sin bovedillas, para lo que se tiene que definir un nuevo forjado con un intereje igual al nuevo ancho de vigueta.
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Habrá situaciones en las que después de haber introducido múltiples viguetas en una zona concreta del paño de forjado, únicamente nos interese suprimir alguna de ellas. Para ello, se tiene que seleccionar el botón Borrar vigueta doble situado en la ventana de Gestión de paños. Posteriormente hacer clic con el botón izquierdo del Mouse para eliminar las viguetas en cuestión. Borrar vigueta doble
En nuestro caso, dado que en la pestaña Resultados, no se terminan de corregir los errores indicados en la ventana anterior, se procede a volver a la pestaña Entrada de vigas para realizar los cambios pertinentes. Tras realizar los cambios y recalcular la estructura, se presenta el mensaje de error de cálculo de la figura siguiente. En este error se hace referencia a la “comprobación de la resistencia al fuego de la estructura” más adelante se comentará esto, ya que de momento no interfiere en el proceso.
5.2.7. INTRODUCCION DE SISMO Una vez depurado el cálculo de la estructura de nuestra oficina se procede a activar en la barra de menús desplegables Obra//Datos generales, con acción de sismo, abriéndose una ventana como la de la figura.
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UNIDAD 5. DISEÑO Y CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO (PARTE 2)
En la columna de la izquierda de la ventana anterior, se selecciona el país de referencia, en nuestro caso España. Dentro de las normas sísmicas españolas, hay que seleccionar la actual, que es la NCSE-02. También se activa la aceleración sísmica en las dos direcciones (X e Y). La aceleración sísmica básica y coeficiente de contribución se puede obtener del ANEJO 1 de la NCSE-02 o simplemente pulsando el botón que se encuentra en el mismo nivel, podemos seleccionar la provincia y término municipal correspondiente, mostrando el propio programa de forma automática los valores de ambos. El número de modos de vibración considerados han sido nueve, es decir 3 modos de vibración por planta tal y como establece el artículo 3.6.2.3. “Modos de vibración” de la NCSE-02. En cuanto al amortiguamiento, dado que la estructura es de hormigón armado-compartimentada, se considera del 5%. En el apartado coeficiente de riesgo, estimamos que trata de una construcción de importancia normal; y según el estudio geotécnico el tipo de terreno es el II. En lo referente a la ductilidad hemos considerado una ductilidad baja (ver en ANEXO B la elección del coeficiente de comportamiento por ductilidad). La parte de la sobrecarga a considerar es de 0,6 (edificios públicos, oficina y comercios) y la parte de la sobrecarga de nieve a considerar es de 0,5. En la parte inferior de la misma ventana, se encuentra el botón Sin efectos de 2º orden. En el caso de que se tenga que considerar, se debe hacer clic en este botón. Posteriormente dentro de esta ventana se tiene activar Considerar efectos de orden e indicar el valor que amplificará los desplazamientos producidos por el sismo. 5.2.7.1.
ACLARACIÓN: Efectos de segundo orden por la acción sismo
En aquellas estructuras que reciben la fuerza horizontal de la acción sismo, se considerarán SIEMPRE los efectos de 2º orden, cuando la estructura sea traslacional. Mientras que en estructuras intraslacionales la elección será optativa, siempre y cuando se cumplan las prescripciones del artículo 3.8. EFECTOS DE SEGUNDO ORDEN de la NCSE-02. En el resto de casos SIEMPRE hay que considerarlo. MÁSTER DE GESTIÓN Y DISEÑO DE PROYECTOS E INSTALACIONES
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DISEÑO Y CÁLCULO DE EDIFICACIONES ASISTIDO POR ORDENADOR
5.2.7.2. ACLARACIÓN: ¿Qué pilares tienen errores? Después de realizar el pertinente cálculo de una estructura cualquiera, hay situaciones en las que los pilares tienen errores. De manera que el programa lanza el siguiente aviso de “Error de cálculo” que se muestra.
También se pueden detectar fácilmente en la interfaz gráfica aquellos pilares que tienen errores, ya que después de realizar el cálculo, estos toman un color rojo. NOTA. Se advierte al lector, que puede haber situaciones en la que los pilares presentan errores en determinados tramos. Es decir en el arranque, entre Planta baja y Planta primera, ect. De manera que tendremos que cerciorarnos de que tramo concreto se trata. 5.2.8. UTILIDAD: MODIFICACIÓN DE DIMENSIONES Y EDICIÓN DEL ARMADO DE PILARES Tras realizar el pertinente cálculo de una estructura y advertir la presencia de errores en los pilares, se pueden modificar las dimensiones y armado de los mismos activando Pilares>>Editar situado en la barra de menús desplegables de la pestaña Resultados. Posteriormente al desplazar el Mouse por la interfaz gráfica, situándolo encima de un pilar cualquiera (con o sin error) y pulsar el botón izquierdo, se abrirá la ventana DIMENSIONADO DE PILARES que se muestra a continuación.
Como se puede observar en la ventana Dimensionado de pilares, se puede desplazar a otros pilares de la obra. Para ello simplemente hay que activar los botones que se encuentran a ambos lados del pilar de Referencia.
Pilar
Pilar
anterior
posterior
En la parte superior de la ventana Dimensionado de pilares hay dos botones que son de gran utilidad CUADRO DE PILARES y DATOS DEL PILAR. Al pulsar el primer botón, se abre la ventana Cuadro de pilares que se muestra. La ventana Cuadro de pilares, nos permite ver de forma rápida aquellos pilares que presentan errores. Incluso nos permite igualar pilares (geometría y armados), o únicamente igualar la geometría o el armado, a través de los
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botones situados en la parte superior de esta ventana.
Ver
Igualar
tipo
Igualar
Igualar
geometría
armados
NOTA. Se advierte al lector, que en la ventana anterior -Cuadro de pilares- se muestran los pilares cercados por círculos de diferentes colores, que conviene conocer su significado. • Circulo amarillo. Pilar seleccionado en la ventana Dimensionado de pilares. • Círculo verde. Pilar agrupado con el seleccionado. • Círculo azul. Pilar tipo de la agrupación del pilar seleccionado. • Círculo rojo. Pilar que no cumple, presentando algún tipo de error.
En cambio, al activar el botón Datos del pilar se abre una nueva ventana como la que se muestra a continuación. En ella se nos informa de la posición del pilar, ángulo, tipo de vinculación, desnivel del apoyo, canto de apoyo, coeficiente de empotramiento (cabeza y pie del pilar) y coeficiente de pandeo. NOTA. Se advierte al lector, que en ésta ventana de Datos del pilar no se pueden editar los parámetros sobre los que nos informa. Para poder realizar cambios, se tiene que regresar a la pestaña Entrada de pilares. Activando posteriormente, Introducción>>Pilares, pantallas y arranques>> Editar. Tal y como se ha comentado anteriormente, en la ventana Dimensionado de pilares se pueden editar el tipo (sección redonda, cuadrada o metálica), las dimensiones geométricas (ancho y largo) y las armaduras (longitudinal y transversal) de los pilares.
Geometría pilar
Tramo pilar
Tipo pilar
Armadura Armadura longitudinal
transversal
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En la parte inferior de la ventana Dimensionado de pilares se pueden observar los esfuerzos del pilar de referencia seleccionado, así como también de la combinación pésima utilizada por el programa para el dimensionado del mismo, marcada en color rojo. Por defecto, el programa nos informa de los esfuerzos del último tramo del pilar seleccionado. De manera que si tenemos que revisar los esfuerzos de los otros tramos del pilar, simplemente hay que pulsar el botón izquierdo del Mouse en la geometría del tramo deseado.
Pésimo del pilar P9 Tramo 3
en el Tramo 3
NOTA. Se advierte al lector, que para el dimensionado de pilares se precisan los esfuerzos pésimos en cabeza de los mismos. Por ello, el programa únicamente nos muestra las combinaciones pésimas en Planta superior (cabeza del pilar en ese tramo). También hay que indicar que en el último tramo de un pilar, no está disponible la opción de seleccionar en Planta (base del pilar) o en Planta superior (cabeza del pilar), sino que únicamente nos muestra los esfuerzos del tramo y la combinación pésima, utilizada por el programa para el dimensionado del mismo, marcada en color rojo. Por el contrario en los otros tramos, el programa si nos permite ver los esfuerzos en base de pilar -Planta- o en cabeza del mismo Planta superior- tal y como se muestra a continuación. Base del pilar
Cabeza del pilar
Pésimo del pilar P9 en el Tramo 2
Tramo 2
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UNIDAD 5. DISEÑO Y CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO (PARTE 2)
En ocasiones, por circunstancias variadas, nos puede interesar recuperar el dimensionado inicial de un pilar. De manera que se tiene que activar el botón REDIMENSIONAR, situado en la parte inferior de la ventana Dimensionado de pilares. Una vez realizados los cambios pertinentes, se procede a bloquear la armadura de los pilares. Para ello hay que seleccionar en la barra de menús desplegables de la pestaña Resultados; Pilares/Bloquear armaduras, activándose la ventana de la figura adjunta. En ella se hace clic en el botón Bloquear todos.
También hay que bloquear la armadura de las vigas seleccionando en la barra de menús desplegables de la pestaña Resultados; Vigas/Muros>>Bloquear armaduras de pórticos. En la ventana que se abre, hay que activar la opción Todos en los grupos de Planta primera y Cubierta.
Tras realizar lo anterior, se activa la pestaña Entrada de vigas y se baja al Grupo 0 (cimentación). En la barra de menús desplegables se selecciona Cimentación/Elementos de cimentación, abriéndose una nueva ventana. En ella únicamente se encuentra activo el botón Nuevo, de manera que al hacer clic se muestra la ventana Definición de nuevo elemento.
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Zapata cuadrada
Zapata de hormigón armado
Zapata de hormigón en masa
Zapata rectangular centrada
Zapata rectangular excéntrica
Encepado
En nuestro caso, como van a ser zapatas aisladas hay que activar Elementos de un solo pilar. Además hay que activar el tipo de cimentación, es decir, zapatas de hormigón armado, zapatas de hormigón en masa o encepado. En nuestro caso van a ser zapatas de hormigón armado. A continuación, pulsando el botón Selección de tipo…, activamos la ventana Tipo de zapata. En nuestro caso se van a utilizar zapatas cuadradas (zona de pilares centrales) y zapatas rectangulares excéntricas (zonas medianeras y de esquina). 5.2.9. UTILIDAD: ¿CÓMO SE PUEDEN INTRODUCIR LOS ELEMENTOS DE CIMENTACIÓN? Para poder introducir elementos de cimentación en nuestra obra, se debe bajar al grupo 0 o cimentación, ya que si no, el propio programa no tendrá activas las opciones necesarias para poder realizar este proceso. En el siguiente paso, se introducen las vigas centradoras y de atado. En la barra de menús desplegables seleccionamos Cimentación//Vigas centradoras y de atado, activándose la ventana de la figura siguiente. Una forma sencilla de introducir las vigas centradoras y de atado sin cometer errores es seleccionar Vigas con centrado automático en los extremos.
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Vigas con centrado automático
en
los
extremos
Una vez introducida toda la cimentación de nuestra obra se procede a calcularla, para ello hay que seleccionar en la barra de menús desplegables Cimentación/Dimensionar.
Al pulsar aceptar se dimensionaran todos los elementos de cimentación, es decir las zapatas aisladas, las correas o vigas de atado y las vigas centradoras. 5.2.10. ACLARACIÓN: ZAPATAS DE MEDIANERÍA Y VIGAS O CORREAS DE ATADO •
Zapatas de medianería; este tipo de zapatas son utilizadas frecuentemente en las cimentaciones de los edificios, para no invadir los terrenos colindantes o solucionar cimentaciones de obras situadas entre dos edificios existentes. El principal problema que tienen este tipo de elementos, es que la excentricidad de la carga respecto al centro de gravedad de la zapata es muy elevada. De manera que la distribución de presiones en el terreno es triangular, superando la mayoría de las veces la tensión admisible del terreno, por lo que hay que centrar los esfuerzos. Para conseguir el centrado de los esfuerzos se utilizan las vigas centradoras.
•
Vigas de atado o correas de atado; conforme al artículo 4.3 de la NCSE-02. Se establece que “cada uno de los elementos de cimentación que transmita cargas verticales significativas deberá enlazarse con los elementos contiguos en dos direcciones mediante dispositivos de atado situados a MÁSTER DE GESTIÓN Y DISEÑO DE PROYECTOS E INSTALACIONES
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nivel de las zapatas,….., capaces de resistir un esfuerzo axial, tanto de tracción como de compresión, igual a la carga sísmica horizontal transmitida en cada apoyo”. En nuestro caso como la ac ≥ 0,16g los elementos de atado deben ser vigas de hormigón armado (vigas de atado). NOTA: se advierte al lector, que para dimensionar cimentaciones con vinculación exterior (tipo zapatas aisladas), la obra debe estar previamente calculada. Aunque el propio programa nos avisará en aquellas situaciones en las que ésta todavía no haya sido calculada. 5.2.11. ACLARACIÓN: ¿QUÉ ZAPATAS, VIGAS DE ATADO Y VIGAS CENTRADORAS PRESENTAN ERRORES? Tal y como se ha comentado, en los casos en los que la cimentación de la estructura que se está calculando sea de vinculación exterior. Los últimos elementos estructurales a calcular de la misma serán los de cimentación, siguiendo el procedimiento expuesto anteriormente en el ejemplo que se está desarrollando. Hay dos formas de conocer los elementos de cimentación que tienen errores: 1. El programa, tras realizar el pertinente dimensionado de cimentación, nos lanzará un mensaje de Error de cálculo, indicando los elementos que presentan errores. 2. Tras realizar el dimensionado de cimentación y cerrar la ventana de Errores, los elementos que tienen algún error, se marcaran en la interfaz gráfica del programa en color rojo. 5.2.12. UTILIDAD: EDICIÓN DE ERRORES DE CÁLCULO
ZAPATAS
AISLADAS
QUE
PRESENTAN
Para editar las zapatas de la estructura que tienen errores, hay que activar Cimentación>>Elementos de cimentación de la barra de menús desplegables de la pestaña Resultados. Abriéndose la ventana Elementos de cimentación que se muestra.
Nuevo
Información Editar
Unir
Mover Borrar
Igualar
Rotar
Después se activa el botón Editar, de forma que al desplazar el Mouse por la interfaz gráfica y detectar una zapata, ésta toma un color amarillo, y al pulsar el botón izquierdo se abre una ventana de edición de la zapata seleccionada como la que se muestra abajo. En la parte superior de la misma se muestra marcado el tipo de zapata. También hay diferentes botones que permiten realizar una edición, dimensionamiento y comprobación de misma. Los botones de edición de la zapata son: Materiales, Geometría, Armado y Opciones.
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En la parte central de la ventana de edición de la zapata, se localiza la zona gráfica de visualización de la zapata. El programa nos permite dos opciones de visualización, una es Despiece (geometría y armados de la misma) y la otra es Vista 3D. Al pulsar el botón Materiales se abre la ventana de materiales en la que se puede especificar el hormigón y acero en barras utilizado para esta zapata, que puede ser distinto al resto de la obra. También se puede indicar unas tensiones admisibles del terreno distintas a las especificadas para la obra.
Para considerar un hormigón, acero en barras y tensiones admisibles del terreno distintas a las opciones generales de la obra, hay que marcar/activar lo que se desea cambiar.
Al pulsar el botón Geometría se abre una ventana en la que se puede editar las dimensiones en los ejes X e Y, de forma que cada una de estas dos dimensiones se define asignando valores que se corresponden a las dos mitades con respecto al eje del pilar. En ésta ventana también se puede editar el canto de la zapata.
El tramo Inicial, es la distancia comprendida entre el eje del pilar y el extremo izquierdo de la zapata. Mientras que MÁSTER DE GESTIÓN Y DISEÑO DE PROYECTOS E INSTALACIONES
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el tramo Final, es la distancia comprendida entre el eje del pilar y el extremo derecho de la zapata. Para editar/modificar las armaduras de una zapata hay que accionar el botón Armado. De manera que se abrirá una ventana en la que se puede activar el uso y la definición de la Parrilla superior y el zunchado. Mientras que el armado de la Parrilla inferior estará activo por defecto del programa, no dando lugar a su desactivación por parte del calculista, ya que se están editando zapatas de hormigón armado.
Activar Armado Parrilla superior
Activar Patilla
Diámetro y Separación entre barras (X e Y)
NOTA. Se advierte y reitera al lector, que en aquellas situaciones en las que se definen zapatas medianeras, por lo general se suelen sobrepasar los límites de tensión admisible del terreno, ya que la distribución de presiones no es uniforme (distribución triangular) y la zapata tiende a girar. Esto se puede solucionar con vigas centradoras, de manera que el axil transmitido por el pilar medianero, se desplaza de su línea de acción, mediante una pequeña excentridad, provocando un momento flector -M1d- y un cortante -V1d-, en el extremo superior interior de la zapata de medianería. Estos esfuerzos son soportados por la viga centradora, que está conectada a otra zapata que tiene una distribución de presiones uniforme y que además evita el giro de la zapata medianera, consiguiendo una distribución trapecial o rectangular de presiones transmitidas al terreno según sea el centrado parcial o total respectivamente. Con todo lo expuesto se puede deducir, que las zapatas medianeras van a tener tracciones importantes en la zona superior, que tienen que ser asumidas mediante la colocación de armaduras pasivas en la parte superior de la zapata Parrilla superior- conjuntamente con la viga centradora. También hay que indicar, que va a haber contantes importantes, por lo que la zona de estribos de la viga centradora debe prolongarse aproximadamente medio canto, en el interior de la zapata medianera. Cuando se activa Patilla (inicial y final), el programa nos ofrece dos opciones. La primera es Longitud dada, en la que el calculista puede asignar en el campo correspondiente la longitud del extremo de la barras. Mientras que la segunda opción, En todo el canto, el programa no permite que se introduzca un valor.
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Patilla Longitud dada
Patilla En todo el canto
Dentro de Opciones, se pueden seleccionar las preferencias para el dimensionado y comprobación de la zapata. En opciones Simples, se puede definir la posición de la zapata con respecto al pilar. Mientras que en opciones Avanzadas se definen los criterios que el programa debe tener en cuenta para el dimensionado de la zapata.
Opciones SIMPLES
Opciones AVANZADAS
Cuando se haya terminado de editar/modificar la zapata se tiene que comprobar, para verificar que los cambios/modificaciones realizados cumplen con los esfuerzos a los que está sometida. Para ello, hay que pulsar el botón Comprobación, de forma que tras finalizar el proceso de comprobación se abrirá una nueva ventana de Información, en la que se nos indica si los cambios realizados cumplen o no cumplen. Tras aceptar la ventana de información, se vuelve abrir automáticamente otra nueva ventana Pregunta, en la que se nos ofrece la posibilidad de ver los resultados de la comprobación realizada en un listado.
Pulsar
Habrá situaciones tras el cálculo, en que haya zapatas que presenten errores, pero no serán necesarios cambios concretos u específicos en Materiales, Geometría y Armado. Sino que únicamente se precisa que la zapata cumpla todas las comprobaciones. Para ello, hay que activar el botón Dimensionamiento, MÁSTER DE GESTIÓN Y DISEÑO DE PROYECTOS E INSTALACIONES
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abriéndose una ventana en la que se tiene que especificar el Tipo de dimensionamiento (Completo, Dimensiones mínimas o Rearmar).
NOTA. Se advierte al lector, que cuando se utiliza el dimensionamiento Completo, el programa dimensiona y arma la zapata sin tener en cuenta lo especificado en los botones Geometría y Armado, aunque sí respeta la posición de la zapata con respecto a su pilar y las Opciones. Este procedimiento de dimensionado es el más rápido, se empleará como norma general cuando no se tenga mucha experiencia en el cálculo estructural. Cuando se opte por escoger el dimensionamiento de Dimensiones mínimas, el programa realizará el cálculo respetando las dimensiones mínimas de la zapata indicadas en el botón Geometría. En el aquellos casos en los se tengan que modificar dimensiones, únicamente el programa podrá incrementarlas. En cuanto al armado de la zapata el programa lo realizará sin tener en cuenta lo especificado en el botón Armado. Por último, al seleccionar el dimensionamiento Rearmar, el programa armará la zapata respetando las dimensiones mínimas especificadas en el botón Geometría, sin tener en cuenta las opciones del botón Armado. Después de activar Aceptar en la ventana Tipo de dimensionamiento, el programa realizará el dimensionado de la zapata en cuestión. De manera que al finalizar el dimensionamiento, se abrirá automáticamente la ventana Información; y al pulsar aceptar se volverá a abrir automáticamente la ventana Pregunta, en la que se nos ofrece la posibilidad de ver los resultados del dimensionamiento y la comprobación realizada. 5.2.13. UTILIDAD: EDICIÓN DE VIGAS CENTRADORAS O DE ATADO QUE PRESENTAN ERRORES DE CÁLCULO Para editar la vigas centradoras y de atado que tienen errores de cálculo, hay que activar Cimentación>>Vigas centradoras y de atado de la barra de menús desplegables de la pestaña Resultados. Abriéndose la ventana Vigas centradoras y de atado que se muestra.
Entrar viga
Igualar
Editar viga
Borrar
Centrar
con cálculo
viga
extremo
Después se activa el botón Editar viga con cálculo, de forma que al desplazar el Mouse por la interfaz gráfica y detectar una viga centradora o de atado, ésta
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toma un color rojo, y al pulsar el botón izquierdo se abre una ventana de edición de viga centradora o de atado tal y como se muestran abajo.
NOTA. Se advierte al lector, que las ventanas de Edición de viga centradora y de Edición de viga de atado son las mismas. Únicamente nos variará el nombre de la ventana, según se haya seleccionado para editar una viga centradora o una viga de atado. En la parte superior de las ventanas anteriores -Edición de viga centradora y Edición de viga de atado- hay diferentes botones que permiten realizar una edición, dimensionamiento y comprobación de misma. Los botones de edición de vigas centradoras y de atado son Selección, Estribos y Anclajes. En la parte central de las ventanas de edición de vigas centradoras y de atado, se localiza la zona gráfica de visualización de vigas. El programa nos permite dos opciones de visualización, una es Despiece (geometría y armados de la misma) y la otra es Vista 3D.
Al pulsar el botón Selección se abre una nueva ventana en la que se puede cambiar/modificar el tipo de viga centradora o de atado, escogiendo aquella que más se ajuste a nuestras necesidades. Para ello, el programa tiene una biblioteca de vigas centradoras y de atado que se pueden elegir en la lista desplegable que hay en la parte superior de la ventana. Al activar el botón Estribos se abre una ventana en la que se puede marcar la colación de estribos en el origen y el extremo de la viga que se está editando.
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NOTA. Se advierte al lector, que para identificar el origen y el extremo de una viga, hay que atender a la introducción de la misma. Es decir, el origen se corresponde con el arranque de la misma, mientras que el extremo se corresponde con el final de la viga. Al pulsar el botón Anclajes se acciona una ventana en la que se pueden especificar valores de longitud de anclaje para las diferentes posiciones del armado dentro de una viga.
En aquellas situaciones en las que no se especifique ningún valor, el programa no considerará la existencia de anclajes en patilla al realizar la comprobación.
La última tarea que se tiene que realizar al finalizar la edición/modificación de la viga centradora o de atado es la Comprobación, para verificar que los cambios/modificaciones realizados cumplen con los esfuerzos a los que está sometida. Para ello, hay que pulsar el botón Comprobación, de forma que tras finalizar el proceso de comprobación se abrirá una nueva ventana de Información, en la que se nos indica si los cambios realizados cumplen o no cumplen. Tras aceptar la ventana de información, se vuelve abrir automáticamente otra nueva ventana Pregunta, en la que se nos ofrece la posibilidad de ver los resultados de la comprobación realizada en un listado.
Pulsar
Habrá situaciones en las tras el cálculo, las vigas centradoras y de atado que tienen errores, no precisan ser editadas/modificadas sino que únicamente son necesarias algunas consideraciones en el dimensionamiento. De manera que al activar el botón Dimensionamiento, se abrirá una ventana en la que se tiene que especificar el Tipo de dimensionamiento (Completo o Dimensiones mínimas).
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UNIDAD 5. DISEÑO Y CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO (PARTE 2)
NOTA. Se advierte al lector, que cuando se utiliza el dimensionamiento Completo, el programa dimensiona y arma la viga centradora o de atado sin tener en cuenta lo especificado en los botones Selección, Estribos y Anclaje, partiendo únicamente de los esfuerzos existentes. Este procedimiento de dimensionado es el más rápido y se utilizará como norma general cuando no se tenga mucha experiencia en el cálculo estructural. Cuando se opte por escoger el dimensionamiento de Dimensiones mínimas, el programa realizará el cálculo respetando las dimensiones mínimas de la viga centradora o de atado escogida en el botón Selección. Así, en aquellos casos en los que se tengan que modificar dimensiones, únicamente el programa podrá escoger vigas centradoras o de atado que tengan dimensiones superiores a la viga actual. Al pulsar el botón Aceptar en la ventana Tipo de dimensionamiento, el programa realizará el dimensionado de la viga centradora o de atado en cuestión. De manera que al finalizar el dimensionamiento, se abrirá automáticamente la ventana Información; y al pulsar de nuevo en el botón Aceptar se volverá a abrir automáticamente la ventana Pregunta, en la que se nos ofrece la posibilidad de ver los resultados del dimensionamiento y la comprobación realizada. Después de las pertinentes correcciones, se ha procedido a homogeneizar zapatas aisladas, vigas centradoras y correas de atado, con objeto de facilitar el trabajo durante la ejecución de la misma. 5.3. RESULTADOS A continuación se muestra como quedan las plantas o grupos de nuestra obra, comenzando con la cimentación.
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Forjado sanitario:
Forjado planta 1ª:
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P17
P18
P19
P20 40x30
40x30
P21 40x30
P22 40x30
P23
P24
40x30
P25
40x30
40x30
40x30
35x30
35x30
35x30
45x30
40x30
P13
P12
P11 65x30
P14 60x30
65x30
40x30
40x30
P2
40x30
P3
40x30
P4
70x30
35x30 35x30
40x30
P5
P15
75x50
45x30
35x30
35x30
35x30
P1
P16
60x30
50x30
65x30
40x30
P10
P9
45x30
45x30
40x30
P6
40x30
P7
P8
Forjado cubierta:
Una vez calculada la estructura, una opción muy útil es la vista del edificio en 3D, aunque este comando está activo desde los primeros pasos del cálculo de la estructura. Este botón está disponible tanto en la pestaña Entrada de vigas como en la pestaña Resultados. Para activarlo hay que seleccionar en la barra de menús desplegables Grupos/Vista 3D edificio, desplegándose automáticamente la ventana Modelo 3D que se muestra.
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ANEXOS: A. PLANOS DE ESTRUCTURA A.1.INTRODUCCION Después de finalizar el proceso de cálculo de nuestra estructura, habrá que generar la documentación necesaria para la correcta ejecución. Esta documentación son los PLANOS, que deben estar suficientemente claros para que cualquier técnico que intervenga en el proceso constructivo de la estructura pueda interpretarlos sin problemas. En este ANEXO se va exponer como configurar y generar los planos de una estructura que previamente ha sido calculada. A.2. CONFIGURACIÓN Para iniciar la configuración debemos pulsar en la barra de herramientas principal/configuración (icono Globo Terráqueo)>>Planos, abriéndose la ventana que se muestra a continuación.
En las columnas de la izquierda se puede seleccionar el tipo de formato, el tamaño según el formato seleccionado y márgenes de la página. En nuestro caso el formato que utilizaremos será DIN A, con sus respectivos tamaños A4, A3, A2, A1 y A0. En lo referente a los márgenes de la página, establecemos 5mm para los márgenes superior, inferior y derecho; mientras que el margen izquierdo será de 25mm. Dentro de la ventana anterior también se puede configurar la impresora, los ficheros en formato DWG y los ficheros en formato DXF. Para ello se debe pulsar el botón: Configuración de periféricos de la ventana anterior, abriéndose otra nueva ventana como la que se muestra a continuación.
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Para configurar los periféricos DWG y DXF, se debe pulsar el botón Editar elemento seleccionado en la lista, obteniendo la ventana que se muestra a continuación. Como se ha comentado anteriormente el formato que se utilizará será DIN A. Se recomiendo el uso de unidades en centímetros, porque al utilizar una escala de 1:100 en el trazado del dibujo, podremos aplicar la escala 1:1 con unidad en metros.
También se puede activar la justificación de textos y elegir el tipo de caracteres. Por último se seleccionará la versión de Autocad que se desea que tengan los ficheros creados por el programa. A.3. TRAZADO DE PLANOS Tras la configuración, se procede a trazar los planos de nuestro proyecto. Existen dos formas, la primera será seleccionando en la barra de herramientas principal el botón Planos de la obra y la segunda es pulsando dentro de la barra de menús desplegables Archivo/Imprimir>>Planos de la obra.
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Botón Añadir
Tipos de planos:
En ambos casos, se abre una ventana de Selección de Planos. Para trazar los planos se debe presionar el botón Añadir, abriéndose la ventana Edición del plano. Dentro de esta misma ventana se puede seleccionar el tipo de plano que se desea trazar. En aquellos casos en los que se tenga que corregir/editar algún plano, se puede hacer seleccionando el tipo de plano (color cian) y pulsando el botón Editar elemento seleccionado en la lista, activándose la ventana Edición de plano en la que podemos realizar las modificaciones o cambios pertinentes. Tras finalizar la selección de planos a trazar, podemos configurar el Cajetín de los planos presionando el botón Cajetín situado en la parte inferior de la ventana Selección de planos, abriéndose la ventana Selección de cajetín que se muestra en la siguiente figura. Las opciones disponibles en el programa son; Ninguno, CYPE; Telecomunicaciones y Vacío. Otra opción que permite el programa es Importar un cajetín desde un archivo DXF o DWG. En nuestro caso se ha optado por un cajetín vacío.
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Cuando se hayan creado y configurado todos los planos en la ventana Selección de planos, ya se pueden generar. Previamente se debe seleccionar Dibujar y en el caso de que queramos que los planos tengan información referente a la escala, al plano que pertenece, se tendrá que activar la casilla Con cuadro. Además tenemos que seleccionar un periférico para la generación. En nuestro caso se ha optado por el periférico DWG. Después, dentro de la misma ventana de Selección de planos, se pulsará Aceptar, mostrándose el resultado del plano generado en la ventana Composición de planos. En la figura siguiente se muestra la ventana de Composición de planos.
Botón Importar cajetín desde un archivo DWG o DXF
Selección del tipo de ficheros
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Botón Imprimir seleccionados
Botón Imprimir todos
Para la creación de los archivos o ficheros de dibujo se tiene que pulsar el botón Imprimir todos, aunque también se pueden imprimir solamente aquellos planos que nos interesen, para ello se tiene que activar el botón Imprimir seleccionados. En nuestro ejemplo, pulsaremos Imprimir todos, abriéndose la ventana Nombres de ficheros. En ella se puede seleccionar la ruta o directorio en la que se van a guardar los planos, número de ficheros (en un fichero único o cada uno en un plano) y prefijo de/l fichero/s creados.
En nuestro caso se ha activado Cada plano en un fichero y el prefijo utilizado es PLANO. Posteriormente cada uno de estos planos será retocado en un programa de diseño gráfico.
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UNIDAD 5. DISEÑO Y CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO (PARTE 2)
B. LISTADOS DE OBRA B.1. INTRODUCCION Además de los planos, otro documento que se adjunta al proyecto es la Memoria de cálculo de la estructura, que puede ser completada con los listados obtenidos del programa. Así mismo también se pueden obtener listados de la medición, con los distintos materiales empleados en la estructura calculada, facilitando la tarea para de la medición y presupuesto de la estructura. En este ANEXO se va a explicar cómo obtener los listados de la obra. B.2. LISTADOS Para acceder a los diferentes listados que tiene el programa se debe pulsar en la barra de menús desplegables Archivo/Imprimir>>Listados de la obra, abriéndose la ventana que se muestra a continuación. Algunos de los listados que tiene el programa no estarán operativos hasta que no se realice el cálculo completo de la estructura. Al pulsar el botón Combinaciones usadas en el cálculo de la ventana Listados, se abre una nueva ventana de Listado de coeficientes como la que se muestra abajo. En esta ventana hay una serie de botones tales como Vista preliminar, Configuración, Imprimir, Buscar, Exportar y Cerrar. Con el botón Configuración se puede seleccionar y configurar la impresora además de indicar los márgenes que se van a dejar en las páginas. Con el botón Imprimir, como su propio nombre indica, se puede imprimir todo el documento o páginas sueltas de éste. Mientras que con el botón Exportar, se puede seleccionar el formato digital en el que se guardará una copia de ese listado.
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CÁLCULO Y DISEÑO DE ESTRUCTURAS ASISTIDO POR ORDENADOR
Otros listados de gran importancia que se deben estudiar con detenimiento tras el cálculo de la estructura, son los generados mediante los botones de Distorsiones de pilares y Comprobación de resistencia al fuego. En la ventana Distorsiones de pilares se tiene que comprobar que el desplome total es menor que el establecido en el punto 4.3.3.2 -Desplazamientos horizontales- del DB-SE del CTE. Mientras que en la ventana de la Memoria de comprobación de la resistencia al fuego, se tiene que verificar que todos los elementos estructurales principales cumplen las prescripciones establecidas en el DB SI 6 del CTE.
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UNIDAD 5. DISEÑO Y CÁLCULO DE ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO (PARTE 2)
RESUMEN El uso de programas informáticos para el cálculo de estructuras facilita la labor al proyectista haciendo que no se convierta en una tarea ardua y tediosa. Ni que decir tiene que el uso de programas informáticos para el cálculo de estructuras es una herramienta que solo se debe utilizar por calculistas capacitados y conocedores la materia. El programa CYPECAD no solo calcula estructuras de hormigón armado sino que también calcula cimentaciones y genera la documentación a adjuntar en el proyecto que es necesaria para la correcta ejecución de la obra.
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