Autor
Damià Milanés
Profesor en los Másters de Estructuras Metálicas y Mixtas en Edificación, Cimentaciones y Estructuras de Contención y en Estructuras de Edificación con CYPE en en Zigurat Global Institute of Technology.
Dimensionado de pórtico tipo de un galpón y unión atornillada columna-dintel (Parte 2)
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Una vez tenemos el pórtico dimensionado en el artículo predecesor Dimensionado pórtico tipo de un galpón y unión apernada columna-dintel (Parte 1) entramos a dimensionar las uniones.
Dimensionado de las uniones entre barras (Cype 3D)
En primer lugar Generamos las uniones desde el menú Uniones - Generar. El programa identifica los encuentros entre barras. Seguidamente Dimensionamos las uniones como atornilladas y para ello clicamos en el menú Cálculo – Uniones – Dimensionar.
Figura 12 Generación de uniones en Cype 3D.
Vemos como el programa nos arroja un error relativo a la unión columna-dintel. Los esfuerzos de tensión son excesivos. El ala interior del soporte no es capaz de absorberlos y falla por flexión.
Figura 13 Error relativo a la unión columna-dintel.
Para solucionar este problema podemos optar por:
- Mejorar la calidad del acero. Mejorando así el comportamiento a flexión del soporte.
- Aumentar el perfil de los soportes. De esta manera aumentamos el espesor de las alas y su capacidad a flexión.
- Acartelar la unión. Así logramos aumentar el brazo de palanca en la unión minorando los esfuerzos en los puntos más alejados de la fibra neutra.
Optamos por esta última opción por ser la más interesante desde el punto de vista de ahorro de material ya que no debemos aumentar los perfiles de los soportes. Para incluir las cartelas simplemente debemos acudir al menú Barra – Describir perfil y seleccionar Simple con cartela inicial inferior.
Figura 14 Acartelamiento del dintel en su unión con los soportes.
Mostramos el nuevo modelo con las cartelas ubicadas en ambas uniones columna-dintel:
Figura 15 Modelo 3d del pórtico tipo acartelado.
Dimensionamos de nuevo las uniones y vemos como ahora el pilar HEA 320 es capaz de absorber las tracciones que el dintel le transfiere de forma adecuada configurando una unión atornillada con chapa frontal adecuada:
Figura 16 Unión atornillada válida entre dintel y soporte.
Si es necesario el programa permite editar la unión de acuerdo a nuestras exigencias.
Figura 17 Modelo 3d del pórtico tipo con las uniones dimensionadas.
Listado de comprobaciones de la unión columna-dintel (Cype 3D)
Una de las herramientas más interesante de Cype 3D es el listado de “Comprobaciones ELU”. En estos listados se enumeran todas aquellas comprobaciones que, tanto a nivel de barra como a nivel de unión, deben verificarse para cumplir con normativa y, lo que es más importante, configurar una unión suficiente y segura.
Podemos observar como Cype 3D distribuye los esfuerzos solicitantes (corte y tensión) para cada una de las filas de tornillos dispuestas. Para cada fila se comprueba tanto el tornillo (sección transversal y vástago) así como las chapas que conforman la unión (aplastamiento y punzonamiento). El dimensionado de los tornillos queda determinado en la mayoría de los casos por la interacción tensión-cortante. Estas comprobaciones se resumen en la tabla siguiente:
Figura 18 Esfuerzos distribuidos en la unión y comprobación resistente tensión y corte.
Podemos observar como el programa implementa toda la formulación necesaria para las comprobaciones anteriores de acuerdo al código americano AISC-360. A modo de ejemplo podemos ver como calcula la Resistencia a corte y tracción del tornillo de acuerdo a la tensión nominal de la tabla J3.2 de la AISC-360 afectada por un coeficiente reductor ϕ=0,75.
Figura 19 Resistencia de tornillo a tracción y corte según AISC-360 en Cype 3D.
Otro punto a tener en cuenta en el diseño de las uniones atornilladas hace referencia a la disposición constructiva de los pernos. La normativa nos obliga a respetar unos espaciamientos mínimos entre centros de perforación (tabla J3.4M AISC-360), así como unas distancias máximas y mínimas a borde de placa. Cype 3D considera en todo momento estas limitaciones de acuerdo al apartado J3. de la norma y en el caso de no cumplir con ellas nos envía un mensaje de alerta:
Figura 20 Disposiciones constructivas según AISC-360 en Cype 3D.
Plano de detalle de la unión columna - dintel (Cype 3D)
Una vez diseñada y dimensionada la unión podemos extraer la información de forma gráfica en un plano de detalle. Desde el mismo menú de Edición de la unión seleccionamos el botón Despiece:
Figura 21 Generación plano de detalle de la unión.
En ventana emergente seleccionamos Imprimir:
Figura 22 Vista de detalle de unión atornillada.
Pudiendo exportar este detalle constructivo de la unión junto al resto de documentación del proyecto.
Con este rápido recorrido queríamos mostrarles la potencialidad de Cype a la hora de diseñar y dimensionar estructuras y, en particular, estructuras metálicas. Hemos querido reflejar aquí la secuencia habitual de trabajo en un proyecto de estructuras y que también aplicamos para todos y cada uno de los proyectos estructurales que forman parte del Máster Internacional de Estructuras Metálicas y Mixtas de Zigurat. Esperemos que este pequeño tutorial les sea de interés y que para todos aquellos que no conozcan aún la herramienta de Cype se animen a interactuar con ella.
