Libro Estructuras De Acero Robot Estructural 4o3j4d

Foto Portada: Estructura de torre auto-soportada Fotografía: Andrés Villarroel ® Todos los derechos reservados

Estructuras de Acero con AUTODESK ROBOT STRUCTURAL ANALYSIS 2016 Primera Edición

Carlos Enrique Villarroel Bejarano Ingeniero Civil, calculista de estructuras Profesor Universitario

PREFACIO Esta obra representa la continuación del trabajo desarrollado en el libro ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL CON AUTODESK ROBOT STRUCTURAL 2016, y contiene flujos de trabajo para diseñar estructuras de acero con este potente software. Se asume que el lector ya tiene un conocimiento aceptable del entorno del programa y cuenta con los conceptos básicos de análisis estructural y la creación de estructuras de barras. Por lo mencionado, no se recomienda la utilización de este libro sin conocimiento previo del software y/o del libro antes mencionado. Las herramientas son presentadas en un lenguaje sencillo y claro, acompañado de sendos gráficos y capturas de pantalla para darle al lector toda la facilidad de aprendizaje. No es la intención de este libro abordar todo el potencial que brinda esta herramienta sino únicamente los temas que, como ingeniero de estructuras, considero fundamentales para el análisis y diseño en acero de estructuras corrientes. El contenido de este libro aborda la creación del material acero, la creación de perfiles macizos y de pared delgada, la creación de catálogos de , diseño de elementos estructurales bajo el método LRFD, simulación de carga de viento, diseño de uniones empernadas y soldadas, entre otros. Se muestran las herramientas principales acompañadas de ejemplos paso a paso para diseñar estructuras de acero con calidad profesional. Es un libro altamente recomendable para profesionales y estudiantes de ingeniería que quieren acompañar su proceso de formación con este excelente programa. EL AUTOR

EL MATERIAL ACERO

1 El Material Acero 1.1 El Acero Estructural El acero es una aleación de hierro con otros elementos tales como carbono, cobre, manganeso, silicio, níquel, cromo y para que sea un material utilizable debe contener un mínimo de impurezas, como el azufre por ejemplo, en su substancia. El hierro debe sufrir un proceso de reducción a través de altas temperaturas aplicadas en hornos, para después ser convertido en acero mediante técnicas especiales de la industria siderúrgica. El acero estructural es muy adecuado para resistir esfuerzos, y presenta una notable economía frente a los demás materiales de construcción, especialmente cuando se trata de grandes obras de infraestructura, por su bajo peso, facilidad de ejecución y tiempo de puesta en servicio. En el presente libro se hará referencia a las normas ASTM para describir el tipo de acero

1.2 Propiedades Físico Mecánicas del Acero Si se realiza un ensayo de Esfuerzo-Deformación en un especimen estandarizado, los resultados podrán graficarse en una curva similar a la siguiente:

7

EL MATERIAL ACERO

Donde Fy, representa el esfuerzo de cedencia, es decir, el esfuerzo a partir del cual se termina la proporcionalidad entre esfuerzo y deformación, pasando de esta manera al estado plástico del material. La

deformación

de

cedencia

para

la

mayoría

de

los

aceros

estructurales es aproximadamente del 2 por mil. Según catálogos de diversos fabricantes el esfuerzo de cedencia del acero ASTM A-36 puede considerarse 250 Mpa, es decir, 2550 kgf/cm2, y su valor de resistencia última a la tracción de 400 Mpa, o bien, 4080 kgf/cm2.

1.2.1 Módulo de Elasticidad Es la tangente del ángulo que forma con la horizontal el tramo recto de la curva esfuerzo deformación del acero. Para cualquier tipo de acero se considera un valor de 2’100.000 kgf/cm2

8

EL MATERIAL ACERO

1.2.2 Coeficiente de Poisson Es la relación entre la deformación transversal y longitudinal del acero. Para efectos prácticos, la bibliografía recomienda utilizar un valor de 0.3 en cualquier tipo de acero.

1.2.3 Módulo de Elasticidad en Corte (G) Es la relación entre el esfuerzo en corte aplicado y la deformación en el rango elástico. Puede calcularse con la siguiente ecuación: =

2(1 + )

Para un acero A-36 puede considerarse el valor calculado de 807.692 kgf/cm2

1.2.4 Densidad Específica Para cualquier tipo de acero se considera el valor de 7850 kgf/m3, un valor elevado si se compara con el hormigón por ejemplo. Pero debido a la esbeltez de las secciones metálicas, éstas resultan en un peso general de la estructura mucho menor.

1.2.5 Coeficiente de Dilatación Térmica Es la propiedad del acero que indica la cantidad de cambio unitario dimensional con un cambio unitario de temperatura. Su valor puede considerarse igual a 0.000012.

1.2.6 Coeficiente de Amortiguamiento Este valor es para considerar en el análisis sísmico como parte del amortiguamiento general de la estructura y depende de la norma a utilizar. Puede adoptarse un valor de 0.05 9

EL MATERIAL ACERO

1.2.7 Resistencia Característica Este valor es el correspondiente a la fluencia del acero (esfuerzo de cedencia). Para el acero A-36 utilizaremos el valor de 2550 kgf/cm2

1.2.8 Factor de Reducción para el Cortante Este valor es mayor que 1 y se aplica únicamente cuando se diseña bajo las normas alemanas DIN, sa CM66, y española MV 103. El valor por defecto es 1.73 para cualquier tipo de acero, aunque en realidad no será tomado en cuenta en los cálculos debido a que la norma que utilizaremos será la AISC americana bajo el método LRFD.

1.2.9 Límite de Tracción Es el esfuerzo de falla del acero, y para el acero A-36 puede considerarse el valor 4080 kgf/cm2

1.2.10

Tratamiento Térmico

Según Zapata, L. (2004) existen tres tipos de tratamiento térmico del acero que permiten cambiar sus propiedades: a) Templado, cuando el material se enfría rápidamente, se tiene un acero con esfuerzo de cedencia alto, pero de baja ductilidad. b) Revenido, que es un proceso similar, pero no tan rápido. Se aplica solamente en aceros previamente templados. c) Recocido,

donde

se

calienta

el

material

hasta

altas

temperaturas, para después enfriarlo lentamente con el objeto de retirarle los esfuerzos residuales en la etapa de laminación o del proceso de soldadura.

10

EL MATERIAL ACERO

Generalmente los aceros estructurales tienen tratamiento térmico, pero es un dato que debe ser proporcionado por el fabricante.

1.3 Configuración del Material Acero en ROBOT Para

crear

adecuadamente

un

material

de

acero

en

ROBOT

STRUCTURAL, se deberá seguir este procedimiento: Ingrese

al

menú:

HERRAMIENTAS>>

PREFERENCIAS

PARA

EL

PROYECTO. Aparecerá un cuadro de diálogo:

En el apartado “Materiales” pulse el botón “Modificar”. Aparecerá el siguiente cuadro de diálogo, que deberá ser configurado con los parámetros del acápite 1.2 para Acero ASTM A-36, incluyendo un nombre y una descripción, de la siguiente forma:

11

EL MATERIAL ACERO

Pulse “Agregar” y OK. El material ha sido creado y aparecerá en la lista de materiales de acero.

12

EL MATERIAL ACERO

De esta manera se podrán crear bases de datos de diferentes tipos de acero según la aplicación deseada (perfiles laminados en caliente, doblados, acero galvanizado, etc), haciendo siempre referencia a los datos proporcionados por el fabricante.

13

CREACIÓN DE SECCIONES

2 Creación de Secciones 2.1 Tipos de Secciones Existen dos opciones básicas que pueden utilizarse para definir una sección y calcular sus propiedades: Sección sólida y de paredes delgadas. La selección de un tipo de sección determinará los cálculos que se realizarán y la forma de presentación de la sección en pantalla. Por otra parte, los algoritmos de cálculo y comprobaciones son diferentes en cada caso, dependiendo de la norma de diseño a utilizar. Una vez dentro del programa debemos acceder al nivel de esquemas “Herramientas” y a continuación a “Sección – Definición”

14


El sistema de pantallas cambia y aparecen nuevas herramientas.

Nota.- también puede acceder a la definición de secciones al momento de iniciar el programa, como se indica en la siguiente imagen:

15


Una vez dentro del editor de secciones, en la barra de herramientas principal se encuentran las dos opciones básicas:

Nueva sección maciza

, y nuevo perfil de paredes delgadas

.

También se puede acceder a estas opciones en el menú: ARCHIVO>> NUEVA SECCIÓN. Se debe definir el tipo de sección antes de crear el perfil, teniendo como parámetros comparativos la esbeltez de las secciones y/o las condiciones geométricas. Estos son algunos parámetros referenciales de cómo podemos determinar si la sección es maciza o de pared delgada, donde: Ax = Area del perfil a crear 16


TIPO

MACIZA

PARED DELGADA

Sección I

Ax>b(hw+2tf)/3

Ax<=b(hw+2tf)/3

Rectangular

Ax>bh/3

Ax<=bh/3

Tubo

r<0.83R

r>=0.83R

Ax>b(hw+2tf)/3

Ax<=b(hw+2tf)/3

PARAMETROS

Circular

Tubo Rectangular

2.1.1 Definición de unidades Debemos configurar las unidades tanto para dimensiones como para esfuerzos. Accedemos al menú HERRAMIENTAS>>PREFERENCIAS PARA EL PROYECTO. Aparecerá un cuadro de diálogo. 17


Elija la opción DIMENSIONES en la parte izquierda, y en el apartado “dimensiones de la sección” elija “cm” (centímetros). Elija la opción ESFUERZOS en la parte izquierda, y en el apartado “fuerza” elija “kgf” (kilogramo fuerza) o la unidad de su preferencia.

Presione el botón

que se encuentra en el apartado “Momento”.

Aparecerá el siguiente cuadro de diálogo:

18


Configure la unidad de momento como “kgf*m” (kilogramo fuerza por metro). Pulse OK. Presione el botón

que se encuentra en el apartado “Tensión”.

Aparecerá el siguiente cuadro de diálogo:

Configure la unidad de tensión como “kgf/cm2” (kilogramo fuerza sobre centímetro cuadrado) o la unidad de su preferencia. Pulse OK. Las unidades para esfuerzos deberán quedar así:

19


Para finalizar la configuración pulse el botón

.

2.2 Sección Maciza Mediante Polígono 2.2.1 Creación del Polígono En el presente ejemplo vamos a crear una sección maciza doble T con las siguientes dimensiones en centímetros:

20


Tenemos dos alternativas: dibujar mediante un polígono cerrado toda la sección, o dibujar varios rectángulos para posteriormente unirlos en una sola sección. Según el primer método, debemos basarnos en la rejilla de la pantalla para marcar los diferentes puntos. Active el comando polígono

, que se encuentra en la barra de herramientas de la

derecha. Aparecerá un cuadro de diálogo:

Este cuadro nos permite dibujar trazos rectos y curvos según diversos criterios. Adoptaremos el trazo recto por defecto:

21


Se deben usar las coordenadas que se indican en el cuadro de diálogo para

marcar

secuencialmente

cada

punto

con

el

cursor.

Se

recomienda que el primer punto sea la coordenada (0,0) y que corresponda a la esquina inferior de la sección para facilitarnos la introducción de los demás datos. A medida que introducimos los puntos de la sección, ROBOT le asigna una numeración correlativa. Si no está visible la numeración de nudos por defecto, podemos activarlos en el menú VER>> ATRIBUTOS. Aparecerá un cuadro de diálogo:

22


Al introducir los puntos mediante el cursor, el último de ellos debe coincidir con el primero para que se forme un contorno cerrado. ROBOT sombrea automáticamente la figura al momento de detectar un contorno cerrado, como se indica en la siguiente imagen:

La sección maciza ha sido creada.

2.2.2 Edición de Puntos Supongamos que la sección original debe aumentar el espesor de las alas a 4cm, y además tener un empalme de radio 1cm en la unión con las almas de la viga, como se muestra en la figura:

23


Para ello activamos el comando “modificar puntos”

que se

encuentra en la barra de herramientas de la derecha. Aparecerá un cuadro de diálogo:

Se debe introducir el número de punto y la nueva coordenada. En el ejemplo se muestra el punto Nro 8, con su nueva coordenada (21; 14)

24


Al pulsar el botón APLICAR la posición del punto se actualiza:

Repetimos el procedimiento para los puntos: 7, 4, 3, 12, 11, quedando el contorno así:

25


Ahora seleccionamos el punto 7 e introducimos el valor del radio de empalme 1,

Al pulsar APLICAR se crean nudos adicionales con el correspondiente empalme:

26


Repetimos el procedimiento para los nudos restantes, la sección finalmente quedará así:

27


2.2.3 Simetría Axial Supongamos ahora que la sección creada debe duplicarse en simetría HORIZONTAL para generar una sección resultante como se muestra en la figura:

Para esto seleccione con el cursor la sección y active el comando SIMETRÍA AXIAL

que se encuentra en la barra de herramientas

de la derecha. Aparecerá un cuadro de diálogo:

Active la opción “copiar” y elija HORIZONTAL como opción del eje de simetría. Se debe indicar la posición de un punto de paso del eje de

28


simetría; en nuestro caso hemos elegido la coordenada cero, es decir la base de la sección original. Pulse APLICAR. La simetría de la sección de ha realizado, como se indica en la imagen.

Cierre el cuadro de diálogo.

2.2.4 Normalización de Contornos El procedimiento realizado hasta aquí nos ha permitido crear dos contornos en simetría. Para que el programa pueda calcular una sola sección debemos normalizar ambos contornos, es decir, convertirlos en una sola sección. Para esto seleccionamos ambos contornos y presionamos el botón NORMALIZAR CONTORNOS SUPERPUESTOS que se encuentra en la barra de herramientas de la derecha.

29


La sección ha sido normalizada. Note que ROBOT diferencia los espacios vacíos dentro de la sección con el color blanco.

2.2.5 Cálculo de la Sección Una vez creada la sección procedemos a realizar el cálculo de la misma para ver sus propiedades geométricas y del material. Para esto presionamos el botón RESULTADOS

que se encuentra en la

barra de herramientas de la derecha. Aparecerá un cuadro mostrando todas las propiedades calculadas de la sección. En la ficha GENERAL se muestran las dimensiones, centro de gravedad y área de la sección, además del material asignado por defecto.

30


En la ficha COORD. PRINCIPALES se muestran los momentos de inercia y los módulos de la sección, que serán útiles al momento de diseñar estructuras.

31


También es posible guardar una nota de cálculo de la sección presionando el botón en la parte inferior “Nota de cálculo”. La nota de cálculo se guarda en un archivo de texto.

32


Si se desea cambiar el material de la sección, seleccione la misma y haga

clic

derecho

en

pantalla.

En

el

menú

PROPIEDADES. Aparecerá un cuadro de diálogo:

33

contextual

elija


En la lista desplegable puede seleccionar otro material para la sección. Pulse ok.

34


2.2.6 Cálculos Adicionales Si se desea, pueden calcularse parámetros adicionales para la sección según el tipo de diseño y comprobaciones que se realizarán.

35


Se deben seleccionar las opciones y presionar el botón “Calcular”. Los resultados aparecerán en la ficha COORD. PRINCIPALES.

36


2.2.7 Guardar Sección en Archivo Externo La sección creada puede ser guardada en un archivo externo *.SEC, para ser importada desde otro proyecto. Para ello vaya al menú ARCHIVO>> GUARDAR. Aparecerá el explorador para indicar la ruta y el nombre del archivo.

En nuestro caso colocamos el nombre “doble”, y el tipo de archivo *.SEC. Pulse Guardar. Nota.- Si desea utilizar la sección guardada en otro archivo, vaya al nivel de esquemas SECCIÓN – DEFINICIÓN.

37


Luego ingrese al menú ARCHIVO>> ABRIR.

2.3 Sección Maciza Mediante Archivo *.DXF 2.3.1 Importación del Archivo DXF Sea una sección con dimensiones en cm:

38


Dibujamos la sección en AutoCAD, con unidades en centímetros.

Dicha sección deberá ser dibujada con polilíneas y uno de sus vértices deberá ubicarse en el origen de coordenadas o cerca de él. Guarde el archivo en formato *.DXF y cierre el AutoCAD. En el presente ejemplo hemos guardado el archivo con el nombre “maciza”.

39


Desde

ROBOT

ingrese

al

menú

ARCHIVO>>

IMPORTAR

DXF.

Aparecerá el explorador de archivos. Seleccione el archivo y pulse ABRIR. Aparecerá un cuadro de diálogo mostrando una vista previa de la sección a importar.

40


Establezca el ángulo y la cantidad de tramos a generar para los arcos. En nuestro caso hemos establecido que a partir de ángulos de 36º se creen 3 segmentos de línea por arco (no es conveniente colocar valores muy elevados para evitar un proceso lento en los cálculos). Pulse OK. La sección se ha importado:

41


2.3.2 Creación de Huecos Al importar el archivo DXF, la polilínea interior que corresponde al hueco de la sección se ha creado como si fuese maciza. Para mofificar esta situación seleccione dicha polilínea y haga clic derecho en pantalla. Seleccione PROPIEDADES.

En el cuadro de diálogo seleccione la opción HUECO. Pulse OK.

La sección ha sido modificada.

42


2.3.3 Adición y Sustracción de Elementos Ahora añadiremos 4 elementos que se utilizarán para adicionar y sustraer al area de la sección. Los dos rectángulos superiores se introducen en la figura principal de modo que sea posible sustraerlos de la misma. Los dos rectángulos inferiores chocan con la figura en sus bordes. Sean los 4 rectángulos como se muestran en la figura.

43


Debemos dibujar en ROBOT siguiendo el paso de la cuadrícula, o usando coordenadas en el cuadro de diálogo utilizando el comando RECTÁNGULO

, que se encuentra en la barra de herramientas de

la derecha. Aparecerá un cuadro de diálogo:

44


Dibuje los rectángulos usando los puntos de la cuadrícula según las dimensiones necesarias. El dibujo deberá quedar así:

Cierre el cuadro de diálogo RECTANGULO. Seleccione la figura principal y los dos rectángulos inferiores.

45


Pulse el botón NORMALIZAR CONTORNOS SUPERPUESTOS

que se

encuentra en la barra de herramientas de la derecha. La figura quedará así:

Seleccione uno de los rectángulos superiores y haga clic derecho, elija la opción PROPIEDADES. En el cuadro de diálogo elija la opción HUECO. Pulse APLICAR y luego OK. El rectángulo se “resta” de la figura principal.

46


Repita el procedimiento con el otro rectángulo superior. La figura quedará así:

Seleccione toda la figura con una ventana de selección y Pulse el botón

NORMALIZAR

CONTORNOS

SUPERPUESTOS

que

se

encuentra en la barra de herramientas de la derecha. La sección quedará así: 47


2.3.4 Eliminación de Puntos Innecesarios Al normalizar secciones, suelen quedar nudos innecesarios dentro de un tramo recto (solo se necesitan dos nudos para un tramo recto). En nuestro ejemplo existen dos nudos en la parte inferior que podemos eliminar:

48


Active la visualización de número de nudos en el menú VER>> ATRIBUTOS>> NUMERACIÓN DE NUDOS. En nuestro ejemplo corresponde a los nudos 26 y 27

Para ello activamos el comando “modificar puntos”

que se


En el apartado PUNTO Nº, introduzca el nudo 27 y pulse ELIMINAR. Repita el procedimiento para el nudo 26. Cierre el cuadro de diálogo. La sección quedará así:

49




barra de herramientas de la derecha. Aparecerá un cuadro mostrando todas las propiedades calculadas de la sección. En la ficha GENERAL se muestran las dimensiones, centro de gravedad y área de la sección, además del material asignado por defecto.

50


En la ficha COORD. PRINCIPALES se muestran los momentos de inercia y los módulos de la sección, que serán útiles al momento de diseñar estructuras.

51



52


2.3.6 Guardar Sección en Base de Datos del La sección creada puede ser guardada en una base de datos del para utilizarse en el diseño de estructuras. Para ello pulse el

53


comando

GUARDAR EN UN CATÁLOGO, que se encuentra en la

barra de herramientas principal. Aparecerá un cuadro de diálogo:

Por defecto ROBOT establece

el

catálogo de “”. Debe

introducir un nombre con 4 caracteres (en este caso pusimos TUBO), y por lo menos una dimensión que identifique al perfil (en este caso pusimos la altura 22cm de nuestro perfil, aunque este dato no necesita ser correspondiente a las dimensiones reales). La opción “Tipo de Perfil” deberá activarse solo cuando la sección vaya a ser diseñada, de manera que ROBOT utilice las ecuaciones adecuadas.

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En el apartado “Tipo de Perfil” seleccione el perfil que más se parezca a

la

sección

que

hemos

creado

y

coloque

sus

dimensiones

representativas. Esto se hace con el objetivo que ROBOT pueda calcular la sección como COMPACTA o ESBELTA. Es muy importante hacer este paso adecuadamente porque los métodos de diseño aplican formulaciones diferentes en cada caso. En nuestro ejemplo pusimos las dimensiones más representativas de la sección (datos reales): 22cm de alto, 15cm de ancho y 2cm de espesor de pared.

55


Pulse OK. La sección se ha guardado en la base de datos de .

2.3.7 Utilización de la Base de Datos de Para poder utilizar los perfiles de la base de datos de , es necesario colocarla como base de datos “por defecto”. Para ello, abra un archivo para realizar una estructura cualquiera. Active

el

menú

HERRAMIENTAS>>

PREFERENCIAS

PROYECTO. Aparece un cuadro de diálogo:

56

PARA

EL


Despliegue el signo ( + ) en el apartado “Catálogos” y elija la opción “Perfiles de acero”. En la parte derecha del cuadro notará que el catálogo por defecto es la Base de Datos EURO (Base de datos de secciones Europeas). Si en la lista no aparece el catálogo pulse el botón

para

añadirlo a la lista.

Debe buscar en la lista desplegable el catálogo “R” que corresponde al de . Pulse OK. 57


El catálogo aparece en el 4to lugar de la lista.

Para que ROBOT utilice este catálogo por defecto, seleccione R y pulse el botón

tantas veces sea necesario para que dicho catálogo

quede en 1er lugar de la lista, según se ve en la imagen:

58


Pulse OK. El catálogo de ha sido establecido por defecto en el presente archivo. Podemos importar el perfil creado con el comando SECCIÓN

que

se encuentra en la barra de herramientas de la derecha. En el cuadro de diálogo pulse Nueva Sección.

Aparece un cuadro de diálogo que muestra el catálogo de por defecto y debemos elegir el material y el perfil creado, en nuestro caso “TUBO 22”.

59


Pulse AGREGAR. El perfil se ha añadido a la base de datos de secciones actual.

Si se dibuja una viga con este perfil, se verá así:

60


Esta sección ya está lista para aplicarse en cualquier análisis estructural y verificarse su diseño.

2.4 Perfiles Compuestos de Varios Materiales 2.4.1 Definición En la práctica es común realizar secciones constituidas por diferentes materiales. Esto resulta útil cuando se necesita aumentar la rigidez de la sección, aumentar el peso propio, o proteger los perfiles de acero contra golpes o contra la corrosión. En la siguiente imagen se muestran algunas secciones compuestas de hormigón y acero:

61


2.4.2 Asignación de Materiales Diferentes Sea una sección creada con dos o más polígonos cerrados.

Asignaremos un relleno de hormigón en la parte interior de la sección (en este caso usamos la sección “TUBO 22” creada en el acápite anterior). Seleccione el polígono interior, haga clic derecho y elija la opción PROPIEDADES.

62


Aparece un cuadro de diálogo. En el cuadro de diálogo marque la opción “lleno” y en la lista de Material elija “Hormigón”.

Pulse APLICAR. El material se ha aplicado al área central de la sección. Tenemos ahora el perfil compuesto.

63


Nota.- La creación de polígonos para perfiles compuestos es idéntica a la vista anteriormente para secciones simples, con la única salvedad que no se pueden normalizar contornos de distinto material.

2.4.3 Ordenamiento de Planos Dependiendo del orden en que fueron creados los polígonos, éstos pueden quedar superpuestos si tienen distinto material pero el polígono externo queda encima del interno. En la siguiente imagen se aprecia como el polígono externo (ACERO) cubre al polígono interno (HORMIGON).

Para solucionar este problema haremos la ordenación de planos. Seleccione el polígono interno y vaya al menú EDICIÓN>> ORDENAR>> PRIMER PLANO.

64


El polígono interno pasa al frente y, por tanto, obtenemos la sección compuesta.

65


2.4.4 Cálculo de la Sección Una vez creada la sección procedemos a realizar el cálculo de la misma para ver sus propiedades geométricas y del material. Para esto presione el botón RESULTADOS

que se encuentra en la barra

de herramientas de la derecha. Aparecerá un cuadro mostrando todas las propiedades calculadas de la sección.

66


Las secciones compuestas son tratadas como secciones homogéneas. En la ficha GENERAL puede seleccionar el material componente para ver las propiedades calculadas.

2.5 Perfiles de Pared Delgada Mediante Polígono 2.5.1 Creación del Polígono Es importante destacar que existen varios tipos de perfiles de pared delgada, cuya definición se hace según el apartado 2.1. Estos pueden ser cerrados o abiertos. Las secciones más usuales de acero son las siguientes:

En el presente ejemplo vamos a crear un perfil tipo “omega” con las siguientes dimensiones en milímetros:

67


Debemos aclarar que en perfiles de pared delgada se debe dibujar únicamente el eje centroidal de la sección y el espesor se asignará automáticamente. Una vez abierto el programa elija el espacio de trabajo “Definición de perfiles”.

Por defecto el programa genera el espacio de trabajo para una sección maciza.

68


Para cambiar el tipo de sección ingrese al menú ARCHIVO>> NUEVA SECCIÓN>> PAREDES DELGADAS. El espacio de trabajo se actualiza.

Verifique

las

unidades

de

trabajo

ingresando

al

menú

HERRAMIENTAS>> PREFERENCIAS PARA EL PROYECTO. Aparece un cuadro de diálogo.

En el apartado Dimensiones de la Sección establezca las unidades mm (milímetros) y pulse OK. 69


Active el comando polígono

, que se encuentra en la barra de

herramientas de la derecha. Aparecerá un cuadro de diálogo:

Este cuadro nos permite dibujar trazos rectos y curvos según diversos criterios. Adoptaremos el trazo recto por defecto. El programa permite dibujar usando el eje del perfil, o los bordes del mismo. En nuestro caso dibujaremos usando el eje, coloque espesor 3 [mm] y dibuje el perfil siguiendo los puntos de la rejilla o usando coordenadas. De preferencia el primer punto será la coordenada (0,0) para facilitar la introducción de los demás puntos.

70


Una vez introducidos todos los puntos, cierre el cuadro de diálogo. Si no está visible la numeración de nudos por defecto, podemos activarlos en el menú VER>> ATRIBUTOS. Aparecerá un cuadro de diálogo:

La sección por ahora queda así:

71


2.5.2 Edición de Puntos Ahora asignaremos el radio de empalme de 5mm en los puntos 2, 3, 4 y 5, para ello activamos el comando “modificar puntos”

que se


Se debe introducir el número de punto y el radio de giro. En el ejemplo se muestra el punto Nro2, con su radio 5mm: 72


Al presionar el botón APLICAR el punto se actualiza:

Repetimos el procedimiento para los puntos: 4, 5 y 6 quedando el perfil así (habiendo luego desactivado la numeración de puntos):

73


2.5.3 Edición del Espesor y Material Supongamos ahora que necesitamos modificar el espesor del perfil a 2mm, y asignarle algún material diferente. Debe seleccionar el eje del perfil y hacer clic derecho en pantalla. En el menú contextual elija PROPIEDADES. Aparecerá un cuadro de diálogo:

En el cuadro de diálogo establezca el espesor 2mm y el material que desee (en nuestro ejemplo hemos elegido el ACERO A37)

74


Pulse APLICAR y OK. La sección se actualiza con el nuevo espesor.



barra de herramientas de la derecha. Aparecerá un cuadro mostrando todas las propiedades calculadas de la sección. En la ficha GENERAL se muestran las dimensiones, área de la sección, propiedades del material, además de la posición del centro de gravedad y del centro de flexión (llamado a veces “centro de cortante”).

75


Podemos apreciar gráficamente en pantalla la posición del centro de gravedad mediante un sistema de ejes, el centro de flexión con la letra R y el centro geométrico del perfil con la letra Q


76


2.5.5 Guardar Sección en Archivo Externo La sección creada puede ser guardada en un archivo externo *.SEC, para ser importada desde otro proyecto. Para ello vaya al menú ARCHIVO>> GUARDAR. Aparecerá el explorador para indicar la ruta y el nombre del archivo.

77


En nuestro caso colocamos el nombre “OMEGA”, y el tipo de archivo *.SEC. Pulse Guardar. Nota.- Si desea utilizar la sección guardada en otro archivo, vaya al nivel de esquemas SECCIÓN – DEFINICIÓN.

78


Luego ingrese al menú ARCHIVO>> ABRIR, y en el cuadro de diálogo busque el perfil guardado anteriormente con extensión *.SEC.

2.6 Perfil de Pared Delgada Mediante Archivo *.DXF 2.6.1 Importación del Archivo DXF Sea un perfil de pared delgada, tipo costanera con dimensiones en mm:

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Dibujamos únicamente el eje del perfil en AutoCAD, con unidades en milímetros.

El eje deberá ser dibujado con polilínea y uno de sus vértices deberá ubicarse en el origen de coordenadas o cerca de él. Guarde el archivo en formato *.DXF y cierre el AutoCAD. En el presente

ejemplo hemos guardado el

“DELGADA”.

80

archivo con

el

nombre


Desde

ROBOT

ingrese

al

menú

ARCHIVO>>

IMPORTAR

DXF.

Aparecerá el explorador de archivos. Seleccione el archivo y pulse ABRIR. Aparecerá un cuadro de diálogo mostrando una vista previa del eje a importar.

81


Establezca el ángulo y la cantidad de tramos a generar para los arcos. En nuestro caso hemos establecido que a partir de ángulos de 36º se creen 3 segmentos de línea por arco (no es conveniente colocar valores muy elevados para evitar un proceso lento en los cálculos). Pulse OK. La sección se ha importado:

82


2.6.2 Edición del Espesor y Material Para mofificar el espesor seleccione la polilínea correspondiente al eje (puede hacer selección múltiple con la tecla CTRL) y haga clic derecho en pantalla. Seleccione PROPIEDADES.

Aparece un cuadro de diálogo. Establezca el espesor de 1 milímetro para el perfil y el material ACERO A37. 83


Pulse APLICAR y OK. La sección ha sido modificada.

84




barra de herramientas de la derecha. Aparecerá un cuadro mostrando todas las propiedades calculadas de la sección. En la ficha GENERAL se muestran las dimensiones, área de la sección, propiedades del material, además de la posición del centro de gravedad y del centro de flexión (llamado a veces “centro de cortante”). Podemos apreciar gráficamente en pantalla la posición del centro de gravedad mediante un sistema de ejes, el centro de flexión con la letra R y el centro geométrico del perfil con la letra Q

85



2.6.4 Guardar Sección en Base de Datos del La sección creada puede ser guardada en una base de datos del para utilizarse en el diseño de una estructura. Para ello pulse

86


el comando



Por defecto ROBOT establece

el

catálogo de “”. Debe

introducir un nombre con 4 caracteres (en este caso pusimos COST), y por lo menos una dimensión que identifique al perfil (en este caso pusimos la altura 100mm de nuestro perfil, aunque este dato no necesita ser correspondiente a las dimensiones reales). En el caso de perfiles de pared delgada no es posible definir como tal la sección al guardarla en un catálogo, por lo tanto, se recomienda elegir el “tipo de perfil” sin definición [ ? ]. Pulse OK. La sección se ha guardado en la base de datos de .

87


2.6.5 Utilización de la Base de Datos de Para poder utilizar los perfiles de la base de datos de , es necesario colocarla como base de datos “por defecto”. Para ello, cree un archivo para realizar una estructura cualquiera. Active

el

menú

HERRAMIENTAS>>

PREFERENCIAS

PARA

EL


Despliegue el signo ( + ) en el apartado “Catálogos” y elija la opción “Perfiles de acero”. En la parte derecha del cuadro notará que el catálogo por defecto es la Base de Datos EURO (Base de datos de secciones Europeas). Si en la lista no aparece el catálogo pulse el botón añadirlo a la lista.

88

para


Debe buscar en la lista desplegable el catálogo “R” que corresponde al de . Pulse OK. El catálogo aparece en el 4to lugar de la lista.

Para que ROBOT utilice este catálogo por defecto, seleccione R y pulse el botón



89


Pulse OK. El catálogo de ha sido establecido por defecto en el presente archivo. Podemos importar el perfil creado con el comando SECCIÓN se encuentra en la barra de herramientas de la derecha. En el cuadro de diálogo pulse Nueva Sección.

90

que


Aparece un cuadro de diálogo que muestra el catálogo de por defecto y debemos elegir el material y el perfil creado, en nuestro caso “COST 100”.

91


Pulse AGREGAR. El perfil se ha añadido a la base de datos de secciones actual.

Si se dibuja una viga con este perfil, se verá así:

92


Esta sección ya está en condiciones de usarse para realizar análisis y diseño estructural.

2.7 Creación de Nuevo Catálogo de 2.7.1 Catálogo Base Una vez abierto el programa elija el espacio de trabajo “Definición de perfiles”.

93


Por defecto el programa genera el espacio de trabajo para una sección maciza.

En este caso crearemos una base de datos únicamente de perfiles de pared delgada. Ingrese

al

menú

HERRAMIENTAS>>

Aparece una nueva ventana:

94

CATÁLOGO

DE

PERFILES.


En esta nueva ventana ingrese al menú ARCHIVO>> NUEVO CATÁLOGO. Aparecerá el explorador. Lo que hacemos en realidad es generar una copia de un catálogo existente y en base a él realizar los cambios necesarios. En este ejemplo seleccionamos el catálogo existente “SadefPro”.

95


Modifique el nombre del catálogo seguido de la palabra “Pro”, por ejemplo “DELGpro”.

Pulse GUARDAR. Aparece un nuevo cuadro de diálogo: Debe introducir el nombre y descripción del catálogo (en nuestro ejemplo colocamos DELG_), elija las unidades para las secciones, barras y peso, además del material de los perfiles.

96


Pulse OK. El catálogo ha sido creado.

2.7.2 Adición de Perfiles al Nuevo Catálogo Nuestro catálogo se encuentra vacío. Debemos crear una sección de pared delgada siguiendo el procedimiento descrito en los acápites 2.5 ó 2.6.

97


En la imagen se ve un perfil de pared delgada creado:

Ingrese

al

menú

HERRAMIENTAS>>


98

PREFERENCIAS

PARA

EL


Despliegue el signo ( + ) en el apartado “Catálogos” y elija la opción “Perfiles de acero”. En la parte derecha del cuadro notará que el catálogo por defecto es la Base de Datos EURO (Base de datos de secciones Europeas). Si en la lista no aparece el catálogo DELG pulse el botón añadirlo a la lista.

99

para


Debe buscar en la lista desplegable el catálogo “DELG”, si no aparece en la lista desplegable presione el botón EXAMINAR. Seleccione el catálogo y Pulse ABRIR.

Ahora pulse OK.

100


El catálogo aparece en el 3er lugar de la lista.

Para que ROBOT utilice este catálogo por defecto, seleccione DELG y pulse el botón



101


Pulse OK. El catálogo DELG ha sido establecido por defecto en el presente archivo. Ahora a sección creada puede ser guardada en la base de datos DELG para utilizarse en el diseño de una estructura. Para ello pulse el comando



102


Por defecto ROBOT establece el catálogo de “DELG_”. Debe introducir un nombre con 4 caracteres (en este caso pusimos COST), y algunas dimensiones que identifiquen al perfil (en este caso pusimos la altura 100mm, ancho 50mm y espesor 2mm). En el caso de perfiles de pared delgada no es posible definir como tal la sección al guardarla en un catálogo, por lo tanto, se recomienda elegir el “tipo de perfil” sin definición [ ? ]. Pulse OK. La sección se ha guardado en la base de datos DELG.

103


Ingrese

al

menú

HERRAMIENTAS>>

CATÁLOGO

DE

PERFILES.

Aparece la base de datos DELG por defecto con la sección creada COST 100x50x2.

Cierre el catálogo de perfiles.

104

ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL DE ACERO

3 Análisis y Diseño Estructural de Acero 3.1 Método LRFD EL LRFD (Load and Resistance Factor Design) es un método que se utiliza para el diseño de estructuras de acero, y que goza de mucha aceptación a nivel mundial. Entre

sus

ventajas

está

el

diseño

económico

de

estructuras

especialmente cuando las cargas vivas son más pequeñas que las muertas, porque sus factores de seguridad son menores. Las cargas de trabajo o servicio (Qi) se multiplican por ciertos factores de carga o seguridad siempre mayores que 1.0. Las cargas factorizadas son usadas para el diseño de la estructura. Las magnitudes de los factores de carga varían, dependiendo del tipo de combinación de las cargas. La estructura se diseña para que tenga una resistencia última suficiente para resistir las cargas factorizadas. Esta resistencia es la resistencia teórica o nominal (Rn) del miembro estructural, multiplicada por un factor de resistencia φ siempre menor que 1.0. La seguridad estructural del diseño viene dada por la expresión: Σ Qu≤φRn (Cargas Factorizadas) ≤(factor de resistencia)(resistencia nominal)

105


Donde: Qu

Carga última, resultado de factorizar las siguientes acciones: D

cargas muertas (Dead load)

L

cargas vivas (Live load)

Lr

cargas vivas en techos (Roof Live load)

S

cargas de nieve (Snow load)

R

carga inicial de agua de lluvia o hielo (Rain or ice load)

W

fuerzas de viento (Wind load)

E

Fuerzas de Sismo (Earthquake load)

El LRFD se basa en los conceptos de estados límite. El “estado límite” es la expresión que se usa para describir una condición en la que cierta estructura o parte de ella deja de cumplir la función para la cual fue diseñada. Estados límite: Los estados límite de resistencia: Se basan en la seguridad o capacidad de carga de las estructuras e incluyen las resistencias plásticas, de pandeo, de fractura, de fatiga, etc. Los estados límite de servicio: Se refieren al comportamiento de las estructuras bajo cargas normales de servicio y tienen que ver con aspectos asociados con el uso y ocupación, tales como deflexiones excesivas, deslizamientos, vibraciones y agrietamientos. Factores de Resistencia La resistencia última de una estructura depende de la resistencia de los materiales, las dimensiones, las imperfecciones en las teorías de análisis, y otros parámetros que no pueden calcularse exactamente, 106


por tanto debe estimarse un factor que aglutine todas esas incertidumbres y establezca

un

grado aceptable de seguridad

estructural durante el diseño. Para hacer esta estimación, se multiplica la resistencia teórica (resistencia nominal) de cada elemento por un factor φ, de resistencia, dependiendo del esfuerzo al que el elemento estructural está sometido, por ejemplo: ELEMENTO

FACTOR φ

En compresión

0.65 – 0.75

En tracción (Por fluencia)

0.90

En tracción (Por Rotura)

0.75

En flexión

0.90

En corte

0.90 – 1.00

En la siguiente tabla se presentan los principales perfiles laminados en caliente según la norma americana AISC, v.2014.

107


Como comparación se presentan algunos perfiles laminados en caliente del catálogo Europeo de secciones:

108


Alternativamente en los diseños se pueden usar perfiles conformados en frío, que resultan del corte y doblado de chapas de espesor constante. A continuación se presentan los principales tipos de perfiles, según la norma AISI americana:

109


El proyectista podrá decidir utilizar algún catálogo pre establecido según la disponibilidad de los perfiles en el mercado, o bien crear una base de datos personalizada según se vió en el capítulo 2.

3.1.1 Definición de la Estructura Sea la siguiente estructura con dimensiones en metros, verificar si los perfiles asignados resisten las cargas propuestas metodología de diseño del LRFD:

Perfiles europeos, con material ACERO A37: ALA SUPERIOR: MIPE 200

(sección T)

110

siguiendo la


ALA INFERIOR: MIPE 200 DIAGONALES: DCED 40x5 VERTICALES: DCED 50x5

(sección T) (sección doble L) (sección doble L)

Abra el programa y seleccione la opción “pórtico plano”

Configure

las

unidades

de

trabajo

ingresando

al

menú

HERRAMIENTAS>> PREFERENCIAS PARA EL PROYECTO. Aparecerá un cuadro de diálogo:

111


En el apartado “materiales” elija el material ACERO A37

Asegúrese que el catálogo de secciones europeas se encuentre por defecto. Para esto despliegue el signo (+) del apartado “catálogos” y seleccione el grupo “perfiles de acero”.

112


Asegúrese de usar la norma LRFD para el diseño. Para esto seleccione el apartado “normas de diseño”, y en el campo “estructuras de acero/aluminio” elija la opción “Más…”. Aparecerá un cuadro de diálogo:

113


Seleccione la norma LRFD 2000 en la lista y pulse el botón > para añadirla a la lista del archivo actual.

Pulse OK para aceptar dicha norma como norma de diseño. Seleccione las normas para “Cargas” en el apartado izquierdo y pulse en la opción “Más…”. Aparecerá un cuadro de diálogo. Debemos considerar una norma para hacer las combinaciones de carga. En el presente ejemplo utilizaremos la norma americana LRFD ASCE 07-10.

114


Presione el botón > para añadir a la lista de normas actuales.

Pulse OK. Finalmente pulse OK nuevamente para terminar la configuración. 115


Si le aparece este mensaje pulse SI.

Con esto cambiamos los parámetros por defecto a la norma LRFD 2000. Active el botón “Insertar Estructura Paramétrica”

, que se


116


El programa brinda muchas estructuras tipo, que nos facilitan el trabajo de modelado. Seleccione la opción de cerchas. Aparece un nuevo cuadro de diálogo:

117


Seleccione el apartado “dimensiones” y configure como en la imagen anterior Longitud = 12 m Altitud = 2 m Número de es = 6 Ala de viga continua = NO

118


Pulse SIGUIENTE En el apartado “Específicos” no coloque ninguna distancia.

Pulse SIGUIENTE. En el apartado “secciones” pulse el botón

que se encuentra al

lado de cada elemento de la estructura para seleccionar el perfil a colocar en dicho elemento:

119


En cada caso aparecerá un cuadro de diálogo donde debemos elegir el perfil a colocar. Por ejemplo, en el ala de viga superior e inferior elija el perfil MIPE 200:

120


En las diagonales elija el perfil DCED 40x5:

En los postes elija el perfil DCED 50x5:

El apartado “secciones” deberá quedar configurado así:

121


Pulse SIGUIENTE. En el apartado “insertar” no realice ninguna modificación y finalmente pulse OK.

122


La estructura se ha insertado con los perfiles según se indicó

123


Si desea ver las secciones marcadas por colores, haga clic derecho en pantalla y elija la opción “Mostrar”. En el apartado “Barras” active la casilla “Perfiles – Leyenda según colores” y pulse ACEPTAR.

La estructura se mostrará diferenciando colores según las secciones asignadas, con una leyenda en la parte inferior de la pantalla, como se ve en la siguiente imagen:

124


Seleccione el comando APOYOS

que se encuentra en la barra de

herramientas de la derecha. Elija el apoyo “rótula” y asigne al nudo de la derecha.

Al tocar el nudo, el apoyo quedará establecido.

125


Seleccione el apoyo MOVIL, y seleccione el nudo izquierdo para aplicarlo:

El apoyo izquierdo quedará así:

3.1.2 Casos de Carga y Combinaciones Según el método LRFD, debemos basarnos en la normativa ASCE 7 para las combinaciones de carga. Estas combinaciones para estado límite último son: U1 = 1.4 D U2 = 1.2 D + 1.6 L 126


Donde: D = Carga Muerta L = Carga Viva Procedemos a crear los casos de carga, pulsando el CARGAS>> CASOS DE CARGAS. Aparecerá un cuadro de diálogo:

Seleccione el tipo PERMANENTE y coloque un nombre para el caso de carga (en nuestro ejemplo “Peso Propio”), coloque una etiqueta cualquiera (en nuestro ejemplo “PP”), y pulse el botón AGREGAR. Se añade el caso de carga.

127


Seleccione el tipo EXPLOTACIÓN y coloque un nombre para el caso de carga (en nuestro ejemplo “Sobrecarga”), coloque una etiqueta cualquiera (en nuestro ejemplo “SC”), y pulse el botón AGREGAR. El cuadro de diálogo quedará así:

128


Cierre el cuadro de diálogo. Los casos de carga han sido creados. Procedemos a crear los casos de carga para estado límite último. Ingrese al menú CARGAS>> COMBINACIONES MANUALES. Aparecerá un cuadro de diálogo:

Configure el tipo de combinación ELU (Estado Límite Ultimo), y coloque un nombre (en nuestro ejemplo U1), pulse OK. En el cuadro de diálogo COMBINACIONES especifique el coeficiente 1.4 y seleccione el caso de carga PESO PROPIO. Pulse el botón > para añadir el caso de carga con su coeficiente:

129


El cuadro quedará así:

Pulse el botón APLICAR. Para crear una nueva combinación pulse el botón NUEVA.

130


Establezca el nombre para la nueva combinación ( U2 ). Pulse OK. Siguiendo el procedimiento anterior asigne los coeficientes 1.2 al peso propio y 1.6 a la sobrecarga. El cuadro de diálogo quedará así:

131


Pulse APLICAR y cierre el cuadro de diálogo. Las combinaciones de carga han sido creadas. Podemos visualizar tanto los casos de cargas como las combinaciones en el visor de casos de carga:

132


Ahora nos resta asignar la sobrecarga nodal de 100 kgf en los nudos que se indican para este ejemplo:

Establezca el caso de carga actual SOBRECARGA.

Para definir las cargas, acceda al menú CARGAS>> CARGAS. Aparecerá un cuadro de diálogo:

133


En la ficha NUDO, elija el comando “Fuerza nodal” nuevo cuadro de diálogo:

134

, aparecerá un


Establezca el valor -100 kgf en dirección Z (negativo porque va hacia abajo) y pulse AGREGAR. Haga clic en todos los nudos que tendrán dicha carga. (En nuestro ejemplo los nudos 1, 7, 8, 9, 10, 11, 12). La estructura quedará así:

135


3.1.3 Análisis Estructural Presione el botón “Calcular”


herramientas Principal. Aparecerá el cuadro de diálogo siguiente:

El programa nos informa de inestabilidad en algunos nudos, referidos al giro. Esto sucede porque se trata de un apoyo móvil que no contrarresta el giro y permite desplazamiento horizontal. No se trata de un error, sino de una simple advertencia sobre esa situación. Estructuralmente no representa un problema. Pulse la tecla ESC para ignorar esas advertencias. La estructura ha sido calculada. Podemos apreciar las fuerzas actuantes en el nivel de esquemas RESULTADOS.

136


Observamos las fuerzas normales que actuan en cada miembro estructural seleccionando la opción “Esfuerzo Fx”

Pulse el botón PARAMETROS POR DEFECTO DE LA VISIBILIDAD que se encuentra en la parte inferior derecha del espacio de trabajo para desactivar cualquier diagrama que se encuentre activo en ese momento.

137


3.1.4 Verificación de Secciones La verificación de secciones consiste en aplicar la formulación y coeficientes de seguridad establecidos en el método LRFD para comprobar la seguridad de los estructurales. Es una manera fácil de saber si las secciones que hemos aplicado satisfacen las condiciones de carga y combinaciones del modelo. Para

realizar

la

verificación,

pase

al

nivel

de

esquemas

DIMENSIONAMIENTO DE ACERO, y luego BARRAS DE ACERO / ALUMINIO.

El sistema de pantallas de ROBOT cambia:

138


Lo primero que debemos establecer son grupos de trabajo, para facilitar la verificación estructural. No es recomendable desde el punto de vista práctico verificar independientemente las barras debido a que generalmente se construye con secciones uniformes. Primero activamos la visualización del número de barras, pulsando el botón “Número de barras”

que se encuentra en la parte inferior

izquierda de la pantalla.

Para crear un grupo, pase a la ficha GRUPOS:

139


Pulse el botón NUEVO para crear el nuevo grupo, que por defecto será el número 1. Coloque un nombre al grupo (en nuestro ejemplo “Ala Superior”) y en lista de barras anote 7A12 (es decir, las barras 7, 8, 9, 10, 11 y 12)

140


Observe que el material es ACERO A37 que corresponde a la configuración inicial del archivo. Pulse GUARDAR, el primer grupo ha sido creado. Pulse el botón NUEVO y repita el procedimiento para el ala inferior, configurando de la siguiente forma:

Pulse GUARDAR, el segundo grupo ha sido creado. Pulse el botón NUEVO y repita el procedimiento para los postes, configurando de la siguiente forma:

141


Pulse GUARDAR, el tercer grupo ha sido creado. Pulse el botón NUEVO y repita el procedimiento para las diagonales, configurando de la siguiente forma:

Pulse GUARDAR, el cuarto grupo ha sido creado. Verificación de grupos

142


Para realizar la verificación de grupos, en el cuadro “cálculos” active la opción “Verificación grupos” y elija 1A4 (es decir, vamos a verificar todos los grupos creados anteriormente, ALA SUPERIOR, ALA INFERIOR, POSTES y DIAGONALES). Asegúrese de activar la opcion ELU (estado límite último), pues nuestra verificación será desde el punto de vista resistente.

Pulse el botón LISTA que corresponde a ELU para elegir los casos de carga a comprobar. En la ficha “Combinación” seleccione los casos 3 y 4 (combinaciones creadas) y pulse el botón

para cargar dichos casos de carga.

143


Cierre este cuadro de diálogo. Desactive la opción “guardar resultados de cálculo”. El cuadro de diálogo CALCULOS quedará así:

144


Pulse el botón CALCULAR. La verificación se realiza. Probablemente nos aparezca este mensaje, debido a que este tipo de estructura con cargas nodales no produce momentos en los estructurales y por tanto, no se realiza el control de pandeo lateral.

Pase a la ficha “Resultados”. El cuadro nos muestra los siguientes resultados: 145


Interpretación de Resultados Si un grupo muestra el simbolo

quiere decir, que la sección que

tiene asignada cumple la verificación desde el punto de vista resistente. En nuestro caso los 4 grupos cumplen la comprobación. La columna “Solicit.” Muestra el porcentaje de solicitación que el perfil está soportando respecto de la capacidad máxima del mismo.

Como puede apreciarse los perfiles que hemos asignado están sobredimensionados para esta estructura. Si queremos optimizar las secciones tendremos que realizar el diseño de los elementos estructurales. Cierre este cuadro de diálogo. 146


3.1.5 Diseño por el Método LRFD Para realizar el diseño de los elementos estructurales seleccione la opción “Dimensionamiento Grupos” y elija los grupos 1A4. El diseño se hará para estados límites ultimos (ELU) con los casos de carga 3 y 4 (Combinaciones) El cuadro deberá quedar configurado así:

Pulse el botón CALCULAR. Se ha realizado el dimensionamiento de los grupos por el método LRFD, con los siguientes resultados:

147


El programa nos muestra dos o tres opciones de perfiles que podrían cumplir

los

requerimientos

estructurales

con

sus

respectivos

porcentajes de solicitación.

3.1.6 Interpretación de Resultados y Optimización A continuación se describen los posibles resultados que el programa nos ofrece respecto del dimensionamiento de secciones: Perfil inmediato inferior, no satisface los requerimientos Perfil inmediato superior, satisface los requerimientos El perfil cumple todos los requerimientos de la norma elegida. el perfil no cumple con los requerimientos de la norma elegida. el perfil es inestable (a pesar que la solicitación sea menor a 1) el perfil es inestable (con una solicitación mayor a 1) el perfil es óptimo (Cumple con los criterios de optimización) 148


El ingeniero podrá sustituir los perfiles actuales por aquellos que el programa calculó y que cumplen los requerimientos de la norma. Para ello pulse el botón “Cambiar todo”. Los nuevos perfiles se asignan automáticamente a los grupos.

En la siguiente imagen se ven los nuevos perfiles asignados:

Es importante destacar que para hacer el recálculo ROBOT selecciona perfiles de la misma familia del catálogo seleccionado. Por ejemplo para los del ala superior, se seleccionaron inicialmente perfiles MIPE 200, pero al recalcular ROBOT selecciona perfiles MIPE 100, un perfil diferente pero de la misma familia de perfiles. Observe que debido a esta reasignación de perfiles, los resultados del cálculo no están actualizados (ver en la parte inferior): 149


Por lo que es necesario volver a calcular la estructura, tomando en cuenta el peso de los nuevos perfiles. Pulse el botón ”CALCULAR” que se encuentra en la barra de herramientas Principal. Optimización por peso. Generalmente es deseable diseñar estructurales livianos, para tal efecto, una vez la estructura se encuentre recalculada, activaremos la opción OPTIMIZAR.

Pulse el botón OPCIONES que aparece a la derecha. Aparecerá un nuevo cuadro de diálogo:

150


Active la optimización por “peso”, y pulse OK. Pulse nuevamente el botón

.

Los resultados se muestran:

151


El programa nos informa cual es la sección óptima para cada grupo de estructurales. Usted puede reemplazar nuevamente los perfiles pulsando el botón

y recalculando la estructura,

convirtiéndose éste en un proceso iterativo hasta que la sección se repita en el recálculo. Las secciones optimizadas finalmente quedan así:

Todos los perfiles cumplen los requerimientos estructurales de la norma LRFD 2000, y son los más livianos. Si se desea puede guardar los resultados de cálculo pulsando el botón . En la lista escriba los grupos de perfiles a mostrar (en nuestro caso los 4 grupos), seleccione la opción NOTA COMPLETA y pulse OK. 152


La

nota

de

cálculo

aparece

para

cada

grupo

de

elementos

estructurales seleccionados, indicando las comprobaciones y cálculos realizados. Esta nota se puede guardar en un archivo de texto ingresando al menú ARCHIVO>> GUARDAR COMO.

153


Hasta aquí se han analizado los estructurales desde el punto de vista resistente únicamente, sin tomar en cuenta las deformaciones. 154


3.1.7 Estados Límites de Servicio. Los estados límites de servicio están referidos al uso que se le dará a la estructura, y está directamente relacionado con la deformación de la estructura dentro de ciertos límites permisibles. Para diseñar en estados límites de servicio primero es necesario crear una combinación de cargas que se adapte a este fin. La ASCE 07, establece que podemos considerar las cargas muertas y vivas actuando en simultáneo, es decir, la combinación nos queda: SERV = D + L Para esto ingresamos en el menú CARGAS>> COMBINACIONES MANUALES. Pulse el botón NUEVA. Aparece el cuadro de diálogo.

155


Se crea el caso de carga 5, correspondiente a una combinación en estado de servicio. Asegúrese de aplicar a los casos de carga PESO PROPIO y SOBRECARGA el factor de carga 1

156


Pulse APLICAR y cierre el cuadro de diálogo. La combinación ha sido creada. Antes de calcular la estructura, es necesario establecer los límites aceptables para la deformación de los estructurales. Existen dos criterios de servicio: 1.- Flecha de la barra, es decir, cuánto se deflecta respecto de la geometría original:

157


2.- Desplazamiento de los nudos, es decir, cuánto podemos permitir que los nudos se desplacen lateralmente.

Para establecer los criterios de servicio vamos a crear un nuevo tipo de barra y asignaremos este tipo de barra a todos los de la estructura. Pulse el botón “Tipo de barra”


herramientas de la derecha. Aparecerá un cuadro de diálogo:

158


Pulse el botón “Definir nuevo tipo de barra” cuadro de diálogo:

159

. Aparecerá otro


Coloque un nombre al tipo de barra (en nuestro ejemplo “Barra ELS”) y pulse el botón

. Aparecerá un nuevo cuadro de diálogo:

160


En el presente ejemplo hemos configurado flechas máximas de L/250 y desplazamientos máximos L/200, que son valores aceptados por la norma bajo ciertas condiciones de uso. Pulse OK. En el cuadro “definición de barras” pulse GUARDAR.

El tipo de barra ha sido creado. ahora aparece en el cuadro de diálogo inicial:

161


Debemos

asignar

este

tipo

de

barra

a

todos

los

elementos

estructurales para que sea efectivo el cálculo. Para esto seleccione todas las barras con una ventana de selección:

162


Y haga clic en el campo LINEAS/BARRAS. Las barras son importadas en el cuadro.

Pulse “Aplicar”. Ahora todos los elementos tienen este tipo de barra aplicado. Una vez creada la combinación de servicio, y aplicado el tipo de barra con los límites de servicio, en el cuadro CÁLCULOS, seleccione la opción ELS y elija el caso de carga 5 (combinación SERV).

163


Pulse el botón CALCULAR. Los resultados que ROBOT nos ofrece indican que los perfiles seleccionados cumplen perfectamente con los estados límites de servicio.

Esto se comprueba para cada grupo con el indicador de Sección optima

.

164


Si los perfiles no cumplen con las condiciones de servicio, entonces se aplican los mismos criterios

que para estados límites últimos y

debemos optimizar de ser necesario, iterando hasta que el cálculo cumpla con los requisitos normativos. También puede guardar la nota de cálculo presionando el botón .

165


También puede guardar la nota en un archivo de texto ingresando en el menú ARCHIVO>> GUARDAR COMO.

ACLARACIÓN IMPORTANTE.- Después de realizar el análisis y diseño estructural, tanto en estados límites últimos, como de servicio es necesario producir los planos de detalle. Lamentablemente ROBOT no trae la opción de realizar el detallamiento de estructuras metálicas siendo necesario EXPORTAR la estructura calculada a programas específicos para detallar, como REVIT, o Advance Steel, de la línea de Autodesk ®.

166


3.2 Costos de la Estructura Otra manera de optimizar una estructura es a través de los costos. Algunos perfiles son más económicos que otros y por lo tanto, será deseable utilizar perfiles que nos representen el menor presupuesto posible. Siguiendo con el ejemplo, haremos el presupuesto de los perfiles de la

estructura,

para

ello

ingrese

al

menú

HERRAMIENTAS>>

PRESUPUESTO. Aparece un nuevo cuadro de diálogo.

En el cuadro de diálogo se muestra un listado de los perfiles utilizados en la estructura. En el apartado “Grupo” pulse el botón NUEVO. Aparece un cuadro de diálogo donde debemos introducir un nombre cualquiera, por ejemplo 167


“MIPE”, el precio 1.50 Euros/kG (note que la moneda es EURO, debido a que en la configuración inicial utilizamos materiales españoles), el precio del transporte (en nuestro ejemplo utilizamos 0.30 Euros/kG

Pulse OK.

En el apartado “Protección” pulse el botón NUEVA. Aparece un cuadro de diálogo donde debemos introducir un nombre, por ejemplo “PINTADO”, es decir un nombre que incluya toda la protección y estética de la estructura, por ejemplo el uso de pinturas, barnices, anticorrosivos, etc, el precio (según la unidad de trabajo. En nuestro caso hemos elegido el precio 1 Euro/m2).

168


Pulse OK. En el cuadro de diálogo PARAMETROS DE ESTIMACION DE COSTES seleccione los perfiles MIPE y pulse el botón > para añadirlos a la lista adyacente con sus respectivos precios.

El cuadro de diálogo quedará por el momento así:

169


Ahora vamos a crear el precio para los otros perfiles tipo DCED. En el apartado “Grupo” pulse el botón NUEVO. Aparece un cuadro de diálogo donde debemos introducir un nombre cualquiera, por ejemplo “DCED”, el precio (en nuestro ejemplo 1.30 Euros/kG), el precio del transporte (en nuestro ejemplo utilizamos 0.30 Euros/kG

170


Pulse OK.

En el apartado “Protección” mantendremos el mismo precio del pintado de los perfiles. Al igual que en el caso anterior, seleccione los perfiles DCED y pulse el botón > para añadirlos a la lista adyacente con su respectivo precio.

171


El cuadro de diálogo deberá quedar así:

Opcionalmente puede colocar un coeficiente de pérdida de material, que puede ser por cortes u otros factores. En nuestro ejemplo mantenemos el valor de 1.

172


Pulse APLICAR. Aparecerá la tabla con el presupuesto estimado de la estructura:

Esta tabla se puede copiar y pegar en otros programas como EXCEL, por ejemplo. Para ello seleccione la tabla desde los encabezados usando la tecla Shift para seleccionar todo. Haga clic derecho y “Copiar” (también puede hacerlo con Ctrl + C)

Luego en EXCEL clic derecho y “Pegar”. La tabla se pega con los encabezados incluidos:

173


NOTA.- Si bien no se puede editar la moneda en ROBOT, podemos asumir que el precio es la moneda de nuestra preferencia y ya en EXCEL hacer las correcciones si fuese necesario. La gran ventaja es que si en ROBOT cambiamos de secciones, el precio de los perfiles y la cantidad de metros cuadrados de superficie pintada se actualizarán automáticamente y, por ende, tendremos un presupuesto dinámico actualizado constantemente.

174

DISEÑO DE UNIONES

4 Diseño de Uniones 4.1 Tipos de Uniones De acuerdo a las especificaciones AISC-LRFD, se definen tres tipos de uniones, dependiendo del grado de restricción que someten a sus nudos. a) Completamente Restringida. Se supone que los ángulos originales entre los elementos que concurren a un nudo, se mantienen sin variación cuando se aplican las cargas, es decir que haya completa continuidad entre sus . Por esta razón se denominan también uniones Rígidas. A efectos prácticos puede considerarse una conexión de empotramiento de una viga necesaria para evitar la rotación del nudo hasta llegar,

por

lo

menos,

a

un

90%

del

momento

de

empotramiento. b) Sin Restricción. Equivale a un apoyo perfectamente articulado (100% articulado), aunque puede itirse una rotación del 80% del caso teórico. Es decir que las vigas transfieran corte y no momento. En el caso de aplicación del Diseño Plástico, donde se aprovecha la continuidad de la estructura para la formación de rótulas plásticas justo en los nudos, este tipo de conexión no corresponde. c) Semi-Rígida. Cubre aquellos casos en que se puede predecir la rotación de una conexión cuando se conoce el momento aplicado. Según el reglamento AISC-LRFD no existen apoyos 100% articulados, sino que se supone que toda conexión tiene

175

DISEÑO DE UNIONES

un cierto grado de restricción por lo que se clasifica a este tipo de unión como Parcialmente Restringida. (Zapata, L. 2004) Cualquiera sea el tipo de unión, se deben cumplir dos condiciones: 1) Que la estructura y sus uniones transmitan adecuadamente las fuerzas factorizadas (Estados límites) 2) Que la deformación inelástica de los elementos de la unión permita que la capacidad de rotación sea tal que el cambio de ángulo se realice sin exceder la resistencia de los conectores y piezas de la conexión

4.2 Uniones Atornilladas El montaje de estructuras de acero mediante tornillos es un proceso que no requiere mano de obra especializada y por tanto suele ser uno de los métodos preferidos de unión entre estructurales, por motivos económicos.

4.2.1 Tipos de Tornillos La ASTM designa a los tornillos comunes como clase A307 y se fabrican con acero al Carbono, con características de esfuerzos y deformaciones muy parecidas al acero A36. Están disponibles en diámetros que van desde ½” hasta 1 ½” en incrementos de 1/8”. Estos tornillos se usan principalmente en estructuras ligeras, sujetas a cargas estáticas y en elementos estructurales secundarios como ser: Largueros, Correas, Riostras, cerchas pequeñas, etc. Los tornillos de alta resistencia se hacen a base de acero al carbono mediano tratado térmicamente y aceros aleados y tienen resistencias a la tensión de dos o más veces las de los tornillos ordinarios.

176

DISEÑO DE UNIONES

Existen dos tipos básicos de tornillos de alta resistencia: a) Tornillos clase A325, hechos con acero al carbono mediano tratado térmicamente. b) Tornillos clase A490 de mayor resistencia, también tratados térmicamente, pero hechos con acero aleado. “Los tornillos de alta resistencia se usan para todo tipo de estructuras, desde edificios pequeños hasta rascacielos y puentes monumentales. Estos tornillos se desarrollaron para superar la debilidad de los remaches (principalmente la tensión insuficiente en el vástago una vez enfriados). Las tensiones resultantes en los remaches no son suficientemente grandes para mantenerlos en posición durante la aplicación de cargas de impacto o vibratorias. El resultado es que los remaches se aflojan, vibran y a la larga tienen que reemplazarse. Los tornillos de alta resistencia se pueden apretar hasta alcanzar esfuerzos muy altos de tensión, de manera que las partes conectadas quedan fuertemente afianzadas entre la tuerca del tornillo y su cabeza, lo que permite que las cargas se transfieran principalmente por fricción” (McCormac & Csernak, 2013)

4.3 Creación de Nave Industrial con el Asistente para Pórticos Para

realizar

ejemplos

de

uniones

en

ROBOT

STRUCTURAL

necesitamos crear un modelo de estructura metálica, por ejemplo una nave industrial. El Asistente para pórticos es una herramienta muy útil cuando se trata de sistemas aporticados o naves industriales de dimensiones constantes.

177

DISEÑO DE UNIONES

Sea una nave industrial de dimensiones 12x20m, con las siguientes características:

Se asignarán los siguientes perfiles de acero A-36 a sus elementos estructurales: Columnas:

HEA 300

Vigas:

IPE 270

Correas:

IPE 140

Viga de Borde:

IPE 100

Tirantes:

CAE 50x50

El sistema tendrá un cerramiento de cubierta y en los laterales, siendo totalmente abierto en la parte frontal y posterior. Se pretende diseñar las uniones. Ingrese al menú COMPLEMENTOS>> ESTRUCTURA DE TIPO PORTICO – ASISTENTE. Aparece un cuadro de diálogo:

178

DISEÑO DE UNIONES

En el apartado “naves” configure la cantidad de pórticos n=5, distancia d=20m (longitud de la nave), y la separación entre pórticos de 5m.

El cuadro le indica a la derecha cada valor que se configura:

179

DISEÑO DE UNIONES

En el apartado “proyecto” defina la estructura como Existente, es decir que no se definan en esta instancia las cargas de viento ni los cálculos, pues los haremos posteriormente. El punto de inserción será el origen de coordenadas (0,0,0) y la rotación cero grados. Defina el material A-36 para todos los elementos estructurales.

180

DISEÑO DE UNIONES

En el apartado “Geometría” defina las dimensiones de la estructura de la siguiente forma:

181

DISEÑO DE UNIONES

Cuando se activa la opción “simetría de la nave” basta configurar un lado para que el otro adopte las mismas características. Defina los apoyos como ROTULA, es decir, restringido en horizontal y vertical. En el apartado “Celosía” defina el tipo de celosía como simple:

182

DISEÑO DE UNIONES

En el apartado “plataformas” no active nada, pues esta nave no tendrá ninguna plataforma adicional.

183

DISEÑO DE UNIONES

En el apartado “Aleros y acroterios” no active nada, pues esta nave no tendrá ninguna de esas características:

184

DISEÑO DE UNIONES

En el apartado “refuerzos” no active nada, pues en esta nave configuraremos los refuerzos, si fuese necesario en las uniones:

185

DISEÑO DE UNIONES

En el apartado “Listones” configure de la siguiente manera: Número de listones =

4

186

DISEÑO DE UNIONES

En el apartado “Arriostramientos” configure arriostramientos cruzados en ambas paredes y en el tejado, de la siguiente manera:

187

DISEÑO DE UNIONES

En el apartado “Paredes de aguilón” puede configurar las paredes frontal y posterior. En nuestro ejemplo no colocaremos nada:

188

DISEÑO DE UNIONES

No definiremos en este asistente las cargas, por tanto pulse el botón ACEPTAR. La nave ha sido generada:

189

DISEÑO DE UNIONES

El asistente ha generado unicamente el caso de carga del peso propio, pero debemos asegurarnos que se encuentre cargado.

Si activamos los botones de visualización de cargas

,

veremos que no está asignado todavía el peso propio de la estructura. Estos botones se encuentran en la parte inferior del espacio de trabajo. Se recomienda eliminar el caso de carga de peso propio y volver a crear uno nuevo.

190

DISEÑO DE UNIONES

Para ello ingrese al menú CARGAS>> CASOS DE CARGA. Aparecerá un cuadro de diálogo:

Seleccione el caso de carga existente y pulse “Eliminar”. A continuación elija el tipo de caso PERMANENTE y coloque un nombre

para

el

nuevo

caso

de

carga.

En

nuestro

colocaremos “PESO PROPIO” y pulsamos el botón “Agregar”.

191

ejemplo

DISEÑO DE UNIONES

Se ha añadido el nuevo caso de carga. A continuación añadiremos un caso de carga de explotación que llamaremos SOBRECARGA:

192

DISEÑO DE UNIONES

Pulse “Agregar” y cierre el cuadro de diálogo. Se han añadido los dos casos de carga.

193

DISEÑO DE UNIONES

4.4 Asignación del Peso Propio En el presente ejemplo solo hemos creado el caso de carga “Peso Propio” pero no hemos asignado dicha carga. Para asignar el peso propio a toda la estructura coloque como caso actual “Peso Propio” e ingrese al cuadro de diálogo de cargas:

194

DISEÑO DE UNIONES

En la ficha “Peso y Masa” elija el primer botón “Peso propio sobre la estructura entera”.

La estructura aparece pintada de color rojo, lo que significa que el peso propio ha sido asignado. En la leyenda también aparece esta indicación y el botón de aplicación aparece en gris.

4.5 Creación de Cerramientos Los cerramientos son elementos superficiales que carecen de masa y material, se usan pricipalmente como elementos de transferencia de cargas superficiales a la estructura. En nuestro caso lo usaremos como material de cubierta y cerramiento lateral para recibir la carga de viento. Para

crear

cerramientos

ingrese

al

menú

ESTRUCTURA>>

CERRAMIENTOS. Aparece un nuevo cuadro de diálogo: 195

DISEÑO DE UNIONES

Elija la distribución de cargas en dos direcciones y dibuje el contorno de la cubierta con el puntero, marcando sus 4 nudos de esquina. El contorno quedará definido así:

196

DISEÑO DE UNIONES

Repita el procedimiento para la otra cubierta y para los laterales:

Los contornos han sido creados. Ya estamos listos para aplicar cargas de explotación o uso y cargas de viento.

197

DISEÑO DE UNIONES

4.6 Carga de explotación o uso Las cargas de explotación son aquellas que se asignan a las estructuras dependiendo del uso final que se le dará a las mismas. Estas cargas vienen dadas por las normas de cada país. En nuestro ejemplo usaremos una sobrecarga de 25 kgf/m2 como carga de montaje de la estructura. Para asignar esta sobrecarga ingresamos en el menú CARGAS>> CARGAS. Aparece un cuadro de diálogo. En la ficha SUPERFICIE, elegimos “carga superficial uniforme”

Aparece un nuevo cuadro de diálogo. Establecemos el valor de -25 kgf/m2 en dirección Z.

198

DISEÑO DE UNIONES

Pulsamos “Agregar”. Aplique la carga a los dos cerramientos que corresponden a la cubierta de la nave.

199

DISEÑO DE UNIONES

La cubierta ha sido cargada.

4.7 Simulación de Carga de Viento Robot permite realizar simulaciones de carga de viento basados en la metodología ASCE 07 americana. Es una simulación que se basa principalmente en la velocidad de diseño y genera de forma automática

las

cargas

y

los

casos

de

carga

para

realizar

combinaciones normativas. Para crear las cargas de viento ingrese en el menú CARGAS>> SIMULACIÓN DE CARGAS DE VIENTO>> GENERAR CARGAS DE VIENTO. Aparecerá un nuevo cuadro de diálogo.

200

DISEÑO DE UNIONES

201

DISEÑO DE UNIONES

Debemos elegir las posibles direcciones de ataque del viento. En nuestro ejemplo usaremos las 4 direcciones ortogonales X e Y (tanto en dirección positiva como negativa). La velocidad del viento será de 42m/seg (Establecida para la ciudad de Santa Cruz, Bolivia, en la norma vigente NB 1225003). En el apartado “exposición al viento” seleccione los elementos que corresponden a los cerramientos. Con esto le indicamos a ROBOT que el viento choca contra los cerramientos y son éstos los que transmiten las cargas a los elementos estructurales. En el presente ejemplo son los elementos 97 al 100 (4 cerramientos).

En la ficha “perfil de Viento” podemos establecer la forma de ataque del viento en vertical y la altura considerada en los cálculos. Por defecto el programa nos muestra un perfil de viento recto.

202

DISEÑO DE UNIONES

Consideremos una altura de 30 metros en los cálculos y un perfil variable. Para generar el perfil variable basta con hacer clic en cualquier parte sobre la curva de viento. En nuestro caso aplicamos una curva con valor máximo de 2 para el coeficiente de velocidad del viento a una altura de 30 metros y disminuyendo a 1.80 en 20 metros, 1.50 en 10 metros, hasta terminar en un valor de 1 en el suelo.

203

DISEÑO DE UNIONES

204

DISEÑO DE UNIONES

Una vez definido el perfil de viento pulse INICIAR para que ROBOT haga la simulación y genere las cargas.

Cuando se termina el proceso, aparece un cuadro de confirmación.

Puede verificar que el programa ha creado los 4 casos de carga de viento.

205

DISEÑO DE UNIONES

4.8 Combinaciones Automáticas Robot permite realizar combinaciones de cargas de forma automática dependiendo de la norma que se elija de antemano en las preferencias del proyecto. En nuestro ejemplo hemos elegido la norma LRFD ASCE 7-05.

206

DISEÑO DE UNIONES

Para

realizar

las

combinaciones

automáticas

ingrese

al

menú

CARGAS>> COMBINACIONES AUTOMÁTICAS. Aparecerá un nuevo cuadro de diálogo.

Elija la opción “combinaciones automáticas completas” y pulse MAS>. Si le aparece este mensaje, pulse SI para continuar.

207

DISEÑO DE UNIONES

En la ficha RELACIONES, seleccione el tipo de carga permanente y pulse el botón [ > ] para añadir a la lista.

208

DISEÑO DE UNIONES

Repita el procedimiento para la carga de explotación y carga de viento.

209

DISEÑO DE UNIONES

Una vez realizadas las “relaciones” entre los casos de carga, pulse el botón GENERAR. Las combinaciones han sido generadas tanto para estados límites últimos como para estados límites de servicio. Puede verificar esto en el visor de casos de carga.

210

DISEÑO DE UNIONES

Una vez realizadas las combinaciones, ya podemos calcular la estructura y diseñarla, según el procedimiento descrito en el acápite 3.1.

4.9 Diseño de Uniones Atornilladas Primeramente debemos cargar el catálogo de tornillos deseado para hacer el diseño. En las preferencias del proyecto elija la opción “catálogos” y luego el catálogo de tornillos.

211

DISEÑO DE UNIONES

Por defecto viene el catálogo inglés EN ISO 4014. Para cargar el catálogo de la ASTM pulse el botón [+]. Aparecerá un cuadro de diálogo:

Elija el catálogo ASTM_MET y pulse “agregar”.

212

DISEÑO DE UNIONES

El

catálogo

ha

sido

agregado,

para

establecerlo

por

defecto

selecciónelo y pulse el botón de Check.

El catálogo por defecto siempre se marca con un pequeño cuadro rojo. Pulse OK. Las uniones atornilladas pueden ser creadas dependiendo de los elementos a unir, por ejemplo: Columna-Viga, Viga-Viga, Columnaapoyo, etc. En el nivel de esquemas seleccione “Dimensionamiento de Acero”

213

DISEÑO DE UNIONES

A continuación elija la opción UNIONES.

El espacio de trabajo cambia y se añaden herramientas específicas para este fin. En nuestro caso haremos una unión Columna-Viga. Seleccione las barras 10 y 12 del modelo creado.

214

DISEÑO DE UNIONES

Viga

Columna

Pulse el botón

“crear nueva unión en la estructura”. Aparecerá

un cuadro de diálogo.

215

DISEÑO DE UNIONES

En el inspector de objetos aparece la unión creada, aunque todavía no está calculada.

El espacio de trabajo se divide en 4 partes. Actualmente estamos mirando el espacio de la “estructura”.

216

DISEÑO DE UNIONES

Pase a la “Vista de la unión”. Ahí podemos apreciar los cambios en la configuración de la unión a medida que los hacemos.

En el apartado geometría elija la opción “Unión atornillada” y configure como sigue:

217

DISEÑO DE UNIONES

Si desea ver los cambios a medida que los realizamos pulse el botón APLICAR cada vez.

218

DISEÑO DE UNIONES

Configure los tornillos a utilizar y su posición. Pulse aplicar para apreciar los cambios.

La unión queda de esta manera:

219

DISEÑO DE UNIONES

220

DISEÑO DE UNIONES

En los parámetros normativos definimos el tipo de análisis global de la estructura y el tipo de pórticos:

Finalmente pulse APLICAR y OK. La unión ha sido definida en su totalidad.

221

DISEÑO DE UNIONES

4.10 Verificación de la Unión Atornillada Una vez definida la geometría y componentes de la unión atornillada, procedemos a verificar si cumple o no los requisitos estructurales de la norma seleccionada. Para ello pulse el botón

“dimensionamiento de uniones en la

estructura”. Aparecerá un cuadro de diálogo:

Active la casilla de verificación “Combinaciones” y pulse CALCULAR. El programa le muestra los resultados del cálculo.

222

DISEÑO DE UNIONES

En este caso se indica que la unión no cumple con los requisitos estructurales. Si navegamos por los resultados de cálculo hasta la parte inferior, nos indica cuál es el componente más debil de la unión.

223

DISEÑO DE UNIONES

En este caso son los tornillos los que están fallando y por lo tanto debemos aumentar la cantidad o el diámetro de los mismos.

4.11 Edición de la Unión Atornillada Para editar la unión debemos hacer doble clic en la unión dentro del inspector de objetos.

224

DISEÑO DE UNIONES

Se vuelve a abrir el cuadro de diálogo de configuración de la unión. En el apartado “Tornillos” hacemos los siguientes cambios:

Pulse OK. La unión queda así:

225

DISEÑO DE UNIONES

pulse el botón

“dimensionamiento de uniones en la estructura”.

Aparecerá un cuadro de diálogo:

226

DISEÑO DE UNIONES


227

DISEÑO DE UNIONES

La unión todavía no cumple los requisitos estructurales, aunque ha disminuido su relación de verificación. Si bajamos en los resultados de cálculo, veremos que el elemento más débil es el alma del pilar en tracción (ya no los tornillos).

Debemos reforzar el alma del pilar, en un procedimiento de prueba y error hasta que el cálculo de la unión cumpla con los requisitos estructurales. Después de varias pruebas, hemos reforzado el alma del pilar y aumentado un tornillo, quedando la configuración de esta manera:

La unión se establece de esta forma:

228

DISEÑO DE UNIONES

Si recalculamos la unión, nos aparece este mensaje.

La unión cumple con todas las comprobaciones definidas por la norma. Esto también se puede ver en el inspector de objetos con el signo de Check. 229

DISEÑO DE UNIONES

4.12 Resultados y Planos de Impresión Los resultados del cálculo de la unión se pueden exportar a diferentes formatos y/o programas como ser WORD, EXCEL, etc. Para esto active cualquiera de los botones que se encuentran en la barra de herramientas de la derecha.

230

DISEÑO DE UNIONES

Si elegimos exportar a Word, se abrirá automáticamente el programa (si se encuentra instalado) con la memoria de cálculo de la unión.

Si deseamos ver un esquema de la unión seleccione la ficha Esquema:

231

DISEÑO DE UNIONES

Si bien el esquema de la unión que presenta ROBOT es bastante explícito, a veces es necesario tener dicho detalle en un programa de CAD. Lamentablemente no es posible exportar directamente al formato de AutoCAD desde Robot, sino que se debe exportar el modelo completo a un graficador como REVIT o ADVANCE STEEL para desde ahí producir los planos finales de la unión y la estructura en general.

4.13 Copiar Unión Atornillada Un buen procedimiento de trabajo es diseñar la unión más solicitada de toda la estructura y luego copiarla en los demás lugares que tengan similitud de esfuerzos y elementos estructurales. En nuestro caso hemos diseñado una unión del centro de la nave y la vamos a copiar en las demás uniones Columna-Viga.

232

DISEÑO DE UNIONES

Primero vamos a visualizar la union en el modelo. Para ello hacemos clic derecho en pantalla y elegimos la opción MOSTRAR.

Active las uniones de acero y pulse ACEPTAR. La unión diseñada ahora es visible esquemáticamente.

233

DISEÑO DE UNIONES

Para copiar la unión, selecciónela en el inspector de objetos y marque los elementos que van a recibir la misma unión (columnas y vigas).

234

DISEÑO DE UNIONES

Una vez seleccionados los elementos, pulse el botón unión para las barras seleccionadas”. La unión se ha copiado.

235

“copiar

DISEÑO DE UNIONES

En el inspector de objetos aparecen las nuevas uniones, aunque todavía no están verificadas.

236

DISEÑO DE UNIONES

Para verificar todas las nuevas uniones puede hacer una selección múltiple usando la tecla CTRL

Pulse el botón

“dimensionamiento de uniones en la estructura” y

verifique las uniones. El inspector de objetos aparecerá de esta forma:

237

DISEÑO DE UNIONES

Se puede apreciar que todas las uniones cumplen los requisitos estructurales. Repita el procedimiento para las demás columnas. El resultado deberá quedar así:

4.14 Placa y Pernos de Anclaje Las placas de anclaje reparten las cargas de columna en bloques de hormigón

armado

de

tal

manera

que

se

evite

la

falla

por

aplastamiento de los mismos. Estas placas deben tener un area de o suficiente para este fin, además del espesor adecuado para no fallar por flexión y/o corte. De igual forma sirven para anclar la columna mediante pernos de anclaje. Los pernos de anclaje son varillas lisas con extremos roscados que pueden o no tener gancho. “Un tipo de pernos de anclaje muy usado es el que se muestra en la figura siguiente, con rosca y tuerca gruesa en el extremo embebido” (Zapata, L. 2004) 238

DISEÑO DE UNIONES

Los pernos de anclaje deben estar separados entre sí por lo menos 15 diámetros, para evitar la interferencia de los conos de arrancamiento en el caso de pernos en tracción.

4.14.1

Diseño de Placa y Pernos de Anclaje

Para diseñar placas y pernos de anclaje en ROBOT vamos a seleccionar un nudo que contenga un apoyo y su respectiva columna. En nuestro ejemplo seleccionamos el nudo 10 y la columna 6:

239

DISEÑO DE UNIONES

Pulse el botón



240

DISEÑO DE UNIONES

En el apartado “Pilar” elija la opción “Sin rigidizadores” en primera instancia, para ver si cumple con las comprobaciones estructurales. Si al hacer las comprobaciones por el método de prueba y error vemos que la placa falla, podremos añadir rigidizadores posteriormente. En el apartado “Pletina” elija el acero A-36 y defina el espesor de la placa. En nuestro caso colocamos 25mm

Pulse en la ficha “vista de la unión” para apreciar los cambios a medida que los hacemos:

241

DISEÑO DE UNIONES

En el apartado “anclaje” configure 4 pernos de ¾” de la siguiente forma:

242

DISEÑO DE UNIONES

Pulse “aplicar” para ver los cambios. En en apartado “Chaveta” configure la no utilización.

La chaveta es un elemento adicional o refuerzo que se coloca por debajo de la placa de anclaje para transmitir de mejor manera los esfuerzos al bloque de hormigón en el caso de que los pernos de anclaje queden muy separados entre sí. No siempre es necesaria. 243

DISEÑO DE UNIONES

En el apartado “Soldaduras” establezca el grosor de la soldadura. En nuestro caso adoptamos 5mm

En el apartado “cimentación” establezca las dimensiones del bloque y el tipo de hormigón, además de la capa de limpieza. En nuestro caso configuramos

un

hormigón

de

210kgf/cm2

y

dimensiones

1x1x0.9m3. La capa de limpieza (generalmente grout) de 30mm

244

DISEÑO DE UNIONES

Pulse “aplicar”, la placa de anclaje y el bloque quedan así:

En el apartado “Parámetros normativos” configure el tipo de pórtico y las comprobaciones que deberán hacerse al diseñar la placa.

245

DISEÑO DE UNIONES

Pulse “Aplicar” y “Aceptar”. Con esto tenemos definida nuestra placa de anclaje y pernos, situación que podemos corroborar en el inspector de objetos. Ahora nos resta calcular la placa para ver si cumple o no con las comprobaciones estructurales normativas.

246

DISEÑO DE UNIONES

4.14.2

Verificación de la Placa y Pernos

Una vez definida la geometría y componentes de la placa y pernos de anclaje, procedemos a verificar si cumple o no los requisitos estructurales de la norma seleccionada. Para ello pulse el botón



247

DISEÑO DE UNIONES

Pulse “calcular”.

248

DISEÑO DE UNIONES

En los resultados se aprecia que el componente más débil son los tornillos de anclaje, con una relación resistente de 2.47:

Si aumentamos el diámetro de los pernos a 1”,

Volvemos a verificar la placa de anclaje presionando el botón “dimensionamiento de uniones en la estructura”. Aparece el siguiente mensaje: “ruptura del hormigón debido al efecto de palanca”

249

DISEÑO DE UNIONES

La relación de resistencia ha disminuido hasta 1.07, es decir, por muy poco no se cumple la comprobación del componente más débil. En este caso debemos aumentar las dimensiones del bloque de hormigón armado. Cuando aparece este tipo de mensaje es porque el cono de arrancamiento se superpone produciendo una fuerza cortante grande en la masa de hormigón. Esto puede solucionarse añadiendo una chaveta en la parte inferior de la placa para aumentar la adherencia y evitar el arrancamiento del material.

En nuestro ejemplo hemos añadido una chaveta de 100mm con un perfil IPE 100, y material A-36. 250

DISEÑO DE UNIONES

Chaveta

Si

volvemos

a

calcular

la

placa,

resultados:

251

obtendremos

los

siguientes

DISEÑO DE UNIONES

La placa de anclaje cumple con todas las comprobaciones normativas con un buen margen de seguridad (0.42 en relación de resistencias). Si deseamos, podríamos optimizar la placa de anclaje mediante prueba y error, disminuyendo por ejemplo la cantidad y el diámetro de los pernos o las dimensiones del bloque de hormigón. En nuestra siguiente prueba disminuimos la cantidad de pernos a 2, disminuimos el diámetro de los mismos a 3/4” y las dimensiones del bloque a 0.80x0.80x0.80m3.

252

DISEÑO DE UNIONES

Recalculando

la

placa,

vemos

que

cumple

con

todas

las

comprobaciones normativas, con una relación de resistencias de 0.61.

El esquema de la placa queda de esta manera:

253

DISEÑO DE UNIONES

Al igual que en el caso de uniones, puede guardar la memoria de cálculo de la placa de anclaje pulsando cualquiera de las opciones de exportación que se encuentran en la barra de herramientas de la derecha:

254

DISEÑO DE UNIONES

Si elegimos exportar a Excel, se abrirá automáticamente el programa (si se encuentra instalado) con la memoria de cálculo de la unión.

255

DISEÑO DE UNIONES

4.14.3

Copiar Placa de Anclaje

Un buen procedimiento de trabajo es diseñar la placa de anclaje más solicitada de toda la estructura y luego copiarla en los demás lugares que tengan similitud de esfuerzos y elementos estructurales. En nuestro caso hemos diseñado la placa de la columna central de la nave y la vamos a copiar en las demás bases de columnas. Para copiar la placa, selecciónela en el inspector de objetos y marque los elementos que van a recibir la misma unión (columnas y nudo de la base).

256

DISEÑO DE UNIONES

Selección de Columnas y nudos base

Una vez seleccionados los elementos, pulse el botón

“copiar

unión para las barras seleccionadas”. La placa se ha copiado con todas su características.

257

DISEÑO DE UNIONES

En el inspector de objetos aparecen las nuevas placas, aunque todavía no están verificadas.

Para verificar todas las nuevas placas puede hacer una selección múltiple usando la tecla CTRL

258

DISEÑO DE UNIONES

Pulse el botón


verifique las uniones. El inspector de objetos aparecerá de esta forma:

259

DISEÑO DE UNIONES

Se puede apreciar que todas las placas cumplen los requisitos estructurales.

4.15 Uniones Soldadas La soldadura se origina por la fusión de metales que se calientan para unirse y formar un solo material. La fuente de calor es la energía eléctrica que produce el arco eléctrico, por lo que se le denomina Soldadura al Arco. Las piezas a las que se le aplica este calor deben tener un espesor de más de 2mm para que no presenten el efecto de desgaste por quemadura. Para piezas de menor espesor debe usarse la llamada soldadura de resistencia eléctrica, a través de puntos con una corriente de alto amperaje.

4.15.1

Tipos de Soldaduras Estructurales

Existen de cuatro tipos: Soldaduras acanaladas, soldaduras de filete, soldaduras de tarugo y soldaduras de Ranura:

Las soldaduras tipo ranura o tarugo se emplean únicamente cuando la unión a soldar es de dificil o no hay suficiente espacio para realizar una soldadura de filete. Según McCormac, J. & Csernak, S. 260

DISEÑO DE UNIONES

2013 “las soldaduras de filete son más resistentes a la tensión y a la compresión que al corte, de manera que los esfuerzos determinantes en este tipo de soldaduras son los de corte”. Existe abundante bibliografía sobre este tema. Recomendamos de forma particular el libro: “Diseño de Estructuras de Acero”, (McCormac, J. & Csernak, S. 2013) para el método de diseño LRFD y el cálculo de soldaduras. La normativa de que se dispone en ROBOT para el cálculo de las uniones es la correspondiente al Eurocódigo EN 2005/AC 2009

4.16 Diseño de Uniones Soldadas Primeramente nos aseguramos que la norma para diseñar sea la del Eurocódigo: Menú

HERRAMIENTAS>>

PREFERENCIAS

Aparece el cuadro de diálogo:

La norma es correcta. Pulse OK.

261

PARA

EL

PROYECTO.

DISEÑO DE UNIONES

Las uniones soldadas pueden ser creadas dependiendo de los elementos a unir, por ejemplo: Columna-Viga, Viga-Viga, Columnaapoyo, etc. En el nivel de esquemas seleccione “Dimensionamiento de Acero”

A continuación elija la opción UNIONES.

El espacio de trabajo cambia y se añaden herramientas específicas para este fin. 262

DISEÑO DE UNIONES

En nuestro caso haremos una unión Viga-Viga. Seleccione las barras 11 y 12 del modelo creado en el acápite 4.3.

Viga Viga

Pulse el botón



263

DISEÑO DE UNIONES

Por defecto se crea una unión Viga-Viga. En el inspector de objetos aparece la unión creada, aunque todavía no está calculada.

264

DISEÑO DE UNIONES

El espacio de trabajo se divide en 4 partes. Actualmente estamos mirando el espacio de la “estructura”. Pase a la “Vista de la unión”. Ahí podemos apreciar los cambios en la configuración de la unión a medida que los hacemos.

En el apartado geometría elija la opción “Unión soldada” y configure como sigue:

265

DISEÑO DE UNIONES

En el apartado “Pletina” configure las dimensiones de la plancha de unión y el espesor de 20mm.

En el apartado “refuerzos” configure un refuerzo vertical inferior.

266

DISEÑO DE UNIONES

Si desea ver los cambios a medida que los realizamos pulse el botón APLICAR cada vez.

267

DISEÑO DE UNIONES

En el apartado “soldaduras” configure el ancho de las soldaduras, tanto en las vigas como en los refuerzos. En nuestro ejemplo hemos colocado soldaduras de 8 y 5 mmm.

En los parámetros normativos definimos el tipo de análisis global de la estructura y el tipo de pórticos:

Finalmente pulse APLICAR y OK. La unión ha sido definida en su totalidad. 268

DISEÑO DE UNIONES

4.17 Verificación de la Unión Soldada Una vez definida la geometría y componentes de la unión soldada, procedemos a verificar si cumple o no los requisitos estructurales de la norma seleccionada. Para ello pulse el botón



269

DISEÑO DE UNIONES


270

DISEÑO DE UNIONES

En este caso se indica que la unión cumple con todos los requisitos estructurales, con una relación de resistencias de 0.28 (bastante conservadora) Si se desea optimizar la unión, podemos editarla para disminuir algunos de sus componentes y elevar la relación antes mencionada.

271

DISEÑO DE UNIONES

4.18 Edición de la Unión Soldada Para editar la unión debemos hacer doble clic en la unión dentro del inspector de objetos.

Se vuelve a abrir el cuadro de diálogo de configuración de la unión. En el apartado “Refuerzos” eliminamos el refuerzo vertical inferior.

272

DISEÑO DE UNIONES

Pulse OK. La unión queda así:

pulse el botón

“dimensionamiento de uniones en la estructura”.

Aparecerá un cuadro de diálogo:

273

DISEÑO DE UNIONES


274

DISEÑO DE UNIONES

La unión todavía cumple los requisitos estructurales, aunque ha aumentado su relación de resistencias a 0.36. Si bajamos en los resultados de cálculo, veremos que el elemento más débil durante este diseño es la viga en flexión.

En vista de lo anterior podemos disminuir el espesor de la pletina de unión hasta 10mm.

275

DISEÑO DE UNIONES

Pulse OK. La unión se establece de esta forma:

Si recalculamos la unión, nos aparece este mensaje.

276

DISEÑO DE UNIONES

La unión cumple con todas las comprobaciones definidas por la norma.

277

DISEÑO DE UNIONES

Esto también se puede ver en el inspector de objetos con el signo de Check.

4.19 Resultados y Planos de Impresión Los resultados del cálculo de la unión se pueden exportar a diferentes formatos y/o programas como ser WORD, EXCEL, etc. Para esto active cualquiera de los botones que se encuentran en la barra de herramientas de la derecha. 278

DISEÑO DE UNIONES

Si elegimos exportar a un archivo de texto (*.txt), se abrirá el explorador de windows y nos pedirá el nombre y la ruta para guardar el archivo:

Coloque un nombre y pulse “guardar” Podemos abrir el archivo con el bloc de notas:

279

DISEÑO DE UNIONES

Si bien el esquema de la unión que presenta ROBOT es bastante explícito, a veces es necesario tener dicho detalle en un programa de CAD. Lamentablemente no es posible exportar directamente al formato de AutoCAD desde Robot, sino que se debe exportar el modelo completo a un graficador como REVIT o ADVANCE STEEL para desde ahí producir los planos finales de la unión y la estructura en general.

280

DISEÑO DE UNIONES

4.20 Copiar Unión Soldada Un buen procedimiento de trabajo es diseñar la unión más solicitada de toda la estructura y luego copiarla en los demás lugares que tengan similitud de esfuerzos y elementos estructurales. En nuestro caso hemos diseñado una unión del centro de la nave y la vamos a copiar en las demás uniones Viga-Viga.

281

DISEÑO DE UNIONES

Para copiar la unión, selecciónela en el inspector de objetos y marque los elementos que van a recibir la misma unión (vigas).

282

DISEÑO DE UNIONES

Una vez seleccionados los elementos, pulse el botón

“copiar

unión para las barras seleccionadas”. La unión se ha copiado.

En el inspector de objetos aparecen las nuevas uniones, aunque todavía no están verificadas.

283

DISEÑO DE UNIONES

Para verificar todas las nuevas uniones puede hacer una selección múltiple usando la tecla CTRL

Pulse el botón


verifique las uniones.

284

DISEÑO DE UNIONES

El inspector de objetos aparecerá de esta forma:

Se puede apreciar que todas las uniones cumplen los requisitos estructurales.

4.21 Otros Tipos de Uniones Robot cuenta con una amplia gama de uniones atornilladas y soldadas totalmente paramétricas acorde a lo visto en acápites anteriores. Estas uniones se encuentran en la barra de herramientas de la derecha:

También se puede acceder a todos los tipos de uniones disponibles en el menú UNIONES>> NUEVA UNIÓN. A continuación se describen los tipos de uniones disponibles: 285

DISEÑO DE UNIONES

4.21.1

Base de Pilar Articulada

Pulse el botón

que se encuentra en la barra de herramientas de

la derecha. Esta opción permite crear placas de anclaje y pernos en la unión de columnas con la fundación. Los pernos de anclaje pueden ser rectos o con gancho:

Este tipo de unión se utiliza cuando en la modelación de la estructura no se consideran apoyos empotrados, es decir, este tipo de apoyo permite el giro. En este tipo de apoyos la cantidad máxima de pernos que se pueden utilizar

es

4,

y

deben

estar

ubicados

correspondiente al alma de la columna. Los parámetros a configurar son:

286

dentro

del

espacio

DISEÑO DE UNIONES

4.21.2

Base de Pilar Empotrada

Pulse el botón


la derecha. Esta opción permite crear placas de anclaje y pernos en la unión de columnas con la fundación. Los pernos de anclaje pueden ser rectos o con gancho:

287

DISEÑO DE UNIONES

A diferencia del anterior, en este tipo de apoyos no hay límites en la cantidad de pernos de anclaje que pueden utilizarse, asignándole de ésta forma la capacidad de absorber momentos flectores. Los parámetros a configurar son:

4.21.3

Angulo de Pórtico

Pulse el botón


la derecha. Esta opción permite realizar uniones entre viga y el extremo de una columna, considerando un ángulo recto entre ambas. Este tipo de unión puede o no tener refuerzos:

288

DISEÑO DE UNIONES

La unión puede ser atornillada o soldada. Los parámetros a configurar son:

289

DISEÑO DE UNIONES

4.21.4

Unión Pilar-Viga

Pulse el botón


la derecha. Este comando es muy similar al anterior, con la diferencia que en éste la columna tiene continuidad y puede ser reforzada tanto en su parte superior como inferior.

La unión puede ser atornillada o soldada. Los parámetros a configurar son:

290

DISEÑO DE UNIONES

4.21.5 Pulse el botón

Unión Empalme de Pilar que se encuentra en la barra de herramientas de la

derecha. Este tipo de unión se utiliza cuando un perfil de columna necesita continuar a los niveles superiores de una edificación y su longitud de fábrica no alcanza. En tal caso es necesario realizar un empalme de este tipo:

291

DISEÑO DE UNIONES

La unión puede ser atornillada o soldada en algunos de sus componentes. Los parámetros a configurar son:

4.21.6

Unión Empalme de Viga

Pulse el botón


la derecha. Esta unión se utiliza cuando un perfil de viga necesita gran longitud y su tamaño de fábrica no abastece. En tales casos se empalma un perfil con otro, ayudándose con planchas de refuerzo. Estos empalmes pueden o no tener planchas en las alas de la viga

292

DISEÑO DE UNIONES

Los parámetros que se configuran son:

4.21.7

Unión por Angulares Viga-Pilar (alma)

Pulse el botón


la derecha. Se utiliza cuando un perfil de viga necesita ser unido al alma de una columna. En tales casos se añade un perfil angular y se procede a la unión mediante tornillos.

293

DISEÑO DE UNIONES

Los parámetros a configurar son los siguientes:

4.21.8

Unión por Angulares Viga-Viga (alma)

Pulse el botón


la derecha. Se utiliza cuando un perfil de viga necesita ser unido al alma de otra viga. En tales casos se añade un perfil angular y se procede a la unión mediante tornillos.

294

DISEÑO DE UNIONES


4.21.9

Unión por Angulares Viga-Pilar (ala)

Pulse el botón


la derecha. Se utiliza cuando un perfil de viga necesita ser unido a las alas de una columna. En tales casos se añade un perfil angular y se procede a la unión mediante tornillos.

295

DISEÑO DE UNIONES


4.21.10

Unión por Angulares Viga-Viga (ala)

Pulse el botón


la derecha. Se utiliza cuando un perfil de viga necesita ser unido a las alas de otra viga. En tales casos se añade un perfil angular y se procede a la unión mediante tornillos.

296

DISEÑO DE UNIONES


4.21.11

Unión Nudo de Celosía de Tubos

Pulse el botón


la derecha. Se utiliza cuando a un nudo le llegan varios perfiles tubulares. En tales casos se diseña la unión y se verifican las soldaduras.

297

DISEÑO DE UNIONES


4.21.12 Pulse el botón

Unión Placa Final PH que se encuentra en la barra de herramientas de la

derecha. Se utiliza cuando una tubería estructural necesita conectarse con otra. Se añade una placa de unión con refuerzos laterales y se emperna el perímetro:

298

DISEÑO DE UNIONES


4.21.13

Cartelas

Pulse el botón


la derecha. Se utilizan especialmente cuando se trata de unir elementos con una cara plana paralela al elemento resistente, como es el caso de los perfiles angulares:

299

DISEÑO DE UNIONES


4.21.14

Cartela - Arriostramiento

Pulse el botón


la derecha. Se utilizan cuando se necesita arriostrar varios en un solo nudo dispuestos en forma simétrica. En este caso se añade una plancha y se empernan o sueldan las caras paralelas de los perfiles:

300

DISEÑO DE UNIONES


4.21.15

Cartela – Nudo de Cordón

Pulse el botón


la derecha. Se utilizan cuando se necesita arriostrar varios en un solo nudo de forma asimétrica. En este caso se añade una plancha y se empernan o sueldan las caras paralelas de los perfiles:

301

DISEÑO DE UNIONES


Como puede apreciarse, cada tipo de unión cuenta con una gran cantidad de parámetros a configurar, de manera que pueden haber varios tipos de soluciones para la misma unión estructural, según el criterio de cada proyectista. Esta versatilidad hace de ROBOT STRUCTRURAL

una

de

las

mejores

opciones

para

diseño

de

estructuras de acero. Corresponde al lector profundizar en el uso de la herramienta, cambiando parámetros de cada tipo de unión mediante “prueba y error” lograr las soluciones que mejor se ajusten a su necesidad.

302

INDICE 1

El Material Acero ......................................................................... 7 1.1

El Acero Estructural ........................................................................7

1.2

Propiedades Físico Mecánicas del Acero ..........................................7

1.2.1

Módulo de Elasticidad ............................................................................. 8

1.2.2

Coeficiente de Poisson ............................................................................. 9

1.2.3

Módulo de Elasticidad en Corte (G) ......................................................... 9

1.2.4

Densidad Específica ................................................................................. 9

1.2.5

Coeficiente de Dilatación Térmica ........................................................... 9

1.2.6

Coeficiente de Amortiguamiento ............................................................ 9

1.2.7

Resistencia Característica ...................................................................... 10

1.2.8

Factor de Reducción para el Cortante ................................................... 10

1.2.9

Límite de Tracción .................................................................................. 10

1.2.10

Tratamiento Térmico ............................................................................. 10

1.3

2

Configuración del Material Acero en ROBOT.................................. 11

Creación de Secciones ................................................................ 14 2.1

Tipos de Secciones ........................................................................ 14

2.1.1

2.2

Definición de unidades .......................................................................... 17

Sección Maciza Mediante Polígono ............................................... 20

2.2.1

Creación del Polígono ............................................................................ 20

2.2.2

Edición de Puntos .................................................................................. 23

2.2.3

Simetría Axial ......................................................................................... 28

2.2.4

Normalización de Contornos ................................................................. 29

2.2.5

Cálculo de la Sección .............................................................................. 30

2.2.6

Cálculos Adicionales ............................................................................... 35

2.2.7

Guardar Sección en Archivo Externo ..................................................... 37 303

2.3

Sección Maciza Mediante Archivo *.DXF ....................................... 38

2.3.1

Importación del Archivo DXF ................................................................. 38

2.3.2

Creación de Huecos ............................................................................... 42

2.3.3

Adición y Sustracción de Elementos ...................................................... 43

2.3.4

Eliminación de Puntos Innecesarios ...................................................... 48

2.3.5


2.3.6

Guardar Sección en Base de Datos del ..................................... 53

2.3.7

Utilización de la Base de Datos de ............................................ 56

2.4

Perfiles Compuestos de Varios Materiales ..................................... 61

2.4.1

Definición ............................................................................................... 61

2.4.2

Asignación de Materiales Diferentes ..................................................... 62

2.4.3

Ordenamiento de Planos ....................................................................... 64

2.4.4


2.5

Perfiles de Pared Delgada Mediante Polígono................................ 67

2.5.1

Creación del Polígono ............................................................................ 67

2.5.2

Edición de Puntos .................................................................................. 72

2.5.3

Edición del Espesor y Material ............................................................... 74

2.5.4


2.5.5

Guardar Sección en Archivo Externo ..................................................... 77

2.6

Perfil de Pared Delgada Mediante Archivo *.DXF ........................... 79

2.6.1

Importación del Archivo DXF ................................................................. 79

2.6.2

Edición del Espesor y Material ............................................................... 83

2.6.3


2.6.4

Guardar Sección en Base de Datos del ..................................... 86

2.6.5

Utilización de la Base de Datos de ............................................ 88

2.7

Creación de Nuevo Catálogo de ........................................ 93

2.7.1

Catálogo Base ........................................................................................ 93

2.7.2

Adición de Perfiles al Nuevo Catálogo ................................................... 97

304

3

Análisis y Diseño Estructural de Acero .......................................105 3.1

3.1.1

Definición de la Estructura ................................................................... 110

3.1.2

Casos de Carga y Combinaciones ......................................................... 126

3.1.3

Análisis Estructural............................................................................... 136

3.1.4

Verificación de Secciones..................................................................... 138

3.1.5

Diseño por el Método LRFD ................................................................. 147

3.1.6

Interpretación de Resultados y Optimización ...................................... 148

3.1.7

Estados Límites de Servicio. ................................................................. 155

3.2

4

Método LRFD.............................................................................. 105

Costos de la Estructura................................................................ 167

Diseño de Uniones ....................................................................175 4.1

Tipos de Uniones ........................................................................ 175

4.2

Uniones Atornilladas .................................................................. 176

4.2.1

Tipos de Tornillos ................................................................................. 176

4.3

Creación de Nave Industrial con el Asistente para Pórticos .......... 177

4.4

Asignación del Peso Propio ......................................................... 194

4.5

Creación de Cerramientos ........................................................... 195

4.6

Carga de explotación o uso ......................................................... 198

4.7

Simulación de Carga de Viento .................................................... 200

4.8

Combinaciones Automáticas ....................................................... 206

4.9

Diseño de Uniones Atornilladas................................................... 211

4.10

Verificación de la Unión Atornillada ......................................... 222

4.11

Edición de la Unión Atornillada ................................................ 224 305

4.12

Resultados y Planos de Impresión ............................................ 230

4.13

Copiar Unión Atornillada ......................................................... 232

4.14

Placa y Pernos de Anclaje ........................................................ 238

4.14.1

Diseño de Placa y Pernos de Anclaje ................................................... 239

4.14.2

Verificación de la Placa y Pernos ......................................................... 247

4.14.3

Copiar Placa de Anclaje ........................................................................ 256

4.15

Uniones Soldadas .................................................................... 260

4.15.1

Tipos de Soldaduras Estructurales ....................................................... 260

4.16

Diseño de Uniones Soldadas .................................................... 261

4.17

Verificación de la Unión Soldada .............................................. 269

4.18

Edición de la Unión Soldada ..................................................... 272

4.19

Resultados y Planos de Impresión ............................................ 278

4.20

Copiar Unión Soldada .............................................................. 281

4.21

Otros Tipos de Uniones............................................................ 285

4.21.1

Base de Pilar Articulada ....................................................................... 286

4.21.2

Base de Pilar Empotrada ...................................................................... 287

4.21.3

Angulo de Pórtico ................................................................................ 288

4.21.4

Unión Pilar-Viga ................................................................................... 290

4.21.5

Unión Empalme de Pilar ...................................................................... 291

4.21.6

Unión Empalme de Viga ....................................................................... 292

4.21.7

Unión por Angulares Viga-Pilar (alma) ................................................. 293

4.21.8

Unión por Angulares Viga-Viga (alma) ................................................. 294

4.21.9

Unión por Angulares Viga-Pilar (ala) .................................................... 295

4.21.10

Unión por Angulares Viga-Viga (ala) ................................................ 296

4.21.11

Unión Nudo de Celosía de Tubos ..................................................... 297

4.21.12

Unión Placa Final PH ........................................................................ 298 306

4.21.13

Cartelas ............................................................................................ 299

4.21.14

Cartela - Arriostramiento ................................................................. 300

4.21.15

Cartela – Nudo de Cordón ............................................................... 301

307

BIBLIOGRAFÍA 1. Ayuda On-Line del programa ROBOT STRUCTURAL ANALYSIS 2016, disponible en http://help.autodesk.com/view/RSAPRO/2016/ENU/ 2. Robot Millennium 19.0- Manual del 3. Norma LRFD 2000 4. Diseño Estructural en Acero. Luis F. Zapata Baglietto 5. Diseño de Estructuras de Acero. Jack McCormac & Stephen Csernak 6. VIDEO TUTORIALES del autor que se encuentran en: https://www.youtube.com//cevb25

Página Oficial de FACEBOOK: https://www.facebook.com/robotcast/

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