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Cálculo de estructuras metálicas.Nave industrial con Nuevo Metal 3D
T3
Nuevo Metal 3D: Análisis pórtico 2D
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Uniones atornilladas
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B1 Cálculo de estructuras metálicas. Nave industrial con NM3D 3 Nuevo Nuevo Metal 3D: 3D: Análisi s pórtico pó rtico 2D P3
Uniones atornilladas
ÍNDICE DE CONTENIDOS Parte Parte 3 – Uniones ator nillada nill adass 1.
Uniones Unio nes ator nill ni lladas adas ................................... ...................................................... .................................... .................................... ............................... ............ 3 1.1.
Uniones en estructuras metálicas. Conceptos generales ...................................................... ...................................................... 3
1.2.
Uniones con tornillos en Nuevo Metal 3D ................................................................. .............................................................................. ............. 3
1.3.
Proceso de uniones atornilladas de perfiles con Nuevo Metal 3D ....................................... 33
© Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.
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No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita.
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Uniones atornilladas
ÍNDICE DE CONTENIDOS Parte Parte 3 – Uniones ator nillada nill adass 1.
Uniones Unio nes ator nill ni lladas adas ................................... ...................................................... .................................... .................................... ............................... ............ 3 1.1.
Uniones en estructuras metálicas. Conceptos generales ...................................................... ...................................................... 3
1.2.
Uniones con tornillos en Nuevo Metal 3D ................................................................. .............................................................................. ............. 3
1.3.
Proceso de uniones atornilladas de perfiles con Nuevo Metal 3D ....................................... 33
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Uniones atornilladas
Parte Parte 3 – Uniones ator nillada nill adass 1. Uniones atorni lladas 1.1. 1.1.
Uniones en estruc turas metálicas. Conceptos generales
Generalmente las estructuras de acero están formadas por barras –perfiles comerciales o armados- unidas entre sí mediante nudos, que suponen uno de los puntos más delicados en la seguridad de una edificación. Al contrario que los perfiles fabricados en serie, las uniones son realizadas realizadas una a una en el taller o, más comprometido aún, en la obra, lo que aumenta las incertidumbres. En especial, las uniones soldadas en obra son especialmente delicadas. delicadas. En las estructuras atornilladas las operaciones de soldeo se realizan en taller, en un entorno más controlado y con mejores medios. Por otro lado, los nudos son regiones de concentración de esfuerzos y geometría singular, sensibles a fenómenos locales. A su complejidad hay que añadir que en ocasiones condicionan las dimensiones de las barras, que pueden ser suficientes para resistir los esfuerzos con deformaciones admisibles, pero tal vez insuficientes para alojar uniones capaces de resistir esos esfuerzos. Esta circunstancia es más frecuente en uniones atornilladas.
1.2. 1.2.
Uniones con tornil tor nillos los en Nuevo Metal Metal 3D
Actualmente, Nuevo Nuevo Metal 3D permite, entre otras tipologías, tipologías, el cálculo de uniones uniones soldadas soldadas y atornilladas en pórticos de naves industriales. Para iniciar el cálculo elegimos el menú Uniones > Calcular.
Figura 1.1.1 Menú Uniones > Calcular Tras clicar en la opción del menú, nos aparece la ventana Cálculo Cálculo que nos permite elegir el tipo de unión: mediante soldadura o tornillos. Todas las uniones serán resueltas con la misma tipología. © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.
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En la parte inferior aparecen las tipologías de uniones que el programa puede calcular.
Figur a 1.1.2 Ventana Cálculo (de uniones) Una vez elegida la tipología de la unión (en este capítulo mediante tornillos y pretensados), se inicia el proceso de análisis de los nudos, diseño, cálculo y agrupamiento de las uniones, que realiza automáticamente el programa. Con tornillos el cálculo es algo más lento que con soldaduras.
Figura 1.1.3 Ventana del proceso de cálculo d e las uniones © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.
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Una vez finalizado este proceso, aparece el Informe final del cálculo, en el que aparte de las posibles incidencias que pudieran darse en el cálculo, también informa sobre las uniones, concretamente las aplicadas, las resueltas y las no resueltas (total o parcialmente).
Figura 1.1.4 Ventana del Informe final de cálculo Como el predimensionamiento de las barras ya se hizo con todas las barras del pórtico 2D representativo en el capítulo anterior, no hace falta incidir otra vez en este tema, tan solo destacar que al aplicar y calcular las uniones, al Comprobar las barras, aparece un grafismo diferente en los nudos aplicados con uniones.
Figur a 1.1.5 Resultado de Comprobar las barras
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Si queremos consultar los resultados de las uniones, tenemos que clicar sobre el menú Uniones > Consultar.
Figura 1.1.6 Menú Uniones > Consultar Tras clicar en esta opción, el pórtico de la pantalla cambia la representación de las uniones aplicadas.
Figur a 1.1.7 Resultado de Consultar las uniones El grafismo de las uniones y los colores empleados son los típicos que hemos visto hasta ahora: nudos de color verde-OK, nudos de color rojo-NO.
Podemos apreciar que hay unión no resuelta, correspondiente al dintel derecho acartelado IPE-450 con el pilar IPE-330. Simplemente pasando el ratón por los nudos el programa nos avanza resultados, y concretamente en este nudo el error en la unión se debe a una incoherencia geométrica.
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Figura 1.1.8 Ventana informativa una unión Clicando con el ratón en este nudo (Nudo N4 para el programa), aparece una vista 3D del nudo más la causa de que no se haya podido resolver.
Figura 1.1.9 Vista 3D de la unión consu ltada Moviendo el ratón y la rueda central del ratón, podemos girar el nudo visualizado y aproximarnos suficientemente para apreciar la incoherencia geométrica que el programa no puede resolver.
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Figur a 1.1.10 Vista 3D de la unión consul tada En este caso la dimensión de las alas del dintel acartelado (IPE-450) es más ancho que la del pilar al que va soldado (IPE-330). Para poder resolverlo deberemos dar el mismo ancho al ala del pilar, y por tanto, pasará a ser IPE-450 como el dintel. Lo modificaremos desde el menú Barra > Describir perfil, tal como vimos en el capítulo anterior.
Figura 1.1.11 Ventanas Describir perfil © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.
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Tras aceptar ambas ventanas, habremos modificado el pilar derecho de la nave principal a IPE-450, y podemos volver a recalcular las uniones.
Figura 1.1.12 Vista 3D del pórtico mod ificado Volverá a repetirse el proceso ya visto de elección del método de unión de barras, cálculo e Informe final del cálculo.
Figura 1.1.13 Informe final del cálculo t ras la modi ficación En él ya podemos apreciar, que de las 8 uniones aplicadas, todas están ya resueltas. Sin embargo hay un aviso de revisión de las rigideces rotacionales, propias de las uniones mediante tornillos. Seguimos las instrucciones del informe para la consulta y definición. © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.
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Figura 1.1.14 Menú Cálculo > Mostrar l os mensajes de error Al clicar sobre la opción Mostrar los mensajes de error , nos aparece automáticamente en pantalla las señales de aviso en los nudos a revisar el valor de la rigidez rotacional, parámetro que no se ha definido en ninguna unión.
Figura 1.1.15 Pórtico 2D con las señales de aviso en los nudo s Si pasamos el ratón por cualquier señal de aviso nos informa del error ya comentado.
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Figura 1.1.16 Mensaje de error sob re la señal de aviso en el nudo Para solventar este error habrá que definir las rigideces rotacionales en las uniones que se resolverán con tornillos. Para ello hay que ir al menú Uniones > Rigideces rotacionales.
Figura 1.1.17 Menú Uniones > Rigideces rotacion ales Al clicar sobre esta opción, nos aparecerá en pantalla una ventana de O pciones, para revisar los valores de rigidez rotacional o asignar a todas las piezas un valor propuesto de rigidez rotacional.
Figur a 1.1.18 Ventana de Opciones para rigideces rotacionales © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.
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En nuestro caso tenemos que asignar valores de rigidez rotacional para que quede contemplado en el cálculo, por lo que nos aparecerá una ventana informativa sobre la necesidad de volver a calcular.
Figura 1.1.19 Ventana inform ativa de recálculo Una vez aceptada la anterior ventana informativa, automáticamente las barras tienen asignadas unas rigideces rotacionales por el programa, que salen representadas en pantalla.
Figura 1.1.20 Rigideces rotacionales asignadas por el programa En este momento volvemos a recalcular el pórtico, y se volverá a repetir todo el proceso de ventanas ya visto, iniciándose el cálculo que finalizará con la publicación en pantalla del Informe final de cálculo, con todas las uniones ya resueltas.
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Figura 1.1.21 Informe final del cálculo tr as la modif icación Clicando otra vez en el menú Uniones > Consultar , volveremos a ver el pórtico, esta vez, con todos los nudos de color verde.
Figura 1.1.22 Resultado tras cons ultar las uniones En este punto el programa ha establecido unos tipos de uniones que denomina Tipo…, que se puede apreciar sobre cada uno de los nudos, y clicando sobre una unión aparece la ventana Uniones en el nudo N (y el número que haya establecido).
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Figura 1.1.23 Ventana de resultados de un tipo de unión Se puede advertir que en la parte inferior de esta ventana tiene tres tabuladores: Detalle, Listado y Vista 3D.
Figur a 1.1.24 Tabulado res de la ventana Uniones en el nudo N La primera ventana Detalle corresponde al detalle constructivo, que se puede imprimir o exportar en formato CAD, desde el icono Imprimir vista actual.
Figura 1.1.25 Icono Imprimir vista actual
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Al clicar se abre la ventana Imprimir/Guardar la vista actual, sólo debemos seleccionar las opciones que queramos.
Figur a 1.1.26 Ventana Impri mir /Guardar la vis ta actual
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El segundo tabulador, Listado, nos ofrece la siguiente información del nudo analizado: -
Detalle:
Figura 1.1.27 Apartado Detalle del listado
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Uniones atornilladas Descripción de los componentes de la unión:
Figura 1.1.28 Apartado Descripción de los compo nentes de la unión del listado © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.
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Uniones atornilladas Comprobación:
Figura 1.1.29 Apartado Comprobación del listado (pilar y soldaduras) © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.
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Figura 1.1.30 Apartado Comprobación del listado (soldaduras y viga)
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Figura 1.1.31 Apartado Comprobación del listado (soldaduras y tornillos) © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.
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Figura 1.1.32 Apartado Comprobación del listado (rigideces rotacionales)
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Uniones atornilladas Medición:
Figura 1.1.33 Apartado Medición del listado
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El tercer tabulador, Vista 3D, ofrece lo que dice, con el añadido de que representa las soldaduras de distinto color con el siguiente criterio:
-
amarillo: soldaduras hechas en taller
-
magenta: soldaduras hechas en obra “in situ”
Figur a 1.1.34 Vista 3D de la ventana Uniones en el nudo N
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Podemos rotar la vista 3D y acercarnos o alejarnos de ella para consultar todas los tornillos y soldaduras que hay.
Figur a 1.1.35 Vista 3D de la ventana Uniones en el nudo N © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.
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A continuación se insertan imágenes de vistas en 3D del resto de los nudos del pórtico, aunque ya sabemos que podemos obtener toda la información antes explicada.
Figur a 1.1.36 Vista 3D de la unión en la cum brera
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Figura 1.1.37 Vista 3D del pilar con l a viga del cuerpo anexo
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Figura 1.1.38 Vista 3D del pilar de fachada con l a viga del cuerpo anexo
El programa, en este punto, también genera información sobre la unión de los pilares con cimentación, y aunque más adelante se dedica un tema exclusivo a las placas de anclaje, éstas también se consideran nudos que se calculan como uniones y generan la misma información que el resto de elementos que hemos visto.
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Figur a 1.1.39 Vista 3D del pilar co n la placa de anclaje a cim entación En la actualidad Cype Ingenieros está implementando en sus sucesivas revisiones del programa más casuística de uniones. Se puede consultar en la siguiente página web el catálogo de uniones atornilladas que hasta el momento se pueden resolver:
http://uniones.cype.es/uniones_atornilladas.htm
Se adjunta a continuación una pequeña parte de las uniones resueltas con tornillos que figuran en dicho catálogo. © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.
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Figura 1.1.40 Parte de las tipolog ías de union es atornilladas implementadas
Hay que añadir en lo referente a la tipología y calidades de los tornillos empleados para uniones de estructuras metálicas que en el menú Uniones > Opciones, están definidos los diferentes tipos, así como sus series, clase de acero, diámetros, clase de rozamiento a considerar (pretensados), y disposición de rigidizadores. Las opciones de seleccionemos serán las que se empleen en el cálculo de las uniones así resueltas.
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Figura 1.1.41 Opciones de torni llería no pr etensada
Figura 1.1.42 Opciones de torn illería pretensada
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Figura 1.1.43 Opciones de rigidizadores Por último hay que decir que una vez que están todas las uniones resueltas, al ver una imagen 3D del conjunto del pórtico, mediante el menú Obra > Vista 3D > Estructura completa, se pueden apreciar todos los detalles, antes parcialmente vistos.
Figur a 1.1.44 Menú Obra > Vista 3D > Estructura c ompleta
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Figura 1.1.45 Vista 3D del pórti co calculado
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Proceso de uniones atorni lladas de perfiles con Nuevo Metal 3D
A continuación se va a proceder a la parte interactiva de este capítulo a partir de lo estudiado en el mismo, y para ello se adjunta una obra intermedia que está contenida en el fichero de 0147_Archivos_trabajo.zip, que se ha de descargar del campus del curso. Una vez descargado este fichero que está en formato de compresión .zip, se ha de descomprimir y la información contenida se guarda en una carpeta a elección del alumno. Una vez realizados estos pasos, se sugiere visualizar el video tantas veces como sea necesario, y para ello hay que clicar sobre el icono de Play al final de cada capítulo y estar conectado a internet. En cualquier momento, el alumno puede abrir el archivo indicado a continuación y seguir el procedimiento visualizado en el video de apoyo, parando y volviendo a empezar tantas veces como sea necesario.
Abrir obra intermedia Puede abrir de la zona del campus “Descarga de archivos de trabajo”, el fichero 0147_B1_T3_P3_Uniones_atornilladas, de la carpeta “Archivos_CYPE”.
Este archivo es una obra intermedia del curso, y en este caso hay que abrirla desde el programa Nuevo Metal 3D. El video que hay que seguir se visualiza clicando sobre el icono central de la figura que hay al final de cada capítulo. El alumno podrá seguir el proceso explicado a partir del modelo presentado que comienza desde el mismo punto que él tiene en pantalla con el programa ya abierto.
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