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Este manual corresponde a la versión del software denominada por CYPE Ingenieros, S.A. como Nuevo Metal 3D. La información conte-
nida en este documento describe sustancialmente las características y métodos de manejo del programa o programas a los que acom-
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© CYPE Ingenieros, S.A.
1ª Edición (julio, 2007)
Editado e impreso en Alicante (España)
1. Ejemplo práctico. Nuevo Metal 3D . . . . . . . . . . . .1
1.1. Descripción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
1.2. Generador de pórticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
1.2.1. Cargas que genera el programa . . . . . . . . . . . .5
1.2.1.1. Hipótesis de viento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
1.2.1.2. Hipótesis de nieve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
1.3. Nuevo Metal 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
1.3.1. Introducción de nudos y barras . . . . . . . . . . . .11
1.3.1.2. Ocultar/visualizar planos . . . . . . . . . . . . . . .11
1.3.1.3. Introducción de barras y acotación . . . . . .11
1.3.2. Descripción de nudos y barras . . . . . . . . . . . .17
1.3.3. Disposición de perfiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
1.3.4. Agrupación de barras iguales . . . . . . . . . . . . .19
1.3.5. Asignación de material . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
1.3.6. Coeficientes de empotramiento . . . . . . . . . . . .20
1.3.7. Hipótesis de cargas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20
1.3.7.1. Añadir hipótesis de carga . . . . . . . . . . . . . .20
1.3.7.2. Cargas del forjado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
1.3.7.3. Cargas de viento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
1.3.8. Pandeo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
1.3.9. Pandeo lateral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
1.3.10. Cálculo y dimensionado de la estructura . . . .24
1.3.10.1. Dimensionamiento de tirantes . . . . . . . . .24
1.3.10.2. Dimensionamiento de uniones . . . . . . . . .26
1.3.10.3. Comprobación de barras . . . . . . . . . . . . .32
1.3.10.4. Consulta de esfuerzos y tensiones . . . . . .32
1.3.11. Placas de anclaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33
1.3.12. Cimentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
Nuevo Metal 3D - Ejemplo práctico 3
CYPE Ingenieros
1.3.12.1. Introducción de zapatas . . . . . . . . . . . . . .34
1.3.12.2. Introducción de vigas de atado . . . . . . . .35
1.3.12.3. Definición de datos previos al
dimensionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35
1.3.12.4. Dimensionamiento y comprobación
de la cimentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
1.3.12.5. Igualación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
1.3.13. Salida de resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
1.3.13.1. Planos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
1.3.13.2. Listados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
4 Estructuras
CYPE Ingenieros
Nuevo Metal 3D - Ejemplo práctico 1
CYPE Ingenieros
1.2. Generador de pórticos
Para el dimensionamiento de las correas de cubierta y la
generación de las cargas al Nuevo Metal 3D, se emplea-
rá el programa Generador de pórticos de CYPE
Ingenieros.
En Generador de pórticos cree una obra nueva, llámela
“Nave_01” e introduzca una descripción.
Fig. 1.1
A continuación, complete los campos de la ventana Datos
obra como muestra la Fig. 1.2 (el número de vanos de que
consta la nave, en este caso 8, la separación entre ellos de
5 m, el peso del material de cubrición, la normativa para la
generación de cargas de viento y de nieve).
Fig. 1.2
1.1. Descripción
Con este ejemplo se realizará el cálculo y dimensiona-
miento de una nave industrial de las siguientes caracterís-
ticas: 40 m de longitud y 20 m de anchura. Se resolverá
mediante 9 pórticos espaciados 5 m entre sí, con unas
alturas en cumbrera de 10 m y de 8 m en los laterales. En
el interior de la nave se dispondrá de un forjado para ofici-
nas a 4 m de altura. La nave constará de dos huecos de
6´5 en el lateral derecho y uno en el izquierdo de las mis-
mas dimensiones.
El primer paso a seguir es determinar las hipótesis de car-
gas actuantes sobre la estructura.
• Cargas permanentes:
· Peso propio de las correas IPE.
· Material de cubrición (panel sándwich de 80 mm y
0.24 kN/m2).
· Peso propio del forjado de viguetas de hormigón
(25+5): 3.7 kN/m2.
· Solado: 1.2 kN/m2.
• Sobrecargas de uso:
· Según la tabla 3.1 del CTE.DB-SE AE la sobrecar-
ga correspondiente a una categoría de uso B
(zonas administrativas) es de 2 kN/m2.
• Acción del viento:
· Según CTE.DB-SE AE: Zona B, zona urbana en
general, industrial o forestal IV.
• Sobrecarga de nieve:
· Según CTE.DB-SE AE: Zona climática 5, altitud
topográfica 0 m, exposición al viento normal.
1. Ejemplo práctico. Nuevo Metal 3D
Complete los datos de la ventana de viento, pulsando el
icono que corresponda (Fig. 1.2). Seleccione la zona
eólica B, el grado de aspereza IV y especifique los huecos
que hay en las fachadas y la altura del centro geométrico
de los mismos para determinar la presión interior. También
debe especificar si estos huecos permanecerán abiertos
permanentemente o no; ya que el programa, en el caso de
que sean huecos que se puedan cerrar, generará dos nue-
vas hipótesis para cada acción de viento: una combinan-
do la presión exterior con la máxima presión interna, en el
caso que los huecos de sotavento se cierren; y la otra con
la máxima succión en el caso que sean los huecos a bar-
lovento los que permanezcan cerrados. En este ejemplo
seleccione huecos permanentemente abiertos.
Fig. 1.3
Complete los datos del diálogo de nieve, pulsando el
icono correspondiente (Fig. 1.2).
Fig. 1.4
2 Estructuras
Una vez se han definidos los datos generales del proyec-
to, pase a definir la geometría del pórtico para, posterior-
mente, realizar la selección y el dimensionamiento de las
correas de cubierta. Se creará un pórtico a 2 aguas; com-
plete los datos geométricos del mismo pulsando sobre las
cotas podrá modificarlas. En el menú desplegable Tipo de
cubierta deje el pórtico rígido para este ejemplo.
Fig. 1.5
Fig. 1.6
CYPE Ingenieros

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  • 2. IMPORTANTE: ESTE TEXTO REQUIERE SU ATENCIÓN Y SU LECTURA La información contenida en este documento es propiedad de CYPE Ingenieros, S.A. y no puede ser reproducida ni transferida total o parcialmente en forma alguna y por ningún medio, ya sea electrónico o mecánico, bajo ningún concepto, sin la previa autorización escri- ta de CYPE Ingenieros, S.A. La infracción de los derechos de propiedad intelectual puede ser constitutiva de delito (arts. 270 y sgts. del Código Penal). Este documento y la información en él contenida son parte integrante de la documentación que acompaña a la Licencia de Uso de los programas informáticos de CYPE Ingenieros, S.A. y de la que son inseparables. Por consiguiente está amparada por sus mismas condi- ciones y deberes. No olvide que deberá leer, comprender y aceptar el Contrato de Licencia de Uso del software del que es parte esta documentación antes de utilizar cualquier componente del producto. Si NO acepta los términos del Contrato de Licencia de Uso, devuelva inmediatamente el software y todos los elementos que le acompañan al lugar donde lo adquirió para obtener un reembolso total. Este manual corresponde a la versión del software denominada por CYPE Ingenieros, S.A. como Nuevo Metal 3D. La información conte- nida en este documento describe sustancialmente las características y métodos de manejo del programa o programas a los que acom- paña. La información contenida en este documento puede haber sido modificada posteriormente a la edición mecánica de este libro sin previo aviso. El software al que acompaña este documento puede ser sometido a modificaciones sin previo aviso. CYPE Ingenieros, S.A. dispone de otros servicios entre los que se encuentra el de Actualizaciones, que le permitirá adquirir las últimas versiones del software y la documentación que le acompaña. Si Ud. tiene dudas respecto a este escrito o al Contrato de Licencia de Uso del software o quiere ponerse en contacto con CYPE Ingenieros, S.A., puede dirigirse a su Distribuidor Local Autorizado o al Departamento Posventa de CYPE Ingenieros, S.A. en la dirección: Avda. Eusebio Sempere, 5 · 03003 Alicante (España) · Tel: +34 965 92 25 50 · Fax: +34 965 12 49 50 · www.cype.com © CYPE Ingenieros, S.A. 1ª Edición (julio, 2007) Editado e impreso en Alicante (España)
  • 3. 1. Ejemplo práctico. Nuevo Metal 3D . . . . . . . . . . . .1 1.1. Descripción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 1.2. Generador de pórticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 1.2.1. Cargas que genera el programa . . . . . . . . . . . .5 1.2.1.1. Hipótesis de viento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 1.2.1.2. Hipótesis de nieve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10 1.3. Nuevo Metal 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 1.3.1. Introducción de nudos y barras . . . . . . . . . . . .11 1.3.1.2. Ocultar/visualizar planos . . . . . . . . . . . . . . .11 1.3.1.3. Introducción de barras y acotación . . . . . .11 1.3.2. Descripción de nudos y barras . . . . . . . . . . . .17 1.3.3. Disposición de perfiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19 1.3.4. Agrupación de barras iguales . . . . . . . . . . . . .19 1.3.5. Asignación de material . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19 1.3.6. Coeficientes de empotramiento . . . . . . . . . . . .20 1.3.7. Hipótesis de cargas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 1.3.7.1. Añadir hipótesis de carga . . . . . . . . . . . . . .20 1.3.7.2. Cargas del forjado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21 1.3.7.3. Cargas de viento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22 1.3.8. Pandeo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23 1.3.9. Pandeo lateral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23 1.3.10. Cálculo y dimensionado de la estructura . . . .24 1.3.10.1. Dimensionamiento de tirantes . . . . . . . . .24 1.3.10.2. Dimensionamiento de uniones . . . . . . . . .26 1.3.10.3. Comprobación de barras . . . . . . . . . . . . .32 1.3.10.4. Consulta de esfuerzos y tensiones . . . . . .32 1.3.11. Placas de anclaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33 1.3.12. Cimentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34 Nuevo Metal 3D - Ejemplo práctico 3 CYPE Ingenieros 1.3.12.1. Introducción de zapatas . . . . . . . . . . . . . .34 1.3.12.2. Introducción de vigas de atado . . . . . . . .35 1.3.12.3. Definición de datos previos al dimensionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35 1.3.12.4. Dimensionamiento y comprobación de la cimentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37 1.3.12.5. Igualación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37 1.3.13. Salida de resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37 1.3.13.1. Planos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37 1.3.13.2. Listados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
  • 5. Nuevo Metal 3D - Ejemplo práctico 1 CYPE Ingenieros 1.2. Generador de pórticos Para el dimensionamiento de las correas de cubierta y la generación de las cargas al Nuevo Metal 3D, se emplea- rá el programa Generador de pórticos de CYPE Ingenieros. En Generador de pórticos cree una obra nueva, llámela “Nave_01” e introduzca una descripción. Fig. 1.1 A continuación, complete los campos de la ventana Datos obra como muestra la Fig. 1.2 (el número de vanos de que consta la nave, en este caso 8, la separación entre ellos de 5 m, el peso del material de cubrición, la normativa para la generación de cargas de viento y de nieve). Fig. 1.2 1.1. Descripción Con este ejemplo se realizará el cálculo y dimensiona- miento de una nave industrial de las siguientes caracterís- ticas: 40 m de longitud y 20 m de anchura. Se resolverá mediante 9 pórticos espaciados 5 m entre sí, con unas alturas en cumbrera de 10 m y de 8 m en los laterales. En el interior de la nave se dispondrá de un forjado para ofici- nas a 4 m de altura. La nave constará de dos huecos de 6´5 en el lateral derecho y uno en el izquierdo de las mis- mas dimensiones. El primer paso a seguir es determinar las hipótesis de car- gas actuantes sobre la estructura. • Cargas permanentes: · Peso propio de las correas IPE. · Material de cubrición (panel sándwich de 80 mm y 0.24 kN/m2). · Peso propio del forjado de viguetas de hormigón (25+5): 3.7 kN/m2. · Solado: 1.2 kN/m2. • Sobrecargas de uso: · Según la tabla 3.1 del CTE.DB-SE AE la sobrecar- ga correspondiente a una categoría de uso B (zonas administrativas) es de 2 kN/m2. • Acción del viento: · Según CTE.DB-SE AE: Zona B, zona urbana en general, industrial o forestal IV. • Sobrecarga de nieve: · Según CTE.DB-SE AE: Zona climática 5, altitud topográfica 0 m, exposición al viento normal. 1. Ejemplo práctico. Nuevo Metal 3D
  • 6. Complete los datos de la ventana de viento, pulsando el icono que corresponda (Fig. 1.2). Seleccione la zona eólica B, el grado de aspereza IV y especifique los huecos que hay en las fachadas y la altura del centro geométrico de los mismos para determinar la presión interior. También debe especificar si estos huecos permanecerán abiertos permanentemente o no; ya que el programa, en el caso de que sean huecos que se puedan cerrar, generará dos nue- vas hipótesis para cada acción de viento: una combinan- do la presión exterior con la máxima presión interna, en el caso que los huecos de sotavento se cierren; y la otra con la máxima succión en el caso que sean los huecos a bar- lovento los que permanezcan cerrados. En este ejemplo seleccione huecos permanentemente abiertos. Fig. 1.3 Complete los datos del diálogo de nieve, pulsando el icono correspondiente (Fig. 1.2). Fig. 1.4 2 Estructuras Una vez se han definidos los datos generales del proyec- to, pase a definir la geometría del pórtico para, posterior- mente, realizar la selección y el dimensionamiento de las correas de cubierta. Se creará un pórtico a 2 aguas; com- plete los datos geométricos del mismo pulsando sobre las cotas podrá modificarlas. En el menú desplegable Tipo de cubierta deje el pórtico rígido para este ejemplo. Fig. 1.5 Fig. 1.6 CYPE Ingenieros
  • 7. Una vez aceptado el diálogo, en la pantalla general del programa aparecerá el pórtico descrito anteriormente. Para cualquier rectificación o cambio, pulse dentro del dibujo del pórtico con el botón principal del ratón (Fig. 1.6). En esta obra de ejemplo el material de cerramiento lateral será para paneles de hormigón aligerados, por lo que debe especificar que hay muro en los laterales, ya que, en el caso contrario, no generará las cargas de viento en los laterales de la nave. Para ello, pulse fuera del pórtico en el lateral en el que desea añadir el muro, seleccione la opción Muro lateral del menú e indique 8 m para la altu- ra del muro. A continuación, active la casilla Arriostra el pilar a pandeo, pero no active la casilla Autoequilibrado, con lo que se trasmitirán las cargas de presión del viento a los pilares de la fachada de la nave. Fig. 1.7 Fig. 1.8 Nuevo Metal 3D - Ejemplo práctico 3 Realice este proceso de nuevo, pero sobre el lateral dere- cho, con lo que quedarán ambos muros reflejados en pan- talla. Fig. 1.9 Siga ahora con el dimensionamiento de las correas de la cubierta, para ello seleccione la opción Selección de correas en cubierta y laterales del menú Datos obra. En la ventana que se muestra especifique el límite de fle- cha que debe verificar, el número de vanos que cubre la correa y el tipo de fijación. En el apartado tipo de perfil pulse en el botón con el nombre del perfil y seleccione Laminado en el desplegable de material; y, como serie de perfiles, IPE. Pulse Aceptar. Fig. 1.10 CYPE Ingenieros
  • 8. Fig. 1.11 Una vez seleccionado el perfil tipo IPE para las correas de cubierta, dispone de tres opciones para su optimización. Fig. 1.12 4 Estructuras El primero optimiza el perfil para la separación selecciona- da, en este caso el programa irá verificando todos los per- files de la serie para la separación entre correas elegida. El segundo tipo optimiza las separaciones entre correas para el perfil seleccionado. Por último, dispone de la optimización de perfil y separa- ción, en la que debe especificar la separación mínima y máxima a comprobar, así como el incremento de separa- ción para cada iteración. Como resultado aparecerá un lis- tado en el que se muestra el perfil, el peso superficial de las correas y la separación, y que indica con un símbolo de prohibido aquellas que no cumplen. Para seleccionar un perfil de la lista debe realizar un doble clic de ratón sobre la fila en la que se encuentra, con lo que quedará marca- da en color azul y, al aceptar el diálogo, se incorporará a la obra. A la hora de elegir debe comprobar que la separa- ción seleccionada es válida para el tipo de panel sándwich con el que se va a ejecutar el proyecto; en este ejemplo cambie a 1.40 m. Fig. 1.13 Una vez seleccionadas las correas de cubierta puede exportar los datos al Nuevo Metal 3D. Para ello, seleccio- ne la opción Exportar al Nuevo Metal 3D del menú Datos obra. Debe indicar el número de pórticos y el tipo de apoyo a generar, y si la generación de coeficientes de pandeo es para pórticos traslacionales o intraslacionales (como en este caso se introducirán cruces de arriostra- mientos posteriormente en el Nuevo Metal 3D, seleccio- CYPE Ingenieros
  • 9. Nuevo Metal 3D - Ejemplo práctico 5 CYPE Ingenieros ne la generación de pandeo para pórticos intraslaciona- les). En el caso de que la normativa de viento tenga distin- tas zonificaciones en la cubierta, como el CTE.DB-SE AE, la agrupación de planos en la generación no está habilita- da, puesto que las cargas no son simétricas en la nave, y se podrían cometer errores al agrupar planos con cargas dife- rentes, llegando a quedar del lado de la inseguridad. Fig. 1.14 1.2.1. Cargas que genera el programa El programa generará la hipótesis de Cargas permanen- tes, las de viento y las de nieve. 1.2.1.1. Hipótesis de viento En la nave el viento puede soplar por las cuatro direccio- nes 0º, 90º, 180º y 270º. Fig. 1.15 Esto significa que como mínimo existirán cuatro hipótesis de viento. La cubierta del presente ejemplo forma un ángu- lo con la horizontal de 11.31º. Entrando en la tabla D4 del CTE puede observar que, para esa inclinación, en la cubierta se generan dos situaciones de carga, lo que impli- ca que las hipótesis Viento a 0º o Viento a 180º se dupli- can para poder contemplar estas situaciones. Observe las cargas que genera y las que debe completar en el Nuevo Metal 3D.
  • 10. 6 Estructuras CYPE Ingenieros Hipótesis de viento a 0º situación 1 Para los paramentos verticales tome una z igual a la media de la altura del paramento. z = 4 m Según el grado de aspereza de la tabla D.2. dispone de los siguientes valores: k = 0.22 L = 0.3 z = 5 Para la cubierta tome la altura media expuesta al viento, en la cubierta. z = 9 m Según la tabla D.1 obtendrá los valores del coeficien- te de presión exterior. = × + × ® =e eC F (F 7 k) C 1.712 ( )é ù æ ö= × ® = × =ê ú ç ÷ è øê úë û n n MAX z,Z 9F k L F 0.22 L 0.748 L 0.3 = × + × ® =e eC F (F 7 k) C 1.336 ( )é ù æ ö= × ® = × =ê ú ç ÷ è øê úë û n n MAX z,Z 5F k L F 0.22 L 0.6189 L 0.3 Interpolando entre los valores de la tabla para un elemen- to expuesto con un área >10m2 y una esbeltez 0.5. Zona Cpe Ce qb qe A -1.2 1.336 0.45 -0.721 B -0.8 1.336 0.45 -0.481 C -0.167 1.336 0.45 -0.100 D 0.733 1.336 0.45 0.441 E -0.367 1.336 0.45 -0.221
  • 11. Nuevo Metal 3D - Ejemplo práctico 7 CYPE Ingenieros Presión interior Cuando el viento sopla en la dirección 0º la relación de los huecos a sotavento y la totalidad de huecos es de 0.665, interpolando en la tabla 3.5 obtendrá el Cpi. Con la altura media de los huecos se calcula el coeficien- te de exposición (Ce) y se obtiene la presión interior. Cuando el viento sopla con en la dirección 180º la relación de los huecos a sotavento y la totalidad de huecos es de 0.3325. Para la hipótesis de viento a 90º o 270º se considera que la totalidad de los huecos están a sotavento, con lo que la presión interior será: Cpi Ce qb qi -0. 5 1.336 0.45 -0.301 CCppii CCee qqbb qqii 0. 367 1.336 0.45 0.221 Cpi Ce qb qi -0.0652 1.336 0.45 -0.039 Cargas en cubierta Interpole en la tabla D.4 para obtener el coeficiente de pre- sión exterior, en cada zona de la cubierta y para cada una de las dos situaciones.
  • 12. 8 Estructuras CYPE Ingenieros • 1ª Situación • 2ª Situación Las cargas totales que generará el programa para la hipó- tesis de viento corresponderán a la diferencia de la presión exterior (qe) y la presión interior en cada una de las zonas. El programa, al desconocer el número de pilares que hay en los muros piñón, no genera las cargas en las zonas que afecten a estos dos muros, por lo que hay que añadirlas manualmente en el programa Nuevo Metal 3D. En las siguientes tablas se indican los valores de las presiones generados por el programa, estos corresponden con los valores sombreados. Zona Cpe Ce qb qe F 0.126 1.712 0.45 0.097 G 0.126 1.712 0.45 0.097 H 0.126 1.712 0.45 0.097 I -0.2214 1.712 0.45 -0.171 J -0.2214 1.712 0.45 -0.171 Zona Cpe Ce qb qe F -1.1952 1.712 0.45 -0.921 G -0.9476 1.712 0.45 -0.730 H -0.4107 1.712 0.45 -0.316 I -0.1786 1.712 0.45 -0.138 J -0.557 1.712 0.45 -0.429 Hipótesis de viento en dirección 0º - Situación 1 ZZoonnaa CCppee CCee qqbb qqee qqii qqee--qqii [kN/m2 ] A -1.2 1.336 0.45 -0.721 -0.039 -0.682 B -0.8 1.336 0.45 -0.481 -0.039 -0.442 C -0.167 1.336 0.45 -0.100 -0.039 -0.061 D 0.733 1.336 0.45 0.441 -0.039 0.480 E -0.367 1.336 0.45 -0.221 -0.039 -0.182 F -1.1952 1.712 0.45 -0.921 -0.039 -0.882 G -0.9476 1.712 0.45 -0.730 -0.039 -0.691 H -0.4107 1.712 0.45 -0.316 -0.039 -0.277 I -0.1786 1.712 0.45 -0.138 -0.039 -0.099 J -0.557 1.712 0.45 -0.429 -0.039 -0.390 Hipótesis de viento en dirección 0º - Situación 2 ZZoonnaa CCppee CCee qqbb qqee qqii qqee--qqii [kN/m2 ] A -1.2 1.336 0.45 -0.721 -0.039 -0.682 B -0.8 1.336 0.45 -0.481 -0.039 -0.442 C -0.167 1.336 0.45 -0.100 -0.039 -0.061 D 0.733 1.336 0.45 0.441 -0.039 0.480 E -0.367 1.336 0.45 -0.221 -0.039 -0.182 F 0.126 1.712 0.45 0.097 -0.039 0.136 G 0.126 1.712 0.45 0.097 -0.039 0.136 H 0.126 1.712 0.45 0.097 -0.039 0.136 I -0.2214 1.712 0.45 -0.171 -0.039 -0.132 J -0.2214 1.712 0.45 -0.171 -0.039 -0.132 Hipótesis de viento en dirección 180º - Situación 1 Zona CCppee CCee qqbb qqee qqii qqee--qqii [kN/m2 ] A -1.2 1.336 0.45 -0.721 0.221 -0.942 B -0.8 1.336 0.45 -0.481 0.221 -0.702 C -0.167 1.336 0.45 -0.100 0.221 -0.321 D 0.733 1.336 0.45 0.441 0.221 0.220 E -0.367 1.336 0.45 -0.221 0.221 -0.442 F -1.1952 1.712 0.45 -0.921 0.221 -1.142 G -0.9476 1.712 0.45 -0.730 0.221 -0.951 H -0.4107 1.712 0.45 -0.316 0.221 -0.537 I -0.1786 1.712 0.45 -0.138 0.221 -0.359 J -0.557 1.712 0.45 -0.429 0.221 -0.650
  • 13. Nuevo Metal 3D - Ejemplo práctico 9 CYPE Ingenieros Hipótesis de viento en dirección 180º - Situación 2 ZZoonnaa CCppee CCee qqbb qqee qqii qqee--qqii [kN/m2 ] A -1.2 1.336 0.45 -0.721 0.221 -0.942 B -0.8 1.336 0.45 -0.481 0.221 -0.702 C -0.167 1.336 0.45 -0.100 0.221 -0.321 D 0.733 1.336 0.45 0.441 0.221 0.220 E -0.367 1.336 0.45 -0.221 0.221 -0.442 F 0.126 1.712 0.45 0.097 0.221 -0.124 G 0.126 1.712 0.45 0.097 0.221 -0.124 H 0.126 1.712 0.45 0.097 0.221 -0.124 I -0.2214 1.712 0.45 -0.171 0.221 -0.392 J -0.2214 1.712 0.45 -0.171 0.221 -0.392 Para determinar las presiones de viento a 90º o 270º se interpola en la tabla D.4.b en cada una de las zonas de presión en cubierta.
  • 14. 10 Estructuras 1.2.1.2. Hipótesis de nieve El programa determinará la sobrecarga de nieve en fun- ción de la altitud y de la zona climática de invierno, interpo- lando los valores que se presentan en la tabla E.2 del CTE. DB-SE AE. En este ejemplo la carga será 0.2 kN/m2, exportando una carga en cada pórtico de: El programa aplica lo expuesto en el punto 4º del aparta- do 3.5.3 del CTE.DB-SE AE, en el que se indica que hay que hacer distribuciones asimétricas de cargas debido al transporte de la misma por el efecto del viento, debiendo considerar un lado cargado y el otro con la mitad de la carga; por esta razón aparecen tres hipótesis de sobrecar- ga de nieve al exportar al Nuevo Metal 3D. ( )= × × ® = 2n nq 0.2 cos 11.31 5 q 0.981 kN/m CYPE Ingenieros Hipótesis de viento en dirección 90º ZZoonnaa CCppee CCee qqbb qqee qqii qqee--qqii [kN/m2 ] A -1.2 1.336 0.45 -0.721 -0.301 -0.420 B -0.8 1.336 0.45 -0.481 -0.301 -0.180 C -0.5 1.336 0.45 -0.3006 -0.301 0.004 D 0.733 1.336 0.45 0.441 -0.301 0.742 E -0.367 1.336 0.45 -0.221 -0.301 0.080 F -1.411 1.712 0.45 -1.087 -0.301 -0.786 G -1.3 1.712 0.45 -1.002 -0.301 -0.701 H -0.637 1.712 0.45 -0.491 -0.301 -0.190 I -0.537 1.712 0.45 -0.414 -0.301 -0.113 Hipótesis de viento en dirección 270º ZZoonnaa CCppee CCee qqbb qqee qqii qqee--qqii [kN/m2 ] A -1.2 1.336 0.45 -0.721 -0.301 -0.420 B -0.8 1.336 0.45 -0.481 -0.301 -0.180 C -0.5 1.336 0.45 -0.3006 -0.301 0.00 D 0.733 1.336 0.45 0.441 -0.301 0.742 E -0.367 1.336 0.45 -0.221 -0.301 0.080 F -1.411 1.712 0.45 -1.087 -0.301 -0.786 G -1.3 1.712 0.45 -1.002 -0.301 -0.701 H -0.637 1.712 0.45 -0.491 -0.301 -0.190 I -0.537 1.712 0.45 -0.414 -0.301 -0.113
  • 15. 1.3. Nuevo Metal 3D 1.3.1. Introducción de nudos y barras Al aceptar el diálogo solicitará un nombre para la estructu- ra del Nuevo Metal 3D. Tras validar esta ventana aparece- rá la estructura generada con sus cargas en el programa Nuevo Metal 3D. Fig. 1.16 1.3.1.2. Ocultar/visualizar planos Para facilitar el trabajo con el programa es recomendable ocultar las líneas de referencia, para ello realice dos ope- raciones. Primero, con la opción Mostrar/Ocultar planos del menú Planos, seleccione Ocultar y, tras aceptar el diálogo, seleccione todos lo nudos en los que desea ocultar sus Nuevo Metal 3D - Ejemplo práctico 11 líneas de referencia y, a continuación, pulse con el botón derecho del ratón para validar la selección, si posterior- mente necesitara activar las líneas de referencia de los pla- nos, puede usar la misma opción pero activando Mostrar. La segunda operación necesaria será desactivar la opción Mostrar/Ocultar planos nuevos, de esta forma, al intro- ducir nudos nuevos en la obra, no se visualizarán los pla- nos asociados al nudo. 1.3.1.3. Introducción de barras y acotación A continuación se introducirán las barras que sustentan el forjado interior de la nave, así como los pilares de fachada del muro piñón. Realice los siguientes pasos: 1º Active los planos de aquellos nudos que sirvan de apoyo, en este caso, el apoyo inferior izquierdo y el nudo de cumbrera del muro piñón. Fig. 1.17 CYPE Ingenieros
  • 16. Fig. 1.18 2º Con la opción Nuevo del menú Nudo introduzca los tres nudos capturando la línea de referencia del nudo inferior izquierdo. Recuerde que para realizar esta ope- ración debe tener activadas Más cercano e Intersección de la opción Referencias a objetos de la parte superior del menú . Fig. 1.19 12 Estructuras Introduzca el primer punto entre las dos líneas de referen- cia del apoyo y de la cumbrera; el segundo, capturando la intersección de la línea de referencia del nudo de la cum- brera con la del apoyo izquierdo; y, el último, entre las líne- as de cumbrera y apoyo derecho. Fig. 1.20 Para ubicarlos en su coordenada exacta, emplee Añadir de la opción Cotas del menú Planos. Introduzca el valor de la cota a asignar, en este caso, 5 m y vaya marcando las líneas de referencia del nudo del apoyo y el primer nudo nuevo, luego, vuelva a marcar el nudo nuevo que acaba de acotar y siguientes, y así hasta acotarlos todos. Fig. 1.21 Fig. 1.22 CYPE Ingenieros
  • 17. Fig. 1.23 Nuevo Metal 3D - Ejemplo práctico 13 Fig. 1.25 La otra forma de introducir los nudos es seleccionar, en la opción Configuración de Capturas , la pestaña Acotación. Allí active el campo Editar la acotación, de esta forma el programa solicitará el valor de la cota cada vez que introduzca una barra o nudos dentro de barras. Fig. 1.26 Una vez posicionados los nudos, con la opción Nueva del menú Barra hay que levantar los pilares desde estos nudos. Para facilitar la operación es conveniente que seleccione una vista 2D del plano que contiene al muro piñón. CYPE Ingenieros Fig. 1.24
  • 18. 14 Estructuras Fig. 1.28 Repita este proceso en los dos muros piñón hasta introdu- cir todos los pilares de ambos muros. Fig. 1.29 CYPE Ingenieros Creación de vistas nuevas Para la creación de ventanas con vistas nuevas de la estructura debe emplear la opción Abrir nueva del menú Ventana. Seleccione la Vista 2D, y marque tres nudos no alineados que estén contenidos en el plano en el que desea trabajar. Al mover el cursor por la ventana de la vista 2D se mues- tra sombreado el plano de trabajo en la ventana 3D. Fig. 1.27 Ahora trabajando en la vista 2D comience a levantar las barras desde los nudos introducidos anteriormente hasta el dintel. Para ello, aproxímese al nudo hasta que cambie a color cian (elemento capturado), pulse con el botón izquierdo del ratón y acérquese a la intersección de la línea de referencia del nudo con la barra del dintel hasta que salga el símbolo de captura intersección, y complete la introducción pulsando de nuevo con el botón izquierdo del ratón. Para terminar, pulse con el botón derecho para poder seleccionar otro nudo origen de la siguiente barra, en el caso contrario siga introduciendo las barras respec- to al último nudo marcado.
  • 19. A continuación se introducirá la viga sobre la que apoya el forjado. Para ello vuelva a trabajar sobre la vista 2D del muro piñón, pulse en el menú Ventana y, a continuación, seleccione esta vista. Con la opción Nueva del menú Barra activada, coloque el cursor sobre el pilar izquierdo del pórtico (Fig. 1.30) e introduzca como valor 4 m, con lo que el primer nudo quedará introducido. Ahora acérquese con el cursor al pilar derecho del pórtico y capturando la intersección de la línea de referencia del nudo anterior con el pilar derecho se introducirá el último nudo. Es importan- te, cuando se introduce una barra que se intersecta con otras, tener activada la opción Generar nudos en pun- tos de corte del menú Barra, ya que en caso contrario el programa interpreta que la barra introducida no toca los pilares intermedios. Fig. 1.30 Nuevo Metal 3D - Ejemplo práctico 15 Piezas Vuelva de nuevo a trabajar sobre la vista 3D. Para ello, seleccione dicha vista del menú Ventanas y cree una nueva vista de segundo pórtico para terminar la definición de la zona del forjado. CYPE Ingenieros También es importante, a la hora de introducir barras, hacerlo sólo de las barras que realmente se van a ejecutar en obra. Es decir, si se va a construir la viga del forjado de una sola pieza de 20 m que se apoya en los pilares intermedios, se introducirá la barra de pilar extremo a pilar extremo; de esta forma, el pro- grama interpreta que toda esta barra es una pieza, con lo que a la hora de describir la barra, los coeficientes de empotra- miento dados se aplicarán a la pieza. Si, por el contrario, se van a ejecutar en obra 4 barras de 5 m, debe introducir 4 barras de pilar a pilar. Si se ha introducido una pieza por error, cuando lo que se debían introducir eran barras independientes, se puede subsa- nar empleando la opción Crear Pieza del menú Barra. Entonces marque nudo inicial y final de una de las barras que componen la pieza creada por error y valide la nueva pieza pulsando con el botón derecho del ratón; automáticamente, el programa romperá la pieza original en cuatro piezas/barras independientes unas de otras. Fig. 1.31
  • 20. Introduzca la viga desde el pilar izquierdo al derecho a 4 m de altura. Fig. 1.32 Introduzca ahora los 3 pilares hasta la viga introducida. Fig. 1.33 16 Estructuras De nuevo, trabaje sobre la Vista 3D para la introducción de las barras que atan transversalmente a las vigas del forja- do con el muro piñón. Fig. 1.34 Realice el mismo proceso para atar la cubierta de los dos muros piñones con su pórtico interior más cercano. Fig. 1.35 CYPE Ingenieros
  • 21. Tirantes Ahora introduzca diagonales de arriostramiento que aten a los pórticos extremos. Para ello, debe acordarse de desac- tivar la opción Generar nudos en puntos de corte del menú Barra , ya que lo que se pretende es que se generen las barras totalmente independientes entre sí. Fig. 1.36 Por último, introduzca las vigas que forman los huecos en los pórticos laterales, a 6 m desde el suelo, y la viga que arriostra la cabeza de los pilares. Nuevo Metal 3D - Ejemplo práctico 17 Fig. 1.37 1.3.2. Descripción de nudos y barras Una vez introducidas las barras, pase a describir los apo- yos (vinculaciones exteriores) de los pilares nuevos, el resto ya vienen descritos por el Generador de pórticos. Para ellos, utilice la opción Vinculación exterior del menú Nudo: seleccione uno a uno (o con ventana de captura) todos los nudos que faltan por describir su tipo de vincu- lación exterior. Una vez seleccionados todos, pulse con el botón derecho del ratón y se abrirá el diálogo Vinculación exterior donde debe indicar el empotramiento. Fig. 1.38 CYPE Ingenieros
  • 22. El siguiente paso es describir el tipo de perfil que se va a asignar a las barras, así como el material de las mismas. Para ello, emplee la opción Describir perfil del menú Barra, primero seleccione los pilares de los pórticos, y una vez seleccionados pulse con el botón derecho para indicar el tipo de perfil. Fig. 1.39 Seleccione los perfiles de Acero Laminado y pulse en el botón Perfil para seleccionar de partida un IPE-300. Fig. 1.40 18 Estructuras A continuación, describa de la misma manera los dinteles de los pórticos centrales, las vigas de los forjados como IPE-240 y las vigas de arriostramiento de pórticos IPE-160. Por último, seleccione las cruces de arriostramiento y pulse en la opción Tirante de la descripción de barras. Está opción es válida siempre y cuando las barras selec- cionadas cumplan las siguientes premisas: • Las barras descritas como tirantes forma parte de una rigidización en forma de cruz de San Andrés, enmarca- da en sus cuatro bordes, o en tres si la rigidización llega a dos apoyos exteriores. • El programa sólo considerará estas barras trabajando a tracción, por lo que no permite asignar coeficientes de pandeo ni de empotramiento. • No se pueden introducir cargas sobre ellas. En este ejemplo se definirán los tirantes como ø16. Para diferenciar estas barras del resto, el programa las dibuja en color azul. Fig. 1.41 CYPE Ingenieros
  • 23. 1.3.3. Disposición de perfiles El siguiente paso es la descripción de la disposición de las barras, es decir, se indica el ángulo y el enrase correcto que van a tener en la obra. Comience por los pilares inter- medios de los muros piñón. Activada la opción Describir disposición del menú Barra seleccione primero los pilares de los muros, tras pulsar con el botón derecho del ratón, seleccione en el apartado Ángulo de giro la opción Giro a 90º. Fig. 1.42 1.3.4. Agrupación de barras iguales Las cargas de viento, debido a que los huecos de la nave no son simétricos, dan como resultado unas cargas de presión no simétricas; por lo que el dimensionamiento de las barras tras el cálculo puede no ser simétrico. Para evi- tar esto, es necesario emplear la opción Agrupar del menú Barra. Nuevo Metal 3D - Ejemplo práctico 19 Seleccione todos los pilares IPE-300 de los pórticos y pulse con el botón derecho para validar la agrupación. Fig. 1.43 De esta forma, se quedarán agrupadas y, cuando se reali- ce alguna acción sobre uno de los pilares de la agrupa- ción, se verá reflejada en todos. Realice el mismo proceso con las vigas IPE-300 de los pórticos. Agrupe también los pilares IPE-240 del muro piñón así como las vigas IPE-240 y pilares IPE-220 del for- jado de oficinas, y todas las vigas de arriostramiento entre pórticos IPE-160. 1.3.5. Asignación de material Una vez descritas las barras, se indica el material. Para realizar esta operación, emplee la opción Describir mate- rial del menú Barra. A continuación, abra una ventana de captura con todas las barras de la estructura, pulse con el botón derecho y asígneles el material S-275. CYPE Ingenieros
  • 24. Fig. 1.44 1.3.6. Coeficientes de empotramiento El siguiente paso a realizar es articular los extremos de las barras de arriostramientos entre pórticos. Para ello emplee la opción Coeficientes de empotramiento del menú Barra. Seleccione las barras y, pulsando con el botón derecho, introduzca el coeficiente de empotramiento 0 en ambos planos, tanto en el origen como en el extremo de las barras. Fig. 1.45 20 Estructuras Fig. 1.46 Las vigas del forjado que se unen al alma de los pilares se articularán también. Las vigas de los extremos del pórtico del muro piñón que contiene al forjado estarán empotra- das a los pilares exteriores y articuladas a los interiores, es decir, se dará coeficiente de empotramiento 0 en el origen y 1 en el extremo dependiendo de sentido de la barra. La forma de distinguir el origen de extremo es fijándose en los ejes de la sección del perfil que se dibuja en cada barra, el sentido de la flecha del eje X (rojo ) apunta al extremo de la barra. 1.3.7. Hipótesis de cargas Una vez descrita la geometría, continúe completando las hipótesis de cargas que faltan por añadir a las proporcio- nadas por el Generador de pórticos. 1.3.7.1. Añadir hipótesis de carga Para añadir o modificar hipótesis debe emplear la opción Acciones de menú Obra. El Generador de pórticos ha generado 1 hipótesis de Cargas permanentes, 6 hipótesis CYPE Ingenieros
  • 25. de viento y 3 de sobrecarga de Nieve. Como en este ejem- plo se ha añadido un forjado para oficinas, debe crear una nueva hipótesis de Sobrecarga de Uso; para ello, en el diálogo de acciones pulse sobre el botón Hipótesis adi- cionales y, a continuación, pulse en el botón para editar las hipótesis de Sobrecarga y añada la hipótesis de sobrecarga de uso. Fig. 1.47 1.3.7.2. Cargas del forjado Una vez creada la hipótesis de Sobrecarga de Uso, se introducen las cargas de dicha hipótesis. Con la opción Hipótesis vista del menú Carga, seleccione la sobrecar- ga de uso, manteniendo la casilla Ver todas desactivada. Seguidamente, con la opción Introducir cargas sobre barras, seleccione las barras de los dos pórticos sobre los que va a apoyar el forjado pulsando sobre ellas con el botón izquierdo de ratón; y, pulsando con el botón dere- cho, defina el tipo y valor de la carga. Nuevo Metal 3D - Ejemplo práctico 21 CYPE Ingenieros Las cargas permanentes que tiene el forjado serán 3.7 kN/m2 del peso del forjado y 1.2 kN/m2 del solado del mismo, resultando una carga total de 4.9 kN/m2. Como el forjado está salvando una luz de 5 m la carga resultante trasmitida a las vigas será de 12.25 kN/m en la hipótesis de carga permanente. En la hipótesis de sobrecarga de uso se tiene 2 kN/m2, con lo que debe aplicar una carga en cada una de las vigas que sustentan al forjado de 5 kN/m. En este caso seleccione una carga lineal de 5 kN/m en ejes globales y con una dirección contra el eje Z, y Q1 como hipótesis la sobrecarga de uso. Fig. 1.48 Para introducir, en las mismas barras de la selección ante- rior, las cargas de la hipótesis de Cargas permanentes, pulse el botón Repetir la última selección, con lo que se volverán a seleccionar las barras; pulse ahora con el botón derecho del ratón y volverá a aparecer el diálogo Introducir cargas sobre barras. En primer lugar, cambie a Carga permanente en el apartado Hipótesis; y, a con- tinuación, introduzca el valor 12.25 kN/m2 y la misma direc- ción y sentido que la introducción anterior.
  • 26. Fig. 1.49 Al aceptar el diálogo observará que la carga ha sido intro- ducida, pero que no se dibuja. Esto es debido a que en la opción Hipótesis vista está seleccionada la sobrecarga de uso en lugar de las cargas permanentes. 1.3.7.3. Cargas de viento Seguidamente se completará en las hipótesis de viento las cargas sobre los pilares de los muros piñón. Hipótesis de viento a 0º situación 1 y situación 2 Tras indicar esta hipótesis en la opción Hipótesis vista, seleccione el primer pilar de un muro piñón. Este pilar está afectado por la presión de succión del viento en zona A y parte de la zona B. En este ejemplo, la zona A tiene una dimensión de 2 m, luego la carga a aplicar sobre el pilar será: = - × + - × ® = -q 0.682 2 ( 0.442) 0.5 q 1.585 kN/m 22 Estructuras Como la nave tiene 20 m de anchura y según la tabla D.1 del CTE SE-AE el valor de e = 20 m, el resto de los pilares del muro piñón estarán sometidos a la succión de la zona B, y la zona C no tendrá influencia sobre la nave. en los pilares centrales y la mitad para el extremo Hipótesis de viento a 180º situación 1 y situación 2 Para los primeros pilares del muro piñón en la dirección del viento la carga será: Para los pilares centrales: en los pilares centrales y la mitad para el extremo Hipótesis de viento a 90º La carga a introducir en los pilares expuestos en zona D en el muro piñón que queda a barlovento será: Las cargas a introducir en la zona E que actúa sobre el muro piñón de sotavento: introduciendo la mitad de las cargas anteriores sobre los pilares extremos del pórtico = × ® =q 0.080 5 q 0.40 kN/m = × ® =q 0.742 5 q 3.71 kN/m = - × ® = -q 0.702 5 q 3.51kN/m = - × + - × ® = -q 0.942 2 ( 0.702) 0.5 q 2.235 kN/m = - × ® = -q 0.442 5 q 2.21kN/m CYPE Ingenieros
  • 27. 1.3.8. Pandeo Una vez completados los estados de cargas de la nave, pase a definir los coeficientes de pandeo de las barras que ha introducido en el programa, ya que las proporcionadas por el Generador de pórticos tienen definidos los coefi- cientes de pandeo. Para la asignación de los coeficientes de pandeo, selec- cione la opción Pandeo del menú Barra, y, en una prime- ra selección, marque las vigas IPE-160 que arriostran los pórticos. Como la estructura tiene las correas IPE-100 espaciadas cada 1400 mm unidas al panel de cobertura con fijación rígida, y a su vez en la nave se empleará como cerramiento placas de hormigón de 150 mm de espesor, puede considerarse que estas barras no pandearán, ya que debería entrar en carga toda la estructura para que se pudiera producir dicho fenómeno. Por tanto, en estas vigas se asignará como coeficiente b de pandeo el valor 0 en el plano XY y se mantendrá el valor 1 en el otro plano. Fig. 1.50 Para las vigas IPE-200 que unen los dos pórticos que soportan el forjado de oficinas, se hará exactamente igual que en el caso anterior, ya que se dispone del forjado que impide el pandeo del perfil en el plano XY del perfil. Nuevo Metal 3D - Ejemplo práctico 23 En los pilares IPE-220 que soportan al pórtico interior del forjado se considerará un b=0.7 empotrado en su base y articulado en la cabeza en ambos planos. Por último, los pilares IPE-240 de ambos muros piñón van a tener impedido el pandeo en el plano XY debido al cerra- miento lateral que queda embebido en ellos. 1.3.9. Pandeo lateral En los dinteles de los pórticos centrales de la nave, debi- do a las hipótesis de succión de viento en la cubierta, puede llegar a producirse el pandeo lateral del ala inferior. Esto se evita disponiendo en el proyecto de tornapuntas que arriostren el ala inferior frente a este fenómeno; para realizarlo en el programa, utilice la opción Pandeo lateral del menú Barra y seleccione las vigas IPE-300 que forman la cubierta, a continuación, pulse con el botón derecho del ratón para editar los coeficientes de pandeo lateral de las barras seleccionadas. En el ala inferior de éstas coloque un tornapuntas cada 4 correas con una longitud libre de pandeo de Lb=4.2 m. Fig. 1.51 CYPE Ingenieros
  • 28. Para los pilares IPE-300 de los pórticos centrales coloque arriostrado el pandeo lateral. 1.3.10. Cálculo y dimensionado de la estructura Una vez realizados todos los pasos anteriores puede cal- cular la estructura y comenzar la fase de dimensionamien- to de la misma. Para calcular la estructura seleccione la opción Calcular del menú Cálculo, aparecerá una venta- na en la que se permite seleccionar entre No dimensionar perfiles, Dimensionamiento rápido de perfiles o Dimensionamiento óptimo de perfiles. Para seguir con el ejemplo de este manual seleccione la primera opción No dimensionar perfiles. Fig. 1.52 1.3.10.1. Dimensionamiento de tirantes El hecho de que los tirantes o tensores sean barras de eje recto que sólo admiten esfuerzos de tracción en la direc- 24 Estructuras ción de su eje, implica que su modelización sólo sería estrictamente exacta si se hiciese un análisis no lineal de la estructura para cada combinación de hipótesis, en el que deberían suprimirse, en cada cálculo, todos aquellos tirantes cuyos axiles sean de compresión. Además, para realizar un análisis dinámico sin considerar los tirantes comprimidos, sería necesario realizar un análi- sis en el dominio del tiempo con acelerogramas. Como aproximación al método exacto, proponemos un método alternativo cuyos resultados, en los casos que cumplen con las condiciones que se detallan a continua- ción, son suficientemente aceptables para la práctica habi- tual del diseño de estructuras con elementos tirantes. El método tiene las siguientes limitaciones, cuyo cumpli- miento comprueba el programa: 1. El elemento tirante forma parte de una rigidización en forma de cruz de San Andrés enmarcada en sus cua- tro bordes, o en tres si la rigidización llega a dos víncu- los exteriores. Además, cada recuadro rigidizado debe formar un rectángulo (los cuatro ángulos interiores rec- tos). Fig. 1.53 CYPE Ingenieros
  • 29. 2. La rigidez axil de los tirantes (AE/L) es menor que el 10% de la rigidez axil de los elementos que enmarcan dicha cruz de San Andrés. 3. Cada diagonal de un mismo recuadro rigidizado debe tener la misma sección transversal, es decir, el mismo perfil. Aplicación del método El método de cálculo es lineal y elástico con formulación matricial. Cada tirante se introduce en la matriz de rigidez con sólo el término de rigidez axil (AE/L), donde la misma es igual a la mitad de la rigidez axil real del tirante. De esta manera, se logran desplazamientos en el plano de la rigi- dización, similares a los que se obtendrían si la diagonal comprimida se hubiese suprimido del análisis matricial considerando el área real de la sección del tirante traccio- nado. Para cada combinación de hipótesis, se obtienen los esfuerzos finales en cada tirante, y en aquellos en los que el axil resulte de compresión se procede de la siguiente manera: A. Se anula el axil del tirante comprimido. B. Dicho axil se suma al axil del otro tirante que forma parte del recuadro rigidizado. C. Con la nueva configuración de axiles en los tenso- res, se procede a restituir el equilibrio de nudos. Nuevo Metal 3D - Ejemplo práctico 25 A. Anulación del esfuerzo en el tirante comprimido. Asignación del valor de la compresión al tirante traccionado. Se elimina el axil en el tirante comprimido (C=0) y se le suma al tirante traccionado (T*=T+|C|). Fig. 1.55 CYPE Ingenieros Dado que el método compatibiliza esfuerzos y no desplaza- mientos, es importante considerar la restricción de rigideces axi- les de las secciones que forman el recuadro rigidizado indicado en el apartado 2 anterior, ya que el método gana mayor exacti- tud cuanto menores sean los acortamientos y los alargamientos relativos de las barras que enmarcan la cruz de San Andrés. En todos los casos analizados por CYPE Ingenieros, S.A., las dis- crepancias, entre los resultados obtenidos por este método y los obtenidos por análisis no lineal, han sido despreciables. En la siguiente figura se esquematiza el proceso antes descrito. Fig. 1.54 Esfuerzos provenientes de cada una de las combinaciones en estudio: T: esfuerzo axil en el tirante traccionado C: esfuerzo axil en el tirante comprimido
  • 30. B. Distribución (por descomposición de fuerzas) del incremento de axil en el tirante traccionado (C*) El incremento de axil (C*) en el tirante se descompone en la dirección de las barras (o reacciones de vínculo) que acometen a los nudos. N1, N2, N3, R1h, R1v, R2h, R2v,: esfuerzos y reacciones en los elementos que enmarcan la rigidización sin consi- derar el incremento de tracción en el tirante traccionado. Fig. 1.56 C. Restitución del equilibrio en los nudos extremos de los tirantes. Equilibrio de fuerzas En cada barra y vínculo externo del recuadro se hace la suma vectorial de las componentes del incremento de tracción (de igual valor absoluto que la compresión del tirante comprimido). El estado final de esfuerzos y reacciones resulta como se indica en la siguiente figura: Fig. 1.57 26 Estructuras Dichos valores se pueden consultar en cada barra o nudo por hipótesis y por combinaciones. Cada hipótesis es tra- tada como una combinación unitaria. 1.3.10.2. Dimensionamiento de uniones El Nuevo Metal 3D, en la versión 2008, incorpora el cálcu- lo y dimensionamiento de los siguientes tipos de uniones de perfiles “doble T”, para la normativa CTE.DB SE-A. Tipologías de uniones implementadas a) Unión Pilar-Dintel empotrada, con cartelas. Fig. 1.58 b) Unión Pilar-Dintel empotrada con vigas ortogonales articuladas. Fig. 1.59 c) Unión Pilar-Dintel empotrada con una viga ortogonal articulada. Fig. 1.60 CYPE Ingenieros
  • 31. d) Unión Pilar-Dintel empotrada. Fig. 1.61 e) Unión Pilar-Dintel articulado con viga ortogonal articu- lada. Fig. 1.62 f) Apoyo intermedio de viga de formación de pendiente, el dintel debe ser una pieza y el nudo articulado. Fig. 1.63 g) Apoyo en cumbrera del muro piñón de las vigas de for- mación de pendiente. Fig. 1.64 Nuevo Metal 3D - Ejemplo práctico 27 h) Unión en cumbrera. Fig. 1.65 i) Unión Pilar-Dintel articulada. Fig. 1.66 j) Unión Pilar-Dintel articulada en el alma. Fig. 1.67 k) Unión intermedia Pilar-Dintel empotrada con vigas ortogonales articuladas. Fig. 1.68 CYPE Ingenieros
  • 32. l) Unión intermedia Pilar-Dintel empotrada con viga orto- gonal articulada. Fig. 1.69 m) Unión intermedia Pilar-Dintel articulada con viga orto- gonal articulada. Fig. 1.70 n) Unión intermedia Pilar-Dintel articulada. Fig. 1.71 28 Estructuras ñ) Unión intermedia Pilar-Dintel articulada en el alma. Fig. 1.72 o) Detalle del Tensor. Fig. 1.73 Dimensionamiento de uniones Si durante el proceso de cálculo de la estructura se detec- tan nudos cuya unión está resuelta en el programa, éste dimensionará las uniones y dará como resultado un plano de detalle de la misma. El programa dimensionará en las uniones los espesores de garganta de las soldaduras y longitud de las mismas, e incorporará rigidizadores en el caso de que sean necesa- rios para la transmisión de tensiones en la unión. CYPE Ingenieros
  • 33. Los esfuerzos transmitidos al cordón de soldadura por uni- dad de longitud se descomponen en cada una de las componentes de tensión normal y tangencial al plano de la garganta, suponiendo que la distribución de tensiones es uniforme a lo largo de él. Fig. 1.74 Según el CTE DB SE-A en su art. 8.6.2, la soldadura es suficiente si cumple: Donde: s^ : Tensión normal perpendicular al plano de la garganta. t^ : Tensión tangencial perpendicular al eje del cordón. tII: Tensión tangencial paralela al cordón. fu: Resistencia última a tracción de la pieza más débil de la unión. bw : Coeficiente de correlación. gM2 : Coeficiente de seguridad parcial (1.25). El espesor de las soldaduras en ángulo será como mínimo 4 mm. Y no será mayor que 0.7 veces el espesor menor de las piezas a unir. ^s £ g u M2 f ( )^ ^s + × t + t £ b × gP u2 2 w M2 f 3 Nuevo Metal 3D - Ejemplo práctico 29 El programa descompondrá los esfuerzos del nudo, deter- minando las tensiones en cada uno de los cordones de soldadura de la unión, debiendo verificarse en cada uno de ellos la relación anterior. En el caso de una unión empo- trada se obtienen tres tipos de cordones distintos. Fig. 1.75 Fig. 1.76 El programa determinará las características mecánicas de los cordones de soldadura. æ ö æ ö = × × × + + × × × - - +ç ÷ ç ÷ è ø è ø + × × × 2 2 1 2 y 1 1 2 2 f 3 3 3 a aH HI 2 L a 4 L a t 2 2 2 2 12 a L 12 CYPE Ingenieros
  • 34. El cálculo de las tensiones normales actuantes sobre los cordones de soldadura será: • En los cordones de soldadura 1 las tensiones norma- les máximas se obtendrán para: • En los cordones de soldadura 2: • En los cordones de soldadura 3: Para el cálculo de las tensiones tangenciales debido a los esfuerzos cortantes, el programa, en el caso del cortante horizontal, lo distribuirá entre los cordones 1 y 2 de forma proporcional a su área resistente. En cambio, el cortante vertical lo deben resistir los cordones 3. El torsor se descompone en un par de fuerzas que incre- mentan o disminuyen las tensiones tangenciales en los cordones 1 y 2, en función del signo de este. ( ) ^ ^= × + = × ® s = tw 3 3y 0.5 t a y z 0.5 L ( ) ^ ^= × = × - × - ® s = t1 f 2y 0.5 L y z 0.5 H 2 t a ( ) ^ ^= × = × + ® s = t1 1y 0.5 L y z 0.5 H a ^ ^s = t = s2 2 s = + × + × y z y z M MN z y A I I = × × + × × + × ×1 1 2 2 3 3A 2 L a 4 L a 2 L a ( ) æ ö æ ö= × × × + × × × -ç ÷ ç ÷ è ø è ø æ öæ ö- × × × - × + × × × +ç ÷ ç ÷ è ø è ø 3 3 z 1 21 2 2 3 w 3 2 1 2 3 3 1 1I 2 a L 2 a L 12 12 t a12 a L 2 L 2 L a 12 2 2 30 Estructuras Una vez obtenidas las tensiones normales y tangenciales en cada cordón deberá verificarse en cada uno de ellos la siguiente relación: Consulta de uniones Tras el cálculo pueden verse las uniones que han sido dimensionadas, para ello emplee la opción Consultar uniones del menú Calcular. Al activar esta opción, se marcarán con un círculo de color verde aquellas uniones que el programa ha podido dimensionar. Las uniones que el programa no ha podido resolver se dibujarán en color rojo. Fig. 1.77 ^s £ g u M2 f ( )^ ^s + × t + t £ b × gP u2 2 2 w M2 f 3 CYPE Ingenieros
  • 35. Si se acerca a un nudo en el que hay uniones dimensiona- das se mostrará un bocadillo informativo en el que se indi- can los tipos de uniones dimensionadas asociadas a dicho nudo, pulsando sobre la unión se mostrarán los pla- nos de detalles de las uniones asociados a ese nudo. Fig. 1.78 Nuevo Metal 3D - Ejemplo práctico 31 Si pulsa sobre un nudo en el que no se ha dimensionado ninguna unión, el programa mostrará una vista 3D con las barras que llegan a la unión para poder ver si hay alguna interferencia entre ellas de tal forma que nos se pueda resolver la unión. Causas por las que no se ha dimensionado una unión Si el programa no dimensiona una unión de las que en un principio parece que esta implementada en el programa, puede deberse a que se producen algunas de las circuns- tancias explicadas a continuación. a. Empotramiento de un perfil en el alma de otro En el caso de que se intente empotrar un perfil en el alma de otro, no se podrá resolver la unión. Siempre se debe articular los extremos de las barras que estén unidos al alma de otra. b. Interferencia entre perfiles Si las alas del perfil que se van a unir al alma de otro interfieren con las de este último, el programa no podrá resolver la unión, ya que en esta ver- sión no están implementados los recortes de barras. c. Interferencia entre perfiles y rigi- dizadores En el caso de que el perfil que se une al alma de otro intersecta con los rigi- dizadores que el programa ha coloca- do para garantizar el empotramiento de barras que acometen por el plano ortogonal. CYPE Ingenieros
  • 36. d. Espesor de la pieza En el caso de que el espesor de garganta del cordón de soldadura necesario sea mayor que 0.7 veces el espesor de la pieza que une. e. Ortogonalidad En el caso en el que los planos que contienen el alma de las barras no sean los mismos, o no sean perpen- diculares entre sí, el programa no resolverá la unión. f. Ángulo Si se cumple el punto anterior, el ángulo que forman las caras de las barras a soldar debe ser mayor o igual de 60º, en caso contrario, no se dimensiona la unión. Fig. 1.79 1.3.10.3. Comprobación de barras Tras el proceso de cálculo seleccione la opción Comprobar barras del menú Cálculo, para verificar si el predimensionado inicial es válido, o por el contrario ha de modificarse alguna barra y volver a calcular. Al seleccionar esta opción, se dibujan en color rojo todas aquellas barras que no verifican para el estado de hipóte- sis de cargas actuales. Pinchando sobre una de las vigas IPE-300 de los pórticos centrales aparece un diálogo en el 32 Estructuras que se indica qué perfiles cumplen de la serie del perfil, e indica con sombreado azul el que está colocado en la obra. Si deseara modificar el perfil, simplemente tendría que hacer doble clic sobre la fila del perfil que quiere colo- car (el sombreado azul señala dicha fila). En este caso, no modifique el perfil inicial, ya que el siguiente que verifica es el IPE-330, y en este caso es mejor revisar el estado ten- sional de la barra, para poder elegir entre cambiar a un perfil superior o acartelar la viga en su unión al pilar. Fig. 1.80 1.3.10.4. Consulta de esfuerzos y tensiones Active la opción Envolventes del menú Cálculo, y selec- cione el apartado Tensión/Aprov.(Ten), con Sólo las barras seleccionadas marcado. A continuación, pulse sobre la viga que había seleccionado anteriormente con la opción Comprobar barras, y se dibujará sobre el plano XZ de la barra la ley del estado tensional de la barra, en color verde la zona que verifique la tensión y en rojo la que no. CYPE Ingenieros
  • 37. Fig. 1.81 Como puede observar en la zona del empotramiento con el pilar, se presenta un coeficiente de aprovechamiento mayor a la unidad. Si desea saber su valor, active la casi- lla Ver valores máximos y mínimos, y observe que el valor del coeficiente de aprovechamiento de la barra es 1.1, con lo que se está excediendo un 10% la resistencia del perfil. Fig. 1.82 Nuevo Metal 3D - Ejemplo práctico 33 Si se realiza el mismo proceso en los pilares que no verifi- can, se puede ver que el coeficiente de aprovechamiento se supera un 24% en la base del perfil. Fig. 1.83 Cómo se proceda en estos casos depende de las solucio- nes prácticas que cada técnico tenga por costumbre rea- lizar. En este ejemplo, cambie los perfiles a un IPE-330 y vuelva a calcular, verificando de nuevo que todas las barras de la estructura cumplan. 1.3.11. Placas de anclaje Una vez ha encajado los perfiles de la nave, pase a la intro- ducción de las placas de anclaje para su posterior dimen- sionamiento. Seleccione del menú Placas de anclaje la opción Generar y, una vez que las placas han sido obte- nidas en el proyecto, emplee la opción Dimensionar del mismo menú para su dimensionamiento. CYPE Ingenieros
  • 38. Fig. 1.84 Una vez dimensionadas las placas, con la opción Editar puede consultar y modificar los resultados del dimensiona- miento. Fig. 1.85 Con la opción Igualar puede ir agrupando todas las pla- cas de anclaje de los pilares, los pórticos principales en un 34 Estructuras mismo tipo, las de los pilares de los muros piñón en otro tipo y las de los pilares del pórtico del forjado en otro. Para emplear esta opción, marque previamente sobre la placa que desea como tipo de la igualación, una vez selecciona- da, se dibujarán en color marrón todas las placas iguales a la tipo y, en amarillo, las diferentes. Pulse sobre estas últi- mas para igualarlas, y, una vez finalizada la igualación, pulse con el botón derecho para validar la acción; se dibu- jarán en color rojo aquéllas que no verifiquen. 1.3.12. Cimentación 1.3.12.1. Introducción de zapatas Ya dimensionadas las placas, puede pasar a la carpeta Cimentación para la definición de la misma. Al entrar en la pestaña se dibujarán en una proyección en planta todos los perfiles de las barras cuyos nudos han sido definidos como vinculación exterior. Las placas de anclaje se dibuja- rán en el caso de haber sido definidas previamente. Fig. 1.86 CYPE Ingenieros
  • 39. Para introducir las zapatas y las correas de atado entre ellas emplee la opción Nuevo del menú Elementos de cimentación. Fig. 1.87 Seleccione la opción Zapata de hormigón armado, en la ventana que aparece pinche sobre Zapata rectangular excéntrica (tercera opción comenzando desde la izquierda). Fig. 1.88 Al aceptar esta ventana el cursor se convierte en una zapa- ta. Dependiendo de la zona del pilar donde se posicione, el cursor se convertirá en una zapata de esquina, media- nera, o centrada en el caso de colocarnos encima de ella. De esta manera vaya pinchando con el botón izquierdo del ratón sobre cada uno de los arranques de la obra hasta tener todas las zapatas introducidas. Fig. 1.89 Nuevo Metal 3D - Ejemplo práctico 35 1.3.12.2. Introducción de vigas de atado Proceda ahora a introducir las vigas de atado. Para ello emplee la opción Viga automática, y pinchando de un arranque de la zapata a otro se irán introduciendo las vigas. Fig. 1.90 1.3.12.3. Definición de datos previos al dimensionamiento Una vez definida la geometría de la cimentación de la nave, debe introducir la tensión admisible del terreno y los tipos de hormigón y de acero de la cimentación, con la opción Datos generales del menú Obra. CYPE Ingenieros
  • 40. Fig. 1.91 Previamente al cálculo, es necesario definir en el apartado Opciones de vigas de atado del menú Obra la sobrecar- ga de compactación, debido al cerramiento que apoya en ellas. En este ejemplo, el peso de la placa de hormigón es de 2.7 kN/m2, por lo que debe introducir una sobrecarga de compactación mayorada de: Fig. 1.92 = × × ® =sc scq 2.7 8 1.6 q 34.6 kN/m 36 Estructuras Por último, cuando se dimensiona una cimentación para una nave industrial, el principal problema estriba, no ya en las tensiones transmitidas al terreno, sino en el peso del elemento en sí; ya que, debido la succión a la que se ven sometidas las naves durante la acción del viento y puesto que las cargas que descienden por los pilares son peque- ñas, puede producirse el despegue de la zapata, lo que da como resultado del dimensionamiento unas zapatas muy grandes. Debido a esto es preferible, en este tipo de cimentaciones, partir con unas dimensiones iniciales del canto grandes. Para ello, en la opción Zapatas aisladas coloque 50 cm para el canto mínimo. Es conveniente también, para evitar este fenómeno, volver a la estructura e introducir la carga que transmite las vigas de atado de las zapatas a estas mismas, es decir, se introducirá en el arranque de cada pilar de fachada una carga puntual en la hipótesis de carga permanente, con sentido contrario al eje Z y de valor igual al peso de cerramiento que soportan las vigas que atan a las zapatas, y volver a calcular la obra. Fig. 1.93 CYPE Ingenieros
  • 41. 1.3.12.4. Dimensionamiento y comproba- ción de la cimentación Una vez realizados los pasos anteriores, puede dimensionar la cimentación. Para ello, pulse en la opción Dimensionar del menú Cálculo. Tras el proceso de cálculo, se dibujarán en rojo aquellos elementos que tienen errores del dimensio- namiento. Moviendo el cursor sobre una zapata o viga de la obra se muestra un bocadillo informativo en el que se indica los datos de cálculo de la zapata (dimensiones, armado, ten- sión y esfuerzos) o de la viga. Fig. 1.94 El programa permite la edición, comprobación y dimensio- namiento de cada elemento, para ello se emplea la opción Editar del menú Elementos de cimentación. 1.3.12.5. Igualación En las zapatas, al igual que se procedió con las placas de anclaje, debe igualar la cimentación para obtener un resul- tado más homogéneo de las zapatas. Para ello, emplee la opción Igualar del menú Elementos de cimentación. Una vez activada la opción seleccione la zapata tipo (arranque N18), se dibujarán en color marrón la zapata seleccionada y todas las que sean iguales, y en color ama- Nuevo Metal 3D - Ejemplo práctico 37 rillo las que son distintas. Debe ir pulsando sobre las zapa- tas a igualar (N6, N8,N11, N13, N16, N21, N23, N26, N28, N31y N33); una vez finalizada la igualación, pulse con el botón derecho para validarla. Realice los mismos pasos igualando las zapatas de los arranques (N3, N1) y (N36, N38, N41, N43) que correspon- den a los exteriores del muro piñón trasero y a los cuatro exteriores de los pórticos que contienen al pilar. Fig. 1.95 1.3.13. Salida de resultados 1.3.13.1. Planos Una vez dimensionada la estructura y su cimentación, podrá obtener los planos del proyecto. Para dibujar los planos pulse en el botón , que puede encontrar tanto en la pestaña Cimentación como en la pestaña Estructura. Tras pulsar este botón, aparece la ventana de Selección de planos. En esta ventana vaya añadiendo los planos del proyecto que desea dibujar, para ello pulse en el botón y selec- cione el tipo de plano del diálogo Edición de plano. CYPE Ingenieros
  • 42. Fig. 1.96 En este caso elija un plano de la Estructura 3D, y selec- cione para visualizar el eje de perfil, las cotas, el tipo de perfil y la referencia de las uniones. Vuelva a añadir tres nuevos planos. En uno seleccione las Uniones; en otro, el plano de Cimentación, y, por último, el plano de Replanteo de la cimentación. Fig. 1.97 Especifique el periférico al que desea lanzar los planos y pulse Imprimir. 38 Estructuras 1.3.13.2. Listados 1.3.13.2.1. Listado de la estructura En el programa dispone de dos opciones para realizar el listado de la estructura: una, con la que puede efectuar el listado de toda la estructura, y, otra, para efectuar el lista- do de sólo los elementos previamente seleccionados. Listado de toda la estructura La opción para el listado de toda la estructura se encuentra a la izquierda de la de planos. Al pulsar sobre este botón se abre una ventana en la que aparece un esquema de árbol con una casilla en cada una de las ramas, que activadas indican qué elementos aparecerán en el listado. Fig. 1.98 Listados sobre una selección de elementos Esta opción está disponible dentro del menú Obra, tras activarla debe seleccionar aquellas barras o nudos sobre los que desea efectuar el listado. Seguidamente, pulse con el botón derecho para validar la selección, y aparecerá la ventana en la que debe indicar los capítulos y apartados que se van a listar. 1.3.13.2.2. Listado de cimentación Para efectuar el listado de cimentación debe encontrarse dentro de la pestaña Cimentación y pulsar el botón . CYPE Ingenieros