M PERFILES DE PEQUEÑO ESPESOR CONFORMADOS EN...

M_4_2 PERFILES DE PEQUEÑO ESPESOR CONFORMADOS EN FRÍO

MEMORIA Alumnos: Sandra Camacho Campos

Rodrigo Burgos Valverde Eugenio Simón Chica

M4_2_PERFILES DE ACERO DE PEQUEÑO ESPESOR RODRIGO BURGOS_SANDRA CAMACHO_EUGENIO SIMÓN CURSO 2016-2017

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Contenido PLANTEAMIENTO INICIAL: ............................................................................................................. 2

1. SOPORTES: ......................................................................................................................... 4

a) SOPORTES TIPO: ............................................................................................................ 4

b) SOPORTES SINGULARES: ............................................................................................... 7

c) SOPORTES DEL PERÍMETRO: ......................................................................................... 9

2. FORJADOS:....................................................................................................................... 10

a) CORREAS TIPO: ............................................................................................................ 10

b) COREAS SINGULARES_1º CELOSÍA: ............................................................................. 13

c) COREAS SINGULARES_2º CELOSÍA: ............................................................................. 14

3. CERCHAS: ......................................................................................................................... 15

a) CERCHA FORJADO BOARDILLA: ................................................................................... 15

b) CERCHA TESTERO PLANTA SEGUNDA: ........................................................................ 16

c) CERCHA CUBIERTA: ..................................................................................................... 18

4. CORREAS DE CUBIERTA: ................................................................................................. 20


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PLANTEAMIENTO INICIAL: El objeto de esta práctica es resolver el proyecto de reforma de un edificio existente en el que se pretende eliminar todos los forjados existentes y sustituirlos por otros. Para ello vamos a utilizar perfiles de acero galvanizado conformados en frío. CARGAS CONSIDERADAS: Las cargas que hemos considerado han sido las siguientes: -Para el caso de las plantas tipo: El forjado se va a realizar con una chapa grecada no colaborante y una losa de hormigón armado de 4 cm de espesor.

CM: 1,5 kN/m2 (1 kN/m2 tabiquería +0,5 kN/m2 solado) SCU: 2 kN/m2 PP: 0,5 kN/m2 TOTAL: 4 kN/m2

-Para el caso de la cubierta: Esta se va a realizar con tablero de madera y un acabado de chapa galvanizada.

CM: 1,5 kN/m2 (solado) NIEVE: 0,6 kN/m2 SCU: 0,4 kN/m2 PP: 0,5 kN/m2 TOTAL: 3,0 kN/m2

-VIENTO: El viento solo afectará a la cubierta, ya que la estructura de perfiles de pequeño espesor irá en el interior de la estructura existente, que absorberá todos los esfuerzos del viento.

-COEFICIENTES DE MAYORACIÓN DE LAS CARGAS:

Permanentes: 1,35 Variables: 1,50

-COEFICIENTES DE MINORACIÓN: Acero galvanizado: 1,25

Se plantea una estructura de acero galvanizado conformado en frío, en el interior de los muros de la vivienda ya existentes. Consideramos, que vaciamos el edificio al completo ya que se trata de un ejercicio completamente teórico, en la realidad, podríamos dejar algunos elementos estructurales, según los gustos del usuario. A la hora de hacer el estudio de esfuerzos de la estructura, hemos recurrido al programa informático SAP 2000. Hemos interpretado que los forjados apoyan en los muros de la vivienda ya existentes para estar del lado desfavorable ya que contamos con más luz. Por lo tanto los soportes que rodean a estos muros


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se han analizado a partir de las reacciones que le llegan al muro. Como hemos mencionado, estaremos del lado favorable, ya que tendremos unos 20 cm menos de luz. A su vez a la hora de introducir los datos al SAP 2000 hemos considerado que las uniones entre elementos verticales y horizontales, son uniones articuladas.

GRIS: SOPORTES TIPO: C.100.50.20 t=1,5 mm AZUL: CORREAS TIPO: C.250.50.25 t=1,5 mm FUXIA: PARES CUBIERTA: C 250.50.25 t=1,5mm ROJO: DIAGONALES CUBIERTA: C 100.50.20 t=1,5 mm VERDE: CELOSÍA, PERFIL DE BORDE (U 200.50. t=1,5mm


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1. SOPORTES: A la hora de hacer el estudio de los soportes vemos que tenemos dos elementos singulares, los soportes tipo y los soportes que se encuentran al lado de las grandes luces de planta baja y planta primera (soportes singulares). A su vez, como hemos mencionado antes los soportes del perímetro de la estructura, se dimensionarán a partir de las reacciones que llegan al muro.

a) SOPORTES TIPO: Cuyos esfuerzos máximos obtenidos y resistidos para estos perfiles son los siguientes: *(En la imagen se pueden ver los esfuerzos axiles máximos de los soportes, los momentos de los soportes son 0kN, ya que están articulados en la unión entre correa-soporte)

NEd=21,06 kN (Compresión) MEd= 21,06*0,02=0,42 kNm (Momento debido a la excentricidad mínima) Para las propiedades del acero galvanizado conformado en frio, hemos tenido en cuenta las siguientes propiedades:

-Fy=280 N/mm2

-Fu=360 N/mm2

CONCLUSIÓN: Siguiendo estos esfuerzos máximos hemos dimensionado los soportes tipo con: PERFIL C-100.50.20 con un espesor de 1,5 mm. Hemos colocado perfiles Omega 50.50.20 a mitad de la altura del perfil, para que los arriostre, disminuya la longitud de pandeo y aumente su resistencia. Por lo tanto:

NEd=21,06 kN < NRd=36,71 kN CUMPLE


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PROPIEDADES DEL PEFIL C.100.50.20


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En el caso de los perfiles Omega 50.50.20, tendrán las siguientes características:

b) SOPORTES SINGULARES: A la hora de dimensionar los soportes singulares, tenemos que tener en cuenta sus esfuerzos máximos. Como podemos ver en la foto, estos soportes tienen que trabajar con NEd=152,99 kN. Por lo que hemos visto en el apartado “Soportes tipo” un perfil C.100.50.20 con un espesor de 1,5 mm, resiste NRd=51,1 kN si está arriostrado cada 45 cm con perfiles omega, por lo tanto en este caso tendremos un soporte compuesto por tres perfiles C.100.50.20 que resiste NRd=153,3 kN, por lo que cumpliría a resistencia.

CONCLUSIÓN: Para el caso de los soportes singulares vamos a usar tres perfiles C.100.50.20 con t=1.5mm, con arriostramientos con perfiles Omega 50.50.20 cada 45 cm.


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Una vez dimensionados los soportes de este lado, tendremos que irnos a los soportes que quedan del lado del perímetro y que tienen un NEd=41,88kN, por lo tanto, como tendremos que poner tres soportes para poder aguantar la celosía, estos solo estarán arriostrados con un perfil Omega 50.50.20, que cada soporte resistirá NRd=36,71 kN. Finalmente, tendremos tres soportes que soportarán NRd=110,13 kN >NEd=41,88 kN, por lo tanto CUMPLE.

En la siguiente imagen podemos ver, los arriostramientos de los distintos soportes que tenemos.


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c) SOPORTES DEL PERÍMETRO: Como ya hemos mencionado para dimensionar los soportes del perímetro, lo haremos a partir de las reacciones que nos da el programa informático SAP2000. Al considerarse articuladas las cabezas de los soportes, estas no tendrán momento, solo el considerado debido a la excentricidad mínima. Los esfuerzos máximos obtenidos son los siguientes, que los encontramos en los soportes en esquina: NEd=22,45 kN (Compresión) MEd= 22,45*0,02=0,45 kNm (Momento debido a la excentricidad mínima)

Las reacciones que vemos en cubierta, no hay que analizarlas ya que se apoyan en los muros existentes de la vivienda.

CONCLUSIÓN: Siguiendo estos esfuerzos máximos hemos dimensionado los soportes tipo con: PERFIL C.100.50.20 con un espesor de 1,5 mm. Hemos colocado perfiles Omega70.70.20 a mitad de la altura del perfil, para que los arriostre, disminuya la longitud de pandeo y aumente su resistencia. Por lo tanto: NEd=22.45 kN < NRd=36,71

kN CUMPLE

(*En la imagen de la derecha podemos ver los distintos arriostramientos, de la P1)


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2. FORJADOS: Para dimensionar las correas del forjado, tenemos que distinguir, las correas tipo y la correas de los soportes singulares, donde colocaremos las celosías necesarias para que soporten los esfuerzos máximos.

a) CORREAS TIPO: Para dimensionar las correas tipo tenemos unos esfuerzos máximos de: MEd=5,40 kNm

Tomamos el siguiente perfil conformado en frio, C.200.50.25 con un espesor de 1,5 mm, y verificamos que cumple a resistencia. Por lo tanto tenemos que este perfil tiene: Módulo Resistente (W)=28303 mm3

MRd= W* fy/ү= (28303 mm3*280 N/mm2)/1,25= 6,33 kNm

Por lo tanto: MEd=5,40 kNm < MRd=6,33 kNm CUMPLE


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PROPIEDADES DEL PERFIL C.200.50.25:


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• DEFORMACIONES: Ahora el siguiente punto, es verificar que este perfil cumple en cuanto la rigidez. Los verificamos con el programa informático SAP2000: Esta correa tiene una L=3,75 m, y tiene una deformación de 0,0088 m<L/300=0,0125 m, por lo tanto su deformación relativa es de L/426 > L/300, por lo tanto CUMPLE. También podríamos ver que cumple por medio del programa AISIWIN, en la ventana de “floors”, e introduciendo los datos de la correa tipo, en este caso, C.250.50.25, t=1,5 mm:

Podemos ver que con las cargas que tenemos la luz permitida sería de 4,59 m, y nosotros tenemos 3.75 m. CONCLUSIÓN: Por lo tanto para las correas tipo de toda la estructura, vamos a utilizar perfiles C.200.50.25 con un espesor de 1,5 mm.


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b) COREAS SINGULARES_1º CELOSÍA: Para dimensionar las celosías utilizaremos los esfuerzos máximos que nos da la siguiente imagen: MEd=79,71 kNm

A partir de este momento y sabiendo que en el soporte, anteriormente dimensionado, consta de tres perfiles C100.50.20, consideramos que también vamos a colocar tres celosías para resistir este momento. Por lo tanto, para saber la altura que tiene que tener esta celosía, tomamos las siguientes consideraciones: -Una celosía tiene que resistir un momento de 79,75 kNm/3 ≈ 27 kNm -En este caso tenemos que colocar, un perfil Channel Stud tanto en el cordón inferior como superior, para permitir introducir los montantes correctamente. El perfil será un Channel Stud 100.50 de 2 mm de espesor, ya que tiene más resistencia, y nos permite reducir el canto de la celosía.


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Por lo tanto la celosía tendrá una altura h, sabiendo que cada cordón resistente 64,96 kN, como podemos ver en la imagen superior: 27 kNm =64,96kN*h ⟹ h=0,41 m para estar de cara de la seguridad, cogemos h=0,45 m y así también, facilitar el paso de las correas.

c) COREAS SINGULARES_2º CELOSÍA: Para dimensionar las celosías utilizaremos los esfuerzos máximos que nos da la siguiente imagen: MEd=18,76 kNm

CONCLUSIÓN: Como hemos visto en el caso de la 1 celosía, una celosía aguantaba 27 kNm, por lo tanto aquí pondremos una celosía con las mismas propiedades, es decir, cordones en U.100.50 t=2mm, los montantes serán C.100.50.20 t=1,5 mm


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3. CERCHAS: La estructura de perfiles presenta una cercha que soporta el forjado de la boardilla, y sendas cerchas en los testeros que soportan el forjado de planta segunda. Además los faldones de la cubierta presentan también una estructura triangulada en el plano del faldón que se hace cargo de poner en equilibrio los empujes horizontales del faldón contra los muros testeros de fábrica. Vamos a dimensionar a continuación las secciones que hacen falta para estos elementos:

a) CERCHA FORJADO BOARDILLA: Las solicitaciones de cada barra de esta cercha son:

Los cordones de la cercha son perfiles continuos, que dimensionamos par la máxima compresión, en el centro del vano, de 85kN. La longitud de pandeo de esta barra son 0,65m que es la distancia entre montantes. En el plano perpendicular el movimiento del cordón comprimido está coaccionado por el faldón de cubierta. Para los cordones optamos por secciones en ‘U’ para poder atornillar fácilmente los montantes y diagonales dentro del carril de los cordones. Disponiendo dos celosías gemelas vale con el perfil canal 250.65 de 1,5 mm de espesor como cordón:


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EL conjunto de los dos cordones resiste con seguridad 2 .43,2 kN =86,4 kN > 85kN RESISTE.

La diagonal más solicitada es la de los extremos, que está sometida a una tracción de 74kN, con una longitud total de 2,2m y arriostrada en su punto medio por el montante del tabique con el que se cruza.

Disponemos para este elemento una sección tipo ‘C’. A tracción trabaja toda el área de la sección. Necesitamos una sección cuyo área sea: 74kN/(2 .28kN/cm2/1,05)=1,4cm2

La siguiente sección tiene un área de 2,3 cm2.

El conjunto de las dos diagonales con esta sección resiste 2 .2,3cm2. 28kN/cm2/1,25 =103 kN

b) CERCHA TESTERO PLANTA SEGUNDA: En uno de los testeros de la cubierta en el nivel de la planta segunda disponemos una cercha que recoge la carga de la viga-celosía que soporta el forjado de la planta segunda y apoya en los muros de fábrica.


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El cordón de esta cercha es también continuo. Dado que la cercha tiene un canto importante y recoge dos cargas puntuales de la celosía del forjado de 40kN cada una, además de una carga uniforme del forjado, las barras más solicitadas son las diagonales de la celosía, solicitadas con una tracción de 91kN, es decir necesitamos en estas barras una sección de: 91kN / (28kN/cm2/1,25) =4,0 cm2.

El cordón superior está solicitado con una compresión de hasta 77kN. Como antes disponemos una sección en canal. La longitud de pandeo de la barra es de nuevo 65cm.

Repitiendo la estrategia de disponer dos cerchas gemelas el cordón de cada una de ellas responde a la solicitación de cálculo si tiene, por ejemplo, las siguientes dimensiones:


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EL conjunto de los dos cordones resiste con seguridad 2 .40,2 kN =80,4 kN > 77kN RESISTE.

c) CERCHA CUBIERTA:

Para resistir las acciones horizontales tanto de la acción de viento como del empuje de los faldones de la cubierta disponemos triangulaciones en los faldones. La barra más solicitada a compresión y también la de mayor longitud es la que marcamos en la siguiente imagen, y es con la que vamos a dimensionar todas las barras que constituyen la cercha de los faldones:


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Su longitud total es de 5,8m, esta coaccionada cada vez que se cruza con las viguetas del faldón, quedando una longitud entre puntos de arriostramiento de 1,65m; y está solicitada con 35kN.

La sección siguiente:


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Resiste con seguridad una compresión máxima de: 40,5 kN > 34kN CUMPLE.

4. CORREAS DE CUBIERTA: Las correas de cubierta están solicitadas con esfuerzo axil de compresión y flexión. Las solicitaciones de estas barras son:


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Compresión de 13,5 kN y flexión de 7,2 m.kN. La luz a salvar por las correas de la cubierta en proyección horizontal es de 4,55m, y la separación entre montantes del muro que hay debajo es de 60cm.

Con estas condiciones y las cargas enunciadas al principio resulta que disponiendo correas con una cadencia de 30cm (es decir separación mitad a la de los montantes del muro) la sección en ‘U’ siguiente:

Es capaz de salvar una luz de 4,58m> 4,55m RESISTE.

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PLANOS

Alumnos: Sandra Camacho Campos Rodrigo Burgos Valverde

Eugenio Simón Chica

MASTER DE ESTRUCTURAS_Curso 2016_2017

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