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Manual de uso del Programa METALBUCKLING

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CÁLCULO DEL PANDEO DE

ESTRUCTURAS DE ACERO CON METALBUCKLING


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CAPÍTULO 1

CÁLCULO LONGITUDES DE PANDEO DE

LOS PILARES DE PÓRTICOS ORTOGONALES, APLICANDO LA EAE.


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1. 1. INTRODUCCIÓN. Para el cálculo del pandeo de pórticos ortogonales se consideran este programa los dos casos siguientes:

a) Método de la Instrucción EAE, para pórticos ortogonales para

forjados con losa de hormigón. Este método solo tiene en cuenta las características geométricas de la estructura y no las cargas. Requiere que el entramado sea homogéneo en cuanto a dimensiones, cargas y tipos de enlaces de las barras.

b) Método de la Instrucción EAE, para pórticos ortogonales para

otros forjados que no sean losa de hormigón. Corresponde al método de Wood, recogido también por el Eurocódigo. Este método solo tiene en cuenta las características geométricas de la estructura y no las cargas. Requiere que el entramado sea homogéneo en cuanto a dimensiones, cargas y tipos de enlaces de las barras.

1.2. ENTRADA DE DATOS.

1.2.1. Pantalla Principal

Los pasos a seguir son los siguientes:

Pantalla 1.1.

Se define en la página principal proyecto, título, fecha, tipo de acero y notas. También se selecciona la clase de pórtico (traslacional o intraslacional) y el método de cálculo a seguir (en este caso EAE Pórticos con forjados de losa de hormigón).


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Pantalla 1.2.

Inicialmente en la pantalla principal 1.2 se debe de seleccionar primero el procedimiento de cálculo en este caso se elige uno de los dos remarcados en rojo y a continuación se selecciona entre pórtico intraslacional (el pórtico no puede desplazarse lateralmente) o traslacional (no hay impedimento a su desplazamiento lateral).

1.2.2. Nudos y barras

Para definir la geometría y perfiles es aconsejable, en este caso, recurrir al generador de tipologías.

Pantalla 1.3.


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De las posibles estructuras se selecciona: Pórticos Ortogonales y a continuación en la parte izquierda del cuadro el número de vanos y el número de alturas (en este ejemplo 3 y 3). Pinchando nudos y barras en la pantalla 1.4. quedan numerados todos ellos.

Pantalla 1.4.


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En la parte baja del cuadro se definen longitudes de vano (en este ejemplo 4, 4 y 4) y alturas (en este ejemplo 4, 4 y 4). A continuación se selecciona los perfiles de los pilares (en este caso tabla 9:HEB) y de las vigas (tabla 12: IPE). Completado el cuadro, en la parte superior de la pantalla 1.4 se activa el icono para que toda la información generada pase al programa. Abriendo el cuadro de nudos se presentan coordenadas y tipo de apoyos. En este mismo cuadro puede modificarse cualquier dato inicialmente establecido. Y cambiar articulaciones por empotramientos o incorporar apoyos como deslizaderas.

Pantalla 1.5.

A continuación, en el cuadro de barras se define los tamaños de los perfiles ya que su clase y tipo de sección (T.S.) ha sido introducida anteriormente desde tipologías. El propio programa marca una “?” todos los pilares, lo que significa que hay que determinar el coeficiente β que define la longitudes de pandeo de los pillares. En


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este cuadro podría modificarse el modelo de enlace de las vigas seleccionando entre:

Sin enlaces articulados (enlaces rígidos en los extremos)

Articulada en el nudo menor

Articulada en el nudo mayor

Biarticulada

Los restantes datos: Modelo (se refiere a si la barra es de sección constante o variable). En este caso todas las barras son de sección constante, Grupo (se refiere a aquellas barras que si tienen la misma numeración de grupo constructivo son iguales). No es un dato que interese para este tipo de cálculo.

Pantalla 1.6.

1.3. RESULTADOS.


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Finalmente se elige la que corresponda de entre las dos posibles aplicaciones de la EAE: 1) Seleccionando:”EAE pórticos ortogonales para forjados con losa de hormigón” se pulsa a continuación Cálculo y Calcular,

Pantalla 1.7

2) Seleccionando: ”EAE pórticos ortogonales para otros forjados” se pulsa, también a continuación, Cálculo y Calcular,

Pantalla 1.8.

Obteniéndose directamente un listado con los coeficientes que definen las longitudes de pandeo de los pilares.

Pantalla 1.9.

También pulsando el botón derecho del ratón en la pantalla 1.10 se presenta un desplegable en el que se puede solicitar “Mostrar


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coeficientes de longitudes de pandeo” y, si es así, estos coeficientes quedan incorporados en la pantalla 1.10 a los pilares del pórtico.

Pantalla 1.10.


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CAPÍTULO 2

CÁLCULO DE LONGITUDES DE PANDEO DE BARRAS DE PÓRTICOS DE NAVES

SIMÉTRICAS DE 2 / 4 AGUAS.


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2.1. INTRODUCCIÓN. Al igual que en el cálculo a pandeo de pórticos ortogonales aplicando la EAE, en este programa solamente con definir solamente la geometría y perfiles se pueden determinar las longitudes de pandeo de las barras. Estas longitudes no están asociadas a las cargas existentes ni a su combinación, y por lo tanto esta información no es necesaria. El cálculo se realiza del modo siguiente;

Para calcular la longitud de pandeo de los pilares se introducen iguales cargas axiales de compresión en los dos pilares si el pórtico es simétrico a dos aguas. Los dinteles quedan libres de cargas.

Y para el cálculo de las longitudes de pandeo de los dinteles se introducen en ellos iguales esfuerzos axiales de compresión (simetría) dejando sin carga a los pilares.

2. 2. ENTRADA DE DATOS.

Inicialmente se selecciona el procedimiento y el tipo de estructura para la que se desea calcular las longitudes de pandeo de las barras.


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Pantalla 2.1.

Las coordenadas de los nudos y las coacciones se pueden definir entrando por tipologías o, directamente, desde la pestaña de nudos. Entrando por tipologías, si se trata de un solo pórtico se pone 1 en el nº de pórticos que figura en la parte superior izquierda. Y si se desea que se numeren nudos y barras en la columna izquierda se activan sus checkboxes.


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Pantalla 2.2.

En la parte inferior de la pantalla 2.2 se definen: luz (m), altura del pilar paredes (m), y pendiente de los faldones (%). A continuación se seleccionan los perfiles de los pilares (en este caso tabla 9: HEB) y los de las vigas (tabla 12: IPE). Las coordenadas de los nudos y las coacciones de los apoyos se pueden definir entrando por tipologías o directamente desde la pestaña de nudos. En este cuadro se puede modificar las coacciones de los apoyos según el desplegable que aparece en pantalla 2.3.


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Pantalla 2.3.

En cuadro de barras de la estructura se indica principalmente:

la numeración de los nudos extremos,

el modelo de enlace de los mismos (se presenta un desplegable), la clase (pilar, viga, cordón superior, celosía del alma etc.),

el tipo de sección (en general para los pilares se elige HEB_tipo 9 o HEA_tipo 44 y para las vigas IPE_tipo12),

el tamaño de los perfiles y

en la columna de βz (coeficiente que define la longitud de pandeo de la barra) se dispone una “?”, símbolo que indica que es un dato que se está solicitando al programa.

Pantalla 2.4.


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2.3. RESULTADOS.

Finalizada la entrada de datos el cálculo se realiza seleccionando Cálculos→Calcular en la parte superior de la pantalla 2.5.

Pantalla 2.5.

Directamente, se presenta un archivo de texto con las longitudes de pandeo de todas las barras y coeficientes β

Pantalla 2.6.

Estos mismos resultados se pueden visualizar en la pantalla pulsando el botón derecho del ratón y activando “Mostrar coeficientes de longitudes de pandeo”.

Pantalla 2.7.


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CAPÍTULO 3

CÁLCULO A PANDEO DE CUALQUIER ESTRUCTURA PLANA.


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3.1. ENTRADA DE DATOS.

En la pantalla principal 3.1 se debe indicar si todas las barras son de sección constante, en este caso se contesta SI. Si alguna barra es de sección variable o reforzada en sus extremos, se contesta NO. Esta pregunta se realiza para generar un cuadro de barras más simplificado que el que se necesitaría para las barras de sección variable o acarteladas en los extremos. En esta pantalla 3.1 está desactivada la consulta sobre la traslacionalidad o intraslacionalidad del entramado. Si el entramado dispone de un arriostramiento en el propio plano el programa detecta la posible intraslacionalidad. Pero si es el resto de la edificación la que impide el desplazamiento horizontal de la estructura se deben disponer apoyos horizontales con deslizadera verticales para impedir estos movimientos.

Pantalla 3.1


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Inicialmente se selecciona la estructura y el procedimiento de cálculo a seguir, pantalla 3.1. En este caso: “Cualquier estructura.” A partir de aquí se realiza una entrada de datos similar a la del programa METALPLA XE4.

Pantalla 3.2

Las coordenadas de los nudos y el tipo de coacción de los apoyos se pueden definir entrando por tipologías o directamente desde la pestaña de nudos, pantalla 3.3


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Pantalla 3.3

En las barras de la estructura, pantalla 3.4, se indica: la numeración de los nudos extremos, el modelo de enlace de los mismos (se presenta en un desplegable ), la clase (pilar, viga, cordón superior, celosía del alma etc.), el tipo de sección (en general para los pilares de edificación o de naves se elige HEB-tipo 9 o HEA_tipo 44 y para las vigas IPE-tipo12), el tamaño y en la columna de βz (coeficiente que define la longitud de pandeo de la barra) se dispone una “?”, símbolo que indica que es un dato que se está solicitando al programa.


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Pantalla 3.4

Antes de indicar las cargas se definen las hipótesis de cargas. En este caso, para simplificar, solamente se han introducido las tres hipótesis que se indican a continuación:

Pantalla 3.5

Las cargas de nudos asociadas a la carga de viento corresponden a la hipótesis 3,

Pantalla 3.6

Para las hipótesis 1 y 2 se introducen las cargas de barra (para simplificar se han hecho iguales todas las cargas de cada hipótesis:


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Para la hipótesis 1 (carga permanente)

Pantalla 3.7

Para la hipótesis 2 (sobrecarga de uso):


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Pantalla 3.8

Finalmente se indica la combinación de hipótesis de cargas con sus coeficientes de combinación:

Pantalla 3.9

Otra opción podría haber sido prescindir de la carga de viento y combinar con los mismos coeficientes las cargas permanentes y sobrecargas que figuran en la pantalla 3.9.


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3.2. CÁLCULO El cálculo se activa haciendo clic en “calcular”:

Pantalla 3.10

3.3. RESULTADOS Realizado el cálculo, en “Salidas”, hay las dos opciones indicadas a continuación:

Pantalla 3.11

a) Visualizar Resultados: Se presenta un listado en el que se incluyen los resultados siguientes:


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1) Desplazamientos modales y coeficiente crítico de pandeo:

αcrt : Coeficiente crítico de pandeo. Representa el factor de amplificación por el que

multiplicada la combinación de cargas de cálculo se presenta el pandeo global de la estructura, Desp. X: desplazamiento modal del nudo en la dirección X (eje general), Desp. Y: desplazamiento modal del nudo en la dirección Y (eje general), Giro: giro del nudo en radianes (positivo sentido antihorario)


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2) Longitudes de pandeo y esbelteces de las barras seleccionadas.

β: coeficiente que define la longitud de pandeo de la barra lk: longitud de pandeo de la barra en el plano de la estructura,

λz: esbeltez mecánica en el plano de la estructura, λadimensional,z: esbeltez adimensional para el eje perpendicular al plano de la

estructura

βbarra: sólo se utiliza para estructuras espaciales (ángulo de rotación de la barra

sobre su eje principal),

b) Visualización de deformadas, Esfuerzos... En la parte inferior de la pantalla 3.12 se selecciona “pandeo” , el número de combinación de hipótesis y se selecciona Plano Z=0:


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Pantalla 3.12

4) Modo operativo con barras de secciones variables o reforzadas en sus extremos. Lo primero que se debe indicar en la pantalla principal 3.13 es, si alguna o todas las barras son de sección variable o reforzadas (por cartelas o platabandas) en sus extremos. Si es así se responde a la pregunta de la pantalla principal: ¿Todas las barras son de sección constante?: NO.


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Pantalla 3.13

La diferencia en este caso con el anterior ejemplo es que el cuadro de barras que se presenta incluye las columnas necesarias para estos refuerzos.

Pantalla 3.14

A este cuadro corresponde como ejemplo el esquema del pórtico a dos aguas representado en la pantalla 3.15 en la que los pilares son de sección variable con relación 2 de canto de mayor a menor sección, partiendo de un perfil HEB del 200, y los dinteles de IPE del 200 se refuerzan en los extremos de unión con los pilares con una chapa intercalada de 800x200x10.


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Pantalla 3.15

Para introducir esta información se elige para la barra correspondiente, en el cuadro de barras y en la columna “Modelo: Geometría de barra”, de un desplegable el tipo de refuerzo en los extremos (platabandas o acartelamientos) o el modelo de sección variable de la barra (mayor canto en nudo de menor numeración o mayor canto en el nudo de mayor numeración).

Pantalla 3.16

Si la barra es de sección variable, tras indicar la posición del canto mayor de la barra, que puede estar en el nudo de menor numeración o en el de mayor numeración, se define la relación entre el canto mayor y el canto menor, en el cuadro se ha


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introducido el valor 2 (doble canto en un extremo respecto al otro, de aquellas barras que sean de sección variable).

Para indicar las dimensiones de los refuerzos en el extremo que corresponda se rellena un desplegable como el representado en la figura siguiente,

Pantalla 3.17

La entrada de datos y selección de la salida de resultados es similar a la realizada anteriormente.

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