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M4_2 ESTRUCTURAS DE PERFILES DE ACERO DE PEQUEÑO ESPESOR

Profesores: Joaquín Antuña

Luis San Salvador

Fernando Castañón

Máster en estructuras de la Edificación

Curso 2016/2017

Alumnos:

M4_2 Perfiles de acero de pequeño espesor

1

Memoria.

1. Descripción del edificio 2

2. Normativa de referencia 3

3. Materiales 3

4. Acciones a considerar 3

a. Nieve 3

b. Viento 4

c. Valores considerados 4

d. Combinaciones de carga 4

5. Resistencia al fuego 5

6. Perfiles empleados 5

7. Forjado de planta baja

8. Forjado de planta primera

9. Forjado del altillo

10. Cubierta

11. Reportaje fotográfico


2

1. Descripción del edificio

El proyecto trata la reforma de una vivienda en Cercedilla (Madrid), construida por los medios tradicionales de muro de carga. La intervención proyecta una solución radicalmente distinta mediante perfiles de acero conformados en frío, una solución que podemos calificar de ligera si la comparamos con la solución actual.

La propuesta pretende conservar la imagen actual del edificio, respetando los gruesos muros perimetrales, con una doble intención, la ya citada de preservar la imagen tradicional del conjunto y por otro lado la de servir de puntos de apoyo para la nueva estructura proyectada de perfiles.

En cuanto a la propuesta presentada resuelve las necesidades del conjunto con el empleo de 3 clases de perfiles diferentes, empleando el perfil de manera singular o haciendo trabajar un grupo de ellos en conjunto a modo de doble perfil, cercha, tirantes… En la medida de lo posible, la intención es la de generar unas plantas completamente diáfanas que permitan una libre distribución espacial para que el cliente adapte el uso a sus necesidades.

Analizando la solución por partes, la primera a comentar será la de la planta baja, que originalmente presenta dos muros paralelos centrales, además de otros tantos elementos divisorios, que como ya se ha comentado serán eliminados para proporcionar un espacio de planta baja libre y adaptable al uso, con acceso únicamente desde el exterior y sin conexión interior con las plantas superiores. La solución plantea unas cerchas, resueltas en los apartados 7 y 8, que salvan una luz de 8,9 m con una solución en cercha de 0,5 m de canto, colocadas modularmente cada 0,6 m.

La cubrición de la planta segunda emplea un esquema idéntico al anterior con una variación importante. Como podemos apreciar en el dibujo de planta, aparecen dos huecos relacionados con la escalera, y una pasarela que conecta ambos lados del hueco, la pasarela será resuelta con los perfiles presentados en el apartado 8, trabajando de manera singular a flexión, mientras que el resto de forjado trabaja formando una cercha apoyando en los muros del perímetro, que resuelve de nuevo la luz de 9,3 m (debido a que se ha producido un decrecimiento del muro) con separación de los elementos de 0,6 m.

La planta segunda, permite el acceso mediante una escalera de caracol a un altillo, que vamos a resolver mediante el empleo de 2 elementos principalmente. Por una parte la cercha, analizada en el apartado 9, que apoyando en los muros extremos separados 9,7 m y gracias al canto de 1,25 m sirve de apoyo para el forjado compuesto por los perfiles empleados para el forjado de la pasarela, el analizado en el apartado 9, que trabajando de manera aislada y a flexión permite salvar una luz de 4,4 m apoyando sobre las cerchas que acabamos de citar. Además la disposición de estos perfiles deber solucionar el hueco de escalera a través de un cuadrado 1,7 m de lado que permita inscribir el cilindro que genera la escalera de caracol. La solución para este hueco es la de realizar dos zunchos que interrumpan el paso de correa y permitan el apoyo de las que se han cortado.

Las cubiertas de la planta segunda se resuelven apoyando los faldones en los muros inferiores, para ello se diseñan dos cerchas de modo que estas recojan los esfuerzos horizontales que

3

produce la cubierta. A su vez dos perfiles, uno en cada extremo del muro, unen las dos cerchas

de forma que la solución queda atirantada evitando equilibrando así los problemas de empujes horizontales sobre el muro que sólo resistirá carga gravitatoria.

La cubierta superior apoya en sus extremos sobre la parte superior del muro, se diseña como dos cerchas de gran canto que permiten salvar los 10 metros entre muros.

2. Normativa de referencia

CTE DB-SE_ Seguridad Estructural CTE DB SE-AE_ Seguridad Estructural. Acciones en la edificación Eurocodigo 1_ Acciones en estructuras Eurocodigo 3_ Proyecto de estructuras de acero (Parte 1.3_ Reglas adicionales para perfiles chapas de paredes delgadas conformadas en frio)

3. Materiales

Perfiles de acero conformados en frío

fyk : 235 N/mm2

fu : 360 N/mm2

4. Acciones consideradasa. Nieve

La estructura está ubicada en Cercedilla, una localidad de Madrid (Zona climática 4) ubicada a 1214 m de altitud, cuyo valor de la sobrecarga de nieve debe ser adaptado a tal condición.

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4

b. Viento

qb : 0.42 Madrid, Zona A

Ce: 2.3 Zona III, Altura del punto considerado 9 m

Cp: 0.65 Esbeltez 11/17 = 0.65

Cs: -0.4 Esbeltez 11/17 = 0.65

qp = 0.42 · 2.3 · 0.65 = 0.63 qs = 0.42 · 2.3 · 0.4 = 0.39 qw ≈ 1 kN/m2

c. Valores considerados

Peso propio de la estructura (PP) + Carga muerta (CM) 2 kN/m2

Sobrecarga de uso (SCU)_ Categoría A1 Vivienda 2 kN/m2

Sobrecarga de uso (SCU)_ Categoría G1 (inclinación 34º) 0,5 kN/m2

Sobrecarga de nieve(N)_ Altitud 1214 m 1.9 kN/m2

Sobrecarga de viento (W) 1 kN/m2

d. Combinaciones de carga

ϒg : 1.35 ϒq : 1.5

ELS_ SCU PP + CM + SCU + 0.6 W

ELS_WIND PP + CM + W + 0.7 N

ELS_SNOW PP + CM + N + 0.6 W

ELU_SCU ϒg PP + ϒg CM + ϒq SCU + ϒq 0.6 W

ELU_WIND ϒg PP + ϒg CM + ϒq W + ϒq 0.7 N

ELU_SNOW ϒg PP + ϒg CM + ϒq N + ϒq 0.6 W


5

5. Resistencia al fuego

Al ser la estructura compuesta por perfiles de acero de pequeño espesor, la resistencia al fuego requerida se consigue a través del revestimiento. Todos los perfiles irán protegidos, y los elementos estructurales tendrán que quedarse a una temperatura inferior de los 350 °C.

Los elementos de forjado, inferiormente se recubren con paneles de paneles de yeso ignífugos, mientras que las cerchas del altillo se revisten con elementos del mismo material.


6

6. Perfiles empleados


10

7. FORJADO DE PLANTA BAJA

El forjado de planta baja salva una luz de 8.9 m gracias al empleo de la cercha propuesta cuyos esfuerzos son los siguientes:


11

Los valores más representativos y los que nos guiarán en el dimensionado de la cercha son los siguientes:

Cordón superior: -65.61 kN El caso del cordón al tratarse de un elemento a compresión, deberemos analizar cómo se comporta frente a pandeo, en cualquier caso debido a que el elemento de forjado será un tablero de madera atornillado a la propia cercha podemos concluir que la luz de pandeo en ambas direcciones es de 60 cm. A pesar de que el valor del axil es similar al del cordón inferior, el hecho de que este sea de compresión puede llevarnos al empleo de más de un perfil para resistir el pandeo.

Perfil (2 x 160.80.20 t1.5) Un solo perfil es capaz de soportar 35.83 kN, por lo que con el empleo de cordón formado por dos perfiles resistirá el doble.

71.66 kN > 65.61 kN

Cordón inferior: 64.77 kN El cordón inferior, solicitado a tracción dependerá directamente del área y la resistencia del acero, y su dimensión dependerá de estos factores.

Perfil del cordón inferior: (2 x 80.30.10 t1.5) Empleando un detalle constructivo igual al anterior, pero con un perfil de menor dimensión se consigue una solución optimizada y que además permite una unión adecuada entre cordón inferior y los montantes y diagonales.

El área del perfil es de 193 mm2 y trabajamos con un acero de fy=235 N/mm2 por lo que su resistencia a tracción contando sólo un perfil será 193 x 235 = 45 355 N

Cuando colocamos los dos perfiles unidos somos capaces de soportar un axil del doble.

2 x 45.34 = 90.68 kN > 64.77 kN

Montante y tirante: -18.85 kN A pesar de que existe una diagonal cuyo axil es mayor, el hecho de que este a compresión produce que el elemento de análisis sea el de -18.85 kN

Perfil (80.30.10 t1.5) Uniendo los cordones inferior y superior se colocan estos perfiles entre medio de los perfiles que dobles que forman los cordones. 26.84 kN > 18.85 kN

C 60.30.10 / t 1.5

C 160.80.20 / t 1.5


12

8. FORJADO DE PLANTA PRIMERA

El espacio que actúa de pasarela entre las dos zonas forjadas con las cerchas ya comentadas se soluciona con un perfil de manera singular colocado biapoyado trabajando a flexión simple.

Gracias al programa AISIWIN podemos definir una sección y unas condiciones de carga y asignando unos límites de flecha nos indica cual es la máxima luz que cubre el perfil seleccionado bajo los criterios de flecha y resistencia propia.

El perfil empleado es el ya analizado 160.80.20 t1.5 y la luz a cubrir es de 2.54 m

C 160.80.20 / t 1.5


13

Por su parte el comportamiento de la cercha es exactamente igual que en la planta baja por lo que la solución va a ser la misma.

En los nudos parece que basta con 4 tornillos porcada lado. Los que coinciden con el pliegue de laC no se pueden colocar. Se pueden poner en parejasy colocarlos en el tramo central de las C de los cordones.

Algunas posibilidades de organización de los tornillos. Los ejes de las barrascoinciden y se puede acceder a los tornillo para fijarlos. Además, no hacefalta placa intermedia.

M4_2

Perfiles de acero de pequeño espesor

14

9. FORJADO DEL ALTILLO

Para la resolución de este forjado partimos del hecho de que disponemos en las fachadas norte y sur de dos muros existentes que nos sirven de puntos de apoyo.

Para la resolución del resto del espacio diferenciamos principalmente dos elementos, por un lado la cercha que conecta longitudinalmente los muros y que se apoya en estos mismos, y por otro lado los perfiles que trabajan a flexión simple biapoyados en las cerchas.

Las cerchas principales tienen los siguiente esfuerzos y dimensiones:


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Cordón superior: -112.12 kN El caso del cordón al tratarse de un elemento a compresión, deberemos analizar cómo se comporta frente a pandeo, en cualquier caso debido a que el elemento de forjado será un tablero de madera atornillado a la propia cercha podemos concluir que la luz de pandeo en ambas direcciones es de 60 cm. Debido a la gran dimensión del axil a compresión, debemos solucionar el cordón superior con una sección de 3 perfiles como la que sale en el detalle, formada por 2 perfiles C 220.80.20 / t 1.5 y uno de C 160.80.20 / t 1.5 de manera que la resistencia de los 3 sea de:

2 x 50 kN + 1 x 35kN = 135 kN > 112.12 kN

C 220.80.20 / t 1.5 C 160.80.20 / t 1.5

Cordón inferior: 119.6 kN El cordón inferior, solicitado a tracción dependerá directamente del área y la resistencia del acero, y su dimensión dependerá de estos factores.

Empleando un perfil C 160.80.20 / t1.5 el área del perfil es de 523.9 mm2 y trabajamos con un acero de fy=235 N/mm2 por lo que su resistencia a tracción contando sólo un perfil será 523.9 x 235 = 125 231 N > 112 120 N

Montante y tirante: -53.68 kN A pesar de que existe una diagonal cuyo axil es mayor, el hecho de que este a compresión produce que el elemento de análisis sea el de -53.68 kN

Perfil (160.80.20 t1.5) Uniendo los cordones inferior y superior se colocan estos perfiles entre medio de los perfiles que dobles que forman los cordones.

58.5 kN > 18.85 kN


García Villarroya, Sara

16

Por último los elementos que apoyan en la cercha y trabajan a flexión, están resueltos con un perfil tipo C 220.80.20 / t 1.5 y su capacidad a flexión según el programa nos permite cubrir una luz mayor que la que están cubriendo de 4.38 m


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10. CUBIERTA

Empleamos dos soluciones distintas, unas para la cubierta del nivel inferior y otra para el perfil superior.

En el caso de la correa del nivel inferior la solución se ha basado en desarrollar unos puntos de apoyo para los faldones de la cubierta que fueran indeformables. Para tal objetivo se ha optado por acoplar en la cabeza del muro una cercha en posición horizontal con una modulación adaptada al ritmo de las correas del faldón. Las cargas que actúan sobre esta cercha son las reacciones horizontales del modelo de cubierta.

Reacciones de cada correa:

CM = 3.58 kN SCU = 1.79 kN Snow = 6.8 kN

Reacciones de la CM

Para equilibrar los empujes parece que optan por colocar unos tirantes que unen las dos cerchasParece que las correas acomenten a las cerchas en el cordón B. En ese caso, el cordón Asería el comprimido. En el esquema de la página siguientelas correas acometen al cordóncomprimido, al revés que los hacen en la planta propuesta, que acometen al cordon traccionado.Esta cuestión es relevante porque obliga a resolver el equilibrio del cordón comprimirdo queno tiene impedido el movimiento de los nudos.

AB

Indicar la posición de la celosía


18

Debemos comprobar la mayor compresión 45.56 kN < 61.44 kN

Una vez definida esta cercha, solo debemos preocuparnos de emplear un perfil que resista la flexión a la que va a ser sometida en cubierta.

Con un perfil C 160.80.20 / t1.5 no tenemos la resistencia suficiente para cubrir la luz del faldón que es de 4.83 m, es por ello que necesitamos emplear un perfil doble unido por las almas.


19

En el caso de la cubierta superior, los apoyos sobre los que se sustenta, son los muros hastiales, pertenecientes al edificio original. La luz libre entre los muros de apoyo es de 10 m y los faldones tienen una altura de 6 m. Al contar con las tablas de madera que forman el apoyo continuo del cerramiento, las cargas se descomponen y se tiene en cuenta la fuerza paralela al faldón para la cubierta. De este modo el faldón actúa como una cercha de 6 m de canto y 10 m de luz. Teniendo en cuenta la separación entre montantes, para encajar los paneles de aislamiento, se deja un espacio de aproximadamente 60 cm entre los montantes de la cercha o pares de cubierta. En cuanto a las diagonales, se colocan perfiles cruzados con un ancho de 4 separaciones entre montantes. A continuación, se muestra el modelo de la cubierta superior:

Las dos familias de diagonales tiene que ir en el mismoplano, con esa disposición hay que interrumpir unade ellas en cada cruce.Mejor resolverlo con una familia de diagonales.


García Villarroya, Sara

20

Mediante el modelo realizado se comprueba a que axiles y momentos están sometidas las correas, los montantes y las diagonales, con lo cual se dimensionan los perfiles.

Axiles de la cubierta

Momentos de cubierta

Los perfiles escogidos son C160.80.20 con un espesor de 1,5 mm para las diagonales y montantes y U163.30 con espesor de 1,5 mm para los cordones superior e inferior.

Por último, se muestra el detalle de la cumbrera:


21

11. REPORTAJE FOTOGRÁFICO

Imagen de conjunto

Imagen de conjunto


22

Imagen de conjunto

Forjado de planta baja


23

Forjado de planta segunda

Forjado de altillo


24

Cubierta del nivel inferior

Cubierta nivel superior

PROYECTO DE ESTRUCTURA

METÁLICA

MÓDULO M4.2: PERFILES DE PEQUEÑO ESPESOR

CURSO 2017

ÍNDICE GENERAL DE CONTENIDOS

1. ESQUEMA DE ESTRUCTURA .................................................................. 1

2. CUBIERTA CENTRAL ............................................................................... 3

3. BAJO CUBIERTA CENTRAL .................................................................... 5

4. CUBIERTAS LATERALES ........................................................................ 12

5. CERCHAS PB Y PRIMERA ......................................................................19

6. PILARES Y VIGUETAS ............................................................................. 20

PERFILES DE PEQUEÑO ESPESOR

1


2

PERFIL DE PEQUEÑO ESPESOR

3

Con una barra de acero B500 se puede equilibrar la traccinó, pero no hay manera de unirlo a losperfiles. Es más práctico utilizar una platabanda de la misma chapa, aunque tenga mas sección,se puede unir con varios tornillos.

PERFIL DE PEQUEÑO ESPESOR

4

Para poder hacer el detalle de la cumbrera, el pefil U debería ser de 80,como el perfil en C de la correa.


5


6


7


8


9


10


11

CÁLCULO CUBIERTAS LATERALES

1.1. CARGAS:

Cargas permanentes

Peso propio de la estructura __________ 0,08 kN/m2

Tablero __________________________ 0,15 kN/m2

Chapa de acabado + fibra de vidrio_____ 0,20 kN/m2

Cartón yeso _______________________ 0,12 kN/m2

TOTAL 0,55 kN/m2

Cargas variables

Nieve ____________________________ 0,6 kN/m2

Sobrecarga de uso _________________ 0,4 kN/m2

Carga total en valor característico, qk=0,55+0,6=1,15 kN/m2

Carga total en valor de cálculo, qk=0,55·1,35+0,6·1,5=1,64 kN/m2

1.2. ANÁLISIS DE ESFUERZOS

1.2.1. Correas interiores:

La carga de las correas interiores será la carga calculada anteriormente, q=1,64 kN/m2,

multiplicada por su ancho tributario, x, que es 0,6 m.

Esta carga habrá que descomponerla en una carga q', que a su vez se descompondrá en q'x y q'y, como

se indica en el esquema, que toman los valores:

q=qd·x=1,64·0,6=0,98≈1 kN/m

q'=q·cosα=1,64·cos(27)=0,89 kN/m

q'x=q'·senα=0,89·sen(27)=0,4 kN/m

q'y=q'·cosα=0,89·cos(27)=0,8 kN/m

Una vez descompuestas las cargas calculamos la correa como una viga biapoyada, y obtenemos las

reacciones Rx' y Ry'. A su vez Ry' se descompone en Ry'x y Ry'y.

Rx'=0,4·5,28=2,11 kN

Ry'=0,8·5,282 =2,11 kN; Ry'y=2,11·cos(27)=1,88 kN; Ry'x=2,11·sen(27)=0,96 kN

q=1 kN/m

q'=0,8

9 kN/m q'y=0

,80 kN

/m

q'x=0,40 kN/m

Rx'

Ry'x

Ry'y

Ry'

Ry'

Ry'

x

y

x'

y'

Tirantes

Correas exteriores

Correas interiores

Cercha


12

El esquema de las viguetas es el de un arco triarticulad, enla cumbrera no hay reacción vertical. De ese modo los esfuerzosen los apoyos son mayores.

Rx'

Ry'y

Ry'

A continuación descompondríamos Ryx de manera que la componente en la dirección de la viga, Ry'xx',

que se sumaria a Rx' y la componente en la dirección perpendicular, Ry'yy', que se la llevaría el soporte:

Ry'xx'Ry'yy'

Ry'x

Ry'xx'= 0,96cos(27)

=1,08 kN

Ry'yy'=0,96·tg(27)=0,49 kN

Una vez descompuestas tenemos unas resultantes

que vamos a llamar Px' y Py'.

Px'=Rx'+Ry'xx'=2,11+1,08=3,19 kN

Py=Ry'y+Ry'yy'=1,88+0,49=2,37 kN

La reacción Ry' del apoyo superior derecho seequilibra con la misma reacción en la barraperpendicular, por lo que no la tenemos en cuenta.

3,19 kN

2,37 kN

1.2.2. Correas exteriores:

En las correas exteriores el área tributaria es la mitad, por lo que todo lo calculado anteriormente se reduce

0,5 veces quedando por tanto:

q=0,5 kN/m Px'=1,6 kN

q'=0,45 kN/m Py=1,2 kN

q'x=0,2 kN/m

q'y=0,4 kN/m

1.2.3. Cercha

Una vez tenemos las reacciones calculamos la cercha que arriostra la cubierta, que está formada por

cordón superior e inferior, 8 montantes de 0,60 m cada uno y 7 diagonales con un ángulo de 45º, como se

muestra en el dibujo.

Con las reacciones obtenidas del análisis anterior calculamos la cercha.

0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60

0,60

45°

x

y

x'

y'

x

y

x'

y'


13

Analizamos nudo por nudo de la cercha para obtener el axil de cada barra:

Nudo 1-7-8=Nudo 6-20-21:

Por tanto, tenemos que:

N1=N6=-9,6 kN

N7=N21=-11,2 kN

N8=N20=13,57 kN


14

Nudo 1-2-9-10=Nudo 5-6-18-19:


N1=N6=-9,6 kN

N2=N5=-16 kN

N9=N19=9,6 kN

N10=N18=9,05 kN

Nudo 2-3-11-12=Nudo 4-5-16-17:


N2=N5=-16 kN

N3=N4=-19,13 kN

N11=N17=-6,49 kN

N16=N12= 4,67 kN

Nudo 3-4-13-14:


N4=-19,13 kN

N3=-19,13 kN

N14=0 kN

N13=3,19 kN

Nudo 4-15-4:


N4=-19,13 kN

N15=3,19 kN

1.2.4. Tirantes exteriores:

P·7/2P·7/2

Px

PyPy

Px

Dividimos las reacciones de la cercha y

obtenemos que en el nudo de encuentro

de tirante y cercha hay una tracción de

P·72. Descomponemos esta tracción y la

componente horizontal se la lleva el

tirante y la vertical el soporte.

Px=cos(27)·72 P=9,95 kN

Py=sen(27)·72 P=5,06 kN


15

1.3. SELECCIÓN DE PERFILESUna vez tenemos calculados los esfuerzos buscamos un perfil, en este caso tipo C, que resista un axil

superior. La cubierta se ejecutará entera con el mismo perfil, a excepción del cordón inferior de la cercha,

que por razones constructivas sera tipo U.

Dado que los esfuerzos axiles obtenidos son muy pequeños vamos a dimensionar con el momento flector

de las correas de cubierta, que será más restrictivo. Calculamos el diagrama de momentos para las

correas interiores, que al tener igual luz que las exteriores pero mayor carga tendrán un momento más

desfavorable.

CORREAS CENTRALES:

M=q·l2/8=0,89·5,282/8=3.10 kN·mCORREAS LATERALES:

M=q·l2/8=0,45·5,282/8=1,57 kN·m

Análisis flexión en las correas de cubierta:

Con ayuda de una hoja excel calculamos lo que resisten a momento y axil los perfiles tipo C y buscamos el

que se ajuste a nuestros esfuerzos.

x

y

x'

y'

x

y

x'

y'


16

Para seleccionar el perfil conformado en frio tipo U del cordón superior hay que tener en cuenta que este

recogerá los montantes y los cordones que componen la cercha, por tanto, por condiciones constructivas

por tanto la altura, h, de la U tendrá que ser superior a 100 mm para que pueda recoger los perfiles tipo

C.

Por lo especificado anteriormente elegimos el perfil abierto conformado en frio tipo UF80X160x7 cuya

sección es la que se muestra a continuación:

50

30

R2.5

2.0

Con los siguientes datos extraidos de prontuario:

A=2,06 cm2

Ix=8,16 cm4

Wx=3,6 cm3

Iy=1,88 cm4

Wy=0,902 cm3x

y

Debido a que MW=262 N/mm2 es muy superior a NA=8,14 N/mm

2 la correa trabaja a flexión por lo que se

dimensiona en función del momento flector que resiste el perfil. La correa elegimos el perfil abierto

conformado en frio tipo CF 100x2,0 cuya sección es la que se muestra a continuación:100

4015R2.5

2.0


A=3,92 cm2

Ix=59,2 cm4

Wx=11,8 cm3

Iy=8,67 cm4

Wy=3,24 cm3x

y

CF 100x2.0CF 100x2.0CF 100x2.0 CF 100x2.0 CF 100x2.0 CF 100x2.0

CF 100x2.0CF 100x2.0CF 100x2.0 CF 100x2.0 CF 100x2.0 CF 100x2.0 CF 100x2.0

CF

100x2

.0

CF

100x

2.0

CF

100x2

.0

CF

100x2

.0

CF

100x2

.0

CF

100x2

.0

CF

100x2

.0

CF

100x2

.0

CF

100x2

.0

CF

100x

2.0

CF

100x

2.0

CF 100x2.0

CF 100x2.0

CF 100x2.0

CF 100x2.0

CF 100x2.0


17

1.4. DIMENSIONADO DEL TIRANTE

En lugar de utilizar un perfil, el tirante se va a resolver con un redondo de acero. Como conocemos el axil

que tiene que soportar, la tension es fyd del acero para armar despejamos el área de la siguiente fórmula:

σ=NA ; A=Nσ=9,95·1000500/1,15 =22,85 mm2

A=π·r2; r=√Aπ=22,85π =2,7 mm2Obtenemos que sería necesario una barra de Ø6 mm para los tirantes.

1.5. SOPORTES

Las cargas que reciben los soportes que se encuentran bajo la cubierta son por tanto:

Py=2,37+5,06=7,43 kN para los dos soportes exteriores

Py=2,37 kN para los soportes interiores.

Dado que tomamos la decisión de utilizar el mínimo número de tipos de perfiles, los soportes irán también

con perfil abierto conformado en frio tipo CF 100x2.0, con las siguientes propiedades:

Los soportes trabajan a compresión por lo que para el dimensionado se haria con el axil que resiste el

perfil. Se realiza la comprobación a pandeo y tenemos que para el perfil seleccionado y una longitud de 3,2

metros el axil Ncr=120 kN. Como los axiles que obtenemos son muy bajos el perfil cumpliría a pandeo.

100

40

15R2.5

2.0


A=3,92 cm2

Ix=59,2 cm4

Wx=11,8 cm3

Iy=8,67 cm4

Wy=3,24 cm3x

y


18


19


20

Los esfuerzos que han obtenido corresponden a una vigueta continua apoyada en las cerchas intermedias que experimentan un movimiento vertical. En realidad no tendrán una vigueta continua, ya que se hará en dos tramos. Los esfuerzos de flexión serán algo menores delo que han previsto.

ACERO LAMINADO

ELEMENTO LÍMITE ROTURA LÍMITE ELÁSTICO

PER IL ESTRUCTURAL CON ORMADO EN RÍO N N

CUADROS DE CARACTERÍSTICAS DE MATERIALESFORJADO

CUBIERTA TABLEROFIBRA DE VIDRIOACABADO DE CHAPA

CONTROL DE LA EJECUCIÓN A NIVEL NORMALCONTROL ESTADÍSTICO DEL ORMIGÓNCONTROL DEL ACERO A NIVEL NORMAL

IPÓTESIS DE CÁLCULO NORMA E E

ELEMENTO

ORMIGÓNTAMAÑOMÁ IMOÁRIDO

CONSIST.RESIST.TIPOCARACT. NOMINAL

RECUB.AMBIENTE

FORJADO 25 MPaHA-25/B/20/I BLANDA 25 mm20 mm I

CONT.MIN.

CEM.REL.MAX.

A/C

0.65

IPÓTESIS DE CONTROL

MATERIALES

ACERO LAMINADO c=1.05HORMIGON c=1.50ACERO PARA ARMAR c=1.15

ACCIONES

PESO PROPIO g=1.35CARGAS VARIABLES q=1.50

COEFICIENTES DE SEGURIDAD

CUADRO DE CARGAS

ACCIONES VARIABLES

CARGAS PERMANENTES

CARGA MUERTA

PESO PROPIO FORJADO

SOBRECARGA DE NIEVE

CUBIERTA

FORJADO

N

N

N

N

N

N

CARGAS PERMANENTES

CARGAS MUERTAS

PESO PROPIO FORJADO

SOBRECARGA DE USO N N

VALOR CARACTERÍSTICO VALOR CÁLCULO

(S235)

NOTAS ACERO ESTRUCTURAL:

LAS SOLDADURAS NO DE INIDAS EN LOS PLANOS SERÁN UNA DE LAS SIGUIENTESSOLDADURAS CON PENETRACIÓN COMPLETA.

-SOLDADURA EN ÁNGULO POR LAS DOS CARAS CON UN ESPESOR DE GARGANTA a=0.7t, SIENDO t EL MENOR DE LOSESPESORES DE LAS CHAPAS A SOLDAR.

- LAS ESTRUCTURAS METÁLICAS QUE NO QUEDEN VISTAS DEBERÁN SER PROTEGIDAS FRENTE AL FUEGO MEDIANTE MORTERODE VERMICULITA Y LAS VISTAS CON PINTURA INTUMISCENTE. EN AMBOS CASOS SE DEBERA GARANTIZAR UNA RESISTENCIAAL FUEGO R-90


N N

N N

ACCIONES VARIABLES

TIPO DE FORJADO TABLERO DE OSB ORMIGÓNPLACA DE CARTÓN ESO

ELEMENTO

ACERO PASIVO

LÍMITE ELÁSTICO

N

TIPO

B 500 S

ACERO DE ARMAR

PLANTA BAJA +0.00ESCALA 1:50

A1NACE

A2NACE

A3NACE

A4NACE

A5NACE

A6NACE

A7NACE

A8NACE

A9NACE

A10NACE

A11NACE

A12NACE

A13NACE

A14NACE

A15NACE

A16NACE

A17NACE

A18NACE

A19NACE

A20NACE

A21NACE

A22NACE

A23NACE

A24NACE

A25NACE

A26NACE

A27NACE

1.20

1

B

C

D

A

4.0

04.1

0

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

9.3

00.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60

15.60

D1NACE

D2NACE

D3NACE

D4NACE

D5NACE

D6NACE

D7NACE

D8NACE

D9NACE

D10NACE

D11NACE

D12NACE

D13NACE

D14NACE

D15NACE

D16NACE

D17NACE

D18NACE

D19NACE

D20NACE

D21NACE

D22NACE

D23NACE

D24NACE

D25NACE

D26NACE

D27NACE

C1NACE

C2NACE

C3NACE

C4NACE

C5NACE

C6NACE

C7NACE

C8NACE

C9NACE

C10NACE

C11NACE

C12NACE

C13NACE

C14NACE

C15NACE

C16NACE

B1NACE

B2NACE

B3NACE

B4NACE

B5NACE

B6NACE

B7NACE

B8NACE

B9NACE

B10NACE

B11NACE

B12NACE

B13NACE

B14NACE

B15NACE

B16NACE

C27NACE

B27NACE

CUADRO DE PILARES

P. BAJA+0.00m

CF 100 x 2,0

ENTREPLANTA+9.60m.

P. PRIMERA+3.20m

P. SEGUNDA+6.40m.

A1-A2-A3-A4-A5-A6-A7-A9-A11-A12A13-A14-A15-A16-A17-A19-A21-A22A23-A24-A25-A26-A27

CUBIERTA+12.7 m.

+8.8 m.

CF 100 x 2,0

CF 100 x 2,0

CF 100 x 2,0 CF 100 x 2,0

CF 100 x 2,0 CF 100 x 2,0

D1-D2-D3-D4-D5-D6-D7-D9-D11-D12D13-D14-D15-D16-D17-D19-D21-D22D23-D24-D25-D26-D27

A8-A10-A18-A20D8-D10-D18-D20

B1-B2-B3-B4-B5-B6-B7-B8-B9-B10B11-B12-B13-B14-B15-B27

C1-C2-C3-C4-C5-C6-C7-C8-C9-C10C11-C12-C13-C14-C15-C16-C27

CF 200 x 3,0

CF 200 x 3,0

B16-C16C

F 10

0.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

UF 60 x 120 x 4.0

UF 60 x 120 x 4.0

UF 60 x 120 x 4.0

UF 60 x 120 x 4.0

0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60

6.60

0.8

0

0.60 0.60 0.60 0.60

CERCHA 2ESCALA 1:10

CORDÓNUF 30x50x0,3

MONTANTECF 100.2

CORDÓNUF 30x50x0,3

DIAGONALCF 100.2

Nº PLANO:

ESCALA :

PLANO:

FECHA :

PLANTASP. BAJA Y PRIMERA

VARIAS

01

1 0 1 2 3 4m

ESCALA GRÁ ICA

0 0.2 0.4 0.6 1.0m0.8

ESCALA GRÁ ICA

0.2 1.2 1.4 1.6 1.8m

0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9m

ESCALA GRÁ ICA

ACERO LAMINADO





ELEMENTO


CONSIST.RESIST.TIPO

CARACT. NOMINALRECUB.AMBIENTE


CONT.MIN.

CEM.REL.MAX.

A/C

0.65

(S235)






ELEMENTO

ACERO PASIVO

LÍMITE ELÁSTICO

N

TIPO

B 500 S

ACERO DE ARMARUF 60 x 120 x 4.0

UF 60 x 120 x 4.0

UF 60 x 120 x 4.0

UF 60 x 120 x 4.0

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

60.2

CF

60.2

CF

60.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

60.2

0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60

6.60

0.8

0

0.60 0.60 0.60 0.60

+6.40

0.50 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 1.20 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.40

9.30

3.2

0

CF

100.2

CF 10

0.2

CF

100.2

CF

100.2

CF 10

0.2

CF

100.2

CF 10

0.2

CF

100.2

CF 10

0.2

CF

100.2

CF 10

0.2

CF

100.2

CF 10

0.2

CF

100.2

CF 10

0.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CF

100.2

CUADROS DE CARACTERÍSTICAS DE MATERIALES


IPÓTESIS DE CÁLCULO NORMA E EIPÓTESIS DE CONTROL

MATERIALES


ACCIONES



CUADRO DE CARGAS

ACCIONES VARIABLES

CARGAS PERMANENTES

CARGA MUERTA

PESO PROPIO FORJADO

SOBRECARGA DE NIEVE

CUBIERTA

FORJADO

N

N

N

N

N

N

CARGAS PERMANENTES

CARGAS MUERTAS

PESO PROPIO FORJADO




N N

N N

ACCIONES VARIABLES

Nº PLANO:

ESCALA :

PLANO:

FECHA :

PLANTASP. SEGUNDA Y CUBIERTA LATERAL

VARIAS

021 0 1 2 3 4m

ESCALA GRÁ ICA

0 0.2 0.4 0.6 1.0m0.8

ESCALA GRÁ ICA

0.2 1.2 1.4 1.6 1.8m

0.5 0 0.5 1.0 1.5 2.0m

ESCALA GRÁ ICA

ACERO LAMINADO





ELEMENTO


CONSIST.RESIST.TIPO

CARACT. NOMINALRECUB.AMBIENTE


CONT.MIN.

CEM.REL.MAX.

A/C

0.65

(S235)






ELEMENTO

ACERO PASIVO

LÍMITE ELÁSTICO

N

TIPO

B 500 S

ACERO DE ARMAR

CF 100.2

CUADROS DE CARACTERÍSTICAS DE MATERIALES


IPÓTESIS DE CÁLCULO NORMA E EIPÓTESIS DE CONTROL

MATERIALES


ACCIONES



CUADRO DE CARGAS

ACCIONES VARIABLES

CARGAS PERMANENTES

CARGA MUERTA

PESO PROPIO FORJADO

SOBRECARGA DE NIEVE

CUBIERTA

FORJADO

N

N

N

N

N

N

CARGAS PERMANENTES

CARGAS MUERTAS

PESO PROPIO FORJADO




N N

N N

ACCIONES VARIABLES

DETALLE OMEGASESCALA 1:2

DETALLES CUBIERTA

DETALLE CUMBRERAESCALA 1:2

REMATE DE CUMBRERAPERFIL L 100 X 100 X 2,5

MONTANTE

PERFIL UF 40 X 80 X 3,0

VIGUETA

PERFIL CF 80 X 2,5

REMATEPERFIL L 40 X 40 X 2,5

OMEGA

15 X 25 X 25 X 2,0

VIGUETA

PERFIL CF 80 X 2,5

TORNILLO (

TABLERO OSB

AISLANTE

LANA MINERAL

DETALLE ENCUENTRO CUBIERTA-FACHADAESCALA 1:2

OMEGA

15 X 25 X 25 X 2,0

TABLERO OSB

VIGUETA

PERFIL CF 80 X 2,5

AISLANTE

LANA MINERAL

MONTANTE

PERFIL UF 40 X 80 X 3,0

PERFIL L 100 X 100 X 2,5

AISLANTE

LANA MINERAL

OMEGA

15 X 25 X 25 X 2,0

Nº PLANO:

ESCALA :

PLANO:

FECHA :

PLANTASENTREPLANTA Y CUBIERTA CENTRAL

VARIAS

031 0 1 2 3 4m

ESCALA GRÁ ICA

0 0.2 0.4 0.6 1.0m0.8

ESCALA GRÁ ICA

0.2 1.2 1.4 1.6 1.8m

0.5 0 0.5 1.0 1.5 2.0m

ESCALA GRÁ ICA

P R O Y E C T O M . 4 ( 2 ) . P E R F I L E S

P E Q U E Ñ O E S P E S O RR e f o r m a e d i f i c i o e x i s t e n t e .

Nº PLANO:

ESCALA :

PLANO:

RAMÓN ACEÑA RINCÓNBLANCA BAUZÁ MONTOJOÁNGELA P. BUENDÍA BRASEROJULIÁN EVANGELIO PALOMO

FECHA :

21/05/2017

DETALLE 1

DETALLE 1. CERCHA CUBIERTAS LATERALES PLANTA SEGUNDA

DETALLE 2

DETALLE 3. NUDO CERCHA

DETALLE 2. ENCUENTRO CUBIERTA-SOPORTES

MONTANTES, CORDONES,

DIAGONALES Y CORREAS

CF 100 x 2,0

PERFILES DE BORDE UF 80 x 160 x 7.0

SOPORTES

CF 100 x 2,0

TIRANTE BARRA ACERO Ø 6 mm

DIAGONAL

PERFIL CF 100 x 2.0

CORDÓN SUPERIORPERFIL CF 100 x 2.0

CORREA DE CUBIERTA

PERFIL CF 100 x 2.0

DETALLE 3

P R O Y E C T O M . 4 ( 2 ) . P E R F I L E S

P E Q U E Ñ O E S P E S O RR e f o r m a e d i f i c i o e x i s t e n t e .

Nº PLANO:

ESCALA :

PLANO:

RAMÓN ACEÑA RINCÓNBLANCA BAUZÁ MONTOJOÁNGELA P. BUENDÍA BRASEROJULIÁN EVANGELIO PALOMO

FECHA :

21/05/2017

DETALLE 1

DETALLE 1. CERCHA

DETALLE 2

DETALLE 2. NUDO 2

DETALLE 3. NUDO 1

MONTANTE

PERFIL CF 100 x 2.0

VIGUETAS FORJADO

PERFIL CF 100 x 2.0

CORDÓN INFERIOR CERCHAPERFIL CF 200 x 2.0DETALLE 3

SOPORTES

CF 100 x 2,0

DIAGONALES

CF 100 x 2,0

VIGUETAS FORJADO

PERFIL CF 100 x 2.0

CORDÓN SUPERIOR CERCHAPERFIL CF 200 x 2.0

MONTANTE Y DIAGONAL

PERFIL CF 100 x 2.0

PERFIL DE BORDE

UF 60 x 120 x 4.0

PERFIL DE BORDE

UF 60 x 120 x 4.0

M_4_2 PERFILES DE PEQUEÑO ESPESOR CONFORMADOS EN FRÍO

CURSO 2016-2017

1

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

CURSO 2016-2017

2

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

CURSO 2016-2017

3

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

CURSO 2016-2017

4

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

CURSO 2016-2017

5

CURSO 2016-2017

6

PROPIEDADES DEL PEFIL C.100.50.20

CURSO 2016-2017

7

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.

CURSO 2016-2017

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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)

Además de colocar los perfiles omegapara arriostrar los soportes es necesariounir algún punto de esos perfiles a un puntofijo, por ejemplo en el suelo.Para ello hay que colocar diagonales.Aunque también se puede contar con lospaneles de cerramiento.

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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, 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.

M_4_2 PERFILES DE PEQUEÑO ESPESOR CONFORMADOS EN FRÍO

PLANOS

MASTER DE ESTRUCTURAS_Curso 2016_2017

t=r=

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Con la disposición de las diagonales no tiene continuidad.

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Ejercicio final 2016-17 M4_2 ESTRUCTURA METÁLICA CON PERFILES DE PEQUEÑO ESPESOR

grupo

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ÍNDICE

0 Descripción del edificio

Bases de cálculo

Acciones consideradas en el cálculo

Características de los materiales

Coeficientes de seguridad adoptados

Coeficientes de simultaneidad

1 Forjado Planta Primera

2 Forjado Planta Segunda

3 Forjado Planta Cubierta

4 Cubierta

5 Entramados

Anejo

A1 Propiedades sección C220x37x1.5 (simple)

A2 Propiedades sección C220x37x1.5 (doble)

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0. DESCRIPCIÓN DEL EDIFICIO

El objeto sobre el que se desarrolla el contenido del trabajo práctico es un edificio existente de vivienda unifamiliar, formado por dos plantas y un espacio bajo cubierta, que será reformado completamente.

La reforma prevista exige la demolición total de todos los elementos constructivos interiores del inmueble, incluyendo su cubierta.

La fachada, formada por muros estructurales de fábrica, de gran espesor, será respetada y conformará parte de la nueva solución estructural.

Se supone, que los muros existentes de fachada serán capaces de garantizar la estabilidad global de la nueva estructura. En este sentido, estamos hablando de un diseño de Clase Estructural II, de acuerdo con el anexo B de la norma EN 1990.

0.1 Bases de cálculo

Para el desarrollo del proyecto se utilizará estructura metálica, formada con perfiles y chapas de pared delgada conformados en frio, a partir de bobinas de chapa galvanizada.

En la medida de lo posible, se intentará resolver todos los elementos utilizando sólo dos perfiles diferentes, en aras de la mayor sencillez constructiva.

Los perfiles propuestos cumplen con las relaciones de anchura-espesor máximas, que han sido establecidas en la tabla 5.1 de UNE-EN_1993-1-3:2006.

C 220x37 x1.5 mm U 220x52 x1.5 mm

En los anejos A1 y A2 se detallan las características geométricas y las capacidades estructurales relevantes, de las secciones consideradas.

Dado el reducido radio interior en los pliegues, inferior a cinco veces el espesor y a una décima parte de la longitud del elemento plano contiguo, para determinar las propiedades geométricas

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se puede considerar que la sección está formada por ángulos vivos, sin acuerdos, y tomar la longitud de los elementos planos como la proyección correspondiente a los puntos medios de las esquinas.

El análisis aplicado para abordar el diseño, tiene el carácter de “uno de conjunto”. Es decir, se valorarán las zonas de solicitación máxima, procediendo a las comprobaciones pertinentes y, luego bastará con emplear en el resto de la estructura los mismos perfiles. El objetivo final es facilitar el proceso constructivo de montaje, que debe ser repetitivo.

El modelo 3D realizado, con SAP 2000, tiene el objetivo de verificar las zonas de tensión máxima. Aunque, la posición de los perfiles en el proyecto final no tiene por qué corresponder “exactamente” con la que ocupan en el análisis. La solución estructural puede ajustarse ligeramente a las necesidades de obra y, en función de los detalles constructivos.

En el cálculo de solicitaciones, dado que se trata de perfiles con clase de sección esbelta, clase 4, se utilizará análisis elástico con posible reducción de rigidez.

Al determinar la resistencia de las secciones se utilizará el método elástico aplicando el concepto de la sección reducida eficaz, para poder valorar las inestabilidades locales (abolladura) y de distorsión, que se dan en este tipo estructural.

No obstante, todos los perfiles siempre dispondrán de elementos transversales, tanto intermedios como de borde, para su atado y rigidización.

Las uniones se resolverán mediante tornillos roscachapa, y cumplirán la norma UNE-EN ISO 10666 “Tornillos autotaladrantes y autorroscantes. Características mecánicas y funcionales” y el resto de normas específicas aplicables a su geometría particular (cabeza hexagonal).

En las uniones se aplicará el criterio que la rotura debe ser dúctil, es decir que la capacidad a cortante del tornillo es superior a la correspondiente a cualquier otro modo de fallo (+20%).

En la siguiente tabla se muestran las resistencias de cálculo por tornillo, obtenidas aplicando un coeficiente parcial de seguridad γM2=1,25.

Resistencia a cortadura de una unión de dos chapas dependiendo del espesor de la chapa más delgada y del diámetro del tornillo, Fb,Rd [kN/tornillo]

espesor 1,0mm espesor 1,5mm espesor 2,0mm

diametro 3,5 mm 1,7 3,2 4,2

diametro 4,0 mm 1,8 3,4 4,8

diametro 4,5 mm 2,0 3,6 5,4

diametro 5,0 mm 2,1 3,8 5,8

Todas las uniones de la estructura llevarán, al menos, 4 tornillos de 5mm de diámetro, trabajando a cortante, tal y como es habitual en este tipo de montajes… salvo en los detalles de unión indicados expresamente.

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ESQUEMAS DE ARQUITECTURA

Planta Baja. Nivel de jardín

Planta Primera. Nivel de acceso / calle

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Planta Segunda

Bajo-Cubierta

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Sección Transversal

Sección Longitudinal

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0.2 Acciones consideradas en el calculo

Para la evaluación de acciones se han seguido las presunciones fijadas por CTE SE-AE.

- Forjado Tipo: - Peso propio: forjado de chapa grecada y mortero (50mm) ............... 1,0 kN/m2 - Solado y revestimiento inferior .......................................................... 0,5 kN/m2

- Sobrecarga de uso (vivienda) ……………......................................... 2,0 kN/m2

- Forjado de Cubierta: - Peso propio: tablero o paneles ligeros de madera (15mm) .............. 1,0 kN/m2 - Cobertura y revestimiento inferior ……………................................... 0,5 kN/m2

- Sobrecarga de nieve (o mantenimiento) …….................................... 0,6 kN/m2

- Cerramiento de fachada …………………........................................ 3,0 kN/m

- Escaleras de caracol ………..……………........................................ 2,0 kN

VIENTO

Presión dinámica, zona-A (Madrid) qb = 0,42 kN/m2

Coeficiente de exposición, entorno urbano (grado aspereza IV) ce = 1,80 a +10,5m ce = 1,55 a + 7,5m

Coeficiente eólico longitudinal (esbeltez 12/17 = 0,7) cp = +0,78 cs = - 0,40

Coeficiente eólico transversal (esbeltez 12/11 = 1,1) cp = +0,80 cs = - 0,55

Por tanto, sobre los faldones de cubierta el viento supone:

en dirección longitudinal, a +10,5m: qe = 0,42·1,80·(+0,78) = +0,59 kN/m2 qe = 0,42·1,80· (-0,40) = - 0,30 kN/m2

en dirección transversal, a +9m: qe = 0,42·1,55· (+0,80) = +0,52 kN/m2 qe = 0,42·1,55· (-0,55) = - 0,36 kN/m2

Se supone que los muros existentes asumen la estabilidad global de la estructura. Por tanto, las cargas anteriormente determinadas, servirán únicamente para el estudio local de los faldones de la cubierta.

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0.3 Características de los materiales

Hormigón HA-25/B/20/I fck = 25 N/mm2

Coeficiente parcial de seguridad material γc = 1,50

Resistencia de cálculo fcd = 16,67 N/mm2

Acero corrugado B-500S fyk = 500 N/mm2

Coeficiente parcial de seguridad material γs = 1,15

Resistencia de cálculo fyd = 435 N/mm2

Acero laminado S-275-JR fyk = 275 N/mm2


Resistencia de cálculo fyd = 261,9 N/mm2

Acero conformado S-280GD+Z (EN 10326) fyb = 280 N/mm2

Límite elástico después del doblado fya = 280 N/mm2

Tensión última del material fu = 360 N/mm2


Resistencia de cálculo fyd = 266,7 N/mm2

0.4 Coeficientes de seguridad adoptados

efecto desfavorable favorable Acciones permanentes 1,35 1,0

Acciones variables 1,50 0,0

0.5 Coeficientes de simultaneidad

Ψ0 Ψ1 Ψ2

Sobrecarga de uso (zonas residenciales) 0,7 0,7 0,6

Sobrecarga de nieve, con altitud ≤ 1000m 0,5 0,2 0

Sobrecarga de viento 0,6 0,5 0

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1. FORJADO PLANTA PRIMERA

En los siguientes esquemas se detallan los diagramas de esfuerzos de cálculo, y de resistencia máxima de las secciones, considerando únicamente la hipótesis de carga máxima en todos los vanos.

No se ha planteado en el cálculo de esfuerzos alternancia de sobrecargas, dado que se considera que dichos efectos quedan incluidos en la sobrecarga equivalente considerada.

Para determinar los esfuerzos se ha procedido a realizar un análisis lineal sin redistribución, mediante el programa de análisis SAP 2000.

Para determinar la resistencia última de las secciones, y en la fase de diseño conceptual, se han utilizado los resultados obtenidos con AISIWIN (ver anejos).

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Forjado Planta Primera – Axiles

Forjado Planta Primera - Momentos

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2. FORJADO PLANTA SEGUNDA

Forjado Planta Segunda – Axiles

Forjado Planta Segunda - Momentos

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3. FORJADO PLANTA CUBIERTA

Forjado Planta Tercera – Axiles

Forjado Planta Tercera – Momentos

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4. CUBIERTA

Cubierta – Axiles

Cubierta – Momentos

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4. ENTRAMADOS

El dimensionado de los perfiles es el siguiente:

- Rojo: C (220x37x1.5) - Amarillo: 2xC (220x37x1.5) en cajón - Amarillo oscuro: U (200x37x1.5) - Azul claro: U (220x52x1.5) - Azul marino: Chapa (100x1.5)

Forjado Planta Primera

Forjado Planta Segunda

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Forjado Planta Cubierta

Forjado Planta Cubierta

Planos y vistasModeloModelo (1)Modelo (2)Modelo (3)Modelo (4)Modelo (5)Modelo (6)

04 CUBIERTAS LATERALES.pdfPlanos y vistasPLANO 1

05 BAJO CUBIERTA CENTRAL.pdfPlanos y vistasPLANO 1

M4.2 RODRIGO BURGOS_SANDRA CAMACHO_EUGENIO SIMÓN_MEMORIA+PLANOSM4.2 RODRIGO BURGOS_SANDRA CAMACHO_EUGENIO SIMÓN_MEMORIA0_MEMORIA_M4.1_ACERO_GRUP0 4 1

M4.2 RODRIGO BURGOS_SANDRA CAMACHO_EUGENIO SIMÓN_MEMORIA+PLANOSM4.2 RODRIGO BURGOS_SANDRA CAMACHO_EUGENIO SIMÓN_MEMORIAM4.2 RODRIGO BURGOS_SANDRA CAMACHO_EUGENIO SIMÓN_MEMORIAPLANTEAMIENTO INICIAL:1. SOPORTES:a) SOPORTES TIPO:b) SOPORTES SINGULARES:En la siguiente imagen podemos ver, los arriostramientos de los distintos soportes que tenemos.c) SOPORTES DEL PERÍMETRO:

2. FORJADOS:a) CORREAS TIPO:b) COREAS SINGULARES_1º CELOSÍA:c) COREAS SINGULARES_2º CELOSÍA:

3. CERCHAS:a) CERCHA FORJADO BOARDILLA:

M4.2 RODRIGO BURGOS_SANDRA CAMACHO_EUGENIO SIMÓN_MEMORIA+PLANOSM4.2 RODRIGO BURGOS_SANDRA CAMACHO_EUGENIO SIMÓN_MEMORIAM4.2 RODRIGO BURGOS_SANDRA CAMACHO_EUGENIO SIMÓN_MEMORIAPLANTEAMIENTO INICIAL:3. CERCHAS:b) CERCHA TESTERO PLANTA SEGUNDA:c) CERCHA CUBIERTA:

4. CORREAS DE CUBIERTA:

M4.2 RODRIGO BURGOS_SANDRA CAMACHO_EUGENIO SIMÓN_PLANOSPortada A3 acero12345

6M4.2 RODRIGO BURGOS_SANDRA CAMACHO_EUGENIO SIMÓN_MEMORIA+PLANOSM4.2 RODRIGO BURGOS_SANDRA CAMACHO_EUGENIO SIMÓN_PLANOS7

P42_MEMORIA_Climent_Crespo_GimenezMEMORIA Final170523 P42 MEMORIA

P42_PLANOS_Climent_Crespo_GimenezP42.pdf01Sheets and ViewsForjados

02Sheets and ViewsForjados





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