T5_NAG

7/29/2019 T5_NAG

1/35

Construcciones Metlicas Vigas de alma llena Ing. Narciso A. Gmez

-1-

V I G A S D E A L M A L L E N A

1.- INTRODUCCIONLas barras que tienen dos dimensiones muy pequeas en relacin

con la tercera, construidas para resistir la flexin y el esfuerzo cortante bajo la

accin de cargas generalmente perpendiculares a su directriz, se denominan

vigas (Fig. 1). Las alas estn unidas por una pared llena designada con el nom-

bre de alma. El clculo de estas vigas, como el de sus empalmes y uniones, est

basado en la hiptesis de distribucin lineal de las tensiones normales debidas a

la flexin.

Cuando tengamos secciones que no posean eje vertical de simetra, debemos tener

cuidado con la aplicacin de las cargas en dicha vigas, ya que stas, an actuando en el plano delcentro de gravedad que no es el plano de simetra producen tensiones cortantes adicionales por

torsin. Dejan de estar solicitadas a torsin estas vigas si las cargas pasan por el centro de esfuerzos

cortante.

En el proyecto de una viga se propone:

1.-El estudio general de su equilibrio esttico y elstico, bajo la accin de fuerzas externas yen las condiciones reales de vnculo, para evitar movimientos y deformaciones capaces de

alterar sensiblemente la posicin deseada o prevista en las condiciones de resistencia.

2.-El estudio de las solicitaciones, en los distintos puntos considerados como pertenecientesa una seccin genrica.

3.-El estudio del equilibrio elstico local, para alcanzar las condiciones previstas tanto en elcampo elstico como, eventualmente, en el campo plstico.

4.-Para el dimensionamiento de las vigas de alma llena se deben tener en cuenta las regla-mentaciones vigentes.

Se pueden considerar a las vigas como el elemento principal en una estructura met-

lica, y en algunos casos, pueden complementarse con otros elementos bsicos, como ser las barras

sometidas a compresin y flexin. Para el proyecto, la complejidad del problema est en la necesi-

dad de adecuar sabiamente la influencia de la resistencia del material en particular el lmite defluencia sin descuidar las limitaciones impuestas por las deformaciones como flechas, alabeos,

distorsiones, etc.

Las vigas de la Fig. 2 (son algunos de los tantos ejemplos que se pueden dar) se pue-

den clasificar desde el punto de vista de su utilizacin y de su ejecucin:

1.-Desde su utilizacin, las vigas se clasifican en: vigas de coronamiento, vigas de arros-tramiento, vigas de contraviento, vigas dintel, vigas de cubierta, vigas carril, etc.

2.-Desde su ejecucin se pueden clasificar en :

7/29/2019 T5_NAG

2/35


-2-

a) Vigas de alma llena. Construidas por perfiles laminados en caliente que pueden ser:simples (Fig. 2 a, b, c) o compuestos (Fig. 2 d, e, f, g). Estas vigas se construyen con

perfiles UPN (U), IPN (doble te) o IPB (doble te de ala ancha) o en combinacin concualquiera de ellos.

b) Vigas de alma llena armadas. Construidas con perfiles laminados y elementos pla-nos de chapas empalmadas entre s, que a su vez pueden ser:

9 Con remaches o tornillos. Estas vigas en la actualidad slo tienen aplicacin encasos excepcionales (Fig. 2 h, i).

9 Soldadas. Es el tipo de viga que ms se utiliza hoy en da (Fig. 2 j, k, l, m, n). Elacero a utilizar en estas vigas debe ser de calidad desde el punto de vista de la

soldabilidad y cumplir con lo establecido en la reglamentacin vigente.

c) Vigas de celosas, reticuladas o cerchas. Estas vigas estn compuestas por piezasque trabajan a traccin y compresin, ya estudiadas. Se utilizan en grandes luces y

fuertes cargas. (Fig. 2 p, q, r, s).

d) Vigas especiales. Vigas obtenidas a partir de perfiles de chapa plegada o de elementosprefabricados alguna de ellas son: Fig. 2 t viga de hierro redondo, Fig. 2 u viga de

cordn superior e inferior con perfiles angulares y alma en hierro redondo y Fig. 2 v

viga de cordn superior e inferior en perfil de alma llena y montantes y diagonales

en chapa plagada.

7/29/2019 T5_NAG

3/35


-3-

2.- ELECCION DEL TIPO DE VIGA

No siempre es posible fijar de antemano el tipo de viga llena que se va a utilizar, si se

quiere llegar a una buena solucin desde el punto de vista constructivo y econmico. Habr que

estudiar cada una de las soluciones posibles y compararlas entre s. Adems de las condiciones de

estabilidad, se deber tener presente el costo y el peso de la estructura Asimismo al efectuar estaeleccin, la mano de obra necesaria para el montaje, los plazos de entrega, etc.

En vigas de poca longitud y no muy cargadas, deben utilizarse preferentemente las

vigas de perfiles laminados; ya que stos no necesitan ninguna elaboracin de taller, por lo tanto,

tienen la ventaja de un menor costo (comparadas con las vigas armadas que requieren de una cierta

elaboracin). Para estos tipos de vigas conviene la utilizacin de los perfiles normales laminados

UPN, IPN que se utilizan en viguetas, correas, etc. Cuando existen limitaciones en la altura se recu-

rre a los perfiles IPB (en sus distintas series). Todos estos perfiles pueden reforzarse mediante pla-

tabandas con remaches, tornillos o soldadas a ellos en las zonas en que la solicitacin debida al

momento flector es mayor (Fig. 2 f, g, i). Tambin puede reforzarse el alma adosndole chapas o

perfiles (Fig. 2 e).

Principalmente para luces y cargas importantes se recurre a las vigas armadas, ya que

los perfiles laminados tienen cierto lmite de fabricacin. En consecuencia, la eleccin del tipo de

viga a disear estar dada por el clculo. Las vigas armadas presentan la ventaja de que con ellas se

puede aprovechar muy bien el material, pues las secciones pueden irse adaptando a sus correspon-

dientes solicitaciones. Consecuentemente, ofrecen con respecto a los perfiles laminados la ventaja

de ahorrar peso, pero presentan el inconveniente de requerir ms mano de obra.

No es tarea fcil establecer los lmites de conveniencia entre las vigas de alma llena

compuestas y las reticuladas. En vigas fuertemente cargadas, es conveniente el tipo de alma llena en

doble te (Fig. 2 c, h) con luces de hasta 10 m o poco ms. Para cargas muy grandes son recomenda-

das las vigas cajn (Fig. 2 i, n). Asimismo si las vigas son soldadas, su utilizacin puede extenderse

a longitudes mayores.

En la prctica, para longitudes superiores a los 20 m entre apoyos (en lo que respecta

al peso) las vigas de alma llena son sustituidas, casi siempre con ventaja, por las vigas reticuladas.

No es as, en cuanto al costo, ya que pocas veces la reduccin del peso se traduce en un beneficio.

No obstante a lo expuesto anteriormente indicara que las cerchas son ms conve-

niente, en general, cuando la luz es:

367xWl

Wx es el mdulo resistente necesario a la flexin.

Las vigas especiales se pueden dividir en serie y proyectadas:

1.-Las vigas en series se suelen utilizar como armadura de cubierta por su facilidad y eco-noma de ejecucin con medio mecnicos, muy utilizado en nuestro medio. Estas vigas

estn construidas por barras de seccin circular (Fig. 2 t) o porLPN (Fig. 2 u) como cor-dn superior e inferior. En ambos casos los cordones estn unidos por medio de unos ser-

pentines, soldados en zigzag y de seccin circular.

7/29/2019 T5_NAG

4/35


-4-

2.-Las proyectadas son para casos concretos, con fines diversos y se construyen con losmedios habituales (Fig. 2 v). En este caso el cordn superior e inferior de la viga reticula-

da est formada porUPN. Las diagonales y montantes se forman con perfiles en chapaplegada en fro, de seccin C con o sin rigidizador.

3.- VIGAS DE PERFILES LAMINADOS

Se debe recomendar siempre el empleo de los perfiles comerciales (laminados) para

la construccin de vigas sencillas; por lo expuesto con anterioridad y sobre todo cuando las circuns-

tancias de tensiones y flecha lo permiten, ya que son los que mejores se adaptan para estar solicita-

dos a la flexin.

La comprobacin de la seccin del perfil a flexin se hace mediante la siguiente ex-

presin general:

adm

xW

M =

Wx es el mdulo resistente del perfil se los obtiene de las normas o de los catlogos de los fabri-

cantes, en el que habr de tenerse en cuenta la deduccin de los agujeros, si los hubiera.

El esfuerzo cortante Q en el alma, en general, tiene poca importancia, no se

lo tiene en cuenta en el dimensionamiento de los perfiles laminados, ya que en escasas ocasiones

sobrepasan los valores admisibles. La tensin de corte aproximadamente queda definida por:

adm

almaFQ =

Falma es la seccin del alma del perfil.

Si no se alcanzan los momentos resistentes dados en las tablas de perfiles, se pueden

reforzar de una manera muy sencilla con la incorporacin de platabandas (Fig. 3). El Momento de

inercia total ser, suponiendo una distribucin simtrica:

+

+= 23

1 12aF

dbIIx

La mayor parte de las veces, el momento de inercia de las plata-

bandas con respecto a su eje12

3db

se desprecia sobre la base de su escasa im-

portancia.

A partir del momento de inercia de la viga total se obtiene el momento resistente de

la forma habitual:

2da

IW x

x

+

=

7/29/2019 T5_NAG

5/35


-5-

En los perfiles reforzados con platabandas es conveniente un clculo ms

exacto de la tensin de corte, ya que es ms probable que las tensiones sobrepasen los valores admi-

sibles. En este caso, la tensin est dada por:

admsI

SQ

= max

max

Ses el momento esttico de la superficie de la seccin transversal situada por encima (o por debajo)

de la seccin de corte que se estudia, en este caso la fibra neutra del diagrama de tensiones.

Ies el momento de inercia total de la seccin.

s es el espesor del alma en la seccin de corte.

Habamos dicho que el esfuerzo de corte tena poca influencia en las vigas metlicas,

como consecuencia de que, en el eje neutro son mximas las tensiones tangenciales y se anulan las

tensiones normales debidas a la flexin.

Lo expresado en el prrafo anterior pierde vigencia, cuando, por ejemplo, cuando te-

nemos una viga I (Fig. 4) de poca luz y de gran carga. En esta condiciones se debe considerar unestado de tensiones biaxial, porque adems de la tensin

de corte, a la viga se le superpone las tensiones norma-

les derivadas de lo momentos de flexin. Por consi-

guiente, es necesario comprobar la tensin equivalente

eq deducida de los estudios de la rotura de los cuerpos

sometidos a un estado de tensiones planas, segn el cri-

terio de Hencky y Von Mises dada por la siguiente

expresin:

22 3 +=eq

es la tensin normal en el enlace de cabeza y alma en el extremo del alma.

es la tensin tangencial en la misma fibra en la que se comprueba .

En una seccin solicitada a flexin y esfuerzo cortante se debe realizar la verificacin

de que, en ningn punto de la misma, la tensin de comparacin eq sobrepase el de la tensin ad-

misible. En los perfiles usuales bastar, slo en dos puntos, efectuar dicha verificacin y ellos son:

1.-El correspondiente al borde de la seccin en el cual es nula la tensin cortante y mximala tensin normal de flexin, por lo tanto, eq = .

2.-El correspondiente a la zona de transicin del ala con el alma, donde la primera tensin, ya acta y la segunda, , se halla prxima a su valor mximo (Fig. 4).

En las almas de las vigas de alma llena, han de conservarse para las tensiones norma-

les y de corte, sus tensiones admisibles. Asimismo, cuando la tensin de corte promedio en el alma

sobrepasa el valor deadm

50,0 ha de verificarse que, la tensin equivalente eq sea menor o igual a

la tensin admisible adm. En el Trabajo Prctico N 1 se aclara como realizar este clculo.

En los perfiles que tienen dos ejes de simetra, el centro de esfuerzo de corte coincide

con el baricentro de la seccin y, por lo tanto, las fuerzas que actan segn los ejes principales pro-

7/29/2019 T5_NAG

6/35


-6-

vocan flexiones simples, mientras que, las que aun pasando por el baricentro, no coincide con un eje

principal, dan lugar a flexin oblicua.

Por ejemplo, en el caso de un perfil I (Fig. 5) el momentoMse

descompone en los sen=MMx y cos=MMy con respecto a los ejes

correspondientes, y la verificacin est dado por:

adm

y

y

x

x

W

M

W

M =

4.- VIGAS CON REMACHES O TORNILLOS

Cuando las luces son grandes o las cargas son importantes, como los perfiles lamina-

dos tienen ciertos lmites de fabricacin y no alcanzan a las caractersticas mecnicas necesarias, sedebe recurrir necesariamente a las vigas armadas.

En las vigas armadas se puede dar una mejor utilizacin del acero que en las vigas

laminadas. Esto obedece a que, tienen un alma de espesor ms reducido y adems, sus alas que sonlas piezas principales poseen un brazo mecnico alto capaz de admitir los momentos flectores.

4.1.- Criterios para el dimensionamiento

En lnea general, no hay afinidad entre los distintos criterios para proyectar una viga

doble T de alma llena remachada. La determinacin de su seccin transversal est dada por la expe-riencia y se detallan a continuacin:

4.1.1.- Eleccin de la alturah

En primera instancia se podra decir que, a mayor altura se obtendran mejores con-

diciones para la viga ya que, por un lado, con el aumento del momento de inercia aumenta la capa-cidad resistente de la misma, y por el otro, mejoran las condiciones de flecha, ya que sta, es inver-

samente proporcional a la altura. Desde luego esta comparacin es vlida siempre, a igual cantidad

de material empleado. La eleccin de una mayor altura tiene el inconveniente de presentar mayorriesgo de pandeo lateral.

Teniendo en cuenta el aspecto econmico y en funcin de la lon-

gitudl, las alturas h (Fig. 6) ms convenientes oscilan:

a) Vigas simplemente apoyadas:12

a10

llh = .

b) Vigas continuas:25

lh .

c) Para cargas estticas constantes:20

a12

llh = .

d) Para vigas con una contraflecha igual a la flecha: 18a15 llh = .

7/29/2019 T5_NAG

7/35


-7-

e) Si se tiene definido el espesors del alma:s

Wh x= 20,1 (Wx = Mdulo resisten-

te).

f) Para puentes ferroviarios:

=

=

continuas.vigaspara25

apoyada.esimplementvigaspara

10lh

lh

g) Para puentes carreteros con luces de hasta 100 m:25

a20

llh = .

4.1.2.- Espesors del alma

No es fcil determinar el mnimo espesors del alma (Fig. 6), y menos an, el espesor

mnimo al que hay que recurrir para prescindir del empleo de rigidizadores.

a) Las normas espaolas fijan el mnimo para 167hs = .b) La norma francesas fijan el mnimo para

166hs y admite excluir los rigidizadores

si5,71

hs .

c) La norma belgas establecen para puentes el mnimo si170

hs y la cancelacin de

los rigidizadores si60

hs .

d) De la prctica se obtienen los criterios siguientes:9 En base a la altura se fija el espesor:Para h < 800 mm s = 8 mm.Para h < 1.500 mm s = 10 mm.Para h > 1.500 mm s = 12 mm. Rigidizando el alma de ser necesario.

9 De acuerdo a la altura y del tipo de carga se determina el espesor:Para h < 600 mm y para cargas reducidas. s = 6 a 8 mm.Para h < 1.000 mm y para cargas medias. s = 10 a 12 mm.Para h > 1.000 mm y para cargas pesadas. s > 12 mm.

e) En general, se puede utilizar para el espesor s la siguiente frmula:110

hs

4.1.3.- Ancho y espesor de las alas de los angulares

Se recomendamienda utilizar para el ancho b de los an-

gulares (Fig. 7) la siguiente la frmula:

mm6040

+h

b

7/29/2019 T5_NAG

8/35


-8-

Los angulares a utilizar pueden ser de alas iguales o desiguales, siendo estas ltimas

ms econmicas si se colocan con el alma mayor en posicin horizontal; de esta forma, para una

misma seccin de angular se obtiene un momento de inercia mayor en la viga y, por consiguiente

mejora el pandeo lateral del cordn comprimido.

El espesor de los angulares suele tomarse igual al espesor del alma, a lo sumo de 1 a2 mm ms, excepcionalmente menos.

4.1.4.- Platabandas o alas

a.-Nmeros de platabandas

Respecto del nmero de platabanda es aconsejable no superar las 3, en casos muy

puntuales podran llegar a 4.

b.-Ancho

Las platabandas deben tener un ancho tal que, dentro de ciertos lmites, aseguren al

cordn comprimido, una cierta resistencia a las probables deformaciones locales. Las platabandas

deberan tener el mismo ancho de ser posible, aunque no siempre el mismo espesor.

Como en los casos anteriores, se tienen distintos criterios para determinar al ancho de

las platabandas, algunos de ellos son:

9 Las alas deben sobresalir de los bordes de los angulares una distancia a (Fig. 7)comprendida de 5 a 10 mm.

9 Se adopta la distancia e (Fig. 7) de los remaches a los bordes segn:

tde

d

de

00,600,3Criterio2

.platabandasolaunacon50,4

s.platabandacon varias50,3Criterio1

1

1

9 Si el ancho de la platabanda fuera bastante mayor, lnea punteada de la Fig. 7, sedeber disponer de otra fila de remaches, con un paso mayor de remachado que

impida que los bordes de las platabandas se separen. Estos remaches que son de

fuerza, tambin actan en la transmisin de los esfuerzo de corte de la platabandasuperior a la prxima inferior, siendo:

tde 00,600,31

d1 es el dimetro del remache.

des el dimetro del agujero donde se aloja el remache.

tes el espesor de la chapa ms delgada ya sea de la platabanda o del angular.

c.-Espesor

El espesor total tdel ala o cabeza de la viga (Fig.7), que incluye el ala del angular ylas platabandas, debe estar limitado. De esta forma se impedira que las espigas de los remaches

7/29/2019 T5_NAG

9/35


-9-

tengan una longitud exagerada, lo que podra dificultar la transmisin de los esfuerzos de corte de

las platabandas a los angulares. El espesor total test dado por los siguientes criterios:

ddt 00,350,4 1

Las platabandas, si bien pueden tener distintos espesores, en general tienen el mismoespesor de los angulares y en casos excepcionales, no muy superior a l.

d.-Longitud

Para que sean efectivas, las platabandas con las longitudes requeridas se deben

disponer de forma escalonada, tal que se adapten al diagrama de los mximos momentos flectores

provocados por las cargas previstas en la viga. En el ejemplo de la Fig. 8 se supone a la viga con

tres platabandas y una carga uniformemente repartida q.

El mtodo ms expeditivo para establecer la longitud de las platabandas es grfica-

mente, sobre la base del diagrama de momentos flectoresMi y de los momentos resistentes Wi. Los

momentos flectores mximos (Fig. 8) que pueden admitir estas secciones teniendo en cuenta la ten-

sin admisible, adm, valen:

7/29/2019 T5_NAG

10/35


-10-

admWM = 00 donde W0 = Momento resistente del alma y los angulares(1).

admWM = 11 donde W1 = W0+ 1 platabanda en cada ala.

admWM = 22 donde W2 = W0 + 2 platabandas en cada ala.

admWM = 33 donde W3 = W0 + 3 platabandas en cada ala.

Los momentos as obtenidos y llevados a escala sobre el diagrama de momento y

proyectado a lo largo del eje de la viga dan los puntos de interseccin 0, 1 y 2 que definen la longi-

tud terica bsica de las platabandas. En los extremos de la longitud terica, las platabandas que han

sido interrumpidas, deben absorber en ese punto las fuerzas P originadas por la flexin, por lo

tanto, dichos extremos tienen que ser prolongados en la longitud conveniente, de modo que se tras-

mita esta fuerza P a travs de los mtodos de unin indispensable.

PlatPlat FP =

Plat es la tensin en la seccin interrumpida.PlatF es la seccin de la platabanda.

Las platabandas, necesitan tener una longitud un poco mayor que la terica, y en la

prctica, con un par de remaches suele ser

suficiente. El primero de los remaches

puede hallarse ubicado en el punto de in-

terseccin de la longitud terica, con este

procedimiento, se obtiene la distancia a

que debe exceder y consecuentemente, la

longitud total de la platabanda, segn la

Fig. 9 es de:

( )12 eetericaLongitudtotalLongitud ++=

e y e1 son las distancias reglamentaria en que se debe colocar los remaches.

e.- Seccin necesaria

Generalmente, el clculo de la seccin de las platabandas se lo efecta sin deducir la

seccin de los agujeros para el cordn comprimido y descontndolo en elcordn traccionado. No obstante, las normas americanas aceptan no te-

ner en cuenta los agujeros en la lnea de menor resistencia si la dismi-

nucin es menor al 15 % respecto del ala completa.

La experiencia demuestra que, el descuento de los aguje-

ros en el cordn traccionado asciende alrededor de un 15%, por consi-

guiente, se puede determinar en un clculo de mxima la seccin de

las platabandas de acuerdo con la Fig. 10 y al siguiente desarrollo:

(1)W0 = Wtque, en general, es el momento resistente al borde traccionado debido al descuento de los agujeros. Es facti-

ble, que en algunos casos, se deba calcular el momento resistente al borde comprimido Wc.

7/29/2019 T5_NAG

11/35


-11-

2

032

85,02

+= Platplat

hFII donde: almaplat hhh

2

El coeficiente 0,85 es debido a la deduccin de agujeros en el cordn a traccin, la

cual, segn la experiencia asciende aproximadamente a un 15%.

485,0203

alma

plat

hhFII

+=

almaplat

alma

plat hFWh

hhF

h

I

h

IW +=

+== 85,0

24

85,02

22

003

3

alma

plath

WWF

=

85,0

03 donde:admadm

mx MWM

W

003 ; ==

admalma

mxplat

hMMF = 85,0

0

Al valorFplat se lo debe dividir entre varias platabandas, para as obtener una buena

adaptacin de los valores de los momentos resistentes a la envolvente de los momentos flectores;

por otra parte, ha de tenerse en cuenta que el espesor total de chapas a remachar no debe sobrepasar,

en lo posible, el valor de 4,5 d, siendo del dimetro de remache.

5.- VIGAS SOLDADAS

Las vigas soldadas, durante los ltimos aos, han anulado casi por completo a las vi-

gas remachadas, siendo aquellas las ms utilizadas en la actualidad. Dado que han mejorado el ace-

ro, los electrodos y perfeccionados los sistemas de soldadura.

Los inconvenientes que tiene la soldadura son el del con-

trol y el de encontrar buenos soldadores. Dado que, si se ejecutan unio-

nes mal elaboradas (donde no hay una buena unin entre alma y plata-

banda) y adems, no se tiene una buena penetracin de la soldaduracomo se ve en la Fig. 11, se puede llegar a tener tensiones residuales de

gran importancia.

5.1.- Criterios para el dimensionamiento

5.1.1.- Eleccin de la alturah

Para las vigas de alma llena soldada, en cuanto a la altura h, es vlido lo expuesto so-

bre vigas de alma llena remachadas.

7/29/2019 T5_NAG

12/35


-12-

5.1.2.- Espesors del alma

En las vigas soldadas (Fig. 12) el espesors del alma que se halla

unida a las platabandas por medio de cordones de soldadura de filete o en ngu-

lo debe adoptarse en funcin de: el esfuerzo de corte (Q), la flexin (M), a que

no presente fuertes fenmenos de abolladura, al momento de inercia transversal(I) y de la seccin de los cordones que el alma vincula (S).

Entre otros criterios ver vigas remachadas tenemos en la tabla

siguiente, que de acuerdo a la altura h, se establecen los lmites del espesors del

alma. El espesor, en estos casos, se define de acuerdo a la solicitacin principal a que est sometida

la viga. Por ejemplo, se toma los valores inferiores de s para vigas de gran longitud, donde la solici-

tacin principal es el momento flector(Mmx) y reducido el esfuerzo de corte(Qmx) y, viceversa, se

toma los valores superiores de s en vigas de poca longitud, es decir, donde el esfuerzo de corte

(Qmx) es elevado frente al momento flector(Mmx).

Espesors del almaAltura del alma hQmx reducido frente alMmx Qmx elevado frente alMmx

200 mm 6 mm 10 mm

500 mm 6 mm 12 mm

750 mm 8 mm 14 mm

1.000 mm 8 mm 16 mm

1.500 mm 10 mm 20 mm

> 2.000 mm 14 mm 28 mm

Entre las normas, no hay muchas coincidencias referentes al espesor mnimo que de-

be drsele al alma para evitar el uso de rigidizadores. Las normas espaolas establecen que el espe-sor del alma debe ser: hs > 006,0

La tabla siguiente nos da el espesors del alma admisible sin rigidizadores en funcin,

del tipo de acero y de la altura h.

Tipos de aceros

F-24 F-36l = longitud de la viga

Espesors en funcin de la altura h

Lmite de fluencia en2

Kg/cm 2.400 3.600Esfuerzo de corte predominante y hl < 7 hs 0191,0 hs 0133,0

Flexin predominante y hl 12 hs 0123,0 hs 0151,0

5.1.3.- Platabandas o alas

a.-Nmeros de platabandas

Se puede incorporar a las cabezas de la viga, cuando stas son de

cargas y luces muy grandes, platabandas que no deben superar el nmero de tresy excepcionalmente cuatro. Estas platabandas se distribuirn de acuerdo al dia-

7/29/2019 T5_NAG

13/35


-13-

grama de momento flector, como se lo trat, en el tema de vigas remachadas. En el ejemplo de la

Fig. 13 se ha incorporado a la viga tres platabandas.

b.-Ancho

En las vigas soldadas y a igual que en las vigas de alma llena re-machadas, se trata de darle al cordn comprimido un ancho tal que aumente la

rigidez y reduzca el pandeo lateral. Este ancho tiene limitaciones ya que si es

excesivo puede experimentar deformaciones locales como se aprecia en la

Fig.14.

Los anchos b se lo toman de acuerdo a los siguientes criterios:

9 En base a la luz se fija el espesor:60

a25

llb = .

9 En base a la altura se fija el espesor: hhb = 45,0a20,0 .9 Estudios experimentales indican que: 24-Felpara2130 lbs .9 La experiencia americana recomienda tomar como mximo: sb = 30 .Los criterios anteriores, de vastos lmites, son sugerencias. Con una buena solucin

constructiva por ejemplo, colocando arrostramientos transversales a la viga se puede obtener re-

sultados econmicos que estarn afuera de dichos lmites.

c.-Espesor

Generalmente las alas suelen ser de una sola chapa, no obstante tengan un elevadoespesor. Se recomienda utilizar, en lo posible, espesores reducidos, cercanos a los 20 mm. En el

caso de emplear chapas de mayor espesor, es preciso recurrir a un acero de mejor calidad, es decir,

que hayan sido sujetos al proceso de calmado(2). Para estos casos se recomienda no superar los 50

mm para el acero F-36 y los 70 mm para el acero F-24, tratndose de conservar los 45 mm como

lmite.

Asimismo se podr utilizar distintos espesores para la ejecucin del ala, obtenindose

de esta forma una viga con momento de inercia variable, que estar relacionado con el diagrama de

momento flector. De optarse por esta alternativa podemos recurrir a las siguientes soluciones:

9 Utilizar como ala chapas de distintos espesores que se vin-culan mediante soldaduras a tope (Fig. 15). Si la diferencia

de espesores de las chapas es mayor a los 10 mm se debe rea-

lizar una inclinacin 1:1 o menor. Para conseguir una ade-

cuada transicin y evitar las concentraciones de tensiones,

estos cordones deben tener un tratamiento posterior de ter-

minacin. Si la diferencia es menor a los 10 mm se puede

compensar con la soldadura.

(2)En el acero que despus de la colada se nota una gran formacin de burbujas se lo conoce como acero efervescente o no calmado. El acero calma-

do, por lo contrario, es aquel que con la incorporacin de elementos como el silicio, titanio, calcio y aluminio se obtiene, despus de la colada, unacero sin presencia de burbujas.

7/29/2019 T5_NAG

14/35


-14-

9 Obtener la seccin necesaria del ala con chapas de distintos espesores (Fig. 16), sin superarlos mximos especificados con anterioridad. Cada una de estas chapas platabandas se unir

a la contigua mediante una soldadura frontal y lateral en ngulo, donde:

Soldadura frontal en ngulo (no issceles) con unta 50,0 y una pendiente 2:1: =dh o menor.

Soldadura lateral en ngulo (issceles) con d= h. Soldadura lateral de transicin en ngulo . Soldadura lateral en ngulo (issceles) con un a

de acuerdo al clculo que unir las platabandas y

absorber el total de la fuerza P (ver el punto d.-

Longitud).

Soldadura lateral en ngulo (issceles) segn elclculo de unin de las platabandas.

d.-Longitud

En el caso de la Fig. 15 las platabandas deben tener ms all de su longitud terica

(lt), como mnimo, una longitude no menor a la mitad de su ancho ( 2be ), ver el Trabajo Prcti-

co N 2.

La platabanda de la Fig. 16, de hecho es efectiva cuando se tiene una longitud tal

que, a partir de la longitud terica (lt) y final de la misma acten cordones de soldaduras en ngu-

los frontales y laterales capaces de admitir el esfuerzoadmPlatFP = . La longitud que debe adi-

cionarse a la platabanda en estudio se la obtiene a partir de este esfuerzo, ver el Trabajo Prctico N

3.

De acuerdo con la Fig. 16 la longitud total (lT) de la platabanda es:

( )3212 lllll tT +++=

5.1.4.- Rigidizadores

En la vigas armadas que se encuentran sometidas a cargas en su plano medio y tienen

dimensiones a y h muy grandes (Fig. 17), es necesario algunas veces, y casi siempre conveniente,

subdividirlas en paneles o recuadros. A este efecto, se disponen de refuerzos verticales, horizontales

y excepcionalmente oblicuos, llamados rigidizadores, pudindoselos colocar de un solo lado o a

ambos lados del alma. Se los disea, segn algunos ejemplos, con perfiles o chapa (Fig. 18) de ma-

nera que tengan un gran momento de inercia, con el objeto de impedir el efecto de pandeo al abo-

llamiento en la chapa.

7/29/2019 T5_NAG

15/35


-15-

Los rigidizadores son importantes en los apoyos y en las secciones en que estn apli-

cadas grandes cargas concentradas. Su funcin principal es la de impedir el abollamiento de la cha-

pa, imponiendo lneas nodales rgidas (Fig. 17) al esquema de abollamiento. Estos rigidizadores

cumplen la funcin de acortar la longitud de abollamiento, y por consiguiente, aumentar el coefi-

ciente de seguridad.

Se puede prescindir de la verificacin del abollamiento en las estructuras para alturas

inferiores a 1 m, solamente se ha de efectuar esta comprobacin en determinadas circunstancias,

segn lo establece el Reglamento CIRSOC 302. Las norma espaolas excluyen de la comprobacin

a las vigas inferiores a 1m, siempre y cuando la relacin entre espesor y altura de alma sea superior

a 14 milsimas.

Con almas constituidas por chapas de hasta 1,60 m de altura y de 12 a 14 mm de es-

pesor, basta disponer rigidizadores transversales que absorbern el esfuerzo de corte. A este respec-

to se recomienda que la distancia entre rigidizadores sea superior o igual a la altura del alma.

Las normas italianas prescriben que, cuando el espesors del alma de una viga llena

es hs < 02,0 , se colocarn rigidizadores verticales cuya distancia no debe ser superior a 1,80 m y

en general se colocan a distancias comprendidas entre 0,50 h y h.

En resumen, la resistencia a la abolladura de las placas se puede incrementar de dos

maneras: aumentando el espesor del alma o disminuyendo el mismo con la colocacin de rigidiza-

dores (de acuerdo a los prrafos anteriores y a los Apartados 4.1.2 y 5.1.2).

Por razones econmicas, la tendencia actual es la de aumentar la resistencia al pan-

deo mediante el empleo de mayores espesores en el alma de las vigas de altura no superior a los2,00 m. Emplendose los rigidizadores slo en las situaciones en que resulten indispensables.

En vigas donde la altura excede los 2 m suelen colocarse rigidizadores horizontales,

subdividiendo en forma equidistante la altura en dos, tres y cuatro partes, segn se trate de solicita-

ciones tangenciales puras o de compresin constante. Mientras que si se trata de tensiones debidas a

solicitaciones de flexin simple, conviene colocar a los rigidizadores horizontales entre hh = 20,01

a hh = 25,01 (Fig. 17) aproximadamente, partiendo de la fibra ms solicitada a compresin en el

borde comprimido.

En la ejecucin de los rigidizadores hay que evitar que se crucen el cordn de solda-

dura de unin del rigidizador al alma y los cordones de soldadura de unin del alma a las plataban-

das (cordn de garganta). Adems, a los rigidizadores no se los debe soldar sobre las platabandas en

7/29/2019 T5_NAG

16/35


-16-

la zona de traccin del alma (perpendicular a la direccin del esfuerzo), ya que la retraccin trans-

versal del ala traccionada provoca tensiones adicionales de flexin, cuya superposicin con las ten-

siones principales puede ocasionar rotura.En las estructuras solamente se admiten estos cordonesen las zonas en que la tensin que se produce es inferior o igual al 80 % de la tensin admisible

De estos datos se deduce fcilmente la longitud admisible de los cordones de solda-dura del rigidizador, en la zona de traccin de la chapa del alma.

admr 80,0

th

h

adm

adm

+

=

2

80,0 '

+= t

hh

280,0'

'

2 hth

hr

+=

rs hthl += 22

En la Figura 19 se representa una de 1as maneras de ejecutar los rigidizadores. Con

esta disposicin se evita atravesar con cordones de soldadura la zona de traccin. El cordn de la

viga a traccin solamente est afectado por cordones de soldadura muy cortos, o longitudinales, que

no le pueden perjudicar. Para evitar el cordn de soldadura transversal, en la platabanda del cordn

de la viga a traccin, se adopta la disposicin representada, en la cual, el rigidizador no est unido

por soldadura a la platabanda, sino a una placa que descansa sobre ella por simple contacto. Esta

placa debe ajustarse perfectamente y su espesor debe ser como mnimo 30 mm.

a.-Rigidizador de apoyo

En donde existen cargas concentradas Q (reaccio-

nes de apoyo) se est obligado a colocar rigidizadores, capaces

de soportar el esfuerzo de compresin que corresponde a los

valores mximos de las fuerzas exteriores aplicadas. Estos rigi-

dizadores se calculan como barras comprimidas, cuya longitud

ideal de pandeo es igual a la altura total h. Se considera, como

seccin del rigidizador, la colaboracin del alma en una longitud mxima que varia de 20 a 30 vecessu espesors, dependiendo el criterio de los distintos autores y normas (Fig. 20).

b.-Rigidizador intermedio

Para dimensionar los rigidizadores verticales u horizontales se puede, como un pri-

mer clculo, considerar a las barras como independientes, articuladas en los extremos y sometidas a

flexocompresin. Se considera como parte del rigidizador una franja de chapa igual a n.s (n veces el

espesors). A igual que en el caso anterior los criterios son dispares, desde no tener en cuenta el al-

ma en el clculo de la seccin resistente, hasta llegar a considerar hasta 50.s, como en el caso de los

ingenieros navales, basndose en la experiencia.

7/29/2019 T5_NAG

17/35


-17-

A cada tensin ideal de abollamiento le corresponde una determinada superficie ideal

de abollamiento de acuerdo con la cual, la chapa se deforma al comenzar el abollamiento. Los rigi-

dizadores tienen por misin oponer resistencia a esa deformacin y de ese modo incrementar la ten-

sin ideal de abollamiento. Los rigidizadores ubicados en aquellas partes donde, por efecto del abo-

llamiento de la chapa supuesta sin rigidizacin, no se produce ninguna de flexin (lneas nodales de

la superficie de abollamiento de la chapa no rigidizada), son por lo tanto ineficaces.

Para el dimensionamiento de los rigidizadores en la actualidad an est sujeto a

discusin se puede optar por los rigidizadores parcialmente flexibles o por rigidizadores

ultrargidos .

Rigidizadores parcialmente flexibles. Son

capaces de garantizar al alma de la viga un grado suficiente de

seguridad hasta la carga crtica, pero permitiendo la extenson de

las deformaciones de un panel a otro (Fig.21).

El valor mnimo del momento de inercia de la

seccin de un rigidizador longitudinal o transversal de acuerdo

con los artculos 6.3.1. y 6.3.2. del Reglamento CIRSOC 302,

con el objeto de incrementar la tensin ideal de abollamiento de la chapa, hasta la tensin ideal de

abollamiento del recuadro parcial mas solicitado, supuesto articulado en sus bordes, y con ello ad-

mitir en el estudio de la abolladura de la chapa una divisin de los recuadros en recuadros parciales

articulados, este valor mnimo del momento de inercia de la seccin, en base a hiptesis ideales es

de:3** 092,0 shI =

Si la superficie de chapa est solicitada simultneamente por momentos flectores y

esfuerzos de cortes, caso que no resuelve la Tabla 9 de las Recomendaciones del CIRSOC 3021, se

elegir el valor de * (coeficiente de rigidez que depende de la carga, de la relacinh

a= ,, de la

disposicin de los rigidizadores y, en el caso de rigidizadores solicitados axialmente de la magnitud

auxiliarsh

A

= dondeA es la seccin bruta del rigidizador) que corresponde al mayor de los ob-

tenidos al considerar, independientemente, una u otra solicitacin.

Si se emplean varios rigidizadores y el sistema proyectado no est incluido entre los

que figuran en la Tabla 9 antes mencionada, se dimensionarn los distintos rigidizadores como si

cada uno de ellos hubiese de actuar solo.

Para valores de no incluido dentro de los lmites marcados en la Tabla 9 se puede

tomar 0* = .

Rigidizadores ultrarrgidos. Se denominan as los

rigidizadores de los que podemos asegurar que permanecen te-

ricamente rectos durante el proceso de abollamiento del alma

(Fig.22).

7/29/2019 T5_NAG

18/35


-18-

Si se adopta la teora lineal de la estabilidad y el concepto de carga crtica, se pueden

proyectar rigidizadores tan rgidos que permitan sustituir el nico panel del alma hl (l = longitudde la viga y h = altura de la viga) por tantos paneles secundarios inmovilizados entre los rigidizado-

res que lo encierran.

Entre los dos tipos de rigidizadores, la zona de transicin es la carga crtica. Por de-bajo de ella, estn los rigidizadores flexibles. Por arriba de la carga crtica, en la fase poscrtica, las

deformaciones se limitan a cada uno de los paneles, ah aparecen los rigidizadores ultrarrgidos.

Un rigidizador es considerado como ultrarrgido, para las Instrucciones espaolas

(criterio tambin adoptado por las normas checoslovacas), si el momento de inercia del rigidizador

cumple con la siguiente condicin:

CshI 3* 092,0

Donde 1>C es un coeficiente de mayoracin o coeficiente de seguridad, deducidopor Massonet en base a su experiencia y a ensayos empricos. Massonet observa los efectos de la

situacin real del panel con sus inevitables imperfecciones geomtricas y constructivas, sus tensio-

nes residuales y que adems, depende tanto de la distribucin de los rigidizadores como del tipo de

solicitacin del panel. Por lo tanto considera que, para asegurar la indeformabilidad hasta el colapso

del rigidizador rgido, los valores tericos deben ser mayorados por este coeficiente C.

5.1.5.- Pandeo lateral de las vigas

Se denomina pandeo lateral de viga a un problema de inestabilidad, constituido por

una desviacin lateral de esta y acompaada por un giro.

Este es un problema de inestabilidad que se puede plantear tanto en las vigas lamina-

das como en las armadas.

El pandeo lateral viene provocado principalmente, por una

solicitacin de flexin en el plano del alma. Se puede presentar en aquellas

vigas cuyo cordn comprimido no est inmovilizado transversalmente. En

este caso la cabeza sometida a un esfuerzo de compresin, vuelca, salindo-

se de su plano (Fig. 23).

La seguridad frente al pandeo lateral se eleva mediante cual-quier medida que tienda a impedir la torsin y la flexin lateral de la viga,

de acuerdo a lo ya expuesto en los Apartados 4.1.3 y 5.1.3.b, o bien, con

arriostramientos transversales y longitudinales.

Los arriostramientos transversales son los que impiden el giro en su plano de una

seccin de la viga y deben disponerse no solamente en los apoyos, sino tambin, si es posible, en

otras secciones de la viga.

Los arriostramientos longitudinales son los que impiden la flexin lateral de la viga.

7/29/2019 T5_NAG

19/35


-19-

6.- CALCULO DE LAS VIGAS ARMADAS

Se deber comprobar las tensiones de trabajo. Comprobndolas con las tensiones

admisibles dadas por la norma vigente y de acuerdo al material utilizado. Asimismo se deber com-

probar la seguridad frente a los fenmenos de estabilidad elstica, como el pandeo lateral y el abo-

llamiento, y verificarse los esfuerzos que se producen en los distintos medios de unin (remaches,tornillos y soldadura).

En el Trabajo Prctico N 4 se desarrolla el clculo de una viga armada soldada, don-

de el rigidizador intermedio es calculado segn dos criterios, ambos son vlidos: el del CIRSOC

(rigidizador flexible) y el de Massonet (rigidizador ultrarrgido).

Bibliografa:

1.-La Estructura Metlica de Hoy por Ramn Argelles Alvarez.2.-La Construccin Metlica. Tomo I y II. Traduccin de la obra Alemana Stahlbau.3.-El Acero en la Construccin. Manual para el Proyecto, Clculo y Ejecucin de Construccio-

nes en Acero. Traduccin de la obra Alemana Stahl Im Hochbau.

4.-Fundamentos para el clculo y diseo de estructuras metlicas de acero laminadopor JaimeMarcos Garca.5.-Recomendaciones CIRSOC 301. Proyecto, Clculo y Ejecucin de Estructuras de Acero para

Edificios.

6.-Recomendaciones CIRSOC 301-1. Accin Trmica Climtica sobre Construccin de Acero.7.-Recomendaciones CIRSOC 301-2. Mtodos Simplificados, Admitidos para el Clculo Estruc-

turas de las Estructuras Metlicas.

8.-Reglamento CIRSOC 302. Fundamentos de Clculo para los Problemas de Estabilidad delEquilibrio en las Estructuras de Acero.

9.-Recomendaciones CIRSOC 302-1. Mtodo de Clculo para los Problemas de Estabilidad delEquilibrio en las Estructuras de Acero.

10.- Reglamento CIROC 304. Estructuras de Acero Soldadas.

7/29/2019 T5_NAG

20/35


-20-

T R A B A J O P R A C T I C O N 1.-

Verificar la siguiente viga que se encuentra simplemente apoyada y construda con un perfil IPB 60.

1.- DATOS

Las caractersticas geomtricas del perfil se tomaron del A. C. Tabla 2.2.1.2.

P = ; Ix =

l = 2,85 m ; Wx =

h = 60,00 cm ; Sx =

b = 30,00 cm ; r 1 = 2,70 cm

s = 1,55 cm ; f = 5,70 cm

t = 3,00 cm ; g = 24,30 cm

S/CIRSOC 301, Art. 2.4.

Estado de carga: P-S(Superposicin de cargas principales y secundarias) S/CIRSOC 301, Art. 3.2.1.

Recaudo constructivo: Clase II(No cumple con las verificaciones de Clase I) S/CIRSOC 301, Art. 4.1.1.III.b.

Clase de destino: B(Nave industrial importante) S/CIRSOC 301, Art. 4.1, Tabla 5.

Coeficiente de seguridad: 1,40 (Segn los datos anteriores) S/CIRSOC 301, Art. 4.1.3, Tabla 6.

Flecha = l / 300 S/CIRSOC 301, Art. 6.6, Tabla 8.

2.- TENSIONES ADMISIBLES S/CIRSOC 301, Art. 6.2.1.

3.- CALCULO DE LAS SOLICITACIONES

2.400,00

126,00 171.000,00

5.700,00

3.210,00

=24-FtipoAcero

=

2Kg/cm

cmKg00,500.977.84

00,28500,000.126

4mx =

=

=

lPM

Kg00,000.63

2

000.126

2

mx =====P

QRR BA

2

cmKg74,9893

29,714.1

3 ===adm

adm

4cm

3cm

3cm

tn

2cmKg29,714.140,1

00,400.2====

Feqadm

7/29/2019 T5_NAG

21/35


-21-

4.- VERIFICACIONES

a.- Verificacin de la flecha

b.- Verificacin de la tensin de flexin

c.- Verificacin al corte

d.- Verificacin de la tensin equivalente S/CIRSOC 301, Art. 2.7 y Art. 6.2.1.S/DIN 1050, Art. 6.2.

Si

se debe verificar la tensin equivalente en la seccin 1-1, la misma corresponde a la zona de transicin del ala

con el alma, segn:

Ing. Narciso A. Gmez

C.B.cm95,0300

285

300cm17,0

000.171000.100.248

285000.126

48

33

==

7/29/2019 T5_NAG

22/35


-22-


Calcular el empalme de la cabeza con soldadura a tope de la siguiente viga, la misma, est arriostrada en toda su

longitud. Se calcula unicamente el empalme y no se realiza el resto de las verificaciones.

1.- DATOS

q = 9,00 tn/m ; l = 15,00 m

Acero tipo F-2 Kg/cm2






2.- TENSIONES ADMISIBLES S/CIRSOC 301, Art. 6.2.1.

La tensin admisible del acero:


4.- DIMENSIONAMIENTO

2.400,00=24-FtipoAcero

=

2cmtn71,140,1

40,2===

Fadm

cmtn50,312.258

00,500.109,0

8

22

mx =

=

=lq

M

3mx cm63,802.1471,1

50,312.25===

adm

x

MW

7/29/2019 T5_NAG

23/35


-23-

Del Acero de la Construccin tabla 3.4.3.1. pg. 243 adopto (se puede tomar otros) el siguiente perfil:

Ix = cm4

; h = ; b = 40,00 cm

Wx = cm3

; s = 1,50 cm ; t 2 = 2,50 cm

Desde el apoyo al centro de la viga se reemplazar la platabanda anterior por la siguiente:

b = 40,00 cm ; t 1 = 1,20 cm

El momento de inercia y el mdulo resistente para ste tramo de la viga es:

se lo obtiene del Acero de la Construccin tabla 3.4.1.6, pg. 220 :

se lo obtiene del Acero de la Construccin tabla 3.4.1.3, pg. 214 :

Los momentos mximo que absorben cada una de las estas chapas es:

La longitud terica de la platabanda central la obtenemos a partir de:

donde nos queda determinada una ecuacin de 2 cuya solucin es:

120,00966.400,00

15.460,00

1 2

1

2

02

2

11

2

1

2

111 =

+

=

q

Mxlx

xqxRM A

4cm00,140.88=platI

4

3

1

2

11

3

1 cm00,560.56800,140.88400,000.21612

222

212

=+=

+

++

=

tbthtb

hsIx

4cm00,000.216=almaI

3

1

1

1cm20,290.9

20,12

00,120

00,560.568

2

=+

=+

=th

IW xx

cmtn00,156.671,1

200,120

00,000.216

2

0 === admalma

h

IM

cmtn24,886.1571,120,290.911 === admxWM

cmtn60,436.2671,100,460.152 === admxWM

cm92,2

2

00,9

86,1582400,1500,15

2

24 212

1 =

=

=q

Mll

x

cm

7/29/2019 T5_NAG

24/35


-24-

La longitud terica l t debe prolongarse como mnimo: S/CIRSOC 304, Art. 5.2.4.2.

quedando el empalme de las platabandas a una distancia d del apoyo igual a:

siendo la longitud total l T de la platabanda central:

Se debera verificar sino resulta ms econmico ejecutar el total de la viga con el espesor de la platabanda central,

ya que este empalme por la mayor mano de obra, podra resultar antieconmico.


m20,02

40,0

2==

be

m72,220,092,21 === exd

m56,972,2200,152 === dllT

7/29/2019 T5_NAG

25/35


-25-


Calcular la longitud de unin de la siguiente platabanda

1.- DATOS

b 1 = 30,00 cm

b2 = 25,00 cm

t = 2,00 cm

a = 0,70 cm

lt =

l1 = 7,00 cm

l2 = 3,50 cm

= 30






2.- TENSIONES ADMISIBLES

La tensin admisible del acero: S/CIRSOC 301, Art. 6.2.1.

La tensin admisible por corte de los cordnes de soldadura:

Donde el coeficiente para el clculo de las tensiones admisibles es: S/CIRSOC 304, Tabla 2.


3.- CALCULO DE LAS GARGANTAS DE LOS CORDONES SOLDADURA

Espesor del cordn frontal

S/CIRSOC 304, Art. 5.2.4.2.

2.400,00

850,00

=24-FtipoAcero

=

2Kg/cm

2cmKg29,714.140,1

00,400.2===

Fadm

83,0=

2cmKg86,422.129,714.183,0 === admadmsol

cm00,100,250,050,0 === taf

cm

7/29/2019 T5_NAG

26/35


-26-

Espesor del cordn lateral


Verifcacin de la pendiente del cordn frontal:

S/CIRSOC 304, Art. 5.2.4.2.

4.- CALCULO DE LOS ESFUERZOS

Esfuerzo de traccin el la platabanda debida a la flexin:

Esfuerzo que puede absorber el cordn frontal:

Esfuerzo que puede absorber el cordn lateral de longitud l1 :

Esfuerzo que puede absorber el cordn lateral de transicin de longitud l2 :

a espesor del cordn de soldadura lateral segn el clculo de unin de las platabandas.

5.- CALCULO DE LAS LONGITUDES

Longitud l3 del cordn lateral para absorber el esfuerzo restante:

Longitud total de la platabanda:


cm15,130cos

00,1

cos===

fah

cm00,230sen

00,1

sen===

fad

cm81,015,170,070,0 === hal

B.C.00,11:173,1:158,0

7/29/2019 T5_NAG

27/35


-27-

T R A B A J O P R A C T I C O N 4

Calcular la siguiente viga de alma llena soldada con el rigidizador all diseado.

1.- DATOS

P = 80,00 tn

l= 15,00 m

S/CIRSOC 301, Cap. 2.4.

Estado de carga: P-S(Superposicin de cargas principales y secundarias) S/CIRSOC 301, Cap. 3.2.1.

Recaudo constructivo: Clase II(No cumple con las verificaciones de Clase I) S/CIRSOC 301, Cap. 4.1.1.III.b.

Clase de destino: B(Nave industrial importante) S/CIRSOC 301, Cap. 4.1, Tabla 5.

Coeficiente de seguridad: 1,40 (Segn los datos anteriores) S/CIRSOC 301, Cap. 4.1.3, Tabla 6.

Flecha = l / 300 S/CIRSOC 301, Cap. 6.6, Tabla 8.

2.- TENSIONES ADMISIBLES S/CIRSOC 301, Cap. 6.2.1.


2.400,00

=

=24-FtipoAcero 2Kg/cm

2Kg/cm29,714.1== eequivalentncomparaci

2Kg/cm74,9893

00,400.2

3=== admadm

tn00,802

00,802

2

21 =

=

====

PQQRR mxBA

tn00,802 == ARQ

tn00,0808043 === QQ

cmtn00,000,01 == ARM

cmtn00,000.206

1580

62 ===

lRM A

cmtn00,0000.403

15

80343 =====

l

RMMM Amx

2Kg/cm29,714.1

60,1

00,400.2===

Fadm

7/29/2019 T5_NAG

28/35


-28-

4.- DIMENSIONAMIENTO

a.- Verificacin de la flecha

b.- Verificacin al corte

Con los valores del mdulo resistente y del momento de inercia obtenido anteriormente elijo un perfil de la tabla 3.4.3,

en el Acero de la Construccin, pgina 243.

>

c.- Verificacin de la seccin de acuerdo a las recomendaciones

adoptado

adoptado

adoptado

5.- VERIFICACION DE LAS TENSIONES

3cm33,333.2329,714.1

000.40===

adm

mx

nec

MW

300

90,16 3 l

I

lPf

nec

=

+=

+=

22 kg/cm15,164.2kg/cm51,921.2 == VKiVK

2

22

22

22

1

1

22

1Kg/cm51,951.2

84,282.1

56,355

12,522.4

78,688

56,355378,6883=

+

+=

+

+=

iKiK

iVK

21 Kg/cm56,355225

000.80

===almaF

Q

7/29/2019 T5_NAG

31/35


-31-

7.2.- Verifi cacin del abollamiento entre 2 y 3:

La tensin ideal de comparacin, frmula (1), queda:

Del CIRSOC 302, Tabla 11, Ps. 56 interpolando linealmente, obtengo:

La tensin de comparacin reducida que ser:

Para

Por lo tanto, el coeficiente de seguridad al abollamiento ser:

Si S/CIRSOC 302, Cap. 6.2.4.

S/CIRSOC 302, Cap. 6.2.3.

7.3.- Verifi cacin del abollamiento entre 3 y 4:

Con = 0 la tensin ideal de comparacin, frmula (1), queda: S/CIRSOC 302. Cap. 6.2.2.

Del CIRSOC 302, Tabla 11, Pg. 56 interpolando linealmente, obtengo:

La tensin de comparacin reducida que ser:

Para

244 Kg/cm66,432.1

920.27

000.000.40===

xW

M

2

41 Kg/cm56,377.166,432.132150

150

2=

+=

+=

th

h

2

1 Kg/cm12,522.4== iKiVK

22Kg/cm27,259.2kg/cm12,522.4 == VKiVK

23

3 Kg/cm66,432.100,920.27

000.000.40===

xW

M

231 Kg/cm56,377.166,432.1

32150150

2=+=+=

th

h

2

22

22

22

1

1

22

1Kg/cm88,663.3

84,282.1

56,355

12,522.4

56,377.1

56,35556,377.1.3=

+

+=

+

+=

KiKi

VKi

30,140,193,093,0Kg/cm00,37502 == admBVKi

B.C.47.156,355356,377.1

83,220.2

.32222

1

admB

VK

B

>=

+=

+=

22 Kg/cm83,220.2Kg/cm88,663.3 == VKVKi

22 Kg/cm56,355225

000.80===

almaF

Q

23 Kg/cm00,0225

00,0 ===almaF

Q

7/29/2019 T5_NAG

32/35


-32-

Por lo tanto, el coeficiente de seguridad al abollamiento ser:

Si S/CIRSOC 302. Cap. 6.2.4.

S/CIRSOC 302. Cap. 6.2.3.

8.- CALCULO DE LOS RIGIDIZADORES S/CIRSOC 302-1. Cap. 11.1.

8.1.- Rigidizadores in termedios

8.1.1.- Resolucin segn el CIRSOC

El momento de inercia mnimo de la seccin, en base a hiptesis ideales es:

S/CIRSOC 302-1. Cap. 11.1.4.

*

coeficiente que depende de la carga y de la relacin de los lados , de la disposicin de los rigidizadores, etc.

S/Argelles Alvarez, dice que si el valor de no est incluido dentro de los lmites marcado por la tabla puede

tomarse *

= 0.

Tenemos que:

Del CIRSOC 302-1. Tabla 9. Pg. 82, obtengo:

El CIRSOC prevee rigidizadores parcialmente flexibles, capaces de garantizar a la pared compuesta un grado suficiente

de seguridad hasta la situacin crtica, pero permitiendo la extensin de las deformaciones de un panel a otro.

Los valores de son los mnimos tericos que corresponden a la teora clsica adoptada por las normas DIN yCIRSOC.

a.- Tensiones de flexin

Para rigidizadores en el centro de la luz (Rengln 8) siendo > 0,935, el rigidizador transversal es ineficaz,es decir, el rigidizador es prcticamente innecesario bajos los efectos de estas tensiones (flexin).

b.- Tensiones tangenciales

Para las tensiones tangenciales (Rengln 12) tenemos:

Para

26,140,112,522.4

750.3

10,090,093,0

750.3

10,090,093,0

22

=

+=

+ iVKadmB

..64,100,0356,1377

27,259.2

32222

1

CBadmBVK

B >=+

=+

=

*3*3** 58,4650,1150092,0092,0 === tbI

67,1150250 ===

ba

86,2167,1

1

67,1

50,2

67,1

2

67,1

40,51

150,2240,53232

* =

+=

+=

0,25,0

2Kg/cm00,750.3iVK

4** cm40,13386,258,4658,46 === I

7/29/2019 T5_NAG

33/35


-33-

Se propone para todos los rigidizador un perfil ngulo:

Se adopta un P N L 55 . 55 . 8 y de tabla se obtiene:

; ;

8.1.2.- Resolucin segn Massonet

Consultar la siguiente bibliografa: "Construcciones metlicas" de Victorio Zignoli y "La estructura metlica de hoy"

de R. Argelles Alvarez.

Massonet, teniendo en cuenta las imperfecciones geomtricas y constructivas, y en grado de atendibilidad de la teora

basndose en experiencias, considera que, para asegurar la indeformabilidad hasta el colapso del rigidizador rgido, los

valores tericos son mayorados, multiplicados por un coeficiente C > 1. Estos rigidizadores se denominan ultrargidos.

Este criterio ha sido adoptado entre otras, por las normas checoslovacas y espaolas.

Por lo tanto, el momento de inercia mnimo ser:

Aplicando este criterio y para simplificar la expresin de Massonet (se puede utilzar el clculo de * = 2,86) se toma:

Para

Del Zignoli, tabla CXXXVI, pg. 760 o del Argelles Alvarez, tabla IV.C.3, pg. 238, se obtiene: C = 3.

Se adopta un P N L 100 . 100 . 14 y de tabla se obtiene:

8.2.- Rigidizadores de apoyo

Se adopta un P N L 65 . 65 . 11 y de la tabla se obtiene:

2

1 cm23,8=F4

1 10,22 cmI = cm64,1=e

..cm22,1382

50,164,123,810,222

22

*4

22

11 CBIt

eFIIx >=

++=

++=

CtbI = 3** 092,0

00,81 * =>

cm98,2;cm00,235;cm20,26 412

1 === eIF

..cm04,199.12

50,198,220,2600,2352

22

*4

22

11 CBIt

eFIIx >=

++=

++=

4

232

11

3

cm91,3092

50,100,220,1380,482

12

50,150,130

22

12

30=

+++

=

+++

=

teFI

ttIx

83,197,8282,1

150s;cm82,1

90,93

91,309 kx ======== xx

x

xi

b

iF

Ii

B.C.Kg/cm11,559.190,93

000.4083,1 2adm

A

F

R

7/29/2019 T5_NAG

34/35


-34-

9.- CALCULO DE LA SOLDADURA S/CIRSOC 304Se utilizarn soldadura de filete.

Soldadura longitudinal de unin del ala con el alma

Soldadura horizontal de unin de ala con rigidizador de apoyo

Soldadura horizontal de unin de ala con rigidizador intermedio

Soldadura vertical de unin de alma con rigidizador de apoyo

Soldadura vertical de unin de alma con rigidizador intermedio

Los rigidizadores se deben recortar en su encuentro con el alma de la viga para que no se cruce la soldadura longitu-

tudinal de esta, con la soldadura transversal del rigidizador. Adems no se debe colocar cordones de soldadura nor-

males a la direccin de traccin (rigidizadores intermedios), siendo la tensin en ese punto de:

Adopto el mximo crtera = 0,7 t y t = 1,50 cm

9.1.- Soldadura longitud inal de unin de alas con alma

El espesor de la chapa (el menor espesor del ala y el alma) para la soldadura (1) es: S/CIRSOC 304, Cap. 3.1.1.

S/CIRSOC 304, Cap. 3.3.3.

Donde el coeficiente para el clculo de las tensiones admisibles es: S/CIRSOC 304. Tabla 2.

En el apoyo tenemos que:

El momento esttico del ala es:

9.2.- Soldadura horizontal de unin de ala con r igidizador de apoyo S/CIRSOC 304, Cap. 3.3.1.

Se supone que el esfuerzo de corte Q se transmite solamente por esta soldadura a la viga y no recarga la soldaduracalculada en el Punto 9.1, con tensiones de compresin.

cm50,1=s

83,0=

kg000.80=mxQ

3cm00,475.11

2

3

2

150350

22=

+=

+=

thtbS

cm30,0aadoptocm15,086,422.1000.178.22

475.11000.80

211 ==

=

admsol

mx

I

SQa

cm05,150,17,0cm30,0cm30,0 1 ==

7/29/2019 T5_NAG

35/35


(Espesor del PN L, correspondiente al rigidizador de apoyo)

adopto

Se adopta un mayor P N L 160 . 160 . 15 para que verifique la soldadura

(El menor espesor entre el ala o el PN L adoptado)

adopto

9.3.- Soldadura horizontal de unin de ala con rig idizador in termedio

Se supone que la carga P se transmite solamente por esta soldadura a la viga y no recarga la soldadura longitudinal,calculada en el Punto 9.1, con tensiones de compresin.

Se adopta un mayor P N L 160 . 160 . 15 para que verifique la soldadura

(El menor espesor entre el ala o el PN L correspondiente al rigidizador intermedio)

adopto

9.4.- Soldadura vertical de unin de alma con rigidizador de apoyo

Mediante esta soldadura se transmite el esfuerzo de corte al alma de la viga.

(El menor espesor entre el alma o el PN L adoptado)

adapto

9.5.- Soldadura vertical de unin de alma con rigidizador intermedio

La soldadura vertical de unin de alma con rigidizador intermedio se debera calcular para cada rigidizador teniendo en

cuenta el diagrama de ezfuerzo de corte.

9.6.- Soldadura de empalme de alma y alas

Todos los empalmes de alma y alas se harn a tope, por lo tanto, no es necesaria su verificacin.


cm10,1=t

M.C.cm56,100,1886,422.12

000.80

2cm00,18 2 =

=

=

lQ

aladmsol

mx

cm77,010,170,0cm56,1cm30,0 2 ==

T5_NAG

Documents

Transcript of T5_NAG