Proyecto de pasarela modificada (2015)

Trabajo Español
Universidad Universidad Politécnica de Madrid (UPM)
Grado Ingeniería Mecánica - 4º curso
Asignatura Construciones industriales
Año del apunte 2015
Fecha de subida 09/04/2015
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Descripción

Este trabajo contempla el diseño de una pasarela y de sus elementos estructurales. Está todo bien desarrollado y con explicaciones.

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DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES Práctica II: Rediseño de pasarela Alejandro Luna García M:50404 Carolina Hernández Añover M:50397 Carlos Hernández Fornos M:49451 Ignacio Labari Jiménez M:50399 Carlos Hernández de la Peña M:49435 26/03/2014 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES 26 de marzo de 2014 ÍNDICE  Introducción  Configuración estructural de la pasarela  Acabados de la estructura  Memoria de cálculo 1 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES 26 de marzo de 2014 INTRODUCCIÓN El objetivo de esta práctica es el de realizar un diseño alternativo de la pasarela diseñada en la práctica anterior. Las dimensiones consideradas han sido 15 m de luz, 2 de ancho y 2.7 m de altura. Los nudos empleados serán nudos articulados. El techo de forma plana.
Sus materiales, dimensionado y cálculos se explicarán a continuación, aplicados según la normativa vigente y de acuerdo con el Código Técnico de la Edificación (CTE); Documento Básico de Seguridad Estructural (DB-SE) y Documento Básico de Seguridad Estructural Acciones en la Edificación.
CONFIGURACIÓN ESTRUTURAL DE LA PASARELA La construcción de la estructura se llevará a cabo: lateralmente con dos cerchas en rombo, para unirlas optaremos por una serie de viguetas paralelas que distan entre ellas 2.5 m; sin embargo, esto supone una distancia excesiva entre las viguetas ya que provocará una flecha notable, por lo que optamos por apoyar 4 largueros de 15 m de longitud cada uno, apoyados sobre las viguetas, que soportaran toda la estructura de la pasarela, sujetas mediante un apoyo móvil y otro fijo. Sobre los largueros colocaremos nuestra plancha de acero con un acabado superficial de pavimentos de goma. Con esta distribución conseguimos repartir todo el peso del suelo.
A los perfiles de la viga en rombo irán soldados los IPE en posición vertical obteniendo nudos rígidos. Para éstos, habrá que realizar el cálculo de pandeo aparte del de compresión para ver si la viga aguanta el peso de los cristales, sobrecarga de uso y viento.
Colocaremos una viga en forma de “U” que sostendrá todo el peso del cristal soldada a lo largo de toda la cercha. Dentro de la viga en “U” va el cristal que a su vez también irá dentro de las vigas IPE verticales y este irá recubierto de un material aislante para evitar el paso del viento y de condiciones climatológicas desfavorables.
La disposición del techo será la siguiente: Sobre las vigas de sección cuadrada irán colocados unos perfiles en forma de “U” en los que irán introducidos los cristales.
2 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES 26 de marzo de 2014 Disposición del suelo: 3 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES 26 de marzo de 2014 4 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES 26 de marzo de 2014 ACABADOS DE LA ESTRUCTURA ACABADO SUPERIFICIAL DEL PISO El acabado del piso de elaborará mediante la utilización de pavimentos de goma fabricados con caucho, material caracterizado por su resistencia al desgaste. Esta resistencia hace que sea una buena elección para sitios públicos muy frecuentados, como es nuestro caso. Su elasticidad le hace muy resistente a los golpes e impactos.
Una de sus principales ventajas es un gran confort al caminar. Además la goma confiere a la superficie una considerable reducción del ruido debido a la pisada, ideal para nuestro caso puesto que nuestra pasarela está próxima a zonas de estudio habilitadas y despachos.
Fáciles de colocar debido a su suministro en formato en bobinas de 15 m de longitud.
5 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES 26 de marzo de 2014 ACABADO EXTERIOR DE LA ESTRUCTURA.
El acabado exterior de la estructura se realizara con esmalte poliutetanico alifático exterior, un poliuretano acrílico de dos componentes que posee muy buena resistencia a los rayos ultravioletas, por lo que se utiliza como acabado final de protecciones anticorrosivas expuestas al exterior.
MEMORIA DE CÁLCULO 1. LATERALES Y CUBIERTA Los laterales van a consistir en placas de vidrio templadas unidas unas a la estructura y entre ellas a través de grampones de araña en la parte superior, en el tramo vertical están introducidas en vigas “I” recubriendo los bordes de silicona para garantizar la climatización y que no se rompan por la flexión de las vigas( en estas vigas están simplemente apoyadas) y por ultimo todo el peso del cristal se lo llevara unas vigas en U situadas en la parte inferior del puente soldadas a las cerchas también recubiertas con un material aislante para evitar la entrada de las condiciones climatológicas desfavorables.
El techo también está formado por una cristalera apoyada en vigas en “C” en tramos de la misma longitud que los nudos, es decir, a 2,5m. La unido de las vigas “C” con los cristales se realizara mediante tornillos de presión para evitar el desplazamiento en el plano horizontal intentando perjudicar lo mínimos al cristal.
También se recubrirán los bordes con una silicona aislante y protegida con tratamientos para la lluvia y cambios de temperatura debido a que va a trabajar en la zona exterior de la pasarela.
Estas uniones de las vigas “C” están apoyadas y soldadas sobre vigas cuadras que dan soporte a la cristalera sobre las vigas “I” antes mencionadas que forman parte de la estructura principal. Todas las uniones del las vigas se resolverán mediante cordones de soldadura que garanticen la unión.
6 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES 26 de marzo de 2014 Vidrio templado: Hemos elegido dentro de un catálogo de vidrios templado El proteck ps 400/P411 de 11.5 mm de espesor el cual tiene un peso por unidad de área de 27 kg/m2, es idóneo para la combinación entre seguridad y aislante térmico y permiten su instalación de una forma sencilla y de bajo coste. Además soporta la caída de 3 bolas de 4,1 kg a una altura de 9 metros para la geometría utilizada, cumpliendo la normativa EN356 “Ensayo y clasificación de la resistencia al ataque manual.” Grampones de araña: Van a unir los diferentes cristales entre si y a las vigas verticales 7 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES 26 de marzo de 2014 Peso total de la estructura: El peso que van a soportar los pilares laterales en su nudo superior debido a las viguetas y vidrieras del techo va a ser de: Techo Peso vigueta -> 3,60 Kg/m 3,60·1·10-2=0,04 kN Peso cristal ->0,27 kN/m2 0,27·2,5·1=0,68 kN siendo la suma total 0,72 kN - Vigueta 1,35·PP + 1,5· Carga de nieve =1,35·0,72 + 1,5·2,5·1·1= -Cristal 4,12 kN (Int) 2,06 kN(Ext) Dimensionado de viga cuadrada Área tributaria =2,5 ·2 m2 Peso del cristal =0,27 kN/m2 (1+0,27)·2,5=3,175 kN/m =Q Nieve =1 kN/m2 Aplicamos la fórmula para una viga biapoyada e introduciendo los datos en un programa de cálculo de estructuras obtendremos el perfil correspondiente: Mfmáx=1,59 KN·m σadm ; resultando Wz= 5,79 ·103 mm3 Mirando en tablas, resulta un perfil cuadrado de 50·50 de 2,5 mm de espesor con un peso de 3,60 kg/m.
8 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES 26 de marzo de 2014 Dimensionado vigas en I. Cálculo a pandeo: La viga en forma de “I” debe aguantar la compresión debida a las cargas y además el pandeo con una carga puntual en la parte superior de 2,06 kN en los pilares exteriores y 4,12 kN en los interiores ambas en vertical y hacia abajo.
La viga está libre por la parte superior y empotrada por la parte inferior.
Se han llevado a cabo los cálculos mediantes un programa de ordenador, para comprobar el pandeo y ver si el perfil seleccionado es el correcto. En ambas vigas se han obtenido un perfil IPE120.
9 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES 26 de marzo de 2014 ACCIÓN DEL VIENTO La distribución y el valor de las presiones que ejerce el viento sobre un edificio y las fuerzas resultantes dependen de la forma y de las dimensiones de la construcción y dirección del viento.
La acción de viento es una fuerza perpendicular a la superficie de cada punto expuesto puede expresarse como: qe = qb · ce · cp  qb la presión dinámica del viento. De forma simplificada, como valor en cualquier punto del territorio español, puede adoptarse 0,5 kN/m^2. Pueden obtenerse valores más precisos mediante el anejo D, en función del emplazamiento geográfico de la obra El valor básico de la presión dinámica del viento puede obtenerse con la expresión: qb = 0,5 · δ· vb^2 siendo δ= 1,25 kg/m3 la densidad del aire y vb el valor básico de la velocidad del viento.
Al estar en la zona A=> 0,42 kN/m2, los cálculos los realizaremos con 0,5 kN/m^2 por ser más desfavorable  ce el coeficiente de exposición, variable con la altura del punto considerado. En edificios urbanos de hasta 8 plantas puede tomarse un valor constante, independiente de la altura, de 2,0.Nuestra pasarela al estar ubicada en una planta 3 tomamos ese valor.
10 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES 26 de marzo de 2014  cp el coeficiente eólico o de presión, dependiente de la forma y orientación de la superficie respecto al viento, y en su caso, de la situación del punto respecto a los bordes de esa superficie; un valor negativo indica succión.
Nuestra esbeltez es 1,5 por lo tanto tomamos los valores Cp=0,8 y Cs=-0,6.
Se aplica el caso de un techo plano horizontal, y al igual que para la parte superior, nos quedamos con la carga más desfavorable aplicada a toda la superficie.
Nuestra superficie es mayor de 10m^2 considerando la zona H obtenemos una succión de 0.7.
11 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES 26 de marzo de 2014 ACCIONES TÉRMICAS Como indica el CTE para edificios con climatización tomamos una temperatura estable de 20ºC para todo el año.
ACCIÓN DE LA NIEVE AL tratarse de un techo plano consideramos que la carga de la nieve es de 1kN/m^2 en toda la superficie, es decir, 1kN/m^2*1*2.5=2.5kN en cada apoyo que deberá soportar la viga en forma de “I”.
2. SUELO - Lámina de acero: La superficie que se va a cubrir por la plancha de acero es de 2,5 m x 15 m. Teniendo en cuenta el CTE, la tabla 3.1 reúne los valores característicos de las sobrecargas de uso según las características de nuestra estructura por lo que la categoría que se adapta a nuestra pasarela es la C3, para la cual la carga uniforme es de 5 .
El área tributaria de nuestra plancha está calculada para 0.66 x 2 m. Para la verificación del estado límite utilizamos la flecha activa 1/400 en pavimentos rígidos con juntas. El peso de la chapa lo 12 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES 26 de marzo de 2014 calculamos a partir de la densidad del acero que es 79 .Utilizamos la fórmula de flecha para una viga biapoyada con carga uniformemente repartida y obtenemos un espesor de 8mm.
Los cálculos correspondientes serán: ; Siendo obtenemos un espesor de la chapa de m =8 mm - Largueros: Una vez calculado el espesor de la chapa dimensionaremos los largueros.
Los largueros deben soportar tanto el peso de la plancha como el peso de la sobrecarga de uso. El larguero más desfavorable será el central. Teniendo en cuenta que el área tributaria tomada es de 0.66 x 2 m, llevamos a cabo los cálculos que serán: 0.632 5 · 0.66 m = 0.42 siendo la carga soportada la suma de ambas, 3.72 · 0.66 m = 3.3 Aplicamos la fórmula para una viga biapoyada e introduciendo los datos 13 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES 26 de marzo de 2014 en un programa de cálculo de estructuras obtendremos el perfil correspondiente: Mfmáx=2.46 KN·m σadm ; resultando Wz=8.945 ·103 mm3 Obteniendo un perfil IPE 140.
Recalculamos con el peso propio del IPE y comprobamos que de nuevo obtenemos un IPE 140.
σadm ; resultando Wz= 9.27 ·103 mm3 - Viguetas: Las viguetas deberán soportar tanto el peso de la chapa, de los largueros IPE 140 y de la sobrecarga de uso. El área tributaria de las viguetas será de 2 x 2.5 m. Para calcular el IPE de las viguetas, escogemos la reacción mayor de entre todos los apoyos del larguero, que al ser cuatro se colocan en las viguetas como cuatro cargas puntuales resultando: σadm ; resultando Wz= 27.3 ·103 mm3 Resultando un IPE 200.
14 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES 26 de marzo de 2014 -Carga total suelo.
Chapa -> 0,632 kN/m2 0,632·2,5·1=1,58 kN Larguero ->12,90 kg/m 12,90·2,5·2·10-2=0,645 kN Viguetas ->22,36 kg/m 22,36·1·10-2=0,2236 kN Cristal ->0,27 kN/m2 0,27·2,2·2,5=1,485 kN siendo la suma total 3,94 kN -Chapa -Largueros 1,35·PP - Viguetas + 1,5· Sobrecarga de uso =1,35·3,94 + 1,5·2,5·1·5=24,07 kN (Int) -Cristal 12,04 kN(Ext) -Dimensionado Cercha en rombo Para calcular el perfil teórico de las cerchas utilizamos todas las cargas descritas anteriormente junto con el peso de las vigas en forma de “I” en cada uno de sus nudos, con sus correspondientes coeficientes de mayoración según el CTE y con la combinación más desfavorable, por lo que no se tiene en cuenta la acción del viento . Utilizamos el programa Tricalc Pórticos.
La deformada de la cercha resulta una flecha máxima de 35.58mm, por lo que está aceptado por la norma cuya flecha máxima es: 15 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES 26 de marzo de 2014 Se ha obtenido en el cálculo tanto para las cerchas como para las vigas principales un IPE180.
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