práctica_marco_sección variable

Laboratorio de Diseño Estructural

Martínez De Jesús Sergio

PRÁCTICA No. 6

Análisis de elemento: Marco de acero de sección variable.

Objetivo. Realizar y comprender el proceso del análisis de un marco de acero de sección

variable, a partir de un proyecto arquitectónico.

I. Marco teórico. Dentro de la gran variedad de sistemas constructivos se hallan los basados en material

de acero estructural. Algunos miembros estructurales más comunes están las armaduras y

marcos rígidos; de éstos últimos nos enfocaremos en mencionar su composición general y

algunas de sus consideraciones más importantes en su modelación.

Marco rígido. Es un sistema constructivo compuesto de elementos columna y vigas, como se

muestra en figura 7.1a; en acero estructural, estos elementos están rígidamente conectados por

soldadura y pueden suponerse que forman una estructura continua. En los soportes, los

miembros están soldados a una placa rectangular que está anclada a una zapata de concreto.

Colocando varios de estos marcos en paralelo y conectándolos con miembros adicionales que

son luego cubiertos con material de techo y muros, se genera un sistema típico de edificios

(Segui, 2000). Figura 7.1. Marco rígido. a) Marco a base de perfil IPR ; b) Idealización para su modelación

del marco mostrado en figura a), (Segui, 2000).

a) b)

Figura 6.1. Marco rígido. a) Marco a base de perfil IPR ; b) Idealización para su modelación del marco mostrado

en figura a), (Segui, 2000).

Actualmente la mayaría de los centros comerciales, naves industriales, bodegas, etc., están

hechas a base de marcos rígidos. En la figura 7.2, se muestra un ejemplo de una estructura en

construcción a base de marcos rígidos de sección variable.

a) b)



c)

d)

Figura 6.2. Estructura de acero a base de marcos rígidos de sección variable, con perfil IPR. a) Estructura

principal en construcción; b) Acercamiento a la parte de la sección variable de los marcos; c) estructura

terminada; d) Largueros a base de perfil monten. Obra “Patio de camiones, compañía TDR-Werner”, ubicada

sobre la autopista México Querétaro rumbo a la salida a Cadereyta, en Querétaro, Qro.

Consideraciones generales en la modelación de marcos rígidos.

El análisis y diseño de cada marco del sistema comienza con la idealización del marco como

una estructura bidimensional y representar los miembros de éste por medio de sus línea

centrales (esta misma idealización se hace con la mayoría de los elementos estructurales), como

se muestra en la figura 7.1b; note que los soportes son representados como articulaciones no

como soportes fijos o empotramientos. Una hipótesis que se hace en los métodos usuales del

análisis estructural, es que las deformaciones son muy pequeñas, lo que significa que basta una

ligera rotación del soporte para considerarlo como una conexión articulada (Segui, 2000).

Una vez que la geometría y condiciones de soporte del marco idealizado han sido establecidas,

la carga debe ser determinada. Esta determinación usualmente implica repartir una porción de

la carga total a cada marco (Segui, 2000). Esto se ilustra en la figura 7.1b, bajo una carga

distribuida uniforme. Para tal carga, el marco se deformará como se indica con la línea

punteada (dibujada a una escala exagerada). Los miembros AB y BC están sometidos

principalmente a flexión y se llaman vigas. Los miembros verticales AE CF y BD están

sometidos a compresión y se llaman columnas; los dos primeros están sujetos a esfuerzos

combinados de flexión y compresión, mientras que el último elemento central, por equilibrio

debido a la simetría, prevalece la fuerza de compresión.

II. Desarrollo de actividades. Del plano arquitectónico-estructural mostrado en figuras 7.3 y 7.4, realice lo siguiente acorde a

formatos correspondientes de prácticas anteriores:



1. Descripción del sistema constructivo.

El sistema constructivo es una cubierta de lámina, la cual está constituida por los

siguientes elementos estructurales: largueros, marcos y arriostramiento.

2. Análisis del estado de cargas (considera peso de instalaciones de luz, accesorios de

fijación en lámina y arriostramiento de marcos).

MaterialW

(kg/m²)

Lámina Cal . 22 8

Arriostramiento 5Instalación de luz y

accesorios 15

Carga muerta total CMT 28.0

Carga viva total CVT 40

Carga total (NTC DF) 68 3. Bajada de cargas para el elemento:

a. Larguero

Incluye la carga muerta, viva y peso propio del montén.

b. Marco

Carga la mitad de peso de cada montén. En otras palabras es el valor la reacción

del montén.

10 m

1,1

L2

10 m

L1

L1

L1

L1

L1

L1

L1

L1

0.375 T+ 0.152T

0.375 T+ 0.076T0.375 T+ 0.076T

0.375 T+ 0.076T0.375 T+ 0.076T

0.375 T+ 0.076T0.375 T+ 0.076T

0.375 T+ 0.076T0.375 T+ 0.076T

0.375 T+ 0.076T0.375 T+ 0.076T

0.375 T+ 0.076T0.375 T+ 0.076T

0.375 T+ 0.076T0.375 T+ 0.076T

0.375 T+ 0.076T0.411 T+ 0.076T

0.411 T+ 0.152T

0.375 T+ 0.152T

0.375 T+ 0.076T0.375 T+ 0.076T

0.375 T+ 0.076T0.375 T+ 0.076T

0.375 T+ 0.076T0.375 T+ 0.076T

0.375 T+ 0.076T0.375 T+ 0.076T

0.375 T+ 0.076T0.375 T+ 0.076T

0.375 T+ 0.076T0.375 T+ 0.076T

0.375 T+ 0.076T0.375 T+ 0.076T

0.375 T+ 0.076T0.411 T+ 0.076T

0.411 T+ 0.152T

1,1

1,1

1,1

1,1

1,1

1,1

1,1

1.2

1

M1 M1 M1

L2

(m)



4. Análisis de cada elemento a partir del marco rígido en dos dimensiones con ayuda del

software SAP. Esta etapa debe incluir, para cada elemento, las siguientes fases acorde

al siguiente ejemplo:

a. Discretización de elemento marco rígido de acero estructural con sección

variable.

b. Captura de geometría y definición de condiciones de apoyo del elemento

estructural dentro del software SAP.

c. Definición de geometría, apoyos (articulado) y propiedades del material para la

sección transversal de la viga.

d. Definición de cargas de servicio actuantes en el elemento estructural (marco).

e. Después de correr el análisis del marco rígido, mostrar los resultados de los

elementos mecánicos siguientes: Momento flexionante y esfuerzo cortante, para

cada elemento del marco.

Nota: Para el modelo de análisis en SAP considere los perfiles mostrados en figura 7.4b.

Todos los resultados del punto 4 deben ser acorde al formato de tabla 7.1.

10 m

1,1

L2

10 m

L1

L1

L1

L1

L1

L1

L1

L1

1,1

1,1

1,1

1,1

1,1

1,1

1,1

1.2

1

M1 M1 M1

L20.451T

0.938T

0.2815T

0.2635T

0.451T

0.451T

0.451T

0.451T

0.451T

0.451T

0.451T

0.938T

0.2815T

0.2635T

0.451T

0.451T

0.451T

0.451T

0.451T

0.451T

(m)



Acot: m.

Figura 7.3 Proyecto arquitectónico. a) Planta cimentación; b) alzado



Acot: m.

Figura 7.4 Proyecto arquitectónico. a) Planta cubierta; b) Perfiles



Fase del proceso de

análisis y diseño de

elementos

Figuras de cada fase

Elemento

discretizado:

Wlarguero=0.902T/

m

Y (0.527 y 563T/m)

para largueros

dobles.

Geometría y apoyos

en SAP

Sección Transversal

0.9

38

T

0.9

02

T

0.5

27

T

0.5

63

T

0.9

02

T

0.9

02

T

0.9

02

T

0.9

02

T

0.9

02

T

0.9

02

T

DISTRIBUCIÓN DE CARGAS PARA EL MARCO M1

0.9

02

T

0.9

38

T

0.5

63

T

0.5

27

T 0.9

02

T

0.9

02

T

0.9

02

T

0.9

02

T

0.9

02

T

0.9

02

T

19.66 mR R

B

2 1



Cargas (T/m)

Corrida de SAP.

Resultados:

Diagrama de

momentos (Ms)

y cortantes (Vs) en

condiciones de

servicios.

Diagrama del marco deformado

Diagrama de momentos para el marco

Diagrama de cortantes para el marco



Diseño en SAP

III. Discusión de resultados.

1) ¿Cuál es la carga viva de diseño, bajo cargas gravitacionales, según reglamento de

construcción del Municipio de Querétaro y NTC DF (2004), en el tipo de cubierta analizada

en esta práctica?

De acuerdo a NTC DF (2004) la carga viva es de 40 kg/m2

2) En la convención de introducción de la dirección de cargas en el SAP, ¿Qué diferencia

existiría sí en lugar de cargas gravitacionales fuesen cargas por viento?

Que las cargas gravitacionales actúan siempre en forma vertical al elemento mientras que

las cargas por viento actúan en forma perpendicular al eje del elemento

3) De los perfiles que usó en su modelo, realice una tabla donde indique tipo de perfil (nombre

comercial), esfuerzo de fluencia (fy, kg/cm2), módulo de elasticidad y peso por metro lineal

(w, kg/m). (la tabla debe ser acorde a los formatos que se han venido manejando en

anteriores prácticas)

Perfil Esfuerzo de fluencia

fy(kg/cm2)

Módulo de

elasticidad (kg/cm2)

Peso (kg) por metro

lineal

L1(canal) 2531.0507 2’038,901.9 7.6

L2(canal doble) 2531.0507 2’038,901.9 15.2

T1 y C1 (IPR) 2531.0507 2’038,901.9 53.57

4) En las cubiertas ¿Por qué se modela o considera doble monten o monten en caja en los

extremos de cada agua del marco? (explique este punto con base en una referencia). Porque es la parte donde se colocan las canaletas que colectan el agua de lluvia y por lo

tanto están sujetas a más peso.

IV. Conclusiones.

1. Muestre con ventanas del SAP, lo más resumido posible (tipo manual):

a. ¿Cómo importar un modelo desde auto-cad hacia SAP?

File/Import/AutoCAD.dxf File/ Seleccionamos el archivo y abrir.



b. ¿Cómo definir el tipo de apoyo idealizado en cimentación de columnas en el marco rígido?

Seleccionar el nodo/clic en botón “Joint Restraints”/Elegir tipo de apoyo.

c. ¿Cómo generar una sección variable?

Se comienza por definir las secciones que conforman la sección completa.

Define/Section Propertises/Frame Sections…/Add New Property/

Seleccionamos tipo de material/en este caso : Steel/“Wide Flange”/Nombramos al

elemento:”C1”/Seleccionamos tipo de material “A36”/ Iontroducir dimensiones de la

sección del elemento./Ok/Ok.



Después se crea otra sección en tipo se elige “other” y elegimos la de

“Nonprismatic”.

Entramos en esta opción y elegimos a una de las secciones que habíamos definido antes y

que deseamos combinar, se pone de con que sección comenzamos y con cual terminamos y

las distancias de cada una y se da clic en “add” para agregar la sección, se repiten los pasos

solo que se inicia con la sección con que se termino y finalizamos con la otra sección a

combinar.

d. ¿Cómo asignar una carga puntual en sentido a) perpendicular al eje horizontal y b)

gravitacional, en vigas inclinadas? Se selecciona el elemento a cargar/Elegir alguna de la opciones de carga/Coord Sys

“GLOBAL”/Directión(X, Y, Z or Gravity)



(Auto-analícese en su manual para que ésta parte sea de utilidad como apoyo para usted y otros en

el futuro en el ámbito profesional. Esta parte cuenta el 50% de la calificación de esta práctica)

Bibliografía Segui, W.T (2000). Diseño de estructuras de acero con LRFD, Universidad de Memphis, segunda ed., Ed.

Thomson, ISBN 970-686-023-1.

NTC DF (2004). Normas Técnicas Complementarias sobre criterios y acciones para el diseño estructural de

las edificaciones, Gaceta oficial del Distrito Federal

Opción de cargas

Elegimos la opción

necesaria de acuerdo

al tipo de carga ya

sea por gravedad o

en la dirección que

se requiera.

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