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ESTUDIO DE OPTIMIZACIÓN DE PASARELAS
METÁLICAS PARA MANTENIMIENTO
REALIZADO EN 3J3D
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INDEX
1. ANTECEDENTES
2. METODOLOGIA DE TRABAJO DE 3J3D
3. DISEÑO DE LA ESTRUCTURA
4. CALCULO ESTRUCTURAL
4.1. APLICACIÓN DE CARGAS AL MODELO
4.2. CALCULO TENSIONAL I VERIFICACIÓN DE LOS
ELEMENTOS ESTRUCTURALES
4.3. CÁLCULO DE UNIONES METALICAS
4.4. APTITUD AL SERVICIO DE LA ESTRUCTURA
5. CONCLUSIONES
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1. ANTECEDENTES
La empresa PIASA se dedica a la construcción de estaciones para tratamientos de aguasresiduales ya sean urbanas o industriales.
Para la accesibilidad y mantenimiento de sus instalaciones, necesitan construir pasarelasmetálicas permanentes donde las luces oscilan entre los 15 i 30m.
Los problemas que surgieron en la elaboración de dichas pasarelas eran básicamentedos:
- Coste en kilos de acero muy elevado, debido un sobredimensionado excesivoen los perfiles metálicos.
- Necesidad de sustituir las uniones soldadas en obra por uniones atornilladas.
Con el fin de cubrir las necesidades que requerían este tipo de pasarelas, se llevo a caboun estudio tanto a nivel de cálculo estructural, como a nivel de diseño para un montajeóptimo, seguro y económico.
2. METODOLOGIA DE TRABAJO EN 3J3D
Nuestra empresa dispone de los softwares más potentes del mercado en lo referente alcálculo y diseño de estructuras metálicas.
Mediante el software TEKLA STRUCTURES (XSTEEL), realizamos un modelo en3D de la estructura. A partir del modelo 3D, se aplican cargas, y se optimiza el modelomediante potentes software de calculo completamente integrados en el software dediseño como pueden ser PowerFrame, STAAD pro, Robot etc...
La integración del software de diseño con el de cálculo nos permite diseñar y calcular ala vez, ganando así , seguridad y velocidad, ya que TEKLA, genera listados de material,planos generales, y planos de despiece automáticamente.
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3. DISEÑO DE LA ESTRUCTURA
Primeramente se procedió a un diseño de la estructura que permitiera gran facilidad parael transporte y rapidez en el montaje a obra. Se proyectaron uniones atornilladas de alta resistencia.
Algunos ejemplos del diseño se muestran a continuación. Algunos ejemplos del diseño.
Alzado de la Pasarela
Detalle de Unión Atornillada de Esquina Detalle de Empalme de Vigas
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Comentarios:
Se diseñaron las uniones para que la ala
Superior de las vigas quedara libre, con la
finalidad de poder apoyar el tramex de una manera
sencilla.
El cálculo corroboró que no era necesario rigidizar
las placas de anclaje.
Detalla de Anclaje
4. CÁLCULO ESTRUCTURAL
Con un primer diseño de la estructura, se procedió a un cálculo estructural para
optimizar los perfiles y estudiar el comportamiento de la estructura en servicio.
4.1 Determinación y Aplicación de Cargas al Modelo.
El software de diseño 3D (TEKLA Structures), permite la introducción de cargassuperficiales de una manera sencilla, y automáticamente, reparte y transforma estascargas superficiales a cargas lineales en los elementos de la estructura.
Los puntos relevantes en esta fase del estudio se comentan a continuación.
Estudio de la Normativa que afecta a este tipo de estructuras, paradeterminar el valor de las cargas a considerar
Aplicar las cargas al modelo.
Realizar las combinaciones de carga que se creieron necesarias.
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Introducción de Cargas al Modelo 3D
4.2 Cálculo Tensional y Verificación.
En este punto se realiza un análisis estructural del modelo 3D, con STAADpro. Este esuno de los softwares totalmente integrados en TEKLA.
Se realiza a continuación un cálculo de esfuerzos, tensiones, y verificación deresistencia e inestabilidades.
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Representación de Momentos Flectores en la Estructura.
Representación de Tensiones en la Inercia Variable de la esquina.
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Con estos datos el Software es capaz de Verificar y Optimizar los perfiles de nuestro modelo.
4.4 Cálculo de Las Uniones
En 3J3D disponemos de hojas de cálculo para analizar y optimizar las uniones masfrecuentes en estructura metálica.
Estas hojas de cálculo se comunican automáticamente con el software de Diseño yCálculo, es decir, también tenemos el cálculo de uniones integrado en un mismosoftware. Una de las grandes ventajas que tenemos, es la posibilidad de poder actuar sobre lashojas de cálculo integradas y adaptarlas a cualquier tipo de unión metálica.
Un ejemplo del c álculo de una unión realizado con un a hoja de Excel integrada enTEKLA, se muestra en el Anejo adjunto.
4.5 Aptitud al servicio de la Estructura.
En este punto del estudio se realizan las siguientes comprobaciones:
Estudio de Deformaciones: Se verifica que las flechas máximas esten pordebajo de lo que recomienda la normativa pertinente.
Estudio de Modos de Vibración de la estructura: Se analiza lasfrecuencias propias del sistema para controlar que esten alejadas de lafrecuencia de paso de las personas. De esta manera eliminamos lasensación de inseguridad que causan las vibraciones al andar.
El estudio realizado en 3J3D, demostró que el parámetro determinante en eldimensionado de la estructura eran las vibraciones de esta, ya que con luces superiores a18m, las restricciones de flecha que indica la normativa (Luz/200) no eran suficientespara las vibraciones.
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Deformaciones en la Estructura
Modos de vibración:
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Primer Modo: 3.43Hz Segundo Modo: 3.75Hz
Cuarto Modo: 4.97Hz Los 10 primeros Modos
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Se puede Observar que los modos de vibración con las frecuencias mas bajas sonsuperiores a 3Hz, que es el valor umbral para el confort al paso de las persona s.
5. CONCLUSIONES
Mediante el análisis y diseño de la pasarela llevado a cabo en 3J3D, se ha conseguido:
Reduccion de Peso: Mediante el cálculo se ha conseguido optimizarconsiderablemente el peso de la estructura. Se compara a continuación la
perfileria usada actualmente en la construcción de la pasarela con laperfileria optimizada por 3J3D.
Perfileria Inicial :
Pilares: HEB 220 Peso = 1425 KgBigas: IPE 400 Peso = 2724 KgArriostramiento: UPN 50 (P esp) Peso = 119 KgCruces: Macizo cuadrado 20x20mm Peso = 42Kg
PESO TOTAL = 4310 Kg
Perfileria Optimizada:
Pilares: HEB 180 Peso = 1023 KgBigas: IPE 300 Peso = 1679 KgArriostramiento: L 40*4 Peso = 52 KgCruces: No eran Necesarias Peso = 0 Kg
PESO TOTAL = 2754Kg
La reducción en material resultó el 63,8%
Reduccion de Mano de Obra: Mediante calculo, se verifico que no eranecesario acartelar las placas de anclaje ni tanpoco era necesarioarriostrar el cordon inferior de las vigas en zonas de momento negativo.
Red uccion de Tiempo de Montaje: Mediante un diseño de la pasarela conuniones atornilladas
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ANEJOS
Ejemplo de Los cálculos realizados en la unión de esquina con Cantonera
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