Pilares rígidos en RF-/JOINTS Steel - Column Base

Artículo técnico

Un análisis estructural no sólo determina y calcula esfuerzos internos y deformaciones. También asegura que los esfuerzos y momentos estén generados en una estructura de una manera fiable y se apliquen a la cimentación. Dlubal Software proporciona una amplia gama de productos para el análisis y diseño de conexiones de acero y madera. El módulo adicional RF-/JOINTS Steel - Column Base permite diseñar bases de pilares articuladas y rígidas. El diseño se puede realizar para bases de pilares con o sin rigidizadores.

Este artículo presenta un ejemplo de los diseños de la sección de un pilar embebido en una cimentación de hormigón en cáliz. Este ejemplo se describe también en la referencia [1].

El sistema

El pilar es una sección HEB 280 compuesta de acero S 235 JR.

Figura 01 - Sistema y cargas según [1]
Los parámetros de la geometría de la base del pilar se definen en la Ventana 1.4 de RF-/JOINTS de acuerdo con [1]. La profundidad de coacción seleccionada es de 65 cm.

Figura 02 - Ventana 1.4 Zapata en RF-/JOINTS

Los parámetros de la placa base se definen en la ventana 1.5.

Figura 03 - Ventana 1.5 Pilar en RF-/JOINTS

Esfuerzos internos

Están disponibles los siguientes esfuerzos internos de cálculo.
NEd = 396,0 kN
VEd = 21,5 kN
MEd = -118,0 kN

Cálculo de la profundidad requerida del cáliz

El valor determinante es la profundidad mínima de coacción basada en la resistencia del hormigón.

Figura 04 - Ventana 3.1 Cálculo - Resumen incluyendo los detalles de la profundidad requerida del cáliz

Se requiere la profundidad de coacción mínima de 54,86 cm. Esto viene proporcionado por la profundidad seleccionada de 65 cm.

Diseño de la resistencia de la sección del pilar

La distribución de esfuerzos y momentos en el pilar se corresponde con la distribución siguiente según [1].

Figura 05 - Distribución de esfuerzos y momentos en la base de pilar según [1]

La tensión normal del momento máximo se calcula como sigue:
$${\mathrm\sigma}_\mathrm{Ed}\;=\;\frac{\mathrm N}{\mathrm A}\;+\;\frac{\max\;{\mathrm M}_{\mathrm e,\mathrm d}}{{\mathrm W}_\mathrm y}\;=\;\frac{396.0}{131.0}\;+\;\frac{11,818.7}{1,380.0}\;=\;11.6\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²$$

Para la tensión tangencial máxima, se aplica lo siguiente:
$${\mathrm\tau}_\mathrm{Ed}\;=\frac{\max\;{\mathrm V}_{\mathrm e,\mathrm d}\;\cdot\;{\mathrm S}_\mathrm y}{{\mathrm I}_\mathrm y\;\cdot\;\mathrm t}\;=\;\frac{310.18\;\cdot\;767.00}{19,270.00\;\cdot\;1.05}\;=\;11.76\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²$$

Las tensiones correspondientes y detalles de cálculo pueden encontrarse también en la tabla de resultados bajo la resistencia de la sección.

Figura 06 - Ventana 3.1 Cálculo - Resumen incluyendo detalles de la resistencia del perfil del pilar

Diseño del cáliz interior del pilar

La Figura [5] muestra las posiciones relevantes de diseño. La sección B-B en el lado de compresión es determinante: 

La tensión normal en la dirección X se calcula como sigue:
$${\mathrm\sigma}_{\mathrm X,\mathrm d}\;=\;\frac{-\mathrm N}{\mathrm A}\;-\;\frac{{\mathrm M}_{\mathrm e,\mathrm b,\mathrm d}}{{\mathrm l}_\mathrm y}\;\cdot\;{\mathrm z}_1\;=\;\frac{-396.0}{131.0}\;-\;\frac{3,897.3}{19,720.0}\;\cdot\;9.8\;=\;-5.0\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²$$

La tensión normal siguiente actúa en la dirección Z:
$${\mathrm\sigma}_{\mathrm Z,\mathrm d}\;=\;0.45\;\cdot\;\frac{{\mathrm p}_\mathrm{Rd}}{\mathrm t}\;\cdot\;{\mathrm\alpha}_\mathrm b\;=\;0.45\;\cdot\;\frac{12.34}{1.05}\;\cdot\;0.55\;=\;2.90\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²$$

La tensión máxima es:
$${\mathrm\tau}_\mathrm{Ed}\;=\;\frac{\max\;{\mathrm V}_{\mathrm e,\mathrm d}\;\cdot\;{\mathrm S}_{\mathrm y,1}}{{\mathrm I}_\mathrm y\;\cdot\;\mathrm t}\;=\;\frac{310.18\;\cdot\;716.58}{19,270.00\;\cdot\;1.05}\;=\;10.99\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²$$

Los detalles de cálculo de la ventana 3.1 incluyen las tensiones correspondientes y razones:

Figura 07 - Ventana 3.1 Cálculo - Resumen incluyendo los detalles del pilar dentro del cáliz

El programa completa el cálculo analizando la unión en compresión y las soldaduras. Sin embargo, éstas no se explican en este artículo.

Resumen

RF-/JOINTS Steel - Column Base permite diseñar zapatas de bases de pilares articuladas o empotradas. En el caso que un pilar esté definido en un cáliz de hormigón, el módulo adicional analiza la profundidad requerida del cáliz, la resistencia de la sección del pilar y la resistencia del pilar dentro de la zapata con respecto a las tensiones de tracción y compresión que se presentan. El análisis se completa mediante el diseño del hormigón bajo la placa base a compresión, así como también el diseño de las soldaduras entre la placa base y el pilar.

Referencias

[1]  Kahlmeyer, E., Hebestreit, K., & Vogt, W. (2012). Stahlbau nach EC 3 (6th ed.). Cologne: Werner.
[2]  Eurocódigo 3: Proyecto de estructuras de acero - Parte 1-1: Reglas generales y reglas para edificios; UNE-EN 1993-1-1:2005 + AC:2009
[3]  Eurocódigo 3: Proyecto de estructuras de acero - Parte 1-8: Uniones; UNE-EN 1993-1-8:2005 + AC:2009
[4]  Eurocódigo 2: Proyecto de estructuras de hormigón - Parte 1-1: Reglas generales y reglas para edificación; UNE-EN 1992-1-1:2004 + AC:2010
[5]  Manual de RF-/JOINTS. (2015). Tiefenbach: Dlubal Software. Descargar.

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