ICNC: Diseño de sistemas de arriostramiento transversal y

ICNC: Diseño de sistemas de arriostramiento transversal y fuera de plano para
estructuras aporticadas
SN046a-ES-EU
ICNC: Diseño de sistemas de arriostramiento transversal y
fuera de plano para estructuras aporticadas
Esta ICNC ofrece orientaciones sobre el diseño de sistemas de arriostramientos transversal
y fuera de plano para estructuras aporticadas.
Índice
1.
Generalidades
2
2.
Arriostramiento vertical
3
3.
Arriostramiento de cubierta
4
4.
Referencias
6
Página 1
ICNC: Diseño de sistemas de arriostramiento transversal y fuera de plano para
estructuras aporticadas
SN046a-ES-EU
1.
Generalidades
El arriostramiento es necesario para resistir cargas laterales, principalmente cargas del viento
y efectos desestabilizadores de las imperfecciones definidas en §5.3 de EN 1993-1-1.
Este arriostramiento debe estar correctamente posicionado y tener una resistencia y rigidez
adecuadas para justificar las suposiciones realizadas en el análisis y las comprobaciones de los
elementos.
Es esencial proveer arriostramiento que sea lo suficientemente fuerte y rígido en todos los
puntos que se supone van a estar restringidos en los cálculos de diseño. Esto es especialmente
cierto cuando el ala interior del pórtico está en compresión. Por consiguiente, este documento
sólo puede dar orientaciones generales, no información detallada.
Los criterios de diseño indicados en EN 1993-1-1 están resumidos en este documento.
EN 1993-1-1 §5.3 permite que las imperfecciones sean descritas tanto como imperfecciones
geométricas o esfuerzos horizontales equivalentes.
Los esfuerzos horizontales equivalentes que producen los esfuerzos en el arriostramiento no
aumentan la carga total en toda la estructura, ya que forman un caso de carga auto
equilibrante.
Leyenda:
a)
unión resistente a momento
b)
arriostramiento transversal vertical
c)
arriostramiento horizontal
Figura 1.1
Arriostramientos
Página 2
ICNC: Diseño de sistemas de arriostramiento transversal y fuera de plano para
estructuras aporticadas
SN046a-ES-EU
2.
Arriostramiento vertical
2.1
General
Es fundamental que los pilares de las estructuras estén estabilizados. En el plano de un
pórtico, esta estabilidad es aportada por la acción del pórtico y la unión pilar/viga resistente a
momento (ver Figura 1.1). Hay que suministrar fijación perpendicular al plano del pórtico
mediante elementos adicionales para mantener los pilares verticales y resistir las cargas, tales
como cargas del viento, que se producen perpendiculares al pórtico. Se asume que los pilares
se construyen ligeramente fuera de la vertical, y el método más simple para tener en cuenta
este efecto es por medio de las fuerzas horizontales equivalentes indicadas en la Figura 2.1.
Estas fuerzas se pueden producir en cualquier dirección, pero se considera que actúan en una
dirección cada vez.
Imperfecciones laterales iniciales
NEd
NEd
φ NEd
φ
φ NEd
NEd
Figura 2.1
NEd
Sustitución de imperfecciones iniciales por fuerzas horizontales equivalentes
El arriostramiento está diseñado para resistir cargas del viento y fuerzas horizontales
equivalentes. Las fuerzas equivalentes se calculan a partir de las imperfecciones para el
análisis global de pórticos indicadas en §5.3.2 (3) de EN 1993-1-1, y constituyen
aproximadamente el 0,5% de las fuerzas verticales que provocan la compresión axial.
Si los pilares soportan un esfuerzo de tracción neto, como en un caso de carga ascendente
debida al viento, esta carga no desestabiliza la estructura, por lo que puede ser despreciada al
calcular las fuerzas equivalentes.
Los resultados del análisis elástico de primer orden no necesitan ser modificados para tener en
cuenta los efectos de segundo orden donde VEd / Vcr ≤ 0,1 (“no-traslaccional” §5.2.1 de
EN 1993-1-1). Esto es muy probable en la práctica. En este caso, VEd es la suma de las cargas
verticales sobre todos los pilares que dependen del sistema de arriostramiento para la
estabilidad, y Vcr es la carga crítica para todo el grupo de pilares arriostrado por el pórtico de
arriostramiento.
Página 3
ICNC: Diseño de sistemas de arriostramiento transversal y fuera de plano para
estructuras aporticadas
SN046a-ES-EU
En SN033 se presentan métodos simples para tener en cuenta efectos de segundo orden en
pórticos.
2.2
Pórtico de arriostramiento
El término “pórtico de arriostramiento” se utiliza normalmente para describir un sistema de
arriostramiento que se compone de pórticos en lugar de arriostramiento en cruz para ofrecer la
sujeción normal a las estructuras principales. Un ejemplo de arriostramiento en pórtico se
indica en la Figura 2.2. Se utiliza frecuentemente para ofrecer estabilidad lateral a la parte
superior de los pilares internos, ya que el uso del arriostramiento en cruz de San Andrés (ver
Figura 1.1) tendría como resultado una limitación inaceptable de la libertad de uso. También
se utiliza en muros exteriores, donde el arriostramiento en cruz podría obstruir ventanas,
puertas, etc.
Los pórticos de arriostramiento están diseñados para resistir las fuerzas horizontales
equivalentes totales de todos los pilares cuya estabilidad depende de estos pórticos, junto con
la carga del viento pertinente.
a)
b)
a) Pórticos de arriostramiento
b) Pórticos principales
Figura 2.2
Arriostramiento en pórtico
Una solución más eficiente es disponer algunos pilares de manera que el eje fuerte esté en la
dirección longitudinal y las fuerzas puedan ser tomadas por la resistencia a la flexión.
3.
Arriostramiento de cubierta
Se debe proveer arriostramiento en los planos de la cubierta para dar resistencia y rigidez a los
puntos de sujeción considerados en las verificaciones de pandeo de los elementos. Además, el
arriostramiento debe resistir cualquier esfuerzo aplicado perpendicular al pórtico.
El arriostramiento de cubierta, o una acción de diafragma equivalente en las chapas de acero
de la cubierta, es necesario para soportar las fuerzas horizontales resultantes de lo siguiente:
‰ Fuerzas del viento en el extremo del piñón
‰ Fuerzas de estabilidad procedentes de pilares que no están arriostrados por su propio
sistema de arriostramiento de plano vertical
‰ Fuerzas de estabilidad local de las alas de las vigas y los refuerzos.
Página 4
ICNC: Diseño de sistemas de arriostramiento transversal y fuera de plano para
estructuras aporticadas
SN046a-ES-EU
Debe quedar claro que las fuerzas de estabilidad locales de las alas no pueden afectar al
equilibrio horizontal global de la cubierta.
Es una práctica común diseñar el arriostramiento en plano, por ejemplo la viga de viento en el
extremo de un edificio, para soportar la carga total del viento y cualquier otra carga necesaria
de inestabilidad global. Sin embargo, considerando la flecha teórica de la viga de viento,
resulta claro que en la mayoría de los casos estas cargas están compartidas con acción de
diafragma de las chapas de cubierta, incluso cuando las chapas no han sido especialmente
diseñado para este fin. La información sobre los efectos de estabilización horizontal de las
chapas debe ser suministrada por los fabricantes.
Es una práctica común asumir que las chapas actúan como un diafragma, que une
efectivamente las correas a los nudos de la viga de viento. Cuando no se puede considerar que
las chapas actúan como un diafragma, la viga de viento será entonces necesaria para ofrecer
un nudo en cada línea de correas que soporte las fuerzas de sujeción de las alas de la
estructura aporticada. El desplazamiento vertical entre el plano de la sujeción y el plano del
ala comprimida podría ser considerado bajo normas muy extremas.
Las cargas en el arriostramiento en plano debidas a imperfecciones se indican en la
Figura 3.1. La chapa adecuadamente fijada ayudará a resistir cargas de arriostramiento en
plano, pero el uso de las chapas para este fin puede estar prohibido en algunos países y su
eficacia puede ser difícil de demostrar.
NEd
NEd
e0
qd
1
L
e0
qd
1
imperfección
fuerza equivalente por longitud unitaria
sistema de arriostramiento
Figura 3.1
Fuerzas de estabilización equivalentes
Página 5
ICNC: Diseño de sistemas de arriostramiento transversal y fuera de plano para
estructuras aporticadas
SN046a-ES-EU
4.
Referencias
Las reglas de esta ICNC están basadas en:
(1) EN 1993-1-1: Eurocódigo 3: Diseño de Estructuras de Acero – Parte1-1: Reglas
generales y reglas para edificios
Página 6
ICNC: Diseño de sistemas de arriostramiento transversal y fuera de plano para
estructuras aporticadas
SN046a-ES-EU
Registro de Calidad
TÍTULO DEL RECURSO
ICNC: Diseño de sistemas de arriostramiento transversal y fuera de
plano para estructuras aporticadas
Referencias(s)
DOCUMENTO ORIGINAL
Nombre
Compañía
Fecha
Creado por
Matthias Oppe
RWTH Aachen
Contenido técnico revisado por
Christian Müller
RWTH Aachen
1. Reino Unido
G W Owens
SCI
07/04/06
2. Francia
A Bureau
CTICM
07/04/06
3. Suecia
A Olsson
SBI
07/04/06
4. Alemania
C Müller
RWTH
07/04/06
5. España
J Chica
Labein
07/04/06
G W Owens
SCI
12/12/06
eTeams International Ltd.
20/06/06
Labein
18/07/06
Contenido editorial revisado por
Contenido técnico respaldado por los
siguientes socios de STEEL:
Recurso aprobado por el
Coordinador técnico
DOCUMENTO TRADUCIDO
Traducción realizada y revisada por:
/ecurso de traducción aprobado por:
J Chica
Página 7