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M4_2 ESTRUCTURAS DE PERFILES DE ACERO DE PEQUEÑO ESPESOR

Profesores: Joaquín Antuña

Luis San Salvador

Fernando Castañón

Máster en estructuras de la Edificación

Curso 2016/2017

Alumnos: Alcantud Martí, Sergio

del Río de Diego, Gonzalo

García Villarroya, Sara

M4_2 Perfiles de acero de pequeño espesor Alcantud Martí, Sergio del Río de Diego, Gonzalo


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Memoria.

1. Descripción del edificio 2

2. Normativa de referencia 3

3. Materiales 3

4. Acciones a considerar 3

a. Nieve

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b. Viento 4

c. Valores considerados 4

d. Combinaciones de carga 4

5. Resistencia al fuego 5

6. Perfiles empleados 5

7. Forjado de planta baja

8. Forjado de planta primera

9. Forjado del altillo

10. Cubierta

11. Reportaje fotográfico



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1. Descripción del edificio

El proyecto trata la reforma de una vivienda en Cercedilla (Madrid), construida por los medios tradicionales de muro de carga. La intervención proyecta una solución radicalmente distinta mediante perfiles de acero conformados en frío, una solución que podemos calificar de ligera si la comparamos con la solución actual.

La propuesta pretende conservar la imagen actual del edificio, respetando los gruesos muros perimetrales, con una doble intención, la ya citada de preservar la imagen tradicional del conjunto y por otro lado la de servir de puntos de apoyo para la nueva estructura proyectada de perfiles.

En cuanto a la propuesta presentada resuelve las necesidades del conjunto con el empleo de 3 clases de perfiles diferentes, empleando el perfil de manera singular o haciendo trabajar un grupo de ellos en conjunto a modo de doble perfil, cercha, tirantes… En la medida de lo posible, la intención es la de generar unas plantas completamente diáfanas que permitan una libre distribución espacial para que el cliente adapte el uso a sus necesidades.

Analizando la solución por partes, la primera a comentar será la de la planta baja, que originalmente presenta dos muros paralelos centrales, además de otros tantos elementos divisorios, que como ya se ha comentado serán eliminados para proporcionar un espacio de planta baja libre y adaptable al uso, con acceso únicamente desde el exterior y sin conexión interior con las plantas superiores. La solución plantea unas cerchas, resueltas en los apartados 7 y 8, que salvan una luz de 8,9 m con una solución en cercha de 0,5 m de canto, colocadas modularmente cada 0,6 m.

La cubrición de la planta segunda emplea un esquema idéntico al anterior con una variación importante. Como podemos apreciar en el dibujo de planta, aparecen dos huecos relacionados con la escalera, y una pasarela que conecta ambos lados del hueco, la pasarela será resuelta con los perfiles presentados en el apartado 8, trabajando de manera singular a flexión, mientras que el resto de forjado trabaja formando una cercha apoyando en los muros del perímetro, que resuelve de nuevo la luz de 9,3 m (debido a que se ha producido un decrecimiento del muro) con separación de los elementos de 0,6 m.

La planta segunda, permite el acceso mediante una escalera de caracol a un altillo, que vamos a resolver mediante el empleo de 2 elementos principalmente. Por una parte la cercha, analizada en el apartado 9, que apoyando en los muros extremos separados 9,7 m y gracias al canto de 1,25 m sirve de apoyo para el forjado compuesto por los perfiles empleados para el forjado de la pasarela, el analizado en el apartado 9, que trabajando de manera aislada y a flexión permite salvar una luz de 4,4 m apoyando sobre las cerchas que acabamos de citar. Además la disposición de estos perfiles deber solucionar el hueco de escalera a través de un cuadrado 1,7 m de lado que permita inscribir el cilindro que genera la escalera de caracol. La solución para este hueco es la de realizar dos zunchos que interrumpan el paso de correa y permitan el apoyo de las que se han cortado.

Las cubiertas de la planta segunda se resuelven apoyando los faldones en los muros inferiores, para ello se diseñan dos cerchas de modo que estas recojan los esfuerzos horizontales que



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produce la cubierta. A su vez dos perfiles, uno en cada extremo del muro, unen las dos cerchas de forma que la solución queda atirantada evitando así los problemas de empujes horizontales sobre el muro que sólo resistirá carga gravitatoria.

La cubierta superior apoya en sus extremos sobre la parte superior del muro, se diseña como dos cerchas de gran canto que permiten salvar los 10 metros entre muros.

2. Normativa de referencia

CTE DB-SE_ Seguridad Estructural CTE DB SE-AE_ Seguridad Estructural. Acciones en la edificación Eurocodigo 1_ Acciones en estructuras Eurocodigo 3_ Proyecto de estructuras de acero (Parte 1.3_ Reglas adicionales para perfiles chapas de paredes delgadas conformadas en frio)

3. Materiales

Perfiles de acero conformados en frío

fyk : 235 N/mm2

fu : 360 N/mm2

4. Acciones consideradas a. Nieve

La estructura está ubicada en Cercedilla, una localidad de Madrid (Zona climática 4) ubicada a 1214 m de altitud, cuyo valor de la sobrecarga de nieve debe ser adaptado a tal condición.



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b. Viento

qb : 0.42 Madrid, Zona A

Ce: 2.3 Zona III, Altura del punto considerado 9 m

Cp: 0.65 Esbeltez 11/17 = 0.65

Cs: -0.4 Esbeltez 11/17 = 0.65

qp = 0.42 · 2.3 · 0.65 = 0.63 qs = 0.42 · 2.3 · 0.4 = 0.39 qw ≈ 1 kN/m2

c. Valores considerados

Peso propio de la estructura (PP) + Carga muerta (CM) 2 kN/m2

Sobrecarga de uso (SCU)_ Categoría A1 Vivienda 2 kN/m2

Sobrecarga de uso (SCU)_ Categoría G1 (inclinación 34º) 0,5 kN/m2

Sobrecarga de nieve(N)_ Altitud 1214 m 1.9 kN/m2

Sobrecarga de viento (W) 1 kN/m2

d. Combinaciones de carga

ϒg : 1.35 ϒq : 1.5

ELS_ SCU PP + CM + SCU + 0.6 W

ELS_WIND PP + CM + W + 0.7 N

ELS_SNOW PP + CM + N + 0.6 W

ELU_SCU ϒg PP + ϒg CM + ϒq SCU + ϒq 0.6 W

ELU_WIND ϒg PP + ϒg CM + ϒq W + ϒq 0.7 N

ELU_SNOW ϒg PP + ϒg CM + ϒq N + ϒq 0.6 W



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5. Resistencia al fuego

Al ser la estructura compuesta por perfiles de acero de pequeño espesor, la resistencia al fuego requerida se consigue a través del revestimiento. Todos los perfiles irán protegidos, y los elementos estructurales tendrán que quedarse a una temperatura inferior de los 350 °C. Los elementos de forjado, inferiormente se recubren con paneles de paneles de yeso ignífugos, mientras que las cerchas del altillo se revisten con elementos del mismo material.



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6. Perfiles empleados



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C 60.30.10 / t 1.5



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C 160.80.20 / t 1.5



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C 220.80.20 / t 1.5



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7. FORJADO DE PLANTA BAJA

El forjado de planta baja salva una luz de 8.9 m gracias al empleo de la cercha propuesta cuyos esfuerzos son los siguientes:



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Los valores más representativos y los que nos guiarán en el dimensionado de la cercha son los siguientes: Cordón superior: -65.61 kN El caso del cordón al tratarse de un elemento a compresión, deberemos analizar cómo se comporta frente a pandeo, en cualquier caso debido a que el elemento de forjado será un tablero de madera atornillado a la propia cercha podemos concluir que la luz de pandeo en ambas direcciones es de 60 cm. A pesar de que el valor del axil es similar al del cordón inferior, el hecho de que este sea de compresión puede llevarnos al empleo de más de un perfil para resistir el pandeo. Perfil (2 x 160.80.20 t1.5) Un solo perfil es capaz de soportar 35.83 kN, por lo que con el empleo de cordón formado por dos perfiles resistirá el doble.

71.66 kN > 65.61 kN Cordón inferior: 64.77 kN El cordón inferior, solicitado a tracción dependerá directamente del área y la resistencia del acero, y su dimensión dependerá de estos factores. Perfil del cordón inferior: (2 x 80.30.10 t1.5) Empleando un detalle constructivo igual al anterior, pero con un perfil de menor dimensión se consigue una solución optimizada y que además permite una unión adecuada entre cordón inferior y los montantes y diagonales. El área del perfil es de 193 mm2 y trabajamos con un acero de fy=235 N/mm2 por lo que su resistencia a tracción contando sólo un perfil será 193 x 235 = 45 355 N Cuando colocamos los dos perfiles unidos somos capaces de soportar un axil del doble. 2 x 45.34 = 90.68 kN > 64.77 kN

Montante y tirante: -18.85 kN A pesar de que existe una diagonal cuyo axil es mayor, el hecho de que este a compresión produce que el elemento de análisis sea el de -18.85 kN Perfil (80.30.10 t1.5) Uniendo los cordones inferior y superior se colocan estos perfiles entre medio de los perfiles que dobles que forman los cordones. 26.84 kN > 18.85 kN

C 60.30.10 / t 1.5

C 160.80.20 / t 1.5



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8. FORJADO DE PLANTA PRIMERA

El espacio que actúa de pasarela entre las dos zonas forjadas con las cerchas ya comentadas se soluciona con un perfil de manera singular colocado biapoyado trabajando a flexión simple. Gracias al programa AISIWIN podemos definir una sección y unas condiciones de carga y asignando unos límites de flecha nos indica cual es la máxima luz que cubre el perfil seleccionado bajo los criterios de flecha y resistencia propia.

El perfil empleado es el ya analizado 160.80.20 t1.5 y la luz a cubrir es de 2.54 m

C 160.80.20 / t 1.5



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Por su parte el comportamiento de la cercha es exactamente igual que en la planta baja por lo que la solución va a ser la misma.



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9. FORJADO DEL ALTILLO

Para la resolución de este forjado partimos del hecho de que disponemos en las fachadas norte y sur de dos muros existentes que nos sirven de puntos de apoyo. Para la resolución del resto del espacio diferenciamos principalmente dos elementos, por un lado la cercha que conecta longitudinalmente los muros y que se apoya en estos mismos, y por otro lado los perfiles que trabajan a flexión simple biapoyados en las cerchas. Las cerchas principales tienen los siguiente esfuerzos y dimensiones:



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Cordón superior: -112.12 kN El caso del cordón al tratarse de un elemento a compresión, deberemos analizar cómo se comporta frente a pandeo, en cualquier caso debido a que el elemento de forjado será un tablero de madera atornillado a la propia cercha podemos concluir que la luz de pandeo en ambas direcciones es de 60 cm. Debido a la gran dimensión del axil a compresión, debemos solucionar el cordón superior con una sección de 3 perfiles como la que sale en el detalle, formada por 2 perfiles C 220.80.20 / t 1.5 y uno de C 160.80.20 / t 1.5 de manera que la resistencia de los 3 sea de: 2 x 50 kN + 1 x 35kN = 135 kN > 112.12 kN

C 220.80.20 / t 1.5 C 160.80.20 / t 1.5 Cordón inferior: 119.6 kN El cordón inferior, solicitado a tracción dependerá directamente del área y la resistencia del acero, y su dimensión dependerá de estos factores. Empleando un perfil C 160.80.20 / t1.5 el área del perfil es de 523.9 mm2 y trabajamos con un acero de fy=235 N/mm2 por lo que su resistencia a tracción contando sólo un perfil será 523.9 x 235 = 125 231 N > 112 120 N Montante y tirante: -53.68 kN A pesar de que existe una diagonal cuyo axil es mayor, el hecho de que este a compresión produce que el elemento de análisis sea el de -53.68 kN Perfil (160.80.20 t1.5) Uniendo los cordones inferior y superior se colocan estos perfiles entre medio de los perfiles que dobles que forman los cordones. 58.5 kN > 18.85 kN



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Por último los elementos que apoyan en la cercha y trabajan a flexión, están resueltos con un perfil tipo C 220.80.20 / t 1.5 y su capacidad a flexión según el programa nos permite cubrir una luz mayor que la que están cubriendo de 4.38 m



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10. CUBIERTA

Empleamos dos soluciones distintas, unas para la cubierta del nivel inferior y otra para el perfil superior. En el caso de la correa del nivel inferior la solución se ha basado en desarrollar unos puntos de apoyo para los faldones de la cubierta que fueran indeformables. Para tal objetivo se ha optado por acoplar en la cabeza del muro una cercha en posición horizontal con una modulación adaptada al ritmo de las correas del faldón. Las cargas que actúan sobre esta cercha son las reacciones horizontales del modelo de cubierta.

Reacciones de cada correa: CM = 3.58 kN SCU = 1.79 kN Snow = 6.8 kN

Reacciones de la CM



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Debemos comprobar la mayor compresión 45.56 kN < 61.44 kN

Una vez definida esta cercha, solo debemos preocuparnos de emplear un perfil que resista la flexión a la que va a ser sometida en cubierta.

Con un perfil C 160.80.20 / t1.5 no tenemos la resistencia suficiente para cubrir la luz del faldón que es de 4.83 m, es por ello que necesitamos emplear un perfil doble unido por las almas.



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En el caso de la cubierta superior, los apoyos sobre los que se sustenta, son los muros hastiales, pertenecientes al edificio original. La luz libre entre los muros de apoyo es de 10 m y los faldones tienen una altura de 6 m. Al contar con las tablas de madera que forman el apoyo continuo del cerramiento, las cargas se descomponen y se tiene en cuenta la fuerza paralela al faldón para la cubierta. De este modo el faldón actúa como una cercha de 6 m de canto y 10 m de luz. Teniendo en cuenta la separación entre montantes, para encajar los paneles de aislamiento, se deja un espacio de aproximadamente 60 cm entre los montantes de la cercha o pares de cubierta. En cuanto a las diagonales, se colocan perfiles cruzados con un ancho de 4 separaciones entre montantes. A continuación, se muestra el modelo de la cubierta superior:



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Mediante el modelo realizado se comprueba a que axiles y momentos están sometidas las correas, los montantes y las diagonales, con lo cual se dimensionan los perfiles.

Axiles de la cubierta

Momentos de cubierta Los perfiles escogidos son C160.80.20 con un espesor de 1,5 mm para las diagonales y montantes y U163.30 con espesor de 1,5 mm para los cordones superior e inferior. Por último, se muestra el detalle de la cumbrera:



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11. REPORTAJE FOTOGRÁFICO

Imagen de conjunto

Imagen de conjunto



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Imagen de conjunto

Forjado de planta baja



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Forjado de planta segunda

Forjado de altillo



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Cubierta del nivel inferior

Cubierta nivel superior

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