Capacidad estructural de cerchas metálicas con carga axial variable

Abstract

RESUMEN : Las cerchas de acero son estructuras que se usan principalmente en cubiertas de naves industriales o coliseos, en puentes y en otras estructuras. Debido a las diferentes configuraciones geométricas y arquitectónicas, a la facilidad de diseño y a los tiempos de construcción son consideradas muy eficientes como solución estructural y arquitectónica. La modelación estructural también es sencilla ya que permite realizar un análisis en dos dimensiones, y generar elementos sometidos principalmente a cargas axiales; sin embargo, los programas de diseño pueden tener limitaciones con el tipo de sección transversal de la cercha, por ejemplo, el programa STAAD.Pro no tiene posibilidad de diseñar cerchas con ángulos enfrentados, la cual es muy eficiente por tener mayor rigidez a pandeo por flexión con respecto al eje y-y (pandeo fuera del plano), por ende, surgió la necesidad de realizar una hoja de cálculo para diseñar este tipo de cercha por medio de la propuesta de cálculo de Garza [4]. Por otro lado, se buscó optimizar el diseño de las cerchas, sabiendo que el diseño a compresión de los elementos puede ser conservador, por considerar longitudes efectivas mayores para los elementos que se pandean fuera del plano, esto principalmente sucede en las cuerdas en compresión que se encuentran arriostradas lateralmente a grandes luces, por lo tanto, si se considera las variaciones de fuerza interna en el cordón comprimido, o el aporte en rigidez que le dan los miembros conectados a este elemento (diagonales y parales) se puede reducir la longitud de pandeo. Por lo cual, se decidió adaptar la hoja de cálculo para implementar de forma alternativa el aporte que genera la variación de las cargas internas, empleando el método de Shrivastava [3]. Finalmente, se obtuvieron resultados satisfactorios. Primero, se pudo extender la hoja de cálculo para diferentes tipos de cercha, no solo para ángulos enfrentados, sino también para ángulos espalda con espalda, para medio o completo perfil I. Segundo, se pudo corroborar el buen funcionamiento de la hoja de cálculo comparando los porcentajes de utilización de una cercha diseñada en STAAD.Pro con la diseñada en la hoja, para el cual se obtuvo un margen de error del 2%. Tercero, se encontró que aplicando el método de Shrivastava [3] para la cuerda comprimida se pudo optimizar el diseño, haciéndolo más económico, y además permitió hacer un despiece más uniforme en toda la longitud de la cuerda.