Manual de usuario de ESwin - Estructuras Tridimensionales.
Bloque II - Estructuras metálicas

Capítulo 2.1.- Ejemplo de estructura metálica

Contenido de este capítulo:

1.- Barras y el elementos constructivos de acero.

1.1.- Barras de acero.

El módulo EAwin - Estructuras de acero añade a ESwin la posibilidad de crear un nuevo elemento de cálculo: la barra de acero (). La barra de acero se define exactamente igual que una barra de material genérico (consulte el capítulo 1.3 para más información sobre el manejo de barras), como una línea entre dos puntos llamados nudos.

Sus propiedades también son similares a las del resto de elementos tipo barra admitidos por el programa. Si hace doble clic sobre una barra (o bien utiliza la opción Datos->Entidades seleccionadas ), accederá a su cuadro de propiedades, organizado en cuatro solapas:

• La solapa Sección le permitirá elegir el perfil a disponer en la barra seleccionada, mostrando la lista de perfiles definidos en la base de datos de secciones de acero. En ESwin no es posible definir un perfil concreto para un proyecto concreto, sino que debe almacenarse en la base de datos. Esta base de datos, accesible desde la opción de menú Archivo->Bases de datos->Secciones->Acero es abierta y permite definir cualquier perfil que se ajuste a los tipos predefinidos que admite el programa, que son los que aparecen en la figura siguiente:
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• La creación de nuevos perfiles es muy sencilla, ya que la propia base de datos cuenta con herramientas que permiten el cálculo automático de los valores estáticos, siendo las dimensiones el único dato estrictamente necesario. Si desea más información sobre la gestión de esta base de datos, consulte el tema de ayuda Base de datos de perfiles de acero, dentro de la ayuda en línea (F1).
• Una diferencia fundamental entre las barras de acero (y cualquier otra barra de cálculo) con las barras de material genérico es que las secciones fijadas en este cuadro son secciones mínimas. Si realiza un dimensionado, el programa podrá aumentar las secciones hasta cumplir con las comprobaciones. La sección que una barra de acero tiene en un determinado momento se conoce como sección actual y se detalla en el cuadro de texto de la parte inferior de la solapa ("Tamaño actual"). Lógicamente, antes de realizar ningún tipo de cálculo las secciones inicial y actual son la misma.
• La opción Forzar Tamaño permite fijar el tamaño del perfil en la sección actual. Con esta opción, aunque se hagan dimensionados, la sección no varía.
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• En el caso de barras de sección variable, en este cuadro aparecen además dos casillas que permiten definir la diferencia entre la sección inicial y final de la barra.
• La solapa Material permite elegir el tipo de acero a disponer en la barra seleccionada. En ella se muestra una lista con los aceros contenidos en la base de datos de materiales / acero. Por defecto, los aceros que contiene la base de datos son los aceptados por el DB-SE-A. También puede elegir los materiales anteriores al CTE (los recogidos por la norma EA-95) con el desplegable "Base de datos a mostrar".
• Tenga en cuenta que al elegir un material de la EA-95, ciertas comprobaciones también se realizarán siguiendo esta norma.
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• La solapa Cargas es idéntica a la del resto de barras admitidas por ESwin. En el epígrafe 6 del capítulo 1.3 se explica detalladamente el funcionamiento de esta solapa.
• La solapa Crecimiento también es idéntica a la del resto de barras; su funcionamiento se explica en el epígrafe 3.1 del capítulo 1.3. Como novedad con respecto a las barras de material genérico, está la posibilidad de definir el crecimiento de la sección manteniendo fija una cara o una esquina de la sección mínima.
• También aparecen la opción Cortar elemento constructivo en nudo inicial / final, propia de barras de cálculo como ésta. Esta opción permite delimitar el alcance de un elemento constructivo, y su funcionamiento se explicará en el apartado siguiente.
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1.2.- El modelo de elementos constructivos.

Cualquier barra de ESwin que sea objeto de comprobaciones (es decir, cualquiera que no sean de material genérico) forma parte de un elemento constructivo. Los elementos constructivos son agrupaciones de barras que se comprueban de forma conjunta. Por ejemplo, un dintel de un pórtico simple a dos aguas estará formado por dos barras, sin embargo, de cara a la comprobación de flecha o a pandeo lateral, ambas barras deben considerarse un elemento único.

La agrupación en elementos constructivos se realiza siguiendo unos criterios determinados; dos barras formarán parte del mismo elemento constructivo si:

• Están conectadas por un nudo.
• Son colineales o forman un ángulo inferior al límite especificado en Datos->Generales->Avanzadas (30º por defecto).
• Coinciden en sección, material, ángulo, conjunto y crecimiento.
• En el nudo común no existen rótulas.
• Si las barras son verticales, en el nudo común no existen otras barras o superficies bidireccionales que coarten el desplazamiento horizontal en las dos direcciones principales. Este criterio se puede desactivar con la opción Interrumpir pilares arriostrados entre plantas, dentro de Datos->Generales->Avanzadas.
• En el nudo común no se ha partido el elemento constructivo (solapa Crecimiento del cuadro de propiedades de la barra)

Por tanto, en ESwin existen dos modelos de cálculo:

• El modelo de barras, que permite definir la geometría, las secciones, los apoyos, y las cargas. Es decir, todos los datos que necesita el programa para calcular esfuerzos y desplazamientos.
• El modelo de elementos constructivos, formado por agrupaciones de barras sobre las que se realizan las comprobaciones. Por tanto, es en este modelo donde se definen los criterios para realizar las comprobaciones (flecha, resistencia, pandeo lateral, etc.)

Para pasar de un modelo a otro, use la opción Ver->Modo barras / elementos constructivos (). Observará que al cambiar al modelo de elementos constructivos las barras cambian de color; este color depende de la función asignada a cada elemento.  La creación de los elementos constructivos tiene lugar cuando accede por primera vez a este modelo, es por eso que en muchos casos el panel de Elementos se mostrará vacío si el modelo de elementos constructivos aún no ha sido generado.

Modelo de barras	Modelo de elementos constructivos.

Aquellos elementos que no formen elemento constructivo (barras genéricas, zapatas y superficies) se comportarán exactamente igual en el modelo de barras y en el modelo de elementos constructivos.

1.3.- Elementos constructivos de acero.

1.4.1.- Propiedades de los elementos constructivos de acero.

Las propiedades de los elementos constructivos son distintas a las de las barras, y están relacionadas con las comprobaciones que le afectan. El cuadro de propiedades de los elementos constructivos de acero consta de tres solapas (cuatro si tiene licenciado el módulo RFwin), que son:

• Solapa Sección: es prácticamente idéntica a la solapa del mismo nombre del modelo de barras. La solapa sección del elemento constructivo permite cambiar de golpe el perfil de todas las barras que lo forman. La única diferencia entre las solapas "Sección" es que en modelo de elementos constructivos no se puede modificar la variabilidad de las secciones (caso de secciones reforzadas y variables).
• Solapa Material: es idéntica a la solapa del mismo nombre del modelo de barras.
• Solapa Comprobación: esta solapa es la más importante del elemento constructivo, ya que permite configurar las comprobaciones que se realizarán durante el cálculo. El contenido de esta solapa se explica con mayor detenimiento en los siguientes epígrafes.

1.4.2.- Comprobaciones de Estado Límite de Servicio en elementos constructivos de acero.

En el caso de barras de acero, las comprobaciones de Estado Límite de Servicio son las relacionadas con las deformaciones máximas. El programa puede realizar cuatro comprobaciones, las dos primeras están orientadas al cálculo de elementos horizontales (pisos y cubiertas):

• Deformación + desplazamiento de nudos: el programa comprueba el desplazamiento absoluto de todas las secciones del elemento constructivo (lo que incluye sus nudos inicial y final), comparando el máximo con una fracción de la longitud de éste.
• Deformación - desplazamiento de nudos: es una comprobación de flecha local a nivel de barra. El programa, a partir de los esfuerzos obtenidos del cálculo matricial, calcula la flecha máxima de la barra, que es comparada con una fracción de la longitud de ésta. Por este procedimiento no se tiene en cuenta el movimiento de los nudos.

Hay que tener muy claro para qué sirve cada una de estas comprobaciones. Como ayuda, tenga en cuenta los siguientes tres casos típicos:

1. Elemento constructivo en voladizo: debe utilizarse la primera comprobación, ya que la segunda resultaría despreciable al no considerar el movimiento de nudos.

2. Un elemento constructivo con dos o más apoyos, sin nudos intermedios que puedan sufrir movimientos de importancia: debe comprobarse con la segunda opción, haciendo tantas comprobaciones de flecha como tramos de barra existan:

3. Elemento constructivo biapoyado, con nudos entre los apoyos: debe utilizarse la primera comprobación, para que se tenga en cuenta el desplazamiento de los nudos intermedios y para que la luz considerada en el cálculo sea la longitud de todo el elemento (la segunda comprobación tomaría la longitud de las barras).

Cualquier otro caso debe resolverse adaptándose a los anteriores, rompiendo los elementos constructivos donde convenga. Por ejemplo, una viga continua que termina en un voladizo debe interrumpirse como elemento constructivo en el nudo que conecta con el voladizo, y tratar las dos partes (viga continua y voladizo) por separado.

En el caso de vigas aisladas de un único vano, definidas entre nudos inmovilizados, ambas comprobaciones son equivalentes.

Las otras dos comprobaciones están orientadas al cálculo de pilares, y ambas se realizan a nivel de elemento constructivo:

• Desplazamientos horizontales (altura total): esta comprobación mide el desplazamiento horizontal (X,Y) del nudo superior de un soporte y lo compara con una fracción de la cota Z del mismo. Es decir, si el nudo superior del pilar está en la cota 5,00 m, y el límite es H/500, el límite del desplazamiento horizontal será 5,00/500 = 0,01 m = 1 cm.
• Desplazamientos horizontales (altura planta): esta comprobación mide el desplazamiento horizontal relativo entre el nudo superior y el inferior de cada pilar, comparándolo con una fracción de la longitud del propio pilar.

1.4.3.- Comprobaciones de Estado Límite Último en elementos constructivos de acero.

Las comprobaciones disponibles para E.L.U son las siguientes:

• Agotamiento de secciones por plastificación: esta comprobación es básica: verifica, en distintas secciones a lo largo de todo el elemento constructivo, que la tensión normal que se alcanza es inferior en todo caso a la resistencia de cálculo del acero (f_yd), de acuerdo con las expresiones definidas en DB-SE-A 6.2.8. Las tensiones tangenciales provocadas por el esfuerzo cortante se comprueban de forma independiente; cuando se sobrepase la mitad de la resistencia a cortante de la sección, se comprobará además la interacción con las tensiones normales.
• Pandeo lateral: el pandeo lateral es el vuelco parcial de la sección, causado por una compresión localizada en la parte superior o inferior de la misma (consecuencia de la flexión). Es una comprobación que se realiza a nivel de elemento constructivo; si existen puntos inmovilizados en éste, el elemento constructivo se subdivide en tantos elementos como corresponda y realiza la comprobación en cada uno de los tramos resultantes.
• Cuando en un elemento constructivo puede producirse pandeo lateral, el DB-SE-A introduce en la comprobación a flexión un coeficiente reductor c_LT que disminuye su resistencia a flexión. Este coeficiente, junto con el que se obtiene del pandeo por compresión, resultando un momento último de la barra (M_Brd) inferior al de la sección. En los puntos en los que se rebase dicho momento, será preciso inmovilizar el perfil o aumentar su tamaño. Esta comprobación es de aplicación en elementos flectados, cuando la distancia entre puntos inmovilizados sea mayor a 40 veces el radio de giro menor de la sección. ESwin limita la aplicación de esta comprobación a secciones tipo doble T.
• Pandeo local: esta comprobación es doble, y verifica que no se producen inestabilidades locales: a nivel de ala comprueba que no se da abolladura del alma por la actuación de cargas verticales concentradas (o elevado esfuerzo cortante), y a nivel de ala, comprueba que las alas no sufren alabeo por efecto de las tensiones de compresión (pandeo local de ala).
• Pandeo por compresión: es el pandeo global del elemento constructivo, producido como consecuencia de una fuerte compresión y falta de inercia en alguno de los planos principales de la sección.
• Las condiciones de contorno influyen notablemente en el pandeo por compresión, siendo importante el concepto de longitud de pandeo, que representa la longitud que tendría un soporte biarticulado que sometido a los mismos esfuerzos que el soporte comprobado, provocara una deformación por pandeo idéntica. La longitud de pandeo está relacionada con la de la pieza mediante el coeficiente b (L_K=b·L), cuyo valor oscila entre 0,5 y 1,0 para soportes sin posibilidad de movimiento horizontal relativo entre sus nudos (estructuras intraslacionales) y es mayor que 1,0 para soportes que sí permitan dicho movimiento (estructuras traslacionales). EAwin permite obtener el coeficiente b de tres maneras:
  • Fijándolo: será recomendable fijarlo a mano cuando el comportamiento del soporte se adapte bien a alguno de los modelos canónicos (biarticulado, ménsula, empotrado - articulado, etc.).
  • Por el método de Julian-Lawrence: es el método propuesto por el CTE, pero su ámbito de aplicación no es excesivamente amplio, quedando reducido a estructuras reticuladas con soportes empotrados en cimentación.
  • Por el método de las asimetrías: este método introduce unos coeficientes correctores en el método de Julian-Lawrence para adaptarlo mejor al cálculo de pórticos articulados en cimentación.
• En el caso del pandeo, es importante tener en cuenta lo siguiente: en ESwin, el coeficiente de pandeo (β) en un eje, multiplica la longitud de cada barra para obtener la longitud de pandeo. Por ejemplo, si se tiene un elemento constructivo formado por varias barras de 4,50 m,  al fijar β=2,00, la longitud de pandeo será en cada barra L_K=2,00 · 4,50 = 9,00 m.
• Cuando β se calcula de forma automática, el programa divide el elemento constructivo en tramos de pandeo independientes (pudiendo tener cada tramo varias barras) calculando un β_T global para cada tramo, del que se deducen posteriormente los β de cada barra del tramo, verificándose siempre que β_T · L_T = β · L_B. En este caso particular, puede utilizar el cálculo automático, y comprobar que los resultados son similares a los obtenidos forzando el coeficiente.
• Si desea conocer el alcance de un tramo de pandeo, sitúese en el modelo de barras, seleccione una barra y pulse:
  • La tecla X para saber la longitud de su tramo de pandeo en el plano x'z' (eje y').
  • La tecla Y para saber la longitud de su tramo de pandeo en el plano y'z' (eje x').

Cuando los tramos obtenidos por el programa no se ajusten a lo que en realidad se desea, será cuando haya que modificar a mano los coeficientes de pandeo.

• Otra magnitud relacionada con el pandeo es la esbeltez (λ), que mide la sensibilidad de la pieza a sufrir pandeo. Depende de la resistencia del acero, el radio de giro de la sección y la longitud de pandeo de la pieza. El DB-SE-A establece una limitación de la esbeltez para que no pueda producirse el pandeo en situaciones no previstas en proyecto, como por ejemplo, durante la manipulación de los perfiles. Estos límites son:
  • 2,00 en elementos principales.
  • 2,40 en elementos secundarios.
  • 3,00 en elementos de arriostramiento; en elementos de arriostramiento secundarios y traccionados se admite una esbeltez de hasta 4,00.
• El pandeo debe comprobarse en los dos ejes principales del perfil, resultando siempre uno más desfavorable, que arroja un coeficiente reductor c que disminuye su resistencia a compresión. Este coeficiente se introduce en la comprobación de interacción de esfuerzos, disminuyendo la resistencia global de la pieza.
• Resistencia a tracción simple: es una sencilla comprobación que verifica que el axil positivo no rebasa la resistencia a tracción de la pieza. Es una comprobación adecuada para tirantes y arriostramientos no destinados a trabajar a flexión ni compresión.

2.- Creación de la geometría de la estructura del ejemplo.

2.1.- Generación de la geometría básica.

En este ejemplo se desarrollará una pequeña nave industrial con entreplanta, de 13,10 m de ancho y 6 pórticos separados entre sí 4,50 metros. Los planos de planta de la nave se encuentran en el directorio Ejemplos, y a partir de ellos puede empezar a crear la estructura de plantas, tal y como se explica en el epígrafe 2 del capítulo 1.3 del presente manual. Sitúe tres plantas en el edificio:

La planta de la nave es algo irregular, mostrando una parte achaflanada, tal y como se puede ver en los planos:

Para crear esta geometría, puede utilizar el Asistente, que le generará una estructura convencional de nave industrial, a partir de la cual puede realizar las oportunas modificaciones hasta conseguir la estructura final.

También puede generar la geometría y las cargas de forma rápida utilizando la aplicación ENwin - Estructuras de naves. Esta aplicación es un programa 2D que calcula ciertas tipologías de naves de forma rápida y sencilla; este programa tiene la capacidad de exportar la geometría a ESwin, incluyendo las cargas de viento, uso y nieve.

Vaya a Datos->Asistente y seleccione "Nave industrial" dentro de los asistentes de EAwin:

Haga clic en Iniciar para empezar. Siga los pasos que le aparecen en pantalla e introduzca los datos que aparecen a continuación:

Paso 1: Pantalla de bienvenida. En esta pantalla no necesita introducir dato alguno.
	Paso 2: Dimensiones. En esta pantalla deberá indicar las dimensiones básicas de la nave. Aunque la anchura de la nave es de 13,10 metros, para que quede espacio entre los ejes de los pilares y los bordes de la nave, se le dará al pórtico una anchura inferior (12,80 m).
	Paso 3: Definición de faldones. En esta pantalla se debe indicar el número de pórticos (6) y el número de correas por faldón (5 correas por faldón resultarán separadas una distancia de 1,60 m aproximadamente). La casilla "Arriostrar cada ... correas" permite indicar cuántas correas abarca la cruz de San Andrés de cubierta. Si se arriostra cada 3 correas, la cruz se dibujará abarcando 2 vanos. Si se quisiera colocar una única cruz (4 vanos), habría que arriostrar cada 5 correas.
	Paso 4: Materiales. En este apartado deberá indicar los perfiles y materiales a disponer en cada elemento estructural. Cada elemento tiene un botón que abre un pequeño diálogo de consulta que permite elegir la sección y el material, similar a las solapas Sección y Material del cuadro de propiedades de la barra de acero. Seleccione los perfiles que aparecen en la captura figura de la izquierda. Como material, utilice el S275JR en todos los elementos, salvo en correas, donde es preferible seleccionar S235JR al ser un acero más habitual en perfiles conformados.
Es importante dar unas secciones mínimas que no sean demasiado pequeñas, ya que en ese caso, en un precálculo el programa podría detectar desplazamientos excesivos e interpretar el comportamiento de la estructura como el de un mecanismo.
	Paso 5: Características de la entreplanta.  Este cuadro permite generar automáticamente pilares y vigas para formar la entreplanta. Aunque la nave de este ejemplo tiene una entreplanta, no se utilizará el asistente para ello, ya que resultará más sencillo dibujarla sobre los planos de planta. De todas formas, si se quisiera generar con el asistente, habría que marcar el paño "C3" e introducir los siguientes datos: Altura: 4,00 m. Nº de pórticos: 4. Distancia P1: 6,40 m. Distancia P2: 0,00 m.
	Paso 6: Características de los Hastiales.  Esta pantalla permite generar pilares (hasta dos) hastiales, introduciendo las distancias hasta el pilar principal de la nave. Sin embargo, este sencillo planteamiento presenta un problema: para que las cargas frontales se distribuyan correctamente a través de los elementos de arriostramiento, es conveniente que el pilar hastial quede bajo una correa arriostrada.  Introduciendo las distancias en este cuadro es difícil que eso ocurra, así que es recomendable no utilizarlo y manejar las herramientas de dibujo de ESwin para crear los hastiales a mano. Por tanto, deje las casillas en 0,00 y continúe adelante.
	Paso 7: Viga de entramado.  La viga de entramado enlaza los pórticos entre sí, cerrando el arriostramiento lateral. Esta viga no es imprescindible, ya que si no se coloca, la correa del borde se encargará de cerrar el arriostramiento lateral. En este ejemplo se prescindirá de esta viga, así que es indiferente la sección que seleccione aquí.
	Paso 8: Fin del asistente.  Cuando llegue a esta pantalla, habrá introducido todos los datos necesarios para generar la estructura. Haga clic en Finalizar para generar la geometría. En este punto el asistente comprobará si los datos introducidos son válidos, en caso de error, puede volver atrás para modificar alguno de los datos introducidos.

Una vez concluido el asistente, verá que el programa le pide que marque un punto para situar la nave. Marque un punto cualquiera en la pantalla, para crear la geometría.

Si tiene licenciado el módulo NAwin, observará que en las bases de los pilares los nudos aparecen como placas de anclaje. En este capítulo no se va a tratar este tema. Para más información sobre el cálculo de placas de anclaje consulte el capítulo 2.3.

Para situar la estructura sobre los planos de planta puede actuar de dos formas:

• Desplazando los planos de planta utilizando Insertar->Referencia vertical y Herramientas->Alinear con referencia.
• Moviendo la estructura hasta hacerla coincidir con los planos de planta. Esto puede resultar más sencillo: basta con seleccionar la estructura y desplazarla con Edición->Mover ().

2.2.- Modificaciones sobre la estructura inicial.

2.2.1.- Eliminar elementos sobrantes.

Los siguientes elementos sobran, y deben ser eliminados:

• Arriostramientos laterales: como la nave realmente tendrá dos plantas, interesa adoptar otra configuración de los arriostramientos laterales, tal y como se verá más adelante.
• Viga de entramado, como se explicó anteriormente.
• Arriostramientos de cubierta: aquellos que caen sobre la zona achaflanada deben ser eliminados y redibujados una vez se corrija la geometría.

Una forma rápida y sencilla de seleccionar estas barras que se deben borrar es utilizando el Panel de Elementos. Al filtrar su contenido por conjuntos, aparecerá una lista sobre la que se pueden seleccionar y eliminar con la opción de menú Edición->Eliminar ().

Los elementos desparecerán del dibujo aunque no de la lista, para que dejen de verse en ésta debe pulsar Actualizar ().

Las cruces de cubierta debe borrarlas seleccionándolas directamente desde el dibujo:

Al eliminar elementos, ocurre lo siguiente: quedan barras colineales interrumpidas por un nudo que no tiene sentido. Esto se puede ver, por ejemplo, en la parte alta de los pilares, donde antes había una viga de entramado:

Para quitar esos nudos innecesarios, seleccione todos los pilares y vaya a la opción Edición->Unir (). Esta modificación no es imprescindible, aunque sí recomendable, ya que optimiza el número de nudos de la estructura.

2.2.2.- Recortar la estructura en la zona achaflanada.

Para hacer este recorte, seleccione toda la estructura (Ctrl+E) vaya a la herramienta Edición->Recortar () y trace una línea entre los pilares primero y último del chaflán:

Una vez marcado el segundo punto, seleccione la opción Terminar () en el menú contextual para finalizar el corte:

Aunque aparentemente esta herramienta no ha modificado nada, si se fija bien observará que se han creado nudos que cortan la estructura por un plano vertical definido por la línea anterior. Seleccione la parte sobrante y elimínela ().

Para apoyar las correas que han quedado cortadas, habrá que colocar un dintel entre los puntos señalados en la figura siguiente:

Antes de dibujar el dintel, vaya a Datos->Valores por defecto->Barras de acero e indique:

• Sección: IPE 180 (como los dinteles, pero sin cartela).
• Conjunto: "Dintel chaflán"

Antes de dibujar la nueva barra de acero, preste atención a un detalle: si se fija bien, en los puntos en los que la correa apoya sobre un dintel no aparece un nudo, sino dos. Esto se debe a que el asistente genera una pequeña barra de material genérico entre dintel y correa que permite que la unión entre uno y otro se haga sin transmisión de momentos. Esta barra se conoce como rótula de apoyo y es muy útil para casos como éste.

Entonces, de esos dos nudos el inferior pertenece al pilar y al dintel, el superior pertenece a la correa, y entre uno y otro está trazada la rótula de apoyo. Por tanto, cuando vaya a unir los dos puntos comentados anteriormente, hágalo utilizando el nudo que pertenece al dintel (inferior) y no al de la correa.

Entonces, partiendo del nudo inferior, dibuje el nuevo dintel con la opción Insertar->Barra de acero (). Como las rótulas de apoyo tienen una cierta longitud, las correas estarán un poco más altas que los dinteles. Es por eso que al trazar el nuevo dintel, no se está produciendo correctamente el apoyo en las dos correas que quedaron cortadas:

En esos puntos faltan rótulas de apoyo, y habrá que crearlas a mano, siguiendo estos pasos:

1. Seleccione el dintel y acceda a la herramienta Edición->Partir ().
2. Marque el nudo de la correa. Si se acerca lo suficiente a la unión entre correa y dintel, verá que se ha formado un nudo nuevo, muy próximo al de la correa.

3. Vaya a Datos->Valores por defecto->Barras de material genérico y en la Función especifique Rótula de apoyo.
4. Trace una barra de material genérico () entre los dos nudos. La rótula de apoyo quedará dibujada.

Para trabajar con barras muy pequeñas, como las rótulas de apoyo, conviene disminuir el tamaño de los nudos. Esto se puede conseguir en el cuadro Herramientas->Opciones, en el apartado Gráficas / Representación 3D. 

Para terminar de corregir la estructura, copie (Edición->Duplicar ) un pilar cualquiera, tomando su cabeza como punto de referencia y colocándolo en los puntos donde ahora terminan los dinteles.

Por último, falta un detalle: estos nuevos pilares se han quedado cortos y no llegan hasta el suelo, y por tanto, es necesario prolongarlos. Para ello, siga estos pasos:

1. Dibuje una línea auxiliar cualquiera en la cota 0,00, que es la cota que por defecto tiene el plano de trabajo (menú contextual->Dibujar->Línea).
2. Seleccione el pilar y la línea auxiliar.
3. Vaya a Edición->Prolongar (). El pilar se prolongará hasta "tocar" la cota 0,00.

Es posible que al utilizar esta herramienta el pilar se prolongue pero la placa de anclaje permanezca quieta; para solucionarlo, pulse F5 (Ver->Redibujar).

2.2.4.- Entreplanta.

La entreplanta de la nave de este ejemplo está destinada a ventas, y por tanto debe soportar una sobrecarga uniforme de 5 kN/m2, más las cargas permanentes derivadas del peso del solado y la tabiquería. Suponga que la entreplanta se ejecutará con un forjado de placa alveolar, que descansará sobre unas jácenas metálicas. Existen dos alternativas a la hora de diseñar la entreplanta:

• Trazar las jácenas en el sentido de los pórticos, lo que optimizaría el forjado al reducir su luz (4,5 m), pero perjudicaría a las jácenas, que tendrían una luz de 6,5 m.
• Trazar las jácenas perpendiculares a los pórticos, lo que optimizaría las jácenas (4,5 m de luz) a costa del forjado.

Como los forjados de placas alveolares no son económicos para luces pequeñas, seguramente la segunda opción será la más viable. Además, interesa reducir en lo posible las jácenas, ya que un canto excesivo penalizaría la altura libre en el sótano.

Estas jácenas se ejecutarán en perfiles IPE (partiendo de un IPE 180), reforzadas con cartelas en la unión con los pilares; por tanto se tratará de perfiles de sección variable (similares a los empleados en los dinteles de cubierta), que tienen un tratamiento especial, que se explica en el siguiente punto. Para dibujarlas, vaya a Datos->Valores por defecto->Barras de acero y asigne las siguientes propiedades por defecto:

• Sección: RC-IPE 180 (Perfiles laminados reforzados->Refuerzo Cartela IPE).
• Ángulo: 180º. La razón de fijar el ángulo en 180º es que en las zonas en las que haya cartelas, éstas se colocarán en el lado positivo del eje y'; para que se creen hacia abajo, es necesario fijar el ángulo en 180º.
• Conjunto: "Jácenas".

Sitúese en la Planta Baja, con la vista en planta, y dibuje la jácena central, valiéndose del plano de referencia. Empiece dibujando desde el voladizo que da servicio a la escalera, y continúe, en sentido -Y, hasta un punto intermedio entre el primer y segundo pórtico:

Para llevar la jácena hasta su punto final, utilice la herramienta Prolongar, seleccionando primero la jácena y luego una barra cualquiera del primer pórtico:

A continuación trace las jácenas de los laterales, entre los pilares P6-P9 y P8-P11:

Continúe hasta cerrar el contorno del voladizo

Hay algunas modificaciones que puede realizar para optimizar el peso de la estructura:

• Las barras que van en sentido de las placas no recibe carga (salvo la que llega de las escaleras). Puede ser conveniente sacarla del conjunto, y agruparlas en otro distinto ("Borde forjado").
• Las jácenas laterales, tal y como están, están transmitiendo momentos flectores a los pilares principales de la nave en su plano débil. Para que esto no ocurra, conviene definir rótulas en los nudos de unión con los pilares P6, P8, P9 y P11.
• 
• Esto implica que la unión entre jácena y pilar debe ser articulada. Las rótulas aparecen representadas en 3D mediante un cilindro de color azul claro (si la rótula fuera total, según los dos ejes, sería una esfera):
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Continúe con los pilares centrales. Vaya de nuevo a Datos->Valores por defecto->Barras de acero para definir sus propiedades que serán:

• Sección: HEA-120.
• Ángulo: 0º.
• Conjunto: "Pilar central".

Para dibujar los pilares, acceda a Insertar->Barra de acero () y sitúese en la planta "Sótano". Marque el primer punto donde indica el plano de referencia. A continuación pase a la planta "Baja" y marque el segundo punto (que estará en la perpendicular con la jácena).

Una vez dibujados los nuevos pilares, hay que editar sus nudos inferiores para indicar que se encuentran empotrados:

2.2.5.- Dibujar las cartelas.

Para optimizar el canto de la jácena central, es conveniente disponer cartelas en las uniones de la misma con los pilares centrales P4 y P7, que es donde el momento flector será mayor. Las cartelas abarcarán una longitud de 1 metro a cada lado del pilar.

Para poner una cartela, siga estos pasos:

1. Seleccione la jácena.
2. Acceda a Edición->Dividir (), e indique que desea partir la barra en 1 segmento de 1,00 m. a partir del nudo en el que arranca la cartela. Fíjese en el croquis para saber qué nudo es el que tiene que seleccionar. En la figura siguiente aparece seleccionado el "233" porque así lo indica el croquis.
   
3. Edite el tramo de 1 metro que ha cortado. En la solapa "Sección" ayúdese del croquis de la parte derecha para saber si el nudo donde debe poner la cartela es el inicial o el final. En el caso de la figura siguiente es el inicial, entonces, en la casilla Inicio se dará un incremento del 100% y en la casilla Fin del 0%.
   
4. Haga clic en Aceptar para cerrar el cuadro anterior. En el modelo 3D podrá comprobar que la cartela ha quedado dibujada.
5. 

Repita esto mismo para todos los tramos acartelados (recuerde, que para ahorrar tiempo, puede editar varios tramos simultáneamente). Ahora bien, ESwin no discretiza automáticamente estos tramos a la hora de introducirlos en la matriz de rigidez para el cálculo, por ello, es preciso que el usuario discretrice las barras, dividiéndolas en al menos 4 tramos. Para ello, seleccione todos los tramos con cartela y vaya a Edición->Dividir e indique que desea dividir las barras en 4 segmentos iguales. Con esto, las barras quedarán divididas en tramos que se pueden simular con una inercia constante, cometiendo un error despreciable.

2.2.6.- Cortar los pilares que llegan al muro.

Los pilares P1, P2, P3, P5, P6 y P8 llegan a cimentación embebidos en un muro de sótano, que le da gran rigidez a flexión, actuando casi como si estuvieran empotrados en sus 4 primeros metros. En este caso se puede ignorar ese tramo de pilar, y de forma simplificada, considerar la unión con el muro como un empotramiento (lo ideal realmente sería calcular la rigidez a flexión del conjunto pilar+muro, e introducirla como un apoyo elástico).  Para recortar los pilares, selecciónelos y acceda a Edición-->Partir (),  a continuación marque un punto cualquiera de la planta baja:

Los pilares quedarán partidos en la cota +4,00 (este procedimiento sólo es aplicable a barras verticales, porque al partir una barra por un punto que no pertenece a ella, el programa traza perpendiculares desde el punto hasta la barra, y en la intersección hace el corte).

Una vez partidos los pilares, elimine la parte que sobra. Después, asigne empotramientos a todos los nudos que llegan al muro (incluyendo el de la jácena central):

2.2.7.- Estructura de escalera.

La estructura de la escalera estará formada por dos zancas. Una de ellas arrancará de la jácena lateral que se sitúa entre los pilares P9 y P6 y terminará en el pilar P12, a 60 cm del suelo, tal y como se indica en la figura siguiente:

Para dibujarla de forma sencilla, conviene utilizar el comando Edición->Dividir () para marcar un nudo a 60 de la base del pilar (igual que se hizo para marcar la longitud de las cartelas). Cuando tenga ese nudo, basta con trazar la nueva barra, sin olvidar antes que hay que asignar las propiedades por defecto, que serán:

• Sección: IPE-140
• Conjunto: "Escaleras".
• Ángulo: 0º.

A 1,10 metros de esta zanca de escalera, deberá situarse otra igual. Para dibujarla, marque un nudo en el travesaño superior a 1,10 metros del borde (utilizando Dividir ), y duplique () la barra, moviéndola hasta el nuevo nudo:

Cuando haya dibujado esta nueva barra, dibuje un nuevo tramo hasta cimentación. Para dibujar este tramo puede utilizar las coordenadas relativas (menú contextual -> Coordenadas ):

A continuación, edite el nudo inferior de la zanca para indicar que es un empotramiento:

2.2.6.- Pilares hastiales y arriostramiento de cubierta.

La función de los pilares hastiales es transmitir a cimentación y a los elementos de arriostramiento de cubierta las cargas frontales, evitando que los pórticos trabajen en la dirección perpendicular a su plano. Por tanto, lo lógico es que estos hastiales se definan entre la cimentación y una correa arriostrada.

Así, antes de dibujar los hastiales, conviene terminar el arriostramiento de cubierta, que quedó incompleto al eliminar el trozo de estructura que sobraba en el chaflán. Añada dos nuevas barras de acero para formar las cruces de San Andrés (utilizando los nudos de los dinteles, no los de las correas), pero antes, desactive la opción Partir al dibujar () del menú contextual, para evitar que se forme un nudo en el punto en el que se cruzan los tirantes:

Si ha seguido exactamente el orden de este manual, esas barras deben tener las mismas propiedades que las escaleras. En este caso puede utilizar la herramienta Copiar propiedades () para igualar la sección y el conjunto con las cruces del otro faldón.

Ahora continúe con los pilares hastiales. Vaya a Datos->Valores por defecto->Barras de acero e indique:

• Sección: IPE-160.
• Conjunto: "Hastiales"
• Ángulo: 0º

Sitúese en el pórtico de fachada principal y dibuje dos barras de acero partiendo de los nudos del dintel (no de la correa) indicados en la figura siguiente. La longitud de los pilares es desconocida en principio, por ejemplo, dele un metro (usando coordenadas ).

Para alargar los pilares hasta alcanzar el suelo, utilice la herramienta Prolongar (), seleccionando primero un pilar, y después una viga de la entreplanta:

Repita lo mismo para el pórtico de la fachada posterior. En este caso coloque un único pilar hastial en la posición indicada:

Los nudos de los pilares hastiales se calcularán como articulados, ya que un nudo empotrado en estos casos implicaría una cimentación excesiva para unos pilares secundarios.

2.2.7.- Arriostramiento lateral.

El arriostramiento lateral estará formado por cruces de San Andrés y unas vigas de entramado que permitirán dividir los paños para que las cruces no sean excesivamente largas. Estas vigas serán las primeras a dibujar. Vaya a Datos->Valores por defecto->Barras de acero y asigne estas propiedades:

• Sección: HEA-100.
• Conjunto: "Entramado Lateral".
• Ángulo: 0º.
• Rótulas en nudo inicial y final, en todos los ejes. Este tipo de vigas, destinadas a trabajar a esfuerzo axil únicamente,  no van a llevar una unión rígida a los pilares como norma general, sino que la unión será articulada, y por tanto, así se debe considerar en el modelo de cálculo.

Una vez asignadas las propiedades por defecto, dibuje la viga de entramado lateral siguiendo la altura de la viga de entreplanta. No olvide activar antes la opción Partir al dibujar (), para que se creen los nudos en los pilares:

En el caso del recuadro en el que se ubica la escalera, parece conveniente prolongar la jácena y apoyar la escalera en ésta. Para ello, copie todas las propiedades del tramo de jácena IPE al HEA:

Siguiendo el mismo criterio que en el resto de jácenas unidas a los pilares de los pórticos, habrá que fijar rótulas según el eje x', de forma que no se transmitan momentos al eje débil de dichos pilares:

Volviendo al arriostramiento en sí, continúe dibujando las cruces de San Andrés, asignándoles las siguientes propiedades por defecto:

• Sección: Ø22 ("DIAM-22").
• Conjunto: puede seleccionar el mismo conjunto que el de las cruces de cubierta; al fin y al cabo desempeñan la misma función.

Cuando dibuje las cruces, recuerde desactivar la opción Partir al dibujar y tenga en cuenta que en la cubierta el nudo que debe utilizar para anclar la cruz es el del pilar-dintel (inferior) y no el de la correa (superior).

2.2.8.- Forjado (ficticio).

Tal y como se está desarrollando el ejemplo, el forjado no aparece en el modelo de cálculo de la estructura, sino que se está simulando únicamente la carga que transmite sobre las jácenas. Esto podría provocar desplazamientos relativos entre las cabezas de los pilares del forjado, cuando realmente todos se moverán a la vez. Para evitarlo, se pueden trazar unas barras de material genérico (seleccionando un material sin peso propio) con rótulas en sus extremos que unan las cabezas de pilares entre sí, tal y como se indica en la figura siguiente:

3.- Cargas.

Si no dispone de licencia de los módulos CUwin o CEwin, será necesario definir las cargas sobre la nave como cargas en barras, y calcular manualmente los valores de las cargas de viento y nieve.

Las cargas a considerar en esta nave se deben obtener conforme al DB-SE-AE. La tabla siguiente contiene todas las cargas a considerar en las barras de la estructura, calculadas conforme al DB-SE-AE, salvo el caso de los pilares de esquina, cuyas cargas se deducen de los valores por m² que actúan en sus respectivas fachadas X e Y.

Por tanto, para seguir con el ejemplo, asigne las cargas de la tabla anterior a las barras de la estructura. Tenga en cuenta lo útil que puede resultar la copia de propiedades () para igualar cargas entre barras del mismo conjunto. Para más información sobre la asignación de cargas a barras, consulte el epígrafe 6 del capítulo 1.3 de este manual.

4.- Generación del modelo de elementos constructivos.

4.1.- Paso a modelo de elementos constructivos. Funciones de los elementos.

Ahora mismo, la estructura tiene la geometría y las cargas completas, por tanto, ya se podría hacer un cálculo para obtener esfuerzos y desplazamientos. Lo que queda por configurar son las comprobaciones que determinarán la validez de las secciones empleadas.

Para generar el modelo de elementos constructivos, haga clic en el botón de la barra de herramientas (Ver->Modo barras/elementos constructivos). Observará que las barras cambian de color:

 Los colores que se muestran en pantalla dependen de la Función, que es una propiedad de los elementos constructivos que preconfigura las opciones de comprobación del elemento. Las barras que ha generado el asistente ya tendrán su función correctamente asignada; sin embargo, las que se han dibujado a mano tendrán una función asignada automáticamente por el programa, que puede ser:

• "Pilar sin arriostramiento" si la barra es vertical.
• "Viga de forjado sin muro" si la barra no es vertical.

Será conveniente ir revisando las funciones de los elementos:

• Dinteles y correas: estos elementos tienen la función correctamente asignada por el asistente.
• Dintel auxiliar: se le debe cambiar la función a "Viga de cubierta".
• Cruces de San Andrés: las nuevas cruces de San Andrés aparecerán de un color distinto al que tienen las generadas por el asistente, porque su función será "Viga de forjado sin muro" cuando debería ser "Arriostramiento" o "Tirante". Para asignar la función a todo el conjunto, seleccione una de las cruces que tiene función tirante y copie sus propiedades Función y Comprobación () al resto del conjunto:
• 
• Entramado lateral: hay que cambiar la función de este conjunto a "Viga de entramado". Seleccione una de las vigas, cambie la función y luego copie propiedades () al resto del conjunto.
• Jácenas de forjado: se homogeneizarán a la función "Viga de forjado sin muro >5m".
• Escaleras: la función de las escaleras puede considerarse correcta, aunque atención al tramo vertical, que el programa entenderá como pilar, en este caso hay que cambiar la función para que tenga la misma que el resto del conjunto:
• 
• Pilares centrales: el programa les asigna la función "Pilar sin arriostramiento", lo cual es correcto, ya que el pandeo no se encuentra impedido en ninguna de las direcciones.
• Pilares laterales: es frecuente considerar los pilares de fachada como arriostrados según su plano x' porque el cerramiento impide el pandeo de los mismos, y así lo considera el asistente de ESwin cuando genera la estructura de la nave. Esto es cierto cuando los cerramientos tienen cierta capacidad portante (placas alveolares por ejemplo), pero también es cierto que la propiedad puede, a lo largo de la vida útil del edificio, realizar reformas o ampliaciones que eliminen o sustituyan esos cerramientos, por tanto, es conveniente no considerar dicho efecto arriostrante. Por tanto, puede ser recomendable (dejando la decisión final al proyectista) considerar todos los pilares como no arriostrados (es decir, con posibilidad de pandeo).
• Pilares hastiales: Los pilares hastiales realmente trabajan como vigas que transmiten el viento a los arriostramientos de cubierta, no son pilares que soporten fuertes compresiones. Por tanto, su función se puede asimilar más a "Viga de cubierta" que a un pilar.

El asignar las funciones preconfigura las opciones de comprobación, pero eso no quiere decir que sean las definitivas.

4.2.- Revisión de los elementos constructivos.

Volviendo a lo que se comentó en el apartado 1.4.2 de este capítulo, en algunos casos interesa romper los elementos constructivos, para que las flechas se calculen correctamente. En esta estructura existen algunos de esos casos:

• Jácena central: la viga tiene tres vanos y un voladizo. En los vanos tiene nudos intermedios que pueden desplazarse (caso 3), y por tanto, cada vano debe tratarse como un elemento constructivo separado. Por tanto, será necesario romper el elemento constructivo en los nudos que se indican en la figura siguiente:
• 
• La rotura de elementos constructivos se hace en el modelo de barras (pulsando de nuevo en el botón ), seleccionando una de las dos barras que acometen al nudo, y marcando la casilla Cortar elemento constructivo en nudo inicial / final que se encuentra en la solapa Crecimiento.
• 
• Hecho esto, los distintos vanos de la jácena central se podrán seleccionar por separado cuando vuelva al modelo de elementos constructivos. Ahora conviene cambiar de función el tramo en voladizo a Viga ménsula:
• 
• Jácena lateral: la jácena lateral que continúa en las escaleras tiene el mismo problema. El tramo que enlaza con las escaleras, aunque no es un vuelo propiamente dicho, se comporta de forma similar, ya que el nudo del extremo puede sufrir descensos importantes. En esta jácena por tanto, hay que romper el elemento constructivo donde se indica:
• 
• Dintel auxiliar: hay que partir este dintel en el nudo de unión con el pilar que queda en medio del mismo:

• Pilares que sustentan cubierta y forjado (pilares P9 y P11): en este caso habrá que partir los pilares en el punto de unión con el forjado. Si el forjado se creara como tal en ESwin, no sería necesario hacerlo, pero al no existir forjado en el modelo de cálculo, se debe hacer manualmente.

Romper elementos constructivos no afecta en nada al cálculo de esfuerzos y desplazamientos. Lo único que cambia son las luces y longitudes empleadas en las comprobaciones.

5.- Comprobaciones a realizar en cada elemento.

El siguiente paso será revisar las comprobaciones que se van a realizar en cada uno de los elementos constructivos. En principio todas las barras de un mismo conjunto llevarán las mismas comprobaciones, aunque existirán ciertas excepciones a tener en cuenta.

A continuación se detallan las comprobaciones que deben estar activas en cada elemento. Recuerde que puede utilizar la herramienta Copiar propiedades () para igualar las comprobaciones a realizar en elementos constructivos distintos.

5.1.- Correas.

Se activarán las siguientes comprobaciones:

• Deformación sin desplazamiento de nudos: las correas responden al caso 2, de entre los descritos en 1.4.2, luego la comprobación a realizar para las flechas será ésta. El límite a fijar será L/300.
• Agotamiento de secciones por plastificación: esta comprobación por norma general siempre estará activada.
• Pandeo por compresión: se comprobará en el eje x' de la correa, puesto que en el eje y' se entiende que la propia cubierta evita el pandeo. El coeficiente de pandeo se puede calcular de forma automática o bien forzarlo a β_x=1,00 (ambos métodos darán resultados similares).

5.2.- Dinteles.

Las comprobaciones a tener en cuenta serán:

• Deformación con desplazamiento de nudos, considerando un límite de L/300. En este caso los dinteles responden al caso 3 de los mencionados en 1.4.2: un elemento constructivo inmovilizado en sus extremos que tiene nudos intermedios.
• Agotamiento de secciones por plastificación: esta comprobación por norma general siempre estará activada.
• Pandeo lateral: en principio, para el dimensionado, se supondrá que el dintel está arriostrado en todas las correas. Más adelante se estudiará con detenimiento el pandeo lateral, y se verá en qué puntos realmente es necesario comprobar el pandeo lateral.
• Pandeo local: fijaremos un rigidizador intermedio, entendiendo que en la cumbrera el dintel tiene una chapa transversal que arriostra el alma. Al hacerlo, en el dibujo 3D aparecerá representado dicho rigidizador.
• Pandeo por compresión: se comprobará en ambos ejes, estableciendo un límite de 2 para la esbeltez en ambos planos.
  • En el eje x' (plano del pórtico): si se sitúa en el modelo de barras, selecciona una barra del dintel y pulsa la tecla Y, verá que el tramo de pandeo considerado es sólo la distancia entre correa y correa. Este planteamiento no es correcto, ya que la longitud de pandeo a considerar en el plano del pórtico es toda la longitud del dintel. Como el dintel está formado por 8 tramos iguales, fije β_x=8,00; en los dinteles que están recortados, habrá que disminuir el valor de β manualmente al estar formados por menos vanos, tal y como se indica en la figura siguiente:
  • 
  • En el eje y' (plano de la cubierta): si se sitúa en el modelo de barras, selecciona una barra del dintel y pulsa la tecla X, verá que en los pórticos 1º, 2º, 5º y 6º, la longitud interpretada por el programa es la correcta (distancia entre correas arriostradas), pudiendo dejar el cálculo automático en dichos pórticos, pero en los pórticos 3º y 4º, la longitud seleccionada es la mitad del dintel. Así, para estos dos dinteles se forzará β_x=2,00, de forma que la longitud de pandeo considerada sea la distancia entre correas arriostradas.

En el caso del dintel auxiliar, que cierra la esquina achaflanada de la cubierta, se activarán las siguientes comprobaciones:

• Deformación con desplazamiento de nudos, considerando un límite de L/300. En este caso los dinteles responden al caso 3 de los mencionados en 1.4.2: un elemento constructivo inmovilizado en sus extremos que tiene nudos intermedios.
• Agotamiento de secciones por plastificación: esta comprobación por norma general siempre estará activada.
• Pandeo lateral: se tendrá en cuenta, sin existir arriostramientos intermedios en elementos constructivos.
• Pandeo local: se tendrá en cuenta, sin considerar rigidizadores intermedios.
• Pandeo por compresión: se tendrá en cuenta en ambos ejes, dejando que el programa determine de forma automática los coeficientes de pandeo. La esbeltez límite será λ=2,00, entendiendo que este dintel forma parte de la estructura principal de la nave.

5.3.- Jácenas de forjado y zancas de escalera.

Las comprobaciones a tener en cuenta en las jácenas principales que sustentan el forjado, y en la jácena del borde (que sustenta una de las zancas de escalera) serán:

• Deformación con desplazamiento de nudos, considerando un límite de L/400, en todos los casos. En las jácenas centrales, que tienen sección variable, está claro que se debe optar por esta comprobación por existir nudos intermedios en cada vano. En las jácenas de los extremos del forjado es indiferente la comprobación a utilizar.
• El extremo de jácena que queda en voladizo será una excepción: en este caso el límite a considerar para la deformación será L/200, para tener en cuenta que en voladizos la luz de cálculo es el doble de la longitud del elemento.
• Agotamiento de secciones por plastificación: esta comprobación por norma general siempre estará activada.
• Pandeo lateral: en principio no se tendrá en cuenta, puesto que el forjado arriostrará el cordón superior. Más adelante será preciso considerarlo en los momentos negativos de la jácena central.
• Pandeo local: se considerará, sin rigidizadores intermedios en principio.
• Pandeo por compresión: se considerará sólo en el eje x' (plano perpendicular al forjado), ya que en el otro plano la jácena se encuentra perfectamente arriostrada por el forjado. La esbeltez límite a considerar será λ=2,00, y se dejará que el programa calcule automáticamente el coeficiente de pandeo.

Estos criterios se pueden extrapolar también a las zancas de escalera, con la diferencia de que en las zancas de escalera la deformación a considerar debe ser la que no tiene en cuenta el desplazamiento de nudos.

5.4.- Pilares bajo forjado.

Los pilares que sustentan el forjado deberán llevar las siguientes comprobaciones:

• Desplazamiento horizontal < Altura de planta, considerando un límite de h/250.
• Agotamiento de secciones por plastificación: esta comprobación por norma general siempre estará activada.
• Pandeo lateral: se tendrá en cuenta sin considerar el efecto de arriostramientos intermedios, puesto que no los hay.
• Pandeo local: se considerará sin rigidizadores intermedios.
• Pandeo por compresión: se tendrá en cuenta en ambos planos, con una esbeltez límite de λ=2,00:
  • En el eje x' (plano de los pilares), se dejará que β_x se calcule automáticamente.
  • En el eje y' (plano de los pórticos), se dejará β_y=1,00, asimilando el pilar a una barra biempotrada con posibilidad de traslación en el nudo superior.

En los pilares P9 y P11, en el tramo que queda bajo el forjado se seguirá el mismo criterio, salvo el caso del pandeo (recuerde que estos pilares están girados 90º con respecto a los pilares del centro del forjado). En este caso:

• En el eje x' (plano de los pórticos), se dejará β_x=1,00, asimilando el pilar a una barra biempotrada con posibilidad de traslación en el nudo superior.
• En el eje y' (plano del cerramiento), se dejará β_y=0,70, entendiendo que en este caso la cabeza del pilar se encuentra inmovilizada gracias al arriostramiento lateral.

5.5.- Pilares bajo cubierta.

En el resto de pilares se tendrá en cuenta:

• Desplazamiento horizontal < Altura total, considerando un límite de H/150. Este límite está recogido en el Eurocódigo 3 para pórticos de cubiertas. Aplicar el límite de h/250 recogido en el CTE sería demasiado restrictivo, ya que es un límite pensado para estructuras de edificación en las que el desplome de pilares pueda comprometer la integridad de elementos constructivos. En todo caso, se podría aplicar h/250 únicamente para la hipótesis casi permanente (criterio de apariencia de la obra), pero en este caso el límite del Eurocódigo, aplicado a todas las hipótesis E.L.S., suele quedar del lado de la seguridad.
• Agotamiento de secciones por plastificación: esta comprobación por norma general siempre estará activada.
• Pandeo lateral: se tendrá en cuenta sin considerar el efecto de arriostramientos intermedios, puesto que no los hay.
• Pandeo local: se considerará sin rigidizadores intermedios.
• Pandeo por compresión: se tendrá en cuenta en ambos planos, con una esbeltez límite de λ=2,00, dejando que se calcule el coeficiente β de forma automática en ambos planos.

5.6.- Pilares hastiales.

Como se indicó en 4.1, los pilares hastiales realmente trabajan como vigas, por tanto, las comprobaciones se pueden fijar como sigue:

• Deformación con desplazamiento de nudos: teniendo en cuenta que este tipo de elementos son verticales, aplicarles estrictamente L/300 como límite puede ser demasiado restrictivo, si se compara con el H/250 que se permite en cabeza de pilares. Un criterio aceptable en este caso será adoptar como límite L/250, de forma que se garantice que los desplazamientos en los pilares hastiales son siempre inferiores a los obtenidos en los principales.
• Agotamiento de secciones por plastificación: esta comprobación por norma general siempre estará activada.
• Pandeo por compresión: asumiendo que la fachada arriostra al pilar hastial en el plano del pórtico (normalmente sobre el hastial se situarán correas para sustentar una chapa, arriostrándolo fuertemente), se puede ignorar el pandeo en el eje x'. Por el contrario, si se tendrá en cuenta según el eje y', estableciendo un límite para la esbeltez de 2,40, tal y como se indica en la figura siguiente:

5.7.- Vigas de entramado lateral.

Estos elementos de arriostramiento trabajarán fundamentalmente a tracción o compresión; las comprobaciones a realizar serán:

• Deformación sin desplazamiento de nudos, limitándola a L/300. Realmente no es una comprobación influyente en este tipo de elementos, puesto que no trabajan a flexión, pero de esta manera se asegura que los desplazamientos están controlados.
• Agotamiento de secciones por plastificación: esta comprobación por norma general siempre estará activada.
• Pandeo por compresión: se tendrá en cuenta en ambos ejes, calculando β de forma automática en ambos casos (al estar definidas entre rótulas β siempre va a resultar igual a 1,00). El límite de la esbeltez en este caso será 3,00, por tratarse de un elemento de arriostramiento.

5.8.- Cruces de San Andrés.

En este caso, la única comprobación activa debe ser la Resistencia a tracción simple, ignorando las demás.

6.- Cálculo.

6.1.- Comprobación preliminar.

Antes de abordar el dimensionado, conviene hacer una comprobación preliminar para ver que la estructura funciona como se esperaba. Para ello, basta con acceder a Calcular->Comprobar (). Tras realizar la comprobación, si no hay ningún error en la definición geométrica de la estructura, lo normal es llegar a un estado en el que pocas barras cumplen:

Una vez realizada esta comprobación, conviene generar una deformada 3D de la estructura, para ver si el comportamiento ha sido el correcto. En el capítulo 1.3 del manual de ESwin encontrará información sobre la generación de resultados. En la figura siguiente aparece la deformada para el efecto H17-CG0. Si existiera alguna barra mal conectada en la estructura, o alguna rótula de apoyo que falte, se vería claramente en el dibujo, por lo que la creación de deformadas es una manera útil de detectar errores difícilmente detectables con otro tipo de resultados.

6.2.- Primer dimensionado.

Cuando se trabaja con ESwin, conviene hacer los dimensionados por partes, de forma que se va guiando al programa diciéndole qué barras puede modificar y cuáles no. Para empezar, en un primer dimensionado se calcularán sólo los elementos principales: jácenas, dinteles y pilares, dejando de lado las correas, los arriostramientos, los hastiales y las zancas de escalera.

Impedir el dimensionado de un conjunto es bastante sencillo. Por ejemplo, para hacer que los hastiales  mantengan su sección, edite uno de ellos, y active la casilla Forzar tamaño en la solapa Sección. A continuación, basta con copiar la propiedad () Sección al resto de elementos de su conjunto, seleccionando "Hastiales" en el desplegable Aplicar a:

Repita esto mismo para los siguientes conjuntos:

• Escaleras.
• Correa.
• Entramado lateral.
• Arr. Cubierta.

A continuación, guarde su fichero () y acceda a Calcular->Dimensionar partiendo de secciones mínimas () para empezar el proceso de dimensionado. Este primer proceso de dimensionado será el más lento, ya que es el que requiere un mayor número de operaciones; en sucesivos procesos de dimensionado se calcularán partes de la estructura y el proceso será mucho más rápido.

Cuando el dimensionado termine, observará que ciertos elementos aparecen sobredimensionados. Esto se debe a que la comprobación de deformación + desplazamiento de nudos no sólo influye en cada elemento en sí, sino que además afecta a los que le rodean, por tanto, cada vez que hay un fallo de ese tipo en una viga o pilar, todas las vigas o pilares que influyen sobre ese elemento incrementan su sección. En el siguiente paso se recalcularán los elementos sobredimensionados para conseguir una optimización del material.

6.3.- Recálculo de elementos sobredimensionados.

6.3.1.- Cómo saber si un elemento está sobredimensionado.

Puede que para distinguir un elemento sobredimensionado sólo haga falta echar un vistazo a la sección que ha salido por cálculo, pero para comprobar que efectivamente el elemento está sobredimensionado, haga lo siguiente: en Herramientas -> Opciones sitúese en el apartado Resultados  y configure la columna de la derecha para incluir (en barras) únicamente los siguientes tipos de listado:

• Índice de utilización acero : este listado mostrará el porcentaje de aprovechamiento de las secciones.
• Detalle de las comprobaciones en acero: este listado muestra los resultados detallados de las distintas comprobaciones realizadas.

Cuando acepte el cuadro anterior, para ver los resultados de algún elemento en concreto, basta con seleccionarlo y acceder al botón (Resultados->Entidades seleccionadas).

6.3.2.- Recálculo de jácenas.

Por ejemplo, centre su atención en las jácenas. Vaya al Panel de elementos y actualice su contenido por Conjuntos; seleccione "Jácenas" y pulse el botón .

En pantalla aparecerá la tabla de la figura siguiente. Efectivamente, la jácena está sobredimensionada (actualmente es una IPE-500), la comprobación más restrictiva no supone más del 50,6 % de aprovechamiento:

Para recalcularla,  haga lo siguiente:

• Mantenga las jácenas seleccionadas, y vaya a  la opción de menú Datos->Restablecer a secciones mínimas. De esta forma sólo las jácenas volverán a la sección que se les dio inicialmente.
• Acceda a Calcular->Dimensionar desde secciones actuales ()

Finalmente, las jácenas se quedan en IPE-300.

6.3.3.- Recálculo de pilares centrales.

Los índices de utilización de los pilares (actualmente HEA-240) centrales son los siguientes:

Como puede apreciarse en la tabla anterior, la sección está muy poco aprovechada. Repitiendo el proceso anterior (restablecer a sección mínima, y después dimensionar desde secciones actuales), la sección se quedará en HEA-180, pero por contra, la jácena ha subido a IPE-360:

Esto es completamente normal: cuando la jácena estaba empotrada a unos HEA-240 necesitaba un IPE-300 para resistir, pero ahora está unida a pilares de menor inercia, y por tanto, tiende a deformar más, y necesita un perfil mayor. De hecho, si se observa el índice de utilización del tramo de la jácena que está en ménsula, se puede ver que el aprovechamiento ahora está en el 98%.

6.3.5.- Recálculo del resto de pilares.

Actualmente, los pilares del contorno de la nave tienen una sección IPE-450, mientras los dinteles son IPE-220. Parece, a la vista de los resultados, que los pilares están sobredimensionados. Si genera los resultados sobre los pilares, verá que están poco aprovechados. Lo que ha ocurrido en este caso es que el programa ha aumentado la sección de los pilares para mantener contenida la sección de los dinteles.

Si ahora restablece la sección de los pilares a la mínima, y dimensiona desde las secciones actuales, los pilares quedarán correctamente dimensionados.