7.1      Introducción

CivilFEM incluye la posibilidad de definir estructuras sencillas, a partir de su geometría y las cargas a las que estará sometida. A partir de estos datos se creará un prediseño de los parámetros variables para dicha estructura. Estos parámetros, que fundamentalmente serán armaduras de flexión y cortante, están acompañados de valores geométricos para determinadas partes de la estructura y en ocasiones de recomendaciones de diseño.

Además se incluye la posibilidad de generar el modelo de elementos finitos de la estructura para realizar una comprobación más precisa del prediseño, realizar análisis dinámicos, introducir no linealidades, componer estructuras más complejas, etc.

 

7.2      Marcos y Pórticos

7.2.1        Descripción

El objeto de esta aplicación es el cálculo directo de un marco con un modelo de nudos y barras plano, a partir de los datos proporcionados por el usuario de una forma interactiva mediante pantallas gráficas.

Con este modelo, una vez definidas las hipótesis básicas, CivilFEM realiza un cálculo matricial obteniendo las envolventes de cada bloque de combinaciones predefinidas y efectúa el cálculo de las armaduras comprobando el cortante en las secciones críticas, así como el estado tensional.

7.2.2        Datos de entrada

Los datos de entrada necesarios para generar y calcular el marco se pueden desglosar en cuatro partes: datos geométricos, datos del terreno y materiales, datos de carga y vehículos.

7.2.2.1                        Datos geométricos

Los datos necesarios para definir el marco se introducen, en la base de datos de CivilFEM, mediante los comandos ~FRMDEF, ~FRMBS, ~FRMCR.

Los datos necesarios son los siguientes:

 

L	Luz total.
H	Altura total.
PTH	Espesor de los hastiales.
LTH	Espesor del dintel.
STH	Espesor de la solera.
LF	Longitud del vuelo izquierdo.
RF	Longitud del vuelo derecho.
VU	Proyección vertical del acartelamiento de la solera.
HU	Proyección horizontal del acartelamiento de la solera.
VD	Proyección vertical del acartelamiento del dintel.
HD	Proyección horizontal del acartelamiento del dintel.

7.2.2.2                        Datos de terreno y materiales

Los datos necesarios para definir las propiedades del terreno y los materiales se introducen, en la base de datos de CivilFEM, mediante los comandos ~FRMGT, ~FRMGEN.

Los datos necesarios son los siguientes:

 

HL	Altura de tierras sobre el dintel.
HS	Altura de tierras sobre las solera.
TGAMMA	Peso específico del terreno.
FRIC	Ángulo de rozamiento interno del terreno.
KFS	Módulo de balasto.
MATCON	Número del material para el hormigón.
MATREI	Número de material para el acero de armar.
MAXW	Ancho de fisura máximo admitido.

7.2.2.3                        Datos de carga

Los datos necesarios para definir las cargas que actúan sobre el marco se introducen, en la base de datos de CivilFEM, mediante los comandos ~FRMLDS, ~FRMVHS, ~FRTRCK.

Los datos necesarios son los siguientes:

 

SL	Sobrecargas de uso.
CL	Carga del compactador.
LSL	Sobrecarga lateral.

 

NAXL	Número de ejes del vehículo (2 o 3).
WAXL	Ancho de ejes.
CX	Huella en la dirección de X
CZ	Huella en la dirección de Z

 

Di	Distancia entre ejes i e i+1
Li	Carga sobre eje i

 

7.2.3        Hipótesis de carga

7.2.3.1                        Hipótesis simples

Las hipótesis simples que se utilizan para calcular las envolventes son las siguientes:

 

Hipótesis 1:		Peso propio.
Hipótesis 2:		Empuje de tierras reposo + Peso de tierras.
Hipótesis 3:		Empuje de tierras activo + Peso de tierras.
Hipótesis 4:		Sobrecarga sobre hastial izquierdo.
Hipótesis 5:		Sobrecarga sobre hastial derecho.
Hipótesis 6:		Efecto del compactador
Hipótesis 7:		Sobrecarga sobre dintel
Hipótesis 8:		Tráfico / Vehículo centrado.
Hipótesis 9:		Tráfico / Vehículo excéntrico.

 

7.2.3.1.1                            Hipótesis 1. Peso propio

Esta hipótesis de carga está formada por el peso propio del marco, el cual se calcula multiplicando el área por el peso específico del hormigón

 

 

7.2.3.1.2                            Hipótesis 2. Empuje de tierras en reposo y peso de tierras

Esta hipótesis de carga está formada por el peso de las tierras y el empuje de tierras en reposo.

El peso de las tierras se calcula como la altura de tierras sobre el punto considerado por su peso específico.

 

 

El empuje de tierras en reposo sobre los hastiales es la altura de terreno sobre cada punto multiplicada por el peso específico del terreno y por un coeficiente de empuje en reposo.

 

Donde:

h	Altura de terreno en cada punto.
gt	Peso específico del terreno.
1- sinφ	Coeficiente de empuje en reposo.

 

 

7.2.3.1.3                            Hipótesis 3. Empuje de tierras activo + Peso de tierras

Esta hipótesis de carga está formada por el peso de las tierras y el empuje de tierras activo.

El peso de las tierras se calcula como se explica en la hipótesis 2

El empuje de tierras activo sobre los hastiales por metro lineal es la altura de terreno sobre cada punto multiplicada por el peso específico del terreno y por un coeficiente de empuje activo.

 

 

Donde:

h	Altura de terreno en cada punto.
gt	Peso específico del terreno.
	Coeficiente de empuje activo.

 

7.2.3.1.4                            Hipótesis 4. Sobrecarga sobre hastial izquierdo.

Esta hipótesis de carga consiste en el empuje generado sobre el hastial izquierdo debido a una sobrecarga de LSL.

 

7.2.3.1.5                            Hipótesis 5. Sobrecarga sobre hastial derecho.

Esta hipótesis de carga consiste en el empuje generado sobre el hastial derecho debido a una sobrecarga de LSL.

 

 

7.2.3.1.6                            Hipótesis 6. Efecto del compactador

Esta hipótesis de carga consiste en rellenar de terreno con una diferencia de alturas de 2 metros entre cada lado del marco utilizando un carga de compactación de CL.

 

 

7.2.3.1.7                            Hipótesis 7. Sobrecarga sobre dintel

Esta hipótesis aplica una sobrecarga sobre el dintel de SL por unidad de longitud.

 

 

7.2.3.1.8                            Hipótesis 8 y 9. Tráfico / Vehículo centrado. Tráfico / Vehículo excéntrico

Se considera un vehículo en el que el número de ejes (2 o 3), la separación y la carga sobre ellos se puede variar, mediante los parámetros NAXL, WAXL, CX, CZ, D1, D2, L1, L2 y L3.

En la hipótesis 8 “vehículo centrado”, se supone el vehículo en el centro del dintel.

En la hipótesis 9 “vehículo excéntrico” se supone el vehículo sobre los hastiales para obtener el máximo cortante.

La carga de cada rueda se reparte sobre el dintel del marco tal y como muestra la figura adjunta.

 

 

Nota:

El vehículo definido por defecto tiene 3 ejes separados entre si 1.5 metros en sentido longitudinal y 2 metros en sentido transversal, con un ancho de huella de 0.20 x 0.60 m y una carga de 20 toneladas por eje.

 

7.2.3.2                        Hipótesis combinadas

Los estados de carga simples se combinan para obtener las hipótesis de carga más desfavorables.

Se han multiplicado los estados de carga sencillos por coeficientes de mayoración de acciones para el estado límite último.

Las hipótesis de carga consideradas son:

 

 

 

 

7.2.4        Armado

El prediseño del armado se hace de acuerdo a fórmulas simplificadas que, en general, proporcionarán valores próximos a los de las norma, pero que no siempre garantizan el cumplimiento de la misma, siendo necesario un posterior chequeo más preciso de el predimensionamiento inicial.

La armadura se calcula atendiendo a criterios de:

• Flexión
• Cortante
• Fisuración
• Armaduras mínimas