Cargas de Puente Grúa, Masas Sísmicas Adicionales y R–D Diferentes

Este artículo trata tres temas propios de los edificios industriales prefabricados: las masas adicionales que participan en el sistema resistente únicamente como masa sísmica, las cargas del puente grúa y los coeficientes R y D diferentes para la parte superior y la inferior en edificios con entreplanta. Para los pasos de modelado, consulte el artículo Modelado de Estructuras Prefabricadas.

1. Masas de paneles de fachada y de puente grúa (masa sísmica adicional)

Para masas que deben participar en el sistema resistente únicamente como masa sísmica y no como peso, como los paneles de fachada colgados de los pilares o el puente de la grúa:

1. Seleccione en la planta los pilares sobre los que actuará la masa y abra la ventana Macros → Añadir nudo predefinido.... Con la opción En el eje de los pies derechos/pilares seleccionados, el nudo se coloca en el extremo superior del pilar (cota del canalón) o en la cota Z absoluta indicada (p. ej., la ménsula de la grúa); escriba la masa en toneladas (= kN·s²/m) en la casilla Masa sísmica adicional. Para un punto que no esté en un pilar, utilice la opción Por coordenadas (X, Y, Z). Los nudos se ven en la planta con un icono de cuadrado vacío.
2. Para modificar el valor más tarde, haga clic derecho sobre el icono del nudo y abra la ventana Propiedades del joint predefinido; en la casilla Masa Sísmica Adicional de la pestaña General, escriba la masa en toneladas. En la pestaña Fuerzas de la misma ventana se introducen las cargas del nudo (kN, kN·m; ejes globales, Z hacia arriba) y en la pestaña General, los grados de libertad del apoyo.

En el análisis, el nudo se conecta al nudo de elementos finitos cuyas coordenadas coinciden. Si el nudo se encuentra dentro de la altura de planta de un pilar y dentro de su sección, el pilar se divide en esa cota. La masa de un punto que no puede conectarse a ningún nudo solo se suma al total de la planta y se notifica en la lista de advertencias del análisis.

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La masa adicional se incorpora a la masa sísmica de la planta donde se encuentra el joint, a la matriz de masas del análisis modal, a la carga sísmica equivalente, al indicador de segundo orden y a las relaciones entre parte superior e inferior. Al no ser un peso, no se suma a las cargas verticales ni a las cargas de cimentación. La asignación de planta se realiza según la cota del joint.

nota

Si se seleccionan varios joints y la casilla se deja vacía, se conservan los valores existentes. Uso típico: la mitad del peso del panel (la parte que soporta la unión superior) en las cabezas de pilar a la cota del canalón. No introduzca aquí por separado la masa del puente de la grúa: la opción Escribir la masa del puente de la ventana de la grúa escribe la masa total del puente (peso del puente / g) repartida por igual entre los nudos de ménsula de los pilares de masa (Capítulo 2); si se utilizan ambas vías a la vez, la masa se cuenta dos veces.

2. Cargas del puente grúa

La ventana Macros → Cargas del puente grúa... calcula, a partir de las reacciones de las ruedas, las fuerzas de diseño de la viga carril y las fuerzas verticales y horizontales transmitidas a los pilares; escribe las cargas de la grúa en el modelo como estados de carga predefinidos independientes. El programa resuelve estos estados de carga por separado en el análisis y crea él mismo las combinaciones de grúa. La ventana no es modal: con ella abierta puede seleccionar pilares en la planta.

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¿En qué edición y con qué disposición de cargas? Los estados de carga de grúa funcionan en la edición StatiCAD Ultimate y con los estados de carga y combinaciones predefinidos (combinaciones de la TBDY): en Ajustes generales del proyecto → Combinaciones de Carga debe estar seleccionada la opción Usar las Combinaciones de Carga de Hormigón Armado-Mampostería. Con la opción Usar las Combinaciones de Carga de Estructuras de Madera (disposición de estados de carga definida por el usuario) seleccionada, los estados de carga de grúa no pueden aplicarse.

Dato	Descripción	Valor por defecto (libro)
Capacidad de elevación (kN)	Capacidad de la grúa	200
R1máx, R1mín, R2máx, R2mín (kN)	Reacciones de rueda de la tabla del fabricante: lado cargado (R1) y lado opuesto (R2); máxima y mínima para dos posiciones del carro	153 / 49 / 134 / 30
Distancia entre ruedas a (m)	Separación de las dos ruedas sobre una viga carril	3,84
Factor dinámico ψ	Mayora las fuerzas verticales y horizontales de la grúa	1,40
Luz de la viga carril L (m)	Separación entre ejes	7,5
Viga + carril q (kN/m)	Peso propio de la viga carril y del carril	5,1
Cota superior de la ménsula Z (cm, absoluta)	Cota de la ménsula de la grúa; las cargas se escriben en esta cota en el nudo situado sobre el eje del pilar (el pilar se divide en esa cota). Z debe estar entre las cotas inferior y superior de los pilares del carril	800
Excentricidad de la ménsula e (cm)	Distancia del eje del carril al eje del pilar. Se supone que la ménsula está orientada hacia el carril opuesto y el signo es automático (si los carriles están en dirección X, MX = −V·ey; en dirección Y, MY = +V·ex)	0
Dirección del carril	Dirección de los carriles en planta (X o Y). La fuerza horizontal en la dirección del puente (Rkol/10) se toma perpendicular al carril y la fuerza de frenado (Rkol/7), en la dirección del carril	X
Fuerza horizontal en el carril opuesto con la carga mínima de rueda (libro)	Si está marcada, la fuerza horizontal se toma, en el mismo sentido, a partir de Rkol,máx en el carril cargado y de Rkol,mín en el carril opuesto; si no está marcada, a partir de Rkol,máx en ambos carriles (del lado de la seguridad)	marcada
KG: peso propio del puente en las combinaciones sísmicas	El peso propio del puente (ΣR − capacidad) entra como estado de carga independiente únicamente en las combinaciones sísmicas	marcada
γK (coeficiente de la combinación de grúa)	Coeficiente de KV y KH en las combinaciones de grúa (TS 500, carga variable de la grúa)	1,6
Escribir la masa del puente	La masa del puente (peso del puente / g) se reparte por igual entre los pilares de masa y se escribe como masa sísmica adicional (Capítulo 1)	marcada

1. Calcular: Se enumeran el peso propio y la masa del puente, las cargas puntuales de peso propio de la ménsula, los momentos y cortantes de la viga carril (Md, Vd, Md horizontal), las reacciones en los pilares (carril cargado / carril opuesto) y las fuerzas horizontales por pilar. La viga carril se diseña por separado con estos valores. Con los datos del libro: ΣR = 366 kN, peso del puente 166 kN (16,92 t), reacción en el pilar 305,7 kN en el carril cargado y 89,1 kN en el carril opuesto; fuerza horizontal por pilar (carril cargado / opuesto) de 30,6 / 8,9 kN en la dirección del puente y de 43,7 / 12,7 kN en la dirección del carril.
2. Seleccione en la planta los pilares que apoyan en un carril y pulse Carril A ← pilares seleccionados; seleccione los pilares del carril opuesto y pulse Carril B ← pilares seleccionados. Los pilares entre los que se repartirán el peso propio del puente (KG) y su masa se asignan con Masa ← pilares seleccionados; si no hay asignación, KG y la masa se reparten por igual entre todos los pilares de los carriles. Los botones toman los pilares seleccionados en todas las plantas: no debe quedar ningún pilar seleccionado en otra planta.
3. Aplicar los estados de carga de grúa: En el eje de cada pilar de carril y de masa, a la cota de la ménsula, se abre un nudo predefinido (o se utiliza el nudo existente) y se escriben las cargas. Al volver a aplicar, las cargas y masas de grúa anteriores se borran primero (no se produce suma doble). A continuación, vuelva a ejecutar el análisis.
4. Retirar la grúa: Se eliminan los estados de carga de grúa y los nudos abiertos por la aplicación de la grúa (que no tengan otros datos); la masa de los nudos en los que se escribió la masa del puente vuelve a su valor anterior a la grúa. Se conservan los datos de la ventana y las asignaciones de pilares.

nota

Los datos y las opciones de la ventana solo pasan al proyecto al pulsar Aplicar los estados de carga de grúa: tras modificar un dato, vuelva a aplicar la grúa; si solo pulsa Calcular y cierra la ventana, el cambio no se guarda. En cambio, las asignaciones de Carril A, Carril B y Masa se guardan en el momento de pulsar el botón. La definición de la grúa y los estados de carga de grúa se guardan con el proyecto. Aplicar los estados de carga de grúa y Retirar la grúa pueden deshacerse con un único paso de Deshacer.

2.1 Estados de carga de grúa

Al aplicar la grúa, el número de estados de carga del proyecto pasa de 13 a 20; los estados de carga de grúa se añaden con los números 13–19 y se ven en la tabla Propiedades del joint predefinido → Fuerzas del nudo. En los proyectos sin grúa definida, el número de estados de carga, las combinaciones y los resultados no cambian.

Estado de carga	Contenido
KV1 / KV2	Reacciones verticales en los pilares y momento de la ménsula: en KV1, Rkol,máx en los pilares del carril A y Rkol,mín en los del carril B; en KV2, a la inversa. Rkol,máx = ψ·(R1máx + R2máx·(L − a)/L), Rkol,mín = ψ·(R1mín + R2mín·(L − a)/L) (viga carril simplemente apoyada, con línea de influencia)
KHX1 / KHX2	Fuerzas horizontales en la dirección X global; KHX1 se asocia a la posición de KV1 (carril A cargado) y KHX2, a la de KV2
KHY1 / KHY2	Fuerzas horizontales en la dirección Y global, con la misma asociación
KG	Peso propio del puente W = ΣR − capacidad (estático, sin ψ; solo para las combinaciones sísmicas); se reparte por igual entre los pilares de masa

En un estado de carga se cargan a la vez todos los pilares de cada carril (una sola posición de la grúa). Los estados de carga de grúa se resuelven con la misma rigidez y la misma regla de diafragma que G y Q.

2.2 Combinaciones de grúa

Cuando hay estados de carga de grúa, el programa añade al final de la lista de combinaciones hasta diez combinaciones de grúa: 1,4G + 1,6Q + γK·KVi, 1,4G + 1,6Q + γK·KVi ± γK·KHXi y 1,4G + 1,6Q + γK·KVi ± γK·KHYi (i = 1, 2). La combinación de grúa conserva tal cual los coeficientes de la combinación 1,4G + 1,6Q; KHX y KHY no entran en la misma combinación; la nieve (S) no interviene.

• Las combinaciones de grúa no se consideran combinaciones sísmicas: en pilares y muros no entran en la fuerza axial con sismo (límite 0,40·fck·Ac en el pilar); sí entran en las fuerzas de diseño de la TS 500 y en la envolvente de cortante.
• Las cargas de grúa no entran en las combinaciones sísmicas (TBDY Ec. 4.11 y 4.12); solo se añade KG, con el coeficiente de G de esa combinación (1,0 / 0,9).
• Las combinaciones de grúa también se utilizan en el diseño de pilares, vigas, muros, cimentaciones y losas de cimentación, en la comprobación de la tensión del terreno y en la envolvente de combinaciones de las solicitaciones de las uniones prefabricadas.
• A la masa sísmica solo contribuye el peso propio del puente, no la carga elevada (TBDY 4.5.9.2).

nota

La grúa se modela con una sola posición; no existen el barrido de posiciones de la grúa ni varias grúas. Los estados de carga de grúa no intervienen en la comprobación de flecha de las vigas ni en los esfuerzos internos de lámina de los forjados. En las combinaciones de edificio en riesgo (RBTE) no se generan combinaciones de grúa; con las combinaciones de carga de estructuras de madera o en una edición distinta de Ultimate, las cargas de grúa no entran en el análisis (ambos casos se notifican en la lista de advertencias del análisis; la masa del puente sigue participando en la masa sísmica). La ménsula de la grúa se diseña si se define como ménsula corta en la pestaña Ménsula de la ventana de propiedades del pilar: su solicitación se toma automáticamente del nudo de la grúa, mientras que la fuerza sísmica de la masa del puente no entra en la solicitación horizontal (véase Diseño de Ménsulas Cortas). El resumen de cálculo de la grúa no se traslada al informe.

3. R y D diferentes en las partes superior e inferior (TBDY 4.3.6)

En edificios cuya parte inferior (p. ej., la zona con entreplanta) tiene un sistema resistente distinto al de la parte superior, se utiliza la ventana Macros → R-D diferentes en parte superior/inferior (TBDY 4.3.6).... El análisis se realiza para todo el edificio con los coeficientes de la parte superior (R, D de Ajustes generales del proyecto); los esfuerzos internos de los elementos de la parte inferior se corrigen con el coeficiente ν de la normativa.

Dato	Descripción	Valor por defecto
Aplicar R y D diferentes en las partes superior/inferior	Activa la opción	desactivada
Última planta de la parte inferior (n.º de planta)	Esta planta y las inferiores se consideran “parte inferior”	1
R de la parte inferior (X), R (Y)	Coeficiente de comportamiento del sistema resistente de la parte inferior (TBDY Tabla 4.1)	8
D de la parte inferior (X), D (Y)	Coeficiente de sobrerresistencia de la parte inferior (TBDY Tabla 4.1)	3
νsup (X), νsup (Y)	Relación entre el cortante basal de la parte superior y el cortante basal total; si se introduce 0, se calcula automáticamente a partir de los pesos y las alturas de las plantas	0

El botón Calcular / Mostrar muestra los valores νsup, νinf, ν, (R̄a)inf y D̄inf.

En el análisis: los esfuerzos internos dúctiles de los elementos de la parte inferior procedentes de los estados de carga sísmica se mayoran con ν, el comportamiento no dúctil (cálculos de capacidad a cortante) se realiza con D̄inf y la deriva de planta de la parte inferior se calcula con (R̄a)inf. El ajuste se guarda con el proyecto.

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Ejemplo (edificio del libro): Parte superior R = 3, D = 2; parte inferior R = 5, D = 2,5; última planta inferior 1; νsup = 0,408 (X) / 0,406 (Y) → ν = 0,763 / 0,762, (R̄a)inf = 3,93, D̄inf = 1,81. Si se necesita una comparación exacta, el valor de νsup también puede introducirse manualmente.

4. Situaciones frecuentes

Síntoma	Solución
El botón “Aplicar los estados de carga de grúa” está inactivo.	En Ajustes generales del proyecto → Combinaciones de Carga está seleccionada la opción Usar las Combinaciones de Carga de Estructuras de Madera. Seleccione Usar las Combinaciones de Carga de Hormigón Armado-Mampostería, cierre la ventana de la grúa y vuelva a abrirla (Capítulo 2).
En las advertencias del análisis aparece el mensaje “Projede gezer vinç (kren) yüklemeleri tanımlı ancak analize katılmadı” (en el proyecto hay estados de carga del puente grúa definidos, pero no participaron en el análisis).	Están seleccionadas las combinaciones de carga de madera o la edición no es Ultimate. Seleccione Usar las Combinaciones de Carga de Hormigón Armado-Mampostería y repita el análisis; si no necesita la grúa, ejecute Retirar la grúa en la ventana de la grúa.
Las combinaciones de grúa no están en la lista.	La grúa no se ha aplicado o se ha retirado; antes del análisis debe ejecutarse Aplicar los estados de carga de grúa. Cuando se utilizan combinaciones de edificio en riesgo (RBTE) (en la determinación de edificios en riesgo o cuando, en Ajustes generales del proyecto, está seleccionada la opción “Aplicar las direcciones sísmicas solo por separado en X e Y” para la Combinación de Efectos Sísmicos), no se crean combinaciones de grúa.
Advertencia “Ray A ve ray B aynı hatta görünüyor” (el carril A y el carril B parecen estar en la misma línea); no se escribió el momento de la ménsula.	La dirección del carril no coincide con la dirección de los carriles en planta, o se han asignado al carril A y al carril B pilares situados en la misma línea. Corrija la dirección del carril o las asignaciones de pilares y vuelva a aplicar la grúa.
Mensaje “Köprü özağırlığı (ΣR − kapasite) sıfır: KG ve kütle yazılmadı.” (el peso propio del puente (ΣR − capacidad) es cero: no se escribieron KG ni la masa).	La capacidad de elevación debe ser menor que la suma de las reacciones de rueda (ΣR); compruebe que los valores R1/R2 de la tabla del fabricante incluyen el peso del puente.
La masa sísmica total es mayor de lo esperado.	La masa del puente se ha escrito tanto a mano (Masa Sísmica Adicional) como con la ventana de la grúa. Desmarque Escribir la masa del puente y vuelva a aplicar la grúa, o elimine la masa introducida a mano.
La masa adicional no aparece en las cargas de cimentación.	Es el comportamiento esperado: la masa sísmica adicional no es un peso, solo participa en el cálculo sísmico.