EFECTO DEL DESCENSO DE APOYOS SOBRE EL REVESTIMIENTO LATERAL DE NAVES INDUSTRIALES

METÁLICAS CON RIGIDIZADORES 1Pedrozo, Verónica A.; 1Jaca, Rossana C.; 2Godoy, Luis A.

Ingeniero Civil 1Universidad Nacional del Comahue, 2Universidad Nacional de Córdoba

veropedrozo@gmail.com; rossana.jaca@fain.uncoma.edu.ar; luis.godoy@unc.edu.ar

RESUMEN

En este trabajo se estudia el comportamiento estructural del cerramiento lateral de naves industriales metálicas sujetas a un asentamiento vertical diferencial, considerando la estructura secundaria. Esta acción genera desplazamientos perpendiculares a la pared lateral que pueden comprometer las condiciones de servicio. El trabajo es experimental, para ello se modela físicamente una nave industrial representativa de aquellas usadas con fines agrícolas o industriales. Se utiliza análisis dimensional considerando semejanza geométrica y de material con el objeto de obtener una adecuada representación del comportamiento del prototipo. Los ensayos consisten en imponer descensos prefijados variables en uno de los apoyos. En el modelo deformado se miden los desplazamientos perpendiculares a la placa de cerramiento y posteriormente se extrapolan los valores al prototipo. Los resultados muestran que la estructura secundaria es responsable de una importante reducción de los desplazamientos fuera del plano del cerramiento lateral flexible, pero aun así los desplazamientos siguen siendo mayores a los admisibles. Resultan interesantes las interrupciones que generan las correas debido a la limitación de los desplazamientos en los puntos donde se encuentran las mismas.

ABSTRACT

The structural behavior of the side walls in metal industrial buildings under vertical differential settlements is studied in this paper, considering the secondary structure. This action induces out-of-plane displacements which may affect service conditions of the structure. The work reported is experimental. A small scale physical model has been fabricated to represent an industrial building as employed for agricultural or industrial purposes. Dimensional analysis is used considering similarity for the geometry and the material, in order to obtain an adequate representation of behavior of a prototype. During the tests, predetermined variable settlements are imposed in one of the supports. Out-of-plane wall displacements are measured in the deflected model and these values are taken to the prototype. Results show the secondary structural elements are responsible for a significant reduction in the out-of-plane displacements of the flexible wall cladding, but displacements still remain larger than the admissible values. Disruptions generated by straps on the structural response are interesting due to the limitation of displacements at points where they are placed.

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INTRODUCCION

Los asentamientos en las fundaciones pueden inducir daños en la estructura resistente de naves industriales afectando las condiciones de servicio. La magnitud de los asentamientos depende de características del suelo como tipo de suelo, tamaño de grano, confinamiento y características de la carga aplicada. Lo que afecta a la estructura son los asentamientos diferenciales, ya que de otra manera la estructura se mueve como cuerpo rígido. La existencia de agua hace variar las propiedades del suelo y puede conducir a que la capacidad portante presente diferencias en alguna parte de la estructura principal. La flexibilidad de la lámina metálica que compone el cerramiento lateral de galpones afecta a los desplazamientos perpendiculares al plano de la misma, generados por el descenso diferencial de los apoyos. Trabajos anteriores1,2 muestran que los desplazamientos fuera del plano superan ampliamente los valores admisibles dados por reglamentos, si no se tiene en cuenta la estructura secundaria de correas y arriostramientos. La consideración de las correas permite una evaluación más real de la respuesta a los efectos de comparar con valores asociados a condiciones de servicio límite. El trabajo propuesto tiene como objetivo encontrar un patrón de comportamiento estructural del cerramiento lateral flexible de naves industriales metálicas considerando la estructura secundaria lateral (correas) frente al descenso diferencial de uno de sus puntos de apoyo. Se plantea obtener datos representativos de la respuesta estructural de una nave industrial en base a un modelo físico que reproduzca en escala reducida las características del prototipo real. De esta manera es posible determinar la influencia de la rigidez de la estructura secundaria del cerramiento lateral al considerar una menor flexibilidad de la placa de cerramiento. Si bien las causas de asentamientos diferenciales pueden ser variadas, muchas de ellas están asociadas a variación del contenido de agua en el suelo. La motivación del trabajo surge porque en la región del Alto Valle de Río Negro y Neuquén se presentan una gran cantidad de naves industriales asociadas a la actividad frutícola con la posibilidad de que por riego de montes frutales se presente una reducción de la capacidad portante del suelo con descensos diferenciales de apoyos. Las deformaciones inducidas en el cerramiento lateral debido a este efecto, podrían causar la pérdida de la condición de servicio del edificio.

Las consecuencias estructurales producidas por asentamientos de apoyos han sido estudiadas principalmente para cáscaras de revolución como torres de enfriamiento, tanques de almacenamiento o techos cilíndricos rebajados3,4,5,6. Algunos trabajos están referidos a estructuras de pórtico para edificios con asentamientos diferenciales de suelo7,8. Darmawan9 analizó una construcción industrial de reticulados y columnas de acero.

METODOLOGÍA

La metodología utilizada consiste en realizar un modelo a escala de la nave industrial original de manera tal de practicar ensayos sobre éste y extrapolar los

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valores medidos al prototipo. El ensayo consiste en inducir descensos de diferentes magnitudes en uno de sus puntos de apoyo y medir los desplazamientos normales al plano del revestimiento lateral. En la modelación se considera el cerramiento lateral con su rigidización representada por las correas, dejando de lado la estructura principal (sólo se asemejan las dimensiones para la construcción del modelo y no sus propiedades dada la mayor rigidez de la misma). En trabajos anteriores1,2 se muestra que las deformaciones en el cerramiento lateral inducidas por el asentamiento diferencial de un apoyo se extienden por la lámina hasta el siguiente pórtico. Por esta razón, solamente se modela el sector entre tres pórticos sucesivos. Un análisis de semejanzas es practicado entre un galpón real (prototipo) y el modelo físico a ensayar. En función de ello se determinan las escalas de longitud y espesores entre ambos, haciendo que el error sea el mínimo y que sea factible la construcción del modelo. Con los desplazamientos medidos en el cerramiento lateral se generan curvas de nivel y se observa si existe algún patrón de deformación. Los valores de desplazamientos máximos hacia fuera y dentro del plano del recubrimiento son comparados con los valores admisibles indicados por la normativa.

CASO DE ESTUDIO

Una caracterización de la tipología más frecuente en naves industriales en la zona del Alto Valle de Río Negro y Neuquén fue realizada en una investigación anterior 1. En esta oportunidad se amplió el relevamiento a otra zona económicamente activa en la provincia de Río Negro como lo es San Carlos de Bariloche. Fernández había concluido que, si bien en la zona frutícola hay muchos galpones con techo metálico parabólico y cerramiento lateral de mampostería, la nueva tendencia es construir galpones con techo a dos aguas de chapa trapezoidal y cerramiento lateral de paneles de chapa termoaislantes, tal como se ve en la Figura 1. Esta tipología es observada nuevamente en San Carlos de Bariloche, aunque el uso es industrial y no afectado a actividad frutícola. En este nuevo relevamiento se incluyó en la observación el tipo de refuerzo existente en el cerramiento lateral metálico. En este caso se pudo establecer contacto con una empresa privada dedicada a la construcción de este tipo de estructuras y así fue posible obtener detalles de las correas más frecuentemente usadas. Las figuras 2 y 3 muestran algunas estructuras representativas de las naves observadas en San Carlos de Bariloche, se repite el techo a dos aguas y se puede visualizar la distribución de correas adoptadas. La empresa consultada indicó que la correa típica usada es de acero conformado en frío perfil C120x50x15x3.2 y chapa de configuración trapezoidal T-1010, como revestimiento lateral. Estos son los materiales y secciones a usar en la modelación física.

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(a) (b) Figura 1. Galpón con techo a dos aguas de chapa trapezoidal y revestimiento

lateral de chapa, (Tres Ases, Cipolletti), (a) Vista general, (b) Estructura resistente interior.

(a) (b) Figura 2. (a) Nave industrial para Verificación Técnica Vehicular, (b) Galpón

Petrevén, visualización de la estructura principal y cerramiento lateral.

(a) (b) Figura 3. (a) Galpón destinado a Veterinaria y Zoonosis Municipal, (b) Galpón Los

Repollos, vista de la estructura principal.

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El objeto de este trabajo es incluir la estructura secundaria en la modelación y comparar desplazamientos con una estructura similar sin rigidización. Para ello se adopta como prototipo a modelar físicamente una de las naves industriales estudiadas en forma numérica en el trabajo previo1 para tener como referencia a los efectos de la comparación. El prototipo analizado en este caso se representa esquemáticamente en la Figura 4, con las siguientes dimensiones: separación entre pórticos l= 5m, altura de columna h=4m, altura de columna central H=6m y ancho del pórtico B=15m. Se adopta una separación entre correas s=0.90m, las dimensiones de las correas son: altura de 120mm, espesor 3.2mm y ancho de 50mm.

Figura 4. Esquema de prototipo a estudiar, con las principales dimensiones.

Con el objetivo de evitar modelar la chapa trapezoidal T1010 de espesor e=0.71mm con su forma real que es irregular, se calcula una sección rectangular de espesor constante logrando la equivalencia al igualar los momentos de inercia de la chapa real y la equivalente. La configuración de la chapa de revestimiento T1010 y la equivalente se puede visualizar en la Figura 5, el espesor equivalente es de 9.6mm,

Figura 5. Equivalencia entre una chapa trapezoidal y una de sección rectangular.

Normativas para revestimientos laterales de naves industriales

En este estudio como en el precedente1 se plantea un análisis bajo condiciones de servicio, ya que los desplazamientos laterales del cerramiento pueden afectar el uso eficaz de la estructura (incluyendo el mal funcionamiento de máquinas o servicios). La norma argentina para Estructuras de Acero para Edificios (CIRSOC 301)10 establece valores límite de flecha total para elementos aislados, como columnas o vigas carril de puente grúa, para deformaciones verticales o desplazamientos horizontales con un valor mínimo de l/150, donde l es la distancia entre pórticos, pero no menciona valores límite para desplazamientos del revestimiento lateral. Además establece que por convenio con el Comitente, para situaciones particulares de funcionamiento de equipos o por especificaciones particulares, se podrá establecer límites más rigurosos.

Los comentarios del apéndice C “Serviceability considerations” de la norma norteamericana ASCE 7/1011, hacen mención a los límites de los desplazamientos

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laterales de paredes flexibles y establecen que están en el orden de 1/600 y 1/400 de la altura del edificio H. Estos límites son generalmente suficientes para minimizar daño al revestimiento y las paredes no estructurales. Límites más pequeños pueden ser apropiados si el revestimiento es frágil. Las actividades vinculadas a la fruticultura necesitan que la producción sea conservada en frigoríficos para poder responder a las demandas del comercio exterior. En este sentido cobra importancia el mantenimiento en condiciones de servicio que eviten la pérdida de aislación en frigoríficos que pueden ser afectados por la presencia de desplazamientos laterales excesivos. Dada la necesidad de preservar el normal funcionamiento del sistema de frío, se adopta como límite de deformación horizontal el valor H/600 que resulta de menor magnitud. La respuesta de los suelos es distinta según su composición y los asentamientos deben ser comparados con límites prefijados denominados asentamientos admisibles, ya sea una magnitud absoluta o diferencial. Se deben fijar esos valores límites en los que influye el tipo de edificio (destino), su estructura y naturaleza del terreno, debiendo precisar si el daño afecta el aspecto arquitectónico, funcional o estructural. El origen de las limitaciones se puede deber a la exigencia de la ausencia de grietas o fisuras o, por el contrario, se toleran deformaciones apreciables por razones económicas (edificios industriales); a la exigencia de no generar problemas a largo plazo o garantizar la integridad funcional y estética; o a la exigencia por parte de organismos oficiales encargados de la normativa de construcción que fijan a nivel nacional ciertos criterios. En general lo que influye en la estabilidad de la estructura son los descensos relativos entre uno y otro apoyo, ya que pueden aparecer fisuras o fallas si los mismos son excesivos. Evaluando valores admisibles de desplazamientos correspondientes a diferentes normas, en este estudio se considera un asentamiento límite de entre 20 a 25 mm en suelos granulares y de 40 a 50 mm en suelos cohesivos, ya que son los valores más aceptados según las diferentes reglamentaciones. Se asume que la estructura metálica en estudio es hiperestática y fundada con zapatas. A los efectos de poder hacer comparaciones con la investigación anterior donde no se considera la estructura secundaria se fija el mismo limite de 25mm como máximo admisible a considerar para los suelos granulares.

GENERALIDADES SOBRE LA MODELACIÓN FÍSICA

En la modelación física se plantea construir una réplica a escala del modelo original y extrapolar los datos obtenidos de dicha réplica al modelo original o prototipo, de manera de predecir de forma acertada el comportamiento de dicho sistema físico cuando ambos se encuentran bajo condiciones semejantes. En este caso se establece semejanza geométrica por un lado para representar adecuadamente la geometría del prototipo y además una semejanza del material constitutivo. Dadas las diferencias de magnitud entre las dimensiones de la nave industrial y los espesores de la chapa y las correas se considera en este caso un modelo geométricamente distorsionado, con factores de reducción o ampliación distintos para diferentes dimensiones del mismo. Como material para la modelación se usa acetato con un

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espesor de lámina de 0.22mm. Se definen dos factores de escala de geometría αA para las dimensiones de la nave industrial, vinculando el ancho del pórtico del prototipo B de valor 15m con el ancho del modelo de 1m, y αB para los espesores, relacionando el espesor del prototipo (ep) de 9.6mm con el espesor del modelo (em) de 0.22mm. De esta manera resulta:

15BB

modelo del Anchoprototipo del Ancho

m

pA ===α (1)

43.64ee

modelo del Espesorprototipo del Espesor

m

pB ===α (2)

Para el material se tiene en cuenta la relación (θ) entre módulos de elasticidad del material del prototipo (Ep) y del modelo (Em), y la relación (γ) entre pesos del material del prototipo (Fp) y del modelo (Fm), como se muestra en ecuación 3. Relacionando estas expresiones resulta la relación θ presentada en la ecuación 4.

)e*h*(l*ρ)e*h*(l*ρ

FF

;EE

modelodeldelasticidadeMóduloprototipodeldelasticidadeMóduloθ

mmmm

pppp

m

p

m

p ==γ== (3)

BA * ααγ

===

mm

m

pp

p

m

p

e*lF

e*lF

EE

θ (4)

Mediante ensayos se evaluaron los valores específicos de módulo de elasticidad y densidad del acetato comercial usado. Para la determinación de la densidad del acetato se generaron muestras que fueron pesadas en una balanza analítica o de precisión electrónica de alta resolución (0,001g), obteniéndose una densidad para el acetato comercial ρm=1280kg/m3. La evaluación del módulo de elasticidad se realiza mediante un ensayo a tracción bajo la regulación del código ASTM D882-02 12. Este ensayo se realizó en el Laboratorio GEPSyN (Grupo de estudio de Polímeros Sintéticos y Naturales), Departamento de Mecánica Aplicada, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional del Comahue. La norma ASTM D882-02 determina el método de ensayo estándar para obtener las propiedades a tracción de chapas delgadas de plástico incluyendo láminas menores de 1.0mm de espesor. Establece que si se presume que el material es anisótropo se deben preparar dos conjuntos de probetas cuyos ejes longitudinales deben ser paralelos a las direcciones del material anisótropo. Como mínimo se deben preparar diez probetas, cinco paralelas y cinco normales a los ejes principales de anisotropía, la Figura 6 muestra las dimensiones de las probetas a utilizar. La Figura 7 muestra el dispositivo usado para realizar el

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ensayo. Si bien existe una ligera diferencia en el módulo evaluado en un sentido y en el otro, se toma como hipótesis que el material es isótropo, resultando un módulo elástico promedio de 22942.6Kg/cm2.

Figura 6. Medidas de probeta utilizada en ensayo de tracción del acetato.

Figura 7. Dispositivo utilizado en ensayo a tracción (Laboratorio GEPSyN-Unco).

Adoptando para el prototipo un módulo de elasticidad (Ep) de valor 2039432kg/cm2 y una densidad ρp= 7850 kg/m3, se obtienen como factores de semejanza los valores mostrados en la Tabla 1.

Factores

αA = Lp/Lm 15

αB = ep/em 43.64

θ = Ep/Em 88.89

γ =Pp/Pm 60162.89

θ= γ /(αA*αB) 91.99

Tabla 1- Resumen de resultados de semejanza geométrica y de material.

La Tabla 2 muestra las dimensiones del modelo obtenidas haciendo uso de la relación de semejanza αA para las dimensiones del prototipo como separación entre

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pórticos l= 5m, altura de columna h=4m, altura de columna central H=6m y ancho del pórtico B=15m, separación entre correas s=0.90m y también para las dimensiones de las correas (altura de 120mm, ancho de 50mm y longitud del ala). Además se presentan los espesores del cerramiento del modelo y de la correa mediante el uso de la relación de semejanza αB (espesor de chapa 9.6mm y espesor de la correa 3.2mm).

Dimensiones del modelo

[mm] Dimensiones de correa del

modelo [mm] Longitud entre pórticos (l) 333 Altura 8

Altura columna (h) 267 Ancho 3

Separación entre correas (s) 60.0 Espesor 0.07

Espesor chapa trapezoidal T1010 0.216 Ala 0.34

Ancho pórtico (B) 1000

Tabla 2 - Resumen de principales dimensiones del modelo y correas.

Para la construcción del modelo físico se utilizan tubos de sección cuadrada de 1.2cm de lado de aluminio para la estructura metálica principal, siendo estos fáciles de manipular y lo suficientemente rígidos comparados con la lámina de acetato. Como cerramiento lateral se utiliza el acetato, al igual que para las correas. En la construcción de las correas se realiza una simplificación en su configuración planteando la equivalencia en función del mayor momento de inercia (x-x). La Figura 8 muestra la correa simplificada tomando como espesor el del acetato comercial usado de valor 0.22mm.

Figura 8. Equivalencia entre correa escalada y una de tres lados.

CONSTRUCCION DEL MODELO

En la investigación previa1 se observó que las deformaciones en el cerramiento lateral inducidas por el asentamiento diferencial de un apoyo se extienden por la lámina hasta el siguiente pórtico. Por esta razón, solamente se modela el sector del cerramiento lateral entre tres (3) pórticos sucesivos, como se muestra en la Figura 9(a). En la Figura 9(b) se presenta un esquema de cada pórtico con sus

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dimensiones principales con un detalle de la separación de las correas. El modelo se encuentra apoyado sobre una mesa de ensayo formada por dos capas de fibrofácil de 12mm de espesor separadas por listones de madera con el fin de poder incorporar el dispositivo de descenso, con un recorte en el fibrofácil superior. Una vez armada la mesa, se atornilla una grapa omega a su parte inferior, de manera que la zona calada en la madera quede centrada entre los puntos de sujeción (Figura 10).

(a) (b)

Figura 9. Modelo físico: (a) Esquema a modelar, (b) Dimensiones de un pórtico en cm y detalle de la distribución de correas.

(a) (b)

Figura 10. Mesa de ensayo: (a) Vista general, (b) Sistema para generar los descensos de la columna central.

Las recomendaciones sobre el uso de tornillos autoperforantes para unir las correas a la chapa del cerramiento indican que se usan 5 tornillos para cubrir un área de 1m2 de revestimiento. Según la separación entre correas planteada se disponen 5 correas en toda la altura del cerramiento con un total de 20 tornillos/correa. Dispositivo de medición Son necesarios dos dispositivos de medición, uno de ellos para medir los desplazamientos verticales a imprimir en la columna central del modelo y el otro para medir los desplazamientos fuera del plano en la placa de cerramiento lateral. La Figura 11(a) muestra el comparador centesimal de precisión 0.01mm usado para medir el descenso de la columna, el cual se apoya sobre una base magnética con un vástago que se ubica sobre la parte superior de la columna central.

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(a) (b)

Figura 11. Instrumentos para medir, (a) Descenso de columna central, (b) Desplazamientos fuera del plano del cerramiento.

Para medir los desplazamientos perpendiculares al plano del revestimiento inducidos por los asentamientos diferenciales se utiliza un calibre digital de precisión 0.01mm, el cual se fija perpendicularmente a una base metálica por medio de una doble nuez y que se desplaza en forma vertical a través de dos vástagos accionados manualmente. De esta manera se garantiza la perpendicularidad del calibre al plano. La base en la que se encuentran los vástagos se utiliza para desplazar horizontalmente el calibre sobre una guía paralela al revestimiento en la arista del fibrofácil inferior, como se puede apreciar en la Figura 11(b). Los descensos a inducir en el modelo son escalados según la relación de semejanza αA, se consideran los mismos desplazamientos que en el trabajo de referencia a los efectos de poder comparar las diferencias por la existencia de las correas. Los valores correspondientes al prototipo y al modelo son presentados en la Tabla 3. El límite de 25mm se debe a un desplazamiento admisible dependiente del destino y características de cada obra civil. Se toma como hipótesis que la estructura metálica es hiperestática, con bases aisladas y fundada sobre suelo granular.

Asentamiento diferencial [mm]

Prototipo 5 7 9 10 20 25

Modelo 0.33 0.47 0.6 0.67 1.33 1.67

Tabla 3 - Asentamientos diferenciales a aplicar.

El procedimiento seguido para medir los desplazamientos consiste en apoyar la sonda del calibre sobre el acetato deformado, con un origen predeterminado fijo, como se observa en la Figura 12. Puesto que la placa de acetato no resulta del todo plana y a los fines de minimizar errores, se hace una primera medición de los puntos sin aplicar algún descenso, δ=0.00mm, para considerar esta situación como condición indeformada. De esta manera a las siguientes mediciones se le restan

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estos valores para obtener los verdaderos cambios en la placa. Las mediciones se realizan en puntos particulares sobre una cuadrícula con separaciones de 0.03m.

Figura 12. Medición de los desplazamientos perpendiculares del revestimiento.

RESULTADOS DE ENSAYOS

En la Figura 13(a) se presenta la zona ensayada de la maqueta con los límites de la grilla que se dibujó en ella; así se define el sentido de medición. La cuadrícula consta de doce (12) columnas separadas 3cm y nueve (9) filas con la misma separación. A medida que el descenso diferencial entre columnas es cada vez mayor se observa la formación de bandas inclinadas con desplazamientos alternados hacia adentro o fuera de la nave. La Figura 13(b) evidencia la formación de bandas inclinadas, reflejando de manera cualitativa el comportamiento de los desplazamientos. En la Figura 13 se puede observar la representación de las correas en el modelo físico.

Figura 13. (a) Delimitación del espacio del modelo físico a ensayar, (b) Deformada del modelo físico al ser ensayado.

Dichas bandas de deformación de la lámina parecen ser iniciadas en los puntos de unión entre la correa y la columna, siendo más notable la banda formada en la correa central. Las mismas resultan ser aparentemente simétricas respecto de la columna a la que se le aplica el descenso, formando una “V” con vértice en ésta. Aquellos valores negativos representan el hundimiento de la placa (desplazamientos hacia el interior del modelo/prototipo) mientras que los positivos son los

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desplazamientos medidos hacia fuera de ésta. Las mediciones se realizan en los puntos sobre la cuadrícula mostrada es la Figura 13(a) y son identificados como pertenecientes a las columnas C1 a C12 y filas F1 a F9, como se puede observar en el esquema de la Figura 14. A los valores medidos se le aplica el factor de escala αA=15 para obtener los valores correspondientes a la nave industrial de dimensiones reales. De manera gráfica, en las Figuras 15 a 18, se exponen algunos valores obtenidos en el prototipo.

Figura 14. Ubicación de los cortes longitudinales y transversales del prototipo.

Figura 15. Corte Longitudinal en la Fila 3 del Prototipo al aplicarle los descensos.

Figura 16: Corte Longitudinal en la Fila 6 del Prototipo al aplicarle los descensos.

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Figura 17: Corte Longitudinal en la Fila 8 del Prototipo al aplicarle los descensos.

. (a) (b) (c)

Figura 18. Corte Transversal del Prototipo al aplicarle los descensos, (a) Columna 1, (b) Columna 6, (c) Columna 7.

En todos los gráficos se puede percibir la acentuada disminución de las deflexiones laterales al aumentar el descenso diferencial, especialmente al generar un asentamiento de δ=20mm. Nótese principalmente en las Figuras 17, 18(b) y (c), el aumento de los desplazamientos para δ=9-10mm y su disminución al aumentarlo a δ=20mm. Junto a la disminución de las deflexiones por el aumento del descenso hay aumento en la cantidad de bandas. Particularmente, para la columna 6, Figura 18(b), sólo se aprecia dos curvas de desplazamiento hacia fuera y uno hacia el interior del prototipo para δ=9mm, mientras que para δ=25mm, se observan tres curvas de desplazamiento hacia fuera y dos hacia el interior. Es notable también que la evolución de los desplazamientos de los puntos que componen la placa no es siempre hacia el mismo lado de ésta, sino que hay un movimiento hacia dentro y fuera.

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En la Figura 18(a) se muestra un corte transversal por la Columna 1 donde los desplazamientos son mucho más pequeños, ha que es la zona donde se realiza la conexión de la estructura secundaria (correas tipo C) a la columna del pórtico, y por ende, se restringe el libre movimiento. Los demás cortes, tanto longitudinales como transversales, exhiben mayores desplazamientos al no ser afectados por algún elemento que los limite. A modo de resumen, se expone en la Tabla 4 los valores máximos y mínimos, en cm, encontrados en cada etapa de descenso de apoyo, resaltando los máximos absolutos.

δ = 5mm δ = 7mm δ =9mm δ = 10mm δ = 20mm δ = 25mm Máx. 3.24 3.69 3.69 3.78 2.73 3.33 Mín. -3.02 -2.91 -3.00 -2.93 -2.48 -2.57

Tabla 4 - Valores de desplazamientos laterales máximos y mínimos del prototipo en cm.

La Figura 19(a) hasta (f) muestra los desplazamientos fuera del plano para los descensos diferencial de apoyo variable de 5mm a 25mm. Recordar que los valores negativos asociados a los colores azules representan aquellos puntos hundidos de la placa y los valores positivos asociados a los colores rojos son los que sobresalen hacia el exterior de la misma. En dichas figuras se han representado también las correas en su posición en el cerramiento como líneas grises. En general, se observa la tendencia de formación de bandas inclinadas en dirección hacia la columna que sufre el descenso, en concordancia con lo observado en el modelo físico. Sin embargo no se observa la forma regular de estas bandas que se aprecia en la Figura 13(b), en ese caso el desplazamiento impuesto fue mucho mayor al rango planteado para poner de manifiesto el patrón de desplazamientos. La inclinación de las bandas no es uniforme pero el ángulo predominante es de 45º hasta el descenso de δ = 10mm; y luego disminuye a 32/34º para δ = 25mm. Al visualizar los gráficos, se aprecia que a medida que aumenta el descenso diferencial δ no hay un continuo aumento de las deflexiones laterales máximas, sino que estas tienden a disminuir. Se puede entender esto, como la transformación desde una deformada con bandas más amplias hacia una deformada con cada vez más bandas pero de menor amplitud. Resulta más notorio entre las Figuras 19(d) a (f) donde los desplazamientos entre 3.5cm/-2.5cm se reducen a 2.5cm/-2cm, también se puede apreciar en la Tabla 4, entre δ=5mm y 20mm. Por las dimensiones del modelo físico al representar el prototipo y la flexibilidad del acetato pueden aparecer valores iniciales de desplazamiento fuera del plano mayores que los que se producirían en el prototipo solicitado por descenso de bajo valor, esto puede representar una limitación de la modelación que generó desplazamientos iniciales mayores a los del prototipo. Se puede observan en todas las Figuras 19(a) hasta (f) una discontinuidad de las bandas con menores desplazamientos en coincidencia con la posición de las correas (líneas grises). De esta manera se manifiesta la influencia de las correas en el comportamiento de la chapa generando interrupciones en las bandas que se

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interpreta como una reducción de los desplazamientos en los puntos donde se encuentran las correas. Nótese que entre las correas es donde ocurren las mayores deflexiones hacia adentro y afuera de la chapa confirmando que la presencia de las correas es la causa de la forma no regular de estas bandas. En la modelación numérica de una nave industrial con iguales dimensiones al prototipo presentada en el trabajo precedente1,2 se presentan bandas continuas sin la reducción de desplazamientos en coincidencia con las correas que se observa en este caso.

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

Figura 19. Desplazamientos fuera del plano en el prototipo para descenso diferencial de: (a) 5mm, (b) 7mm, (c) 9mm, (d) 10mm, (e) 20mm, (f) 25mm.

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No existe una relación lineal entre los desplazamientos fuera del plano de la placa y el descenso diferencial de la base. En la Figura 20 se identifican algunos puntos denominados Nodos A, B, C y D en los cuales se realiza un seguimiento de la trayectoria de desplazamientos fuera del plano al aumentar los descensos del apoyo central de 5mm hasta 25mm. Los desplazamientos correspondientes a esos nodos son presentados en la Tabla 5 y graficados en la Figura 21. Nótese que los nodos A y D se ubican en la unión de la estructura secundaria con la principal por lo que sus desplazamientos resultan menores. Entre estos, el Nodo D corresponde con la ubicación de una correa, es por ello que la limitación es mayor y por ende la deflexión menor.

Figura 20. Nodos para seguimiento de trayectoria, descenso diferencial de 25mm.

Desplazamientos prototipo (cm)

Nodo Fila Columna δ= 0mm

δ= 5mm

δ= 7mm

δ= 9mm

δ= 10mm

δ= 20mm

δ= 25mm

A 6 1 -0.18 -0.32 -0.95 -0.77 -0.35 -0.59 -0.18 B 8 4 0.77 0.68 1.82 1.41 -0.27 -0.21 0.77 C 5 10 0 -0.13 -0.76 -0.09 1.17 -0.03 0.285 D 7 12 0.42 0.30 0.56 0.84 0.51 0.30 0.42

Tabla 5 - Desplazamientos laterales medidos en el modelo físico para los Nodos A, B, C y D en mm.

En las trayectorias mostradas en la Figura 21 se puede observar que para asentamientos de valor reducido los desplazamientos fuera del plano aumentan y posteriormente hay una reducción de los mismos, debido al trabajo de las correas. Salvo en el Nodo A, en los otros nodos se puede ver un cambio en el comportamiento con desplazamientos hacia el interior de la nave para asentamientos de bajo valor y hacia fuera a medida que los descensos aumentan.

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Figura 21. Trayectorias de equilibrio en Nodos A, B, C y D en función de asentamientos diferenciales impuestos en apoyo de columna central.

La comparación con resultados del trabajo precedente1 muestra que los valores máximos y mínimos de desplazamiento fuera del plano obtenidos sin estructura secundaria resultan en general de mayor valor, como se muestra en la Figura 22. Además, en dicho trabajo una figura similar a la Figura 21 construida para una simulación numérica de la nave sin correas en cerramiento lateral, muestra que los desplazamientos fuera del plano alternan valores hacia el interior y exterior de la nave al aumentar el descenso pero no evidencian la disminución observada en este caso.

Figura 22. Comparación de desplazamientos fuera del plano máximos y mínimos,

con y sin rigidización de correas.

Por su parte, si se considera los valores admisibles propuestos por la norma ASCE:

600galpón del altura

600H

= (5)

resulta para una altura de galpón 6 m, una deformación de 1 cm. Se aprecia que, si Página 18 de 20

bien existen puntos en diferentes etapas de carga que se mantienen por debajo de ese valor admisible, es decir entre -1cm y +1cm, todos aquellos valores máximos y mínimos encontrados (Tabla 4) lo superan ampliamente.

CONCLUSIONES

En este trabajo se realizó una modelación física de una nave industrial metálica considerando como solicitación asentamientos de apoyos en la base de la columna central. Se evaluaron desplazamientos fuera del plano en el cerramiento lateral incluyendo la estructura secundaria de rigidización puesta de manifiesto a través de correas. La modelización de sólo una parte de la nave industrial ha resultado satisfactoria y los datos obtenidos son fieles al comportamiento de la placa al practicarle el mecanismo de descenso, al ser evidente la disminución de los desplazamientos de la placa en el pórtico consecutivo al de la columna que sufre el descenso respecto de los valores máximos y mínimos obtenidos. El patrón de deformación es de bandas inclinadas a 45º aproximadamente con menores desplazamientos en la zona donde están las correas. Estas bandas presentan alternamente desplazamientos hacia el interior y exterior de la nave. Las interrupciones en las bandas se interpretan como la limitación de los desplazamientos en los puntos donde se encuentran las mismas. Entre las bandas, aproximadamente en el centro, es donde ocurren las mayores deflexiones hacia adentro y afuera de la chapa. La presencia de correas, como se recomendaba en la investigación anterior, esencialmente le otorga una menor flexibilidad a las placas laterales. A medida que se incrementa la solicitación, las deformaciones fuera del plano aumentan hasta que el trabajo de las correas a flexión limita esta deformación. Se evidencia que no existe una relación lineal entre los desplazamientos fuera del plano de la placa y el descenso diferencial de los apoyos, al igual que en el caso de no contar con la rigidización de las correas. Los resultados muestran que, si bien se presenta una importante reducción de los desplazamientos fuera del plano del cerramiento lateral flexible de la nave industrial al considerar el uso de la estructura secundaria, aún así siguen siendo mayores a los admisibles. Las deformaciones inducidas en el cerramiento lateral, debido al efecto del asentamiento diferencial, pueden causar la pérdida de la condición de servicio del edificio dependiendo el destino y/o uso de la construcción. Por esta razón se considera recomendable la reducción de los mismos a valores admisibles, ya sea con una mayor densidad de correas o bien secciones transversales de las mismas con mayor momento de inercia.

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Agradecimientos: Este trabajo fue realizado con subsidios de Universidad Nacional del Comahue, Universidad Nacional de Córdoba y CONICET. Se agradece al Grupo de estudio de Polímeros Sintéticos y Naturales (GEPSyN), del Departamento de Mecánica Aplicada, Universidad Nacional del Comahue, con el asesoramiento del Mg. Edgardo Santarelli y el técnico Pedro Sosa para la realización de ensayos de material. También a la Mg. María de la Peña Sánchez Izquierdo (Departamento Química) por la colaboración en la evaluación de densidad de acetato. Referencias: [1] Fernández, S., Jaca, R.C. y Godoy, L.A. Descenso de apoyos en el revestimiento

lateral de naves industriales. Mecánica Computacional. vol.30, pp. 857–874, 2011.

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