Software Libre para el diseño de conexiones Metalicas de acuerdo a la NSR-10

146 Pages·2015·4.25 MB·Spanish

SOFTWARE LIBRE PARA EL DISEÑO DE CONEXIONES METALICAS DE
ACUERDO CON LA NSR-10

JUAN FRANCISCO ACUÑA TORRES
HAROLD ANDRE SOTELO OJEDA

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C
2014
1
SOFTWARE LIBRE PARA EL DISEÑO DE CONEXIONES METALICAS DE
ACUERDO CON LA NSR-10

JUAN FRANCISCO ACUÑA TORRES
HAROLD ANDRE SOTELO OJEDA

TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR POR EL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL

DIRECTOR

Ing. JESÚS DANIEL VILLALBA MORALES, D. Sc.

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C
2014
2
AGRADECIMIENTOS

Le agradecemos a nuestro director Jesús Villalba por el apoyo, orientación y asesoría
durante el desarrollo del trabajo de grado.

A nuestras familias y familiares por estar a nuestro lado en el transcurrir de la carrera
para llegar a ser Ingenieros Civiles.

A la Pontificia Universidad Javeriana por brindar espacios adecuados para el desarrollo
profesional y humano de toda la comunidad.

Agradecemos a nuestros compañeros, docentes y profesionales que nos acompañaron
en la formación.

En general a todas las personas que con su conocimiento y su voz de aliento hicieron
que culmináramos nuestro pregrado acertadamente.
3
TABLA DE FIGURAS

Fig. 1 Esquema END PLATE....................................................................................... 32
Fig. 2 Diagrama de equilibrio resistencia de los pernos. ........................................ 33
Fig. 3 Diagrama de equilibrio aleta de viga ............................................................... 33
Fig. 4 Casos Bloque de Cortante (Tomado de AISC Design v14.0) ........................ 39
Fig. 5 WUF-W conexión a momento (Tomado de AISC 358-10 CHAPTER 8) ......... 46
Fig. 6 Detalle de la geometría del orificio de soldadura (AISC 358-10 Sección
6.10.1.2) ........................................................................................................................ 49
Fig. 7 Conexión alma de la viga (Tomado de AISC 358-10 (Sect 8.6)) .................... 49
Fig. 8 Conexión del alma de la viga (Tomado de AISC 358-10 Sect 8.6) ................ 51
Fig. 9 Esquema Conexión Placa Gusset ................................................................... 53
Fig. 10 Tipos de análisis (Tomado de: AISC-T-DG01 Fig.1)..................................... 57
Fig. 11 (a) Resultante de Esfuerzos bajo la placa (Tomado de AISC-T-DG01 Fig.10)
...................................................................................................................................... 59
Fig. 12 (b) Caso General (Tomado de AISC-T-DG01 Fig. 10) ................................... 59
Fig. 13 (c) Distribución de esfuerzos (Tomado de AISC-T-DG01 Fig.10)................ 59
Fig. 14 Pequeñas excentricidades. (Tomado de AISC-T-DG01 Fig. 11).................. 60
Fig. 15 Excentricidad Moderada (AISC-T-DG01 Moderate Eccentricity)................. 61
Fig. 16 Tipos de Pernos (Tomado de AISC-T-DG01) ................................................ 64
Fig. 17 Pantalla de inicio Software............................................................................. 68
Fig. 18 Menú de Conexiones a Diseñar ..................................................................... 69
Fig. 19. Ventana de Elección de Método de Entrada ................................................ 71
Fig. 20. Ventana de Datos de Entrada Componentes.............................................. 71
Fig. 21. Ventana Datos de entrada sección a............................................................ 72
Fig. 22. Imagen Esquemática de Datos de Entrada sección b. ............................... 73
Fig. 23. Ventana Guardar Valores y Crear Reporte .................................................. 74
Fig. 24. Guardar Valores en Archivo de Texto .......................................................... 76
Fig. 25. Ventana de Datos Importados ...................................................................... 77
Fig. 26. Datos Importados .......................................................................................... 77
Fig. 27 Creación informe en Word. ............................................................................ 81
Fig. 28 Edición en Photoshop .................................................................................... 81
Fig. 29. Informe Creado en Formato PDF .................................................................. 82
Fig. 30 Carpeta de destino de Python 2.7 ................................................................. 83
Fig. 31 Ubicación en la carpeta Python ..................................................................... 84
Fig. 32 Ejecución archivo "setup.py" ........................................................................ 84
Fig. 33 Ejecutable en el Escritorio. ............................................................................ 85
Fig. 34 Grafico Acotación Placa Extremo. ................................................................ 86
Fig. 35 Informe END PLATE pág. 1 ............................................................................ 87
Fig. 36 Informe END PLATE pág. 2 ............................................................................ 88
Fig. 37 Informe END PLATE pág. 3 ............................................................................ 89
Fig. 38 Informe END PLATE pág. 4 ............................................................................ 90
Fig. 39 Informe END PLATE pág. 5 ............................................................................ 91
Fig. 40 Informe END PLATE pág. 6 ............................................................................ 92
Fig. 41 Informe END PLATE pág. 7 ............................................................................ 93
Fig. 42Grafico Acotación Placa Pernada................................................................... 94
Fig. 43 Informe BOLTED FLANGE PLATE pág. 1 ..................................................... 95
4
Fig. 44 Informe BOLTED FLANGE PLATE pág. 2 ..................................................... 96
Fig. 45 Informe BOLTED FLANGE PLATE pag. 3 ..................................................... 97
Fig. 46 Informe BOLTED FLANGE PLATE pag.4 ...................................................... 98
Fig. 47 Informe BOLTED FLANGE PLATE pág. 5 ..................................................... 99
Fig. 48 Informe BOLTED FLANGE PLATE pág. 6 ................................................... 100
Fig. 49 Informe BOLTED FLANGE PLATE pág. 7 ................................................... 101
Fig. 50 Informe BOLTED FLANGE PLATE pág. 8 ................................................... 102
Fig. 51 Informe BOLTED FLANGE PLATE pág. 9 ................................................... 103
Fig. 52 Informe BOLTED FLANGE PLATE pág. 10 ................................................. 104
Fig. 53 Informe WELDED pág. 1 ............................................................................... 106
Fig. 54 Informe WELDED pag.2 ................................................................................ 107
Fig. 55 Informe WELDED pág. 3 ............................................................................... 108
Fig. 56 Informe WELDED pag.4 ................................................................................ 109
Fig. 57 Informe WELDED pag.5 ................................................................................ 110
Fig. 58 Informe WELDED pág. 6 ............................................................................... 111
Fig. 59 Informe WELDED pág. 7 ............................................................................... 112
Fig. 60 Grafico Acotación Placa Gusset.................................................................. 113
Fig. 61 Informe GUSSET pag.1................................................................................. 114
Fig. 62 Informe GUSSET pág. 2................................................................................ 115
Fig. 63 Informe GUSSET pág. 3................................................................................ 116
Fig. 64 Informe GUSSET pág. 4................................................................................ 117
Fig. 65 Informe GUSSET pág. 5................................................................................ 118
Fig. 66 Informe GUSSET pág. 6................................................................................ 119
Fig. 67 Informe GUSSET pág. 7................................................................................ 120
Fig. 68 Informe GUSSET pág. 8................................................................................ 121
Fig. 69 Informe GUSSET pág. 9................................................................................ 122
Fig. 70 Informe GUSSET pág. 10.............................................................................. 123
Fig. 71 Informe BASE PLATE pág. 1 ........................................................................ 125
Fig. 72 Informe BASE PLATE pág. 2 ........................................................................ 126
Fig. 73 Informe BASE PLATE pág. 3 ........................................................................ 127
Fig. 74 Informe BASE PLATE pag.4 ......................................................................... 128
Fig. 75 Informe BASE PLATE pág. 5 ........................................................................ 129
Fig. 76 Informe BASE PLATE pag.6 ......................................................................... 130
Fig. 77 Error división por cero ................................................................................. 133
Fig. 78 Error al ingresar variable ............................................................................. 134
Fig. 79 Error reporte abierto ..................................................................................... 134
Fig. 80 Error al elegir el archivo .txt......................................................................... 134
5
TABLAS DE CUADROS

Tabla 1 Distancia de borde y embebida (Tomado de AISC-T-DG01) ...................... 65
6
TABLA DE CONTENIDO

1 RESUMEN.............................................................................................................. 10

2 INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 11

2.1. OBJETIVOS ..................................................................................................... 11
2.1.1. GENERAL ................................................................................................. 11

2.1.2. ESPECIFICOS .......................................................................................... 11

2.2. ORGANIZACIÓN DEL DOCUMENTO ............................................................. 12
3 MARCO TEÓRICO ................................................................................................. 13

3.1. SOFTWARE LIBRE ......................................................................................... 13

3.2. PYTHON .......................................................................................................... 14
3.2.1. Librerías de Python. .................................................................................. 15

3.3. APLICACIONES EN LA INGENIERIA.............................................................. 15

3.4. NSR-10 ............................................................................................................ 16
3.4.1. Proceso de Diseño. ................................................................................... 16

3.4.2. Materiales. ................................................................................................. 16

3.4.3. Tensión...................................................................................................... 18
3.4.4. Compresión. .............................................................................................. 19

3.4.5. Conexiones................................................................................................ 20
4 DISEÑO DE CONEXIONES METÁLICAS ............................................................. 26

4.1. EXTENDED END PLATE................................................................................. 26

4.1.1. General...................................................................................................... 26
4.1.2. Límites – Precalificados............................................................................. 26

4.1.3. Detalles de Conexión ................................................................................ 28

4.1.4. Procedimiento de Diseño........................................................................... 29
4.2. BOLTED FLANGE PLATE ............................................................................... 37

4.2.1. General...................................................................................................... 37

4.2.2. Sistema...................................................................................................... 37
4.2.3. Detalles de Conexión ................................................................................ 37

4.2.4. Proceso de Diseño .................................................................................... 37

4.3. WELDED UNREINFORCED FLANGE PLATE-WELDED ................................ 46
4.3.1. General...................................................................................................... 46

4.3.2. Sistemas.................................................................................................... 46

4.3.3. Límites de precalificación. ......................................................................... 46
4.3.4. Procedimiento de diseño ........................................................................... 51
7
4.4. GUSSET PLATE .............................................................................................. 53

4.4.1. General...................................................................................................... 53
4.4.2. Límites ....................................................................................................... 54

4.4.3. Proceso de Diseño .................................................................................... 54

4.5. BASE PLATE ................................................................................................... 57
4.5.1. General:..................................................................................................... 57

4.5.2. Variaciones diferentes del método elástico. .............................................. 58

4.5.3. Diseño de la pequeña y excentricidades moderadas. ............................... 60
4.5.4. Diseño para grandes excentricidades. ...................................................... 61

4.5.5. Procedimiento de diseño según la American Institute of Steel Construction
(AISC)-DG01-column base plate. ........................................................................... 62

5 IMPLEMENTACIÓN ............................................................................................... 67
5.1. PROCESO DE PROGRAMACIÓN .................................................................. 67

5.2. INICIO DE PROGRAMA .................................................................................. 67

5.3. ELECCIÓN DE LA CONEXIÓN ....................................................................... 69
5.4. MÉTODO DE ENTRADA DE DATOS .............................................................. 70

5.5. INSERTAR DE DATOS.................................................................................... 71

5.5.1. Creación de la Ventana (Función “Toplevel”): ........................................... 72
5.5.2. Nombres de las variables. ......................................................................... 72

5.5.3. Espacio de entrada de valor: ..................................................................... 73
5.5.4. Imagen esquemática: ................................................................................ 73

5.6. GUARDAR VALORES DE VARIABLE ............................................................. 74

5.6.1. Guardar Valores en Archivo de Texto ....................................................... 74
5.7. IMPORTAR DATOS ......................................................................................... 75

5.7.1. Lectura del archivo de texto:...................................................................... 76

5.7.2. Asignación de los valores del archivo de texto a las variables requeridas: 76
5.7.3. Ventana con los datos ya leídos de un archivo .txt.................................... 76

5.8. PROGRAMACIÓN DE DISEÑO....................................................................... 78

5.8.1. Cambio de unidades de variable en concordancia al Marco Teórico ........ 78
5.8.2. Procesamiento de variables con ecuaciones............................................. 78

5.8.3. Comparaciones por medio de condicionales ............................................. 79

5.8.4. Resultados................................................................................................. 79
5.8.5. Cambio de unidades de resultados en concordancia a unidades de entrada
79

5.9. INFORME DE RESULTADOS ......................................................................... 80
8
5.10. EJECUTABLE............................................................................................... 83

6 EJEMPLOS DE APLICACIÓN ............................................................................... 86
6.1. END PLATE ..................................................................................................... 86

6.2. BOLTED FLANGE PLATE ............................................................................... 94

6.3. WELDED UNREINFORCED FLANGE........................................................... 105
6.4. GUSSET PLATE ............................................................................................ 113

6.5. BASE PLATE ................................................................................................. 124

7 LIMITACIONES .................................................................................................... 131
7.1. LIMITACIONES TÉCNICAS........................................................................... 131

7.1.1. End Plate ................................................................................................. 131

7.1.2. Bolted Flange Plate ................................................................................. 131
7.1.3. Welded Unreinforced Flange-Welded...................................................... 132

7.1.4. Gusset Flange Plate ................................................................................ 132

7.1.5. Base Plate ............................................................................................... 132
7.2. LIMITACIONES DE INTERFAZ ..................................................................... 133

7.2.1. Casos Puntuales: .................................................................................... 133

8 CONCLUSIONES ................................................................................................. 135
9 BIBLIOGRAFIA.................................................................................................... 136

10 ANEXOS ........................................................................................................... 138
9
1 RESUMEN

El trabajo de grado que se desarrolla a continuación, es un trabajo el cual surge como
una ayuda didáctica que busca complementar y abordar una temática de ingeniería
civil, y a mayor profundidad el de las estructuras metálicas. Ya que en el ámbito
académico de las estructuras metálicas se cuenta con unas bases sólidas para el
desarrollo de todo el comportamiento porticado de las mismas, pero se evidencia que
las bases teóricas con respecto a las conexiones de los elementos estructurales no lo
son. Para solventar la problemática que se vive en las industrias manufactureras de
estructuras metálicas, donde se evidencian errores en el diseño de las conexiones
metálicas, hemos elaborado un trabajo de grado enfocado esencialmente en el
desarrollo de un software libre para el diseño de conexiones metálicas de acuerdo a la
NSR-10. La idea de este software es brindar un apoyo a futuro a la asignatura que se
ofrece en el énfasis de estructuras de la universidad y brindando la posibilidad de una
complementación del software.

Para generar el software se hizo una revisión bibliográfica de las exigencias que la
Norma Sismo Resistente del 2010 establece para las estructuras metálicas enfocadas
a las conexiones metálicas. Luego de tener claro los aspectos que la NSR-10
contempla para las conexiones metálicas, se procede a estudiar normas y/o manuales
que detallen el diseño de las conexiones planteadas en el anteproyecto.

Para el desarrollo adecuado del software se contempló el programador Python 2.7 el
cual brinda las herramientas adecuadas para permitir que el usuario del software pueda
indicar los datos de entrada, y evaluarlos para dar una respuesta del comportamiento,
aciertos y/o desaciertos que la conexión presenta.

En el desarrollo del trabajo de grado se presenta la metodología de programación
utilizada para el desarrollo adecuado del análisis interno diseño como la programación
de la interfaz del programa.

El software que se desarrolló se contempló como una herramienta de uso libre, para
brindar la posibilidad que se complemente tanto en la profundización de las conexiones
existentes como en la implementación de nuevas conexiones.

La concepción del proyecto parte de querer dar una solución a una problemática
puntual en la academia de la ingeniería civil para construir profesionales, capaces de
implementar nuevas tecnologías flexibles, que contribuyan con una solución.
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