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Cuando se está llevando a cabo el diseño de un edificio industrial (nave industrial, hangar aeroportuario o ferroviario, etc) se hace indispensable considerar la existencia de algún tipo de puente grúa de uso general para desarrollar las actividades propias de este tipo de instalaciones.
Un puente grúa de tipo general es un elemento constituido por una viga soportada y guiada por dos carriles en sus extremos que permiten su movimiento generalmente mediante rodadura. La viga monta un polipasto móvil, que es el encargado de elevar las cargas y desplazarlas a su vez a lo largo de la misma.
En resumen se tienen dos movimientos de la carga (exceptuando el movimiento vertical de elevación de la carga, que no es de interés en los cálculos estructurales): un movimiento longitudinal con respecto a los carriles de guiado del puente grúa y un movimiento longitudinal respecto de la viga que constituye el puente (transversal respecto de los carriles). El primero es el que supondrá un desplazamiento de la carga que afectará a las vigas carril en cuanto a que se tratará de una carga en movimiento sobre las mismas y el segundo implicará un reparto de la carga sobre ellas proporcional a la excentricidad sobre la viga puente.
Implementar un modelo de cálculo que considere una cargas de este tipo implica un trabajo importante, en cuanto a la definición y situación de las mismas, si se desea considerar todos los posibles estados en los que pueda encontrarse la misma y, en consecuencia, todas las hipótesis y envolventes de carga para el diseño de las estructura. Afortunadamente STATIK-7 dispone de una herramienta que permite hacer una generación de cargas muy útil para estos casos.
Dicha herramienta es el "Generador de cargas para cargas móviles generales" (Generator for General Moving Loads). Este generador permite la generación de cargas, de un determinado grupo de cargas, en posiciones arbitrarias a lo largo de un carril. Teniendo en cuenta que las posiciones de un grupo de cargas son exclusivas mutuamente (aparecen de forma alternada), las cargas generadas estarán marcadas para "superposición exclusiva" (está opción aparecerá marcada y como no editable en el cuadro de diálogo. Ver figura abajo). El carril puede estar constituido por varias partes independientes, como en el ejemplo de un puente grúa, en el que tenemos dos carriles independientes.
Después de crear un nuevo generador de cargas del tipo "Carga móvil general" los botones empleados para configurarlo se muestran en la pestaña "Cargas".
Los elementos carga introducidos con los dos primeros botones definen el grupo de cargas móvil. Dicho grupo puede consistir en una combinación de cargas cualquiera y puede ser posicionado en cualquier parte del carril (ver figura abajo).
Mediante el tercer botón:
Se creará el punto de anclaje utilizado para definir la posición del grupo de cargas.
El cuarto botón:
Permitirá crear la polilínea de posicionamiento, los puntos de la cual definen las posiciones del grupo de cargas (ver figura de arriba). Las cargas, situadas con relación al punto de anclaje, se irán posicionando en cada uno de los puntos definidos por la polilínea.
Veamos un ejemplo de un puente grúa sobre una estructura metálica sencilla como la que se presenta a continuación. El puente grúa se apoyaría en las dos vigas laterales indicadas:
Una vez introducida la estructura se deberá proceder a la definición del generador de cargas mediante el procedimiento habitual en STATIK-7:
A continuación se deberá proceder a la introducción de las cargas. Supondremos un peso propio del puente grúa, sin el polipasto, de 80 KN. El polipasto junto con la máxima carga a izar será de 400 KN. El grupo de cargas consistirá en dos cargas concentradas de 0.5kN cada una (carga total = 1kN) y se dispondrá un punto de anclaje en el punto medio de ambas. Este grupo de cargas representará las dos ruedas que hay en uno de los apoyos de la viga.
Para agrupar las dos cargas bastará con seleccionarlas y, pinchando con el botón derecho, abrir el cuadro de atributos. En la pestaña de opciones definir el nombre del grupo en el área resaltada en la figura de abajo.
Después se introducirán las polilíneas sobre los carriles elegidos pinchando sobre los puntos en los que deseemos que se vaya a ir posicionando la carga móvil. La polilíneas aparecerán representadas en verde como puede verse en la figura siguiente donde además se verán todos los puntos de posicionamiento.
Puesto que el ejemplo que nos ocupa es un puente grúa, el desplazamiento se materializará en paralelo, es decir, los puntos de apoyo de la viga irán avanzando a la vez sobre ambos carriles. Para implementar este efecto se llevará a cabo la operación de combinar posiciones. En el ejemplo, esto supondrá combinar las posiciones enfrentadas P1-P7, P2-P8, P3-P9, P4-P10, P5-P11 y P6-P12 y para ello nos valdremos de la opción que aparece en el cuadro de propiedades del punto de posición:
Para combinar P7 con P1 bastará con abrir el cuadro de propiedades de P7, marcar la opción "Combinado con posición" e indicarle el punto con el que se desea combinar (1):
Esta operación se repetirá tantas veces como parejas de puntos necesitemos.
Dentro de los atributos de los puntos de posicionamiento aparece un factor que resulta de gran importancia para la correcta definición de estas cargas. Dicho factor es el factor de carga:
Este factor es el que permitirá definir el reparto de cargas en un apoyo y en el otro en función de la excentricidad de la carga sobre la viga puente. En el ejemplo, la viga puente mide 13m, si suponemos que la carga se sitúa a una distancia del apoyo P1 de un 20% de la longitud total de la viga, tendremos un reparto como sigue:
Para la viga puente:
80*0.5 = 40
Para el polipasto+carga:
0.8*400 = 320 en el apoyo más cercano
0.2*400 = 80 en el apoyo más alejado
Para reflejar este reparto se introducirá el correspondiente factor de carga en cada uno de los cuadros de atributos para P1 y P7 (y del mismo modo para el resto de parejas):
Queremos recalcar aquí la conveniencia de definir el grupo de cargas con un valor de 1kN (como hemos hecho en este ejemplo) de manera que el factor de carga signifique el valor correspondiente a la carga real. De este modo evitamos tener que introducir factores complejos para afectar a las cargas que pueden inducir a error.
Finalmente se tendrá la siguiente secuencia de avance de las cargas para este ejemplo con el reparto asimétrico indicado:
Si queremos tener en cuenta distintas posiciones de la carga del puente grúa, bastará con definir diferentes generadores de carga, tarea que es, como hemos visto, tremendamente sencilla.
Una vez definidos los generadores, las envolventes de cargas se generan correctamente y automáticamente; reflejando el hecho de que las cargas estarán en las posiciones P1 y P7, P2 y P8, etcétera.
Imaginad todas las hipótesis de carga diferentes que deberíais crear así como la compleja creación de envolventes.
En STATIK esta tarea es enormemente sencilla.
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