WO2007139366A1 - Perfiles de alta resistencia - Google Patents

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Adolfo Emilio GARCÍA-BARZANALLANA DE LEÓN
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Garcia-Barzanallana De Leon Ad
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/30—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure
    • E04C2/32—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure formed of corrugated or otherwise indented sheet-like material; composed of such layers with or without layers of flat sheet-like material
    • E04C2/322—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure formed of corrugated or otherwise indented sheet-like material; composed of such layers with or without layers of flat sheet-like material with parallel corrugations

Definitions

  • a profile is an article of sheet or of steel or acrylic or polyester reinforced with fiberglass, which has been manufactured following different geometric designs. They can be produced from tapes of various widths and sizes.
  • a panel is an article formed by two sheets of steel with a core of a thermo-insulating foam. These profiles and panels are used on the roofs and side facades of industrial and commercial buildings where loads are low.
  • a metal mezzanine is a structural element formed by a composite section - composed of a profile and a concrete slab. They are used on the mezzanines where the loads are high.
  • the present invention has application in the Construction Industry.
  • the main technical-economic problem to be solved by the «High Strength Profiles» is the excessive weight of the mezzanines and walls.
  • the main objective of the development was to minimize the weight of the mezzanines and walls of the buildings.
  • Other premises considered were: 1) The need to suppress concrete. 2) The ability to resist axial compression loads and positive and negative flexing moments of the same magnitude. 3) The feasibility of manufacturing them in cold rolling machines from various widths of steel sheet tape. 4) That they were easy to install and self-supporting during construction.
  • the new development called new system of High Strength Profiles was reached, a technology that is intended to be protected by means of this application. DESCRIPTION OF THE INVENTION:
  • FIG. 1 is an isometric projection of a High Strength Profile without attachments. It is fixed to the main structure by welding screws or buttons. The length of the profiles (N 0 1) and the separation between the supports (N 0 2) Io defines the structural project.
  • FIG. 2 presents the cross section of a High Strength Profile and shows the valleys (N 0 3); the ridges (N 0 4); the ribs (N 0 5); the covers (N 0 7 and N 0 8); perpendicular longitudinal overlap (N 0 12); the angle ⁇ formed by the ribs with respect to the plane of the valleys and which may vary if it alters the symmetry (N 0 6); low density filling material (N 0 9); the cant (N 0 10) and the covering power or useful width of the profile (N 0 11).
  • A Belt width
  • B Valley width (or crest)
  • FIG. 4th Check the ability to withstand flexion-compression stresses of the High Strength Profile »(N 0 13) integrated to the ABD reinforcement, pendulum type or
  • the High Strength Profile integrated to a pendulum or king-post truss armor is satisfactory to withstand a total load evenly distributed over the profile of 1,200 Kg./m equivalent to an overload at 1,500kg / m 2 over the mezzanine CASE 2.
  • Ws Permissible overload on the mezzanine 1, 500 Kg./m 2 .
  • faith Concrete breaking effort 200 Kg./cm 2 .
  • PV Volumetric weight of concrete 2,300 Kg./m 3 .
  • FIG. 5 (FIG. 5)
  • the mezzanines with «High Strength Profiles» have lower weight and lower the cost of the building.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Rod-Shaped Construction Members (AREA)

Abstract

Los Perfiles de Alta Resistencia son artículos de bajo peso propio fabricados con lámina o placa metálica, para emplearse en la Industria de Ia Construcción en los entrepisos y muros de los edificios. No incorporan concreto, y sin embargo resisten considerables esfuerzos de flexión-compresión. Minimizan el costo de los edificios. Pueden diseñarse para satisfacer estructuralmente una gama de casos particulares. Para iluminación pueden elaborarse con acrílico o poliéster reforzado con fibra de vidrio. La geometría de los Perfiles de Alta Resistencia, producidos a partir de cinta de lámina, se define por la fórmula: A= [2N (B+D-2e)]+D. Donde: (A) es el ancho de la cinta; (N) es el número de valles ó crestas; (B) es el ancho de cada valle o cresta; (D) es el peralte del entrepiso; (e) es el espesor de la lámina. A partir de estos datos se deducen todos los valores de diseño estructural de cualquier Perfil de Alta Resistencia.

Description

PERFILES DE ALTA RESISTENCIA
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN:
Un perfil, es un artículo de lámina o de placa de acero o de acrílico o poliéster reforzados con fibra de vidrio, que se ha fabricado siguiendo distintos diseños geométricos. Se pueden producir a partir de cintas de diversos anchos y calibres. Un panel, es un artículo formado por dos láminas de acero con un núcleo de una espuma termo-aislante. Estos perfiles y paneles se utilizan en los techos y las fachadas laterales de las naves industriales y comerciales donde las cargas son bajas. Un entrepiso metálico, es un elemento estructural formado por una sección compuesta — compuesta por un perfil y una losa de concreto — . Se utilizan en los entrepisos donde las cargas son altas.
En Ia actualidad, el concreto es parte integrante de Ia totalidad de los entrepisos de los edificaciones. Lógicamente estos elementos trasmiten sus cargas gravitacionales a Ia superestructura y a Ia cimentación. Consecuencia: a mayor peso propio del entrepiso, mayor será Ia robustez de Ia estructura y mayor el costo del edificio. Los documentos que reflejan los antecedentes de los perfiles, son los Catálogos de los fabricantes de perfiles como Robertson Mexicana, S.A. de CV. , Industrias Monterrey, S.A. de CV. ; Galvak, S.A. de CV.; Stabilit, S.A. de CV. y Vulcraft de Nucor Corporation, miembro de Steel Deck lnstitute (SDI) de los Estados Unidos. OBJETO DE LA INVENCIÓN:
La presente invención tiene aplicación en Ia Industria de Ia Construcción. El principal problema técnico-económico a resolver por los «Perfiles de Alta Resistencia» es el excesivo peso propio de los entrepisos y muros. El objetivo principal del desarrollo fue el de minimizar el peso propio de los entrepisos y muros de los edificaciones. Otras premisas consideradas fueron: 1) La necesidad de suprimir el concreto. 2) La capacidad para resistir cargas de compresión axial y momentos flexionantes positivos y negativos de Ia misma magnitud. 3) La factibilidad de fabricarlos en máquinas roladoras en frío a partir de diversos anchos de cinta de lámina de acero. 4) Que fueran de fácil colocación y autosoportantes durante Ia construcción. Con base en las consideraciones antes expuestas, se llegó al presente desarrollo denominado nuevo sistema de Perfiles de Alta Resistencia, tecnología que se pretende proteger por medio de Ia presente solicitud. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN:
Los detalles característicos de esta serie de nuevos Perfiles de Alta Resistencia, se muestran en Ia descripción y en los dibujos que se acompañan; se siguen los mismos signos de referencia para indicar las partes y las figuras mostradas. Estos perfiles pueden utilizarse en los entrepisos y muros de edificaciones y en Ia autoconstrucción de viviendas.
La FIG. 1 es una proyección isométrica de un Perfil de Alta Resistencia sin aditamentos. Se fija a Ia estructura principal mediante tornillos o botones de soldadura. La longitud de los perfiles (N0 1) y Ia separación entre los apoyos (N02) Io define el proyecto estructural.
La FIG. 2 presenta la sección transversal de un Perfil de Alta Resistencia y muestra los valles (N0 3); las crestas (N04); las nervaduras (N0 5); las tapas (N0 7 y N0 8); el traslape longitudinal perpendicular (N0 12); el ángulo α que forman las nervaduras con respecto al plano de los valles y que puede variar si que altere Ia simetría (N0 6); material de relleno baja de densidad (N0 9); el peralte (N0 10) y el poder cubriente o ancho útil del perfil (N0 11).
La FIG. 3a Perfil de 2 valles y 2 crestas. D (N0 10)= 9 cms. e= 0.0798 cm La FIG. 3b Perfil de 3 valles y 3 crestas. D (N0 10)= 9 cms. e= 0.0798 cm La FIG. 3c Perfil de 4 valles y 4 crestas. D (N0 10)= 9 cms. e= 0.0798 cm La FIG. 3d Perfil de 5 valles y 6 crestas. D (N0 10)= 9 cms. e= 0.0798 cm La FIG. 3e Perfil de 6 valles y 6 crestas. D (N0 10)= 9 cms. e= 0.0798 cm La Tabla 1 contiene las dimensiones de las figuras anteriores; fueron calculadas para una cinta de lámina de acero ASTM A-466 grado "B" de 4 pies de ancho y calibre 22, mediante las fórmulas que definen Ia geometría de los Perfiles de Alta Resistencia:
A= [2N (B+D- 2 e)]+D PC= 2 N B - e (2N+1).
Donde: A= Acho de Ia cinta B= Ancho del valle (o cresta)
D= Peralte del perfil N= Número del valles (o crestas) e= Espesor de Ia lámina. PC=Poder cubriente TABLA 1
(Gama de « Perfiles de Alta Resistencia») jur a: PC B N E D
(N0 11) (N0 3 y 4) (N° 10) cms cms cms Cms
3a 95.03 47.64 1 0.0798 9
3b 77.20 19.40 2 0.0798 9
3c 59.35 9.98 3 0.0798 9
3d 41.51 5.28 4 0.0798 9
3e 23.67 2.45 5 0.0798
TABLA Ia
Valores estructurales de Ia FIG. 3b para los Ejemplos 1 y 2 (Obtenidos por métodos convencionales)
Descripción: Unidad Símbolo Valor
Momento de inercia cm Ip 145.381
Módulo de Sección cm3 S 32.307
Área de Ia sección transversal cm2 As 9.73 Radio de Giro cm r 3.87
Separación entre apoyos m. L 2.50
Relación de esbeltez — L/r 65
Esfuerzo de Fluencia Kg/cm2 Fy 2,600
Esfuerzo de flexión permitido (0.6 Fy) Kg/cm2 Fb 1 ,560
EJEMPLO 1 : (FIG. 4a, 4b y 4c)
CASO 1.
FIG. 4a. Verificar Ia capacidad para soportar esfuerzos de flexo-compresión del Perfil de Alta Resistencia» (N0 13) integrado a Ia armadura ABD, tipo pendolón o
(king-post truss). El poste es de tubo de 36 cms. Dealto (N° 15): y los tensores se indican. (N0 14). La resistencia estructural de las tapas se desprecia. Calcular las fuerzas H, R y T, con base en Ia semejanza de los triángulos ABC de las FIG. 4b y 4c y conforme a las siguientes relaciones:
R _ 1500 _ H _ T
0.36m ~ 0.36m 1.25 m ~ 1.3 m H= Carga axial sobre el perfil= 5,208 Kg.
R= Reacción= 1,500 Kg. L=Separación entre apoyos=2.50m. w= Carga total sobre el perfil=1 ,200 Kg./m. Wpp= Peso propio de Ia armadura: 60 Kg./m2 Cálculo de ios esfuerzos aplicados:
Descripción: Unidad Símbolo Valor:
Esfuerzo de compresión aplicado Kg. /cm2 fa 535
(fa= H/As = 5,208/ 9.73)
Esfuerzo de flexión aplicado Kg./cm2 fb 724 (fb=Ma/S= 23,400 /32.307)
(Momento aplicado: Ma = w-L2/8=1 ,200-1.252/8)
Esfuerzo de compresión permisible. Kg./cm2 Fa 1 ,191
(Basado en L/r = 65)
Esfuerzo de flexión permitido. Kg/cm2 Fb 1 ,560 Con los valores anteriores, se verifica el cumplimiento de Ia condición expresada en Ia siguiente fórmula: fa fb
Fa Fb
Substituyendo en Ia fórmula anterior el valor de los esfuerzos:
535 + 724 <
1,191 1,560
El Perfil de Alta Resistencia integrado a una armadura de pendolón o king-post truss, es satisfactorio para resistir una carga total uniformemente distribuida sobre el perfil de 1 ,200 Kg./m equivalente a una sobrecarga a 1 ,500kg/m2 sobre el entrepiso. CASO 2. Seleccionar un «Entrepiso Metálico» marca Galvadeck. Datos:
Ws Sobrecarga permisible en el entrepiso = 1 ,500 Kg./m2. L Separación entre apoyos= 2.50 m. Δp Deflexión máxima permisible en el entrepiso= L/240 ó 1.9 cm. fe Esfuerzo de ruptura del concreto = 200 Kg./cm2. PV Peso volumétrico del concreto: 2,300 Kg./m3.
Solución: Interpolando, en las tablas de Galvak, S.A. de C.V., las separaciones entre apoyos (entre 2.4Om y 2.6Om) y los espesores de Ia losa de concreto (entre 9 y 10 cms), se deduce que un entrepiso metálico marca Galvadeck 25, calibre 24 con un espesor de losa (t) de 9.50 cm. soporta una sobrecarga de 1 ,500 KgJm2 y tiene un peso propio de 300 Kg./m2.
CASO 3. Considerando que una losa de concreto tiene un espesor mínimo de 10 cms, con una densidad para el concreto armado de 2,450 Kg./m3 el peso propio de Ia losa: es de 245 Kg./m2.
TABLA 2.
(Peso propio de las alternativas. Sobrecarga = 1.500 Kg./m2
Separación entre apoyos = 2.50 m). «Losa de 10 cms» «Entrepiso metálico» «Perfil de Alta Resistencia» 245 KgJm2 300 Kg./m2 60 KgVm2
Los entrepisos con Perfiles de Alta Resistencia tienen el menor peso propio y rebajan el costo del edificio. EJEMPLO 2:
(FIG. 5)
CASO 1 : Verificar el desempeño del «Perfil de Alta Resistencia» (FIG. 3b) de Ia
Tabla 1 y 1a, trabajando flexión simple. La resistencia estructural de las tapas se desprecia. Datos: Ver FIG. 3b, Tabla 1 y 1a.
Ws= Sobrecarga permisible en el entrepiso = 676 Kg./m2. Wpp= Peso propio del perfil en el entrepiso = 39Kg/m2 Wte= Carga total sobre el entrepíso= 715 KgJm2 5 (676 KgVm2+ 39 Kg./m2) w= Carga total sobre el perfil= (0.772 x 715)= 552.00 Kg./m a) Verificando Ia flexión:
Momento aplicado (Ma)= w-L2/8= (552 - 2.52/8)= 431.25 Kg-m Momento resistente, (Mr) = S Fb=(32.307-1 , 560/100)= 504 Kg-m 10 Es satisfactorio porque: 431.25 Kg-m<504 Kg-m b) Verificando Ia deflexión:
Δa Deflexión resultante de Ia aplicación de las cargas.
Δp Deflexión máxima permisible = LJ240 ó 1.9 cm = 1.04cms
15 Y Módulo de elasticidad = 2,100,000 kg/cm2. w Carga total sobre el perfil.
Δa=w - L4/ (384 E - Ip) = 0.924 cm. Es satisfactorio porque: 0.924 cm < 1.04 cm
20 El Perfil de Alta Resistencia trabajando a flexión simple, es satisfactorio para soportar una carga uniformemente distribuida sobre el perfil de 552 Kg/m, equivalente a una sobrecarga de 676 Kg./m2 sobre el entrepiso.
CASO 2. Seleccionar un «Entrepiso Metálico» marca Galvadeck Datos:
?t_ Ws Sobrecarga permisible en el entrepiso = 676 Kg./m2.
L Separación entre apoyos= 2.50 m
Δp Deflexión máxima permisible en el Galvadeck = L/240 ó 1.9 cm fe Esfuerzo de ruptura del concreto = 200 Kg./cm2. PV Peso volumétrico del concreto: 2,300 Kg./m3
30 Solución: Interpolando, en las tablas de Galvak, SA de CV. , las separaciones entre apoyos (entre 2.4Om y 2.6Om) y los espesores de Ia losa de concreto (en- tre 5 y 6 cms), se deduce que un entrepiso metálico marca Galvadeck 25, calibre 24 con un espesor de losa (t) de 5.5 cm. soporta una sobrecarga de 676 Kg./m2' y tiene un peso propio de 206.5 Kg./m2.
CASO 3. Considerando que una losa de concreto tiene un espesor mínimo de 10 cms, con una densidad para el concreto armado de 2,450 Kg./m3 el peso propio de Ia losa es de 245 Kg./m2
TABLA 3. (Peso propio de las alternativas. Sobrecarga = 676 Kq./m2
Separación entre apoyos = 2.50 m). «Losa de 10 cms» «Entrepiso metálico» «Perfil de Alta Resistencia»
245 Kg./m2 206.5 Kg./m2 39 Kg./m2
Los entrepisos con «Perfiles de Alta Resistencia» tienen menor peso propio y rebajan el costo del edificio.

Claims

REIVINDICACIONES
Habiendo descrito mi invención como antecede, Ia considero como una novedad y por Io tanto reclamo como de mi exclusiva propiedad, Io contenido en las siguientes
Cláusulas: 1.- Los Perfiles de Alta Resistencia se caracterizan porque su sección transversal es estructuralmente simétrica con respecto a su eje neutro, exhibiendo siempre el mismo número de valles que de crestas y siendo los mismos de idéntica dimensión.
2.~ Los Perfiles de Alta Resistencia, conforme a Ia Cláusula Primera, se caracterizan adicionalmente porque todas las dimensiones de sus partes están interrelacionadas por Ia fórmula: A= [2N-(B+D-2-e)]+D; donde: (A) es el ancho de
Ia cinta de fabricación. (N) es el número de valles. (B) es el ancho de los valles y las crestas. (D) es el peralte del perfil y (e) es el espesor de Ia lámina.
3.- Los Perfiles de Alta Resistencia, conforme a Ia Cláusula Primera, se caracterizan adicionalmente porque su simetría les permite resistir momentos flexionantes positivos y momentos flexionantes negativos de idéntica magnitud.
A - Los Perfiles ole Alta Resistencia, conforme a ¡a Cláusula Primera, se caracterizan adicionalmente porque resisten esfuerzos de compresión, flexión y flexo-compresión. 5.- Perfiles de Alta Resistencia, conforme a Ia Cláusula Primera, se caracterizan adicionalmente porque no incorporan concreto.
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