Libro Blanco · Diseño Pultruido
La rejilla FRP pultruida lleva carga a través de un conjunto de barras de apoyo continuas, paralelas en forma de I o T atadas entre sí por barras transversales. Porque las barras están alineadas, la sección se comporta como una viga — no como un panel bi-direccional — y el diseño estructural se convierte en una cuestión de calcular propiedades de sección exactas, controlar la deflexión y detallar las conexiones que sostienen las barras al acero de soporte. Este artículo establece las propiedades de sección de barra I/T, la regla de tramo-a-profundidad, el criterio de deflexión L/200 y las reglas de diseño de conexión que hacen una cubierta pultruida predecible.
- Rigidez unidireccional: las barras pultruidas corren a ~70% de contenido de vidrio; E en la dirección de la barra es aproximadamente el doble que la de la rejilla moldeada, por lo que tramos largos se vuelven factibles.
- La deflexión gobierna: con E ≈ 10–20 GPa, la barra que pasa la resistencia última usualmente falla primero el límite de servicio L/200.
- La orientación es crítica: las barras de apoyo deben correr a través del tramo corto; un panel instalado con barras paralelas al tramo es el error de campo más común y más peligroso.
Cómo se Construye una Barra de Apoyo Pultruida
Una barra de apoyo pultruida es una viga de sección constante tirada a través de un dado calentado. La sección transversal es una forma de I (alas anchas superior e inferior, alma delgada) o una forma de T (un ala ancha superior, tallo inferior). Rovings continuos de vidrio corren a lo largo en el alma y las alas; la esterilla de filamento continuo y el velo de superficie proveen resistencia transversal y una superficie rica en resina. Las barras transversales (acero o FRP) se enhebran a través de agujeros en las barras durante la pultrusión a espaciamiento de 30–100 mm, atando las barras en un panel.
| Dimensión | Barra-I (indicativo) | Barra-T (indicativo) | Rol de Diseño |
|---|---|---|---|
| Profundidad total h | 40–75 mm | 50–75 mm | Brazo de palanca primario para flexión |
| Ancho de ala b | 20–25 mm | 25–40 mm | Ala de compresión/tracción |
| Espesor de alma t_w | 3–5 mm | 4–6 mm | Transferencia de corte; pandeo local |
| Espesor de ala t_f | 3–6 mm | 4–8 mm | Apoyo y aplastamiento local |
| Espaciamiento de barra c/c | 25–50 mm | 30–50 mm | Fija el número de barras por metro |
| Diámetro de barra transversal | Ø6–Ø10 mm | Ø6–Ø10 mm | Integridad del panel / compartir carga |
Dimensiones indicativas; los valores exactos de I/Z por barra están tabulados en el manual de diseño métrico de rejilla pultruida de la industria (datos del fabricante). La barra-I es la viga profunda eficiente; la barra-T ofrece un ala de caminata más ancha.
Cálculo de Franja por Metro
Diseñe una franja de panel de 1 m de ancho como una serie de barras paralelas simplemente apoyadas. Para un tramo L uniformemente cargado:
n_bars = 1000 / c_cross (bars per metre width) I_panel = n_bars × I_bar (mm⁴ per m) Z_panel = n_bars × Z_bar (mm³ per m) Mmax = w L² / 8 (N·mm per m width) δ = 5 w L⁴ / (384 E I) (mm midspan deflection) σ_bend = Mmax / Z_panel (bending stress, N/mm²) σ_allow = σ_ult / FOS (FOS = 5:1 pultruded, per ZeAllgrate practice)
Aquí w es la carga por unidad de longitud en la franja de 1 m (N/mm), L el tramo claro (mm), E el módulo flexural en la dirección de la barra de apoyo (N/mm², típicamente 10,000–20,000), I_bar el segundo momento de área de una barra (mm⁴) y Z_bar su módulo de sección (mm³). Las barras transversales distribuyen cargas concentradas a unas pocas barras; para carga uniforme el método de franja por metro es conservador y estándar.
Valores por Metro por Profundidad de Barra
I = segundo momento de área, Z = módulo de sección, por metro de ancho. Valores indicativos; verifique contra la tabla de carga pultruida ZeAllgrate para la barra exacta y contenido de vidrio.
| Barra Pultruida | Peso (kg/m²) | I por m (cm⁴/m) | Z por m (cm³/m) | Tramo máx típico a L/200, 5 kN/m² |
|---|---|---|---|---|
| I-40 (40 mm profundo) | ~11 | ~150 | ~8.5 | ~1.15 m |
| I-50 (50 mm profundo) | ~13 | ~230 | ~12.0 | ~1.45 m |
| I-60 (60 mm profundo) | ~15 | ~340 | ~16.5 | ~1.75 m |
| I-75 (75 mm profundo) | ~18 | ~560 | ~25.0 | ~2.10 m |
| T-50 (50 mm profundo) | ~14 | ~260 | ~13.0 | ~1.50 m |
| T-65 (65 mm profundo) | ~17 | ~420 | ~19.5 | ~1.90 m |
Rangos indicativos alineados con el manual de diseño métrico de rejilla pultruida de la industria. Los valores exactos varían con el ancho de ala, espesor de alma y fracción de vidrio; use datos del fabricante para el diseño final.
Una Regla Práctica Rápida
Para diseño preliminar, los diseñadores experimentados de rejilla pultruida usan un límite de tramo-a-profundidad de aproximadamente L/h ≈ 20–25 para pasarelas peatonales a L/200. Es decir, una barra de 50 mm cubre aproximadamente 1.0–1.25 m; una barra de 75 mm cubre aproximadamente 1.5–1.9 m. Para cargas vivas industriales o deflexión de multitud (L/240), reduzca la relación hacia 18–20. Esta es una regla de diseño — el diseño final siempre debe confirmarse por el cálculo de deflexión y resistencia de arriba.
| Servicio | Objetivo Tramo/Profundidad (L/h) | Límite de Deflexión |
|---|---|---|
| Peatonal ligero / acceso a equipo | 22–25 | L/200 |
| Pasarela industrial estándar | 20–22 | L/200 |
| Multitud / sensible / plataforma ocupada | 18–20 | L/240 |
| Industrial pesado / carga de rueda | 16–18 | L/150 |
Relaciones de regla práctica; las Directrices ZeAllgrate y las tablas de carga del fabricante gobiernan la selección final.
Diseñe una Pasarela Pultruida de 1.6 m de Tramo, 5 kN/m², L/200
Dado: tramo claro L = 1.6 m = 1600 mm; carga viva uniforme q = 5 kN/m²; límite de deflexión L/200; barras pultruidas I-60 a 40 mm c/c, E = 15,000 N/mm²; tensión flexural última ≈ 250 MPa, FOS = 5 → σ_allow = 50 N/mm². De la tabla, I-60 provee I_panel ≈ 340 cm⁴/m = 3.40×10⁶ mm⁴/m y Z_panel ≈ 16.5 cm³/m = 16,500 mm³/m.
Step 1 Allowable deflection
δ_allow = L/200 = 1600/200 = 8.0 mm
Step 2 Required I from deflection δ = 5 w L⁴ / (384 E I)
w = 5 kN/m² × 1 m = 5 N/mm
I_req = 5 × w × L⁴ / (384 × E × δ_allow)
= 5 × 5 × 1600⁴ / (384 × 15000 × 8)
= 3.277e14 / 4.608e7
= 7.11e6 mm⁴ per m ≈ 711 cm⁴/m
Step 3 Select section
I-60 provides I = 340 cm⁴/m = 3.40e6 mm⁴/m < 711 → deflection FAILS
Move to I-75: I = 560 cm⁴/m = 5.60e6 mm⁴/m < 711 → still short
For 1.6 m at L/200, upsize bar depth or reduce span:
I-75 at L = 1.45 m (per table) satisfies; for 1.6 m use
a deeper custom bar or closer supports.
Step 4 Verify strength (governing section chosen)
Mmax = w L² / 8 = 5 × 1600² / 8 = 1.60e6 N·mm per m
Z_req = Mmax / σ_allow = 1.60e6 / 50 = 32,000 mm³ = 32 cm³/m
I-75 provides Z ≈ 25 cm³/m → strength also needs upsize
Conclusion: at 1.6 m span, L/200 deflection governs; select a
deeper pultruded section or reduce clear span to ~1.45 m.Resultado: la barra I-60 que parecía adecuada para un tramo de 1.6 m falla tanto deflexión como resistencia a L/200. El manual métrico pultruido recomienda un I-75 (o un espaciamiento de soporte más cercano de ~1.45 m). Esta es la lección central: lea la tabla de carga a su tramo y límite de deflexión exactos — nunca interpole un espesor vecino.
Cómo se Sostienen las Barras a los Soportes
- Longitud de apoyo: cada extremo de barra debe apoyar al menos 50 mm (2 in) sobre ángulo de acero o soporte FRP para prevenir aplastamiento local del alma y punzonamiento en el agujero de la barra transversal.
- Colocación de clips: un G-clip o clip de cuña por barra de apoyo en cada soporte; un clip en cada esquina del panel es obligatorio. Espaciamiento típico de clips ≤ 300 mm a lo largo del soporte.
- Espacio de extremo de barra: deje un espacio de expansión de 6–10 mm entre los extremos del panel para acomodar el movimiento térmico (el FRP se expande ~2–3× más que el acero).
- Soporte de borde: los bordes de panel libres (sin soporte) deben encuadrarse con barra angular FRP; los bordes largos sin soporte se deflectan independientemente y sobrecargan la primera fila de clips.
- Material de la sujetación: clips y pernos de acero inoxidable A2/A4 (304/316); la ferretería galvanizada es aceptable en servicio seco pero corroe más rápido que el FRP mismo en servicio corrosivo.
Ruedas, Pies y Bases de Equipo
La carga uniforme rara vez gobierna las cubiertas pultruidas — una rueda de montacargas, un pie de bomba o una base de tambor sí. Una carga concentrada en una barra se distribuye a barras vecinas por las barras transversales sobre un ancho de parche corto. Para un parche de ancho b (mm) sobre el espaciamiento de barra c:
n_share = round(b / c) + 1 (bars sharing the load, typically 3–5) P_bar = P / n_share (kN per shared bar) Check P_bar against the concentrated-load table for that bar at span L. If the patch sits over a cross-rod, sharing improves; if between cross-rods, assume the load goes to the nearest bar (conservative).
Para tráfico de montacargas o transpaleta, reduzca el valor estático por ~50% por impacto y seleccione la barra de la fila de carga de rueda, no de la fila uniforme. Donde las cargas de rueda son altas, especifique un espaciamiento de soporte más cercano o una barra más profunda en lugar de confiar en la tabla de carga uniforme.
Cuándo la Barra Larga es la Respuesta Correcta
| Criterio | Pultruido | Moldeado |
|---|---|---|
| Contenido de vidrio / rigidez | ~70% / ~2× más rígido | ~33% / estándar |
| Tramo típico | 1.5–3.0 m | 0.6–1.2 m |
| Dirección de resistencia | Unidireccional (barras) | Bidireccional |
| Resistencia al impacto | Buena | Excelente |
| Mejor para | Tramos largos, cargas pesadas, tráfico | Cargas moderadas, húmedo/corrosivo, impacto |
Use pultruido donde el tramo o la carga impulsa la sección; use moldeado donde el impacto, el enrutamiento bidireccional o el costo en tramos cortos domina. Los proyectos mixtos a menudo usan ambos — moldeado en áreas de proceso, pultruido en pasarelas principales.
Conclusiones
Diseñe la rejilla pultruida como un conjunto de vigas I/T paralelas, no como una placa. Calcule I/Z por barra, multiplique por barras por metro, y deje que el límite de deflexión L/200 seleccione la profundidad de la barra — la resistencia rara vez gobierna una vez que la deflexión está satisfecha. Respete la longitud de apoyo de 50 mm, clip cada barra en cada soporte, encuadre los bordes libres y deje espacios térmicos. Lea la tabla de carga del fabricante a su tramo exacto; el ejemplo resuelto muestra cómo una barra que parece adecuada a primera vista puede fallar ambos criterios.
Fuentes Citadas en Este Artículo
- Manual de diseño métrico de rejilla pultruida de la industria (PDF del fabricante) — propiedades de sección de barra, carga/tramo y método de valor de diseño ASTM D7290. Datos técnicos del fabricante disponibles a solicitud.
- Guía de ingeniería de rejilla moldeada de la industria (PDF del fabricante) — diseño de panel bidireccional y factores de seguridad. Datos técnicos del fabricante disponibles a solicitud.
- ZeAllgrate — Directrices para el Ingeniero/Diseñador (ACMA) — factores de seguridad de barra pultruida, límites de deflexión y práctica de conexión.
- Tablas carga-tramo de la industria (datos del fabricante) — tramos de carga uniforme y concentrada de barra I/T pultruida. Datos técnicos del fabricante disponibles a solicitud.
- ASTM D790 (flexural), D638 (tracción), D7290 (evaluación de compuestos pultruidos); OSHA 29 CFR 1910.23; ISO 14122.
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