ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS Y DE INGENIERÍA DE MINAS
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CARTAGENA
Proyecto Estructural de Construcción Metálica de 17,5x128,84 m, Pol. Ind. El
Saladar, Totana (Murcia)
Titulación: Graduada en Ingeniería Civil
Autora: María Espín Cayuela Director: Dr. Antonio Tomás Espín
Cartagena, Noviembre de 2017
Capítulo 1. INTRODUCCIÓN ... 6
1.1. OBJETIVOS Y DEFINICIÓN ... 7
1.2. ORGANIZACIÓN DEL TRABAJO ... 9
1.3. NORMATIVA A CONSIDERAR ... 10
Capítulo 2. DEFINICIÓN DE LA ESTRUCTURA ... 12
2.1. DATOS DE PARTIDA Y EMPLAZAMIENTO DE LA PARCELA ... 13
2.2. DESCRIPCIÓN DE LA NAVE ... 16
2.3. ELEMENTOS ESTRUCTURALES ... 17
2.4. MATERIALES ... 21
2.4.1. ACERO ESTRUCTURAL ... 21
2.4.2. ACERO EN BARRAS ... 21
2.4.3. HORMIGÓN ESTRUCTURAL ... 21
2.4.4. HORMIGÓN DE LIMPIEZA ... 25
2.5. ACCIONES ... 25
2.5.1. ACCIONES PERMANENTES ... 26
2.5.1.1. Peso propio de la estructura ... 26
2.5.1.2. Cerramientos ... 26
2.5.2. ACCIONES VARIABLES ... 28
2.5.2.1. Sobrecarga de uso ... 28
2.5.2.2. Viento ... 29
2.5.2.2.1. Viento lateral ... 32
2.5.2.2.2. Viento frontal ... 40
2.5.2.2.3. Viento interior ... 47
2.5.2.3. Acciones térmicas... 51
2.5.2.4. Nieve ... 52
2.5.3. ACCIONES ACCIDENTALES ... 54
2.5.3.1. Sismo ... 54
2.5.3.2. Fuego ... 55
2.5.3.3. Impacto ... 55
2.6. COMBINACIÓN DE ACCIONES ... 57
2.6.3. SEGURIDAD AL VUELVO ... 60
2.6.4. AGOTAMIENTO DEL TERRENO ... 61
Capítulo 3. CÁLCULO DE LA ESTRUCTURA METÁLICA DEL PÓRTICO INTERIOR ... 62
3.1. CORREAS ... 63
3.2. DIMENSIONAMIENTO DE LOS PILARES INTERIORES ... 64
3.2.1. E.L.S. DEFORMACIÓN ... 65
3.2.1.1. Criterio de integridad de los elementos constructivos ... 65
3.2.1.2. Criterio de apariencia en obra... 66
3.2.2. E.L.U. RESISTENCIA ... 67
3.2.2.1. Resistencia a cortante ... 70
3.2.2.2. Resistencia a flexión ... 71
3.2.3. E.L.U. PANDEO ... 73
3.3. DIMENSIONAMIENTO DE LAS JÁCENAS INTERIORES ... 74
3.3.1 E.L.S. DEFORMACIÓN ... 75
3.3.1.1. Criterio de integridad de los elementos constructivos ... 75
3.2.1.2. Criterio de apariencia en obra... 76
3.3.2. E.L.U. RESISTENCIA ... 77
3.3.2.1. Resistencia a cortante ... 79
3.3.2.2. Resistencia a flexión ... 80
3.3.3. E.L.U. PANDEO ... 82
Capítulo 4. CÁLCULO DE LA ESTRUCTURA METÁLICA DEL SISTEMA CONTRAVIENTO... 84
4.1. DIMENSIONAMIENTO DE LOS PILARES DE FACHADA ... 85
4.1.1. E.L.S. DEFORMACIÓN ... 86
4.1.1.1. Criterio de integridad de los elementos constructivos ... 87
4.1.1.2. Criterio de apariencia en obra... 87
4.1.2. E.L.U. RESISTENCIA ... 88
4.1.2.1. Resistencia a cortante ... 91
4.1.2.2. Resistencia a flexión ... 92
4.1.3. E.L.U. PANDEO ... 94
4.2. DIMENSIONAMIENTO DE LAS JÁCENAS DE FACHADA ... 96
4.2.1.2. Criterio de apariencia en obra... 97
4.2.2. E.L.U. RESISTENCIA ... 98
4.2.2.1. Resistencia a cortante ... 100
4.2.2.2. Resistencia a flexión ... 101
4.2.3. E.L.U. PANDEO ... 103
4.3. DIMENSIONAMIENTO DE LA VIGA A CONTRAVIENTO ... 104
4.3.1. MONTANTE ... 105
4.3.1.1. E.L.S. Deformación ... 106
4.3.1.2. E.L.U. Resistencia... 106
4.3.1.2.1. Resistencia a cortante ... 106
4.3.1.2.2. Resistencia a flexión ... 107
4.3.1.3. E.L.U Pandeo ... 108
4.3.2. DIAGONALES... 110
4.3.2.1. E.L.S. Deformación ... 110
4.3.2.2. E.L.U. Resistencia... 111
4.3.2.2.1. Resistencia a cortante ... 111
4.3.2.2.2. Resistencia a flexión ... 112
4.3.2.3. E.L.U. Pandeo ... 113
4.4. DIMENSIONAMIENTO DEL ARRIOSTRAMIENTO DE FACHADA ... 114
4.4.1. MONTANTE ... 115
4.4.1.1. E.L.S. Deformación ... 116
4.4.1.2. E.L.U. Resistencia... 116
4.4.1.3. E.L.U. Pandeo ... 117
4.4.2. DIAGONAL (TIRANTE) ... 118
4.4.2.1. E.L.U. Resistencia... 119
4.2.2.1.1. Resistencia a tracción ... 119
4.5. DIMENSIONAMIENTO DE LA VIGA PERIMETRAL ... 120
4.5.1. E.L.S. DEFORMACIÓN ... 121
4.5.2. E.L.U. RESISTENCIA ... 121
4.5.2.1. Resistencia a tracción ... 121
4.5.2.2. Resistencia a compresión ... 122
4.5.3. E.L.U. PANDEO ... 122
Capítulo 5. UNIONES Y PLACAS DE ANCLAJE ... 125
5.1. UNIONES ... 126
5.1.1. UNIÓN PILAR-JÁCENA INTERIOR Y VIGAS DE ATADO ... 127
5.1.2. UNIÓN JÁCENAS EN CUMBRERA ... 140
5.1.3. UNIONES SISTEMA CONTRAVIENTO (CRUZ DE SAN ANDRÉS) ... 145
5.1.4. UNIÓN PILAR-JÁCENA DE FACHADA Y MONTANTE VIGA DE CONTRAVIENTO ... 146
5.1.5. UNIÓN PILAR-JÁCENA DE FACHADA Y VIGA PERIMETRAL ... 156
5.2. PLACAS DE ANCLAJE ... 165
5.2.1. PLACAS DE ANCLAJE DE PÓRTICOS INTERIORES ... 165
5.2.2. PLACAS DE ANCLAJE DE PÓRTICOS DE FACHADA ... 168
Capítulo 6. CIMENTACIÓN ... 171
6.1. CIMENTACIÓN EN PÓRTICOS INTERIORES ... 172
6.1.1. ZAPATAS ... 172
6.1.1.1. E.L.U. de equilibrio. Seguridad al vuelco ... 174
6.1.1.2. E.L.U. de agotamiento del terreno ... 175
6.1.1.3. E.L.U. de agotamiento de la cimentación ... 176
6.1.2. VIGA DE ATADO ... 180
6.2. CIMENTACIÓN EN PÓRTICOS DE FACHADA ... 183
6.2.1. ZAPATAS ... 183
6.2.1.1. E.L.U. de equilibrio. Seguridad al vuelco ... 185
6.2.1.2. E.L.U. de agotamiento del terreno ... 186
6.2.1.3. E.L.U. de agotamiento de la cimentación ... 187
6.2.2. VIGAS DE ATADO ... 191
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 195
Anejo 1. ACCIONES EN BARRAS ... 197
Anejo 2. PLANOS ... 205
6
Capítulo 1.
INTRODUCCIÓN
7
1.1. OBJETIVOS Y DEFINICIÓN
El siguiente proyecto aborda como objetivo principal la realización del diseño y cálculo de una nave industrial, realizada con estructura metálica para que su construcción sea económica y cubra las necesidades básicas. La estructura metálica en general es muy ligera y más flexible que la de hormigón armado, además, su montaje es muy rápido y se consiguen menores tiempos de construcción, lo que en ocasiones puede ser de gran importancia.
La construcción de estas naves se puede realizar de varias maneras pero por lo general, están formadas por unos cimientos, principalmente zapata de hormigón armado o losa de hormigón armado, donde se colocan unas placas que reciben a los pilares, que pueden ser de acero u hormigón armado. Sobre los pilares se colocan unas vigas que forman el dintel o jácena, que van de un lado a otro de la nave y sobre las que se monta la cubierta.
La primera decisión a tomar es el sistema estructural a emplear, de entre los que se emplean comúnmente en edificación industrial:
- Naves a base de pórticos - Naves a base de cerchas - Naves en diente de sierra
La elección para la realización de esta nave será la del sistema estructural a base de pórticos.
Se ha llevado a la práctica los conocimientos académicos obtenidos a lo largo de la titulación, también la familiarización con las normativas existentes y el aprendizaje del manejo de diferentes programas como CYPE (en concreto, sus módulos Generador de Pórticos y Metal 3D Clásico) y AUTOCAD.
Se ha utilizado como guía para el procedimiento de cálculo de la nave el libro “Proyecto estructural de edificio industrial. Diseño y cálculo de estructura metálica. 2ª edición”
8
La información se ha estructurado en las siguientes fases:
- Geometría de la planta industrial: se definen las dimensiones en planta y altura del edificio para que cumplan los requerimientos urbanísticos de la parcela.
- Sistema estructural: se decide el sistema estructural a emplear una vez se haya definido el apartado anterior, que influirá en las acciones a considerar y en el propio cálculo estructural.
- Acciones: una vez definido completamente el edificio así como su localización se deben determinar todas las acciones que puedan actuar en todas las situaciones de proyecto a lo largo de su vida útil.
- Solicitaciones, deformaciones: se obtienen los esfuerzos y las deformaciones que sufren cada uno de los elementos estructurales a dimensionar. Esto se puede realizar mediante el empleo de programas de cálculo o bien mediante el empleo de expresiones de prontuario, siempre que el sistema estructural definido lo permita.
- Dimensionado: una vez obtenidos los esfuerzos y deformaciones, se debe realizar el dimensionado de cada uno de los elementos que componen el sistema estructural, determinando los perfiles comerciales necesarios o bien las dimensiones y composición del elemento.
9
1.2. ORGANIZACIÓN DEL TRABAJO
El proyecto consta de 6 capítulos con sus correspondientes apartados y anejos:
Capítulo 2. Definición del problema: principalmente se plantea el problema propuesto, definiéndolo geométricamente, para posteriormente calcular las acciones, tanto permanentes como variables, que actúan sobre cada uno de los elementos de la estructura y posterior determinación de los esfuerzos sobre los mismos.
Capítulo 3. Cálculo de la estructura metálica del pórtico interior: se dimensionan los elementos metálicos que constituyen el pórtico interior, comenzando por el pilar, seguido de la comprobación de la jácena.
Capítulo 4. Cálculo de la estructura metálica del sistema contraviento: se realiza el dimensionamiento de los elementos que constituyen el sistema contraviento, el conjunto de pilares del pórtico de fachada, la jácena del pórtico de fachada, así como los montantes y diagonales de la viga contraviento, y los del arriostramiento de fachada lateral (Cruz de San Andrés).
Capítulo 5. Uniones y placas de anclaje: en este apartado se realiza el dimensionamiento en el programa CYPE de las uniones realizadas en los elementos de la nave y posteriormente el dimensionamiento de las placas de anclaje de los pórticos obtenidos en los capítulos anteriores.
Capítulo 6. Cimentación: se realiza el dimensionamiento en el programa CYPE de las zapatas y vigas de atado para los pórticos interiores y los pórticos de fachada.
Anejos: en estos apartados se aportan el listado de cargas aplicadas sobre cada barra de la estructura y los planos realizados de todas las partes definidas en el proyecto de la estructura.
10
1.3. NORMATIVA A CONSIDERAR
Se han utilizado las diferentes normas y reglamentos vigentes en España para poder realizar el cálculo estructural del proyecto. También se han considerado algunos aspectos de normas europeas en las que se basan las normas nacionales.
En lo relativo a aspectos generales de Seguridad Estructural, tanto para estructuras de acero como de hormigón, la normativa vigente es:
CTE DB SE: Código Técnico de la Edificación. Documento Básico Seguridad Estructural.
En el ámbito del cálculo de Acciones en el edificio se debe seguir las indicaciones de:
CTE DB SE-AE: Código Técnico de la Edificación. Documento Básico Seguridad Estructural. Acciones en la edificación.
EC1: Eurocódigo 1. Acciones.
La acción accidental Sísmica queda regulada por:
NCSE-02: Norma de construcción sismorresistente: Parte general y edificación.
En el cálculo de Estructuras de Acero, la normativa vigente es:
CTE DB SE-A: Código Técnico de la Edificación. Documento Básico Seguridad Estructural. Acero.
EAE: Instrucción de Estructuras de Acero en la Edificación.
También se hacen algunas referencias a la normativa europea de esta materia:
EC3: Eurocódigo 3. Estructuras de Accero.
En el cálculo de placas de anclaje y cimentaciones, se ha requerido acudir a la normativa vigente en el campo de las Estructuras de Hormigón:
EHE-08: Instrucción de Hormigón Estructural.
CTE DB SE-C: Código Técnico de la Edificación. Documento Básico. Seguridad Estructural. Cimientos
11
En lo relativo a la protección contra incendios, rige lo establecido en:
CTE DB SI: Código Técnico de la Edificación. Documento Básico Seguridad en caso de Incendio.
RSCIEI: Reglamento de seguridad contra incendios en establecimientos industriales.
12
Capítulo 2.
DEFINICIÓN DE LA
ESTRUCTURA
13
2.1. DATOS DE PARTIDA Y EMPLAZAMIENTO DE LA PARCELA
Este proyecto trata de la construcción de una nave industrial destinada al almacenaje que se sitúa en el municipio de Totana en la Región de Murcia, en la zona de su polígono industrial, llamado “El Saladar” que se sitúa a las afueras, esta es una zona industrial que en la actualidad se ha convertido en un importante núcleo empresarial en la Región de Murcia.
La distribución de este polígono se muestra en la Figura 2.1.1:
Figura 2.1.1. Mapa informativo polígono industrial “El Saladar”
14
La edificación proyectada se ubica en la parcela P-2.1, la cual tiene una superficie de terreno de unos 3557 m2, con unas dimensiones de 26,00 x 132,34 m.
La nave tendrá solo una planta, con forma rectangular de unas dimensiones de 17,5 m de luz y 128,84 m de longitud, esto equivale a un total de 2254,7 m2 construidos.
El terreno donde se ubica tiene una topografía llana debido a que ha sido previamente acondicionado por la propiedad, no siendo necesaria la realización de obra de movimiento de tierras, salvo para la realización de las cimentaciones.
La parcela descrita se muestra en la Figura 2.1.2.
15
Figura 2.1.2. Plano de información y situación del terreno
16
2.2. DESCRIPCIÓN DE LA NAVE
La nave objeto del presente trabajo tiene una gran longitud ya que se ha querido aprovechar todo el terreno posible debido a que será destinada al almacenaje de diferentes productos de una compañía la cual necesitaba el mayor espacio posible, teniendo como función principal el correcto almacenaje y posterior distribución del material almacenado.
En las ordenanzas urbanísticas obtenidas en el Ayuntamiento de Totana del polígono donde se sitúa, se fijan las siguientes condiciones establecidas en la Tabla 2.2.1:
Tabla 2.2.1. Valores ordenanzas urbanísticas
Para calcular la ocupación y la edificabilidad:
-Ocupación =
=
= 0,6338 ·100 = 63,38%
-Edificabilidad= será igual que la ocupación ya que la nave solo presenta una planta.
La ocupación de la nave en el terreno se muestra en la Figura 2.2.1.
Ordenanza Establecidos Separación mínima a
viales 5 m 5 m
Separación mínima a
otros linderos 3,5 m 3,5 m
Altura máxima Según la necesidad
industrial 5,92 m
Edificabilidad neta sobre
la parcela 0,77 m2/ m2 0,634 m2/ m2
17
2.3. ELEMENTOS ESTRUCTURALES
Debido a que la luz de 17,5 m de la nave no es una luz muy grande, se opta por utilizar un sistema estructural basado en pórticos a dos aguas, con una separación entre pórticos (denominada esta separación como crujía) de 5,368 m, ya que numerosos autores consideran una separación óptima entre pórticos para naves industriales entre 5 y 7 m.
Por una parte se dispone de pórticos interiores que están sometidos a cargas similares y por otra parte tenemos los pórticos de fachada, que deben ser capaces de absorber las cargas debidas al viento frontal.
Debido a que las fachadas frontales se plantean para que puedan absorber las acciones del viento frontal que se van a aplicar sobre las mismas, se disponen de 3 pilares intermedios en la fachada, separados una distancia de 4,375 m, empotrados en la base y apoyados en la cabeza.
Estos pórticos definidos se muestran en el siguiente esquema de la Figura 2.3.1:
Figura 2.2.1. Ocupación de la nave sobre el terre no
18
La Norma Tecnológica de la Edificación de cubiertas de Aleaciones Ligeras nos indica que la pendiente de la cubierta no debe ser menor de 5º ni mayor de 30º. Se considera una inclinación de cubierta de 6º para la evacuación de la lluvia, debido a que la nave se encuentra en una zona poco lluviosa y por lo tanto deberá evacuar poca cantidad de lluvia, por otra parte cuanta menos pendiente tenga, menos expuesta estará la cubierta a la acción del viento.
La altura de la nave es de 5 m + 0,92 m = 5,92 m, expuesta en la Figura 2.3.2.
Figura 2.3.1. Pórticos interiores y de fachada
19
Los pórticos interiores se unen mediante viga perimetral de atado, que es arriostrada en los primeros vanos, para conseguir atar las cabezas de los pilares, evitando la traslacionalidad de los mismos en el plano de fachada lateral (YZ).
Se considera que los pilares de los pórticos interiores en el plano YZ son empotrados apoyados, por lo tanto el coeficiente de pandeo tiene un valor de β = 0,7.
El correspondiente arriostramiento de fachada está constituido por dos barras diagonales en los vanos extremos, configuración conocida como cruz de San Andrés. Este arriostramiento ofrece una mayor resistencia y sujeción de la estructura metálica.
Para garantizar el apoyo de los pilares del pórtico de fachada en la cabeza se dispone de una viga contraviento tipo Warren.
El sistema estructural definido se muestra en la Figura 2.3.3:
Figura 2.3.2. Esquema de pórtico interior tipo
20
Una vez que se ha definido como será el sistema estructural, la nave vista en planta queda expuesta como en la Figura 2.3.4:
Figura 2.3.3. Esquema estructural
Figura 2.3.4. Vista en planta de la nave
21
2.4. MATERIALES
2.4.1. ACERO ESTRUCTURAL
Para los perfiles laminados en caliente se utiliza el S275JR, que tiene una resistencia característica fyk = 275 N/mm2, a esto se le aplica el coeficiente de seguridad m= 1,05, establecido en el CTE DB SE-A 2.3.3:
fyd =
=
= 261,9 N/mm2
Y para los perfiles conformados en frío, el acero a utilizar será S235JR, con una resistencia característica de fyk = 235 N/mm2 y por lo tanto una resistencia de cálculo:
fyd =
=
= 223,81 N/mm2
En ambos casos el módulo de elasticidad del acero es E=210000 N/mm2
2.4.2. ACERO EN BARRAS
Como acero en barras para el hormigón armado se ultiliza el B500SD, cuya resistencia característica es fyk = 500 N/mm2, se le aplica el coeficiente de seguridad del acero en barras s = 1,15 y se obtiene una resistencia de cálculo de:
fyd =
=
= 437,78 N/mm2
El módulo de elasticidad de este acero es E = 210000 N/mm2
2.4.3. HORMIGÓN ESTRUCTURAL
Como material para las cimentaciones se emplea hormigón armado, el cuál debe ser compatible con las acciones químicas a las que se verá sometido, lo que se cumple mediante consideración del ambiente (clase general + clase específica) expuesto en la Tabla 2.4.1.
22 El ambiente en esta zona es IIb.
Con el ambiente IIb se obtiene el valor de la resistencia mínima a partir de la Tabla 2.4.2:
El valor de la resistencia característica es de 30 N/mm2
Tabla 2.4.1. Clases generales de exposición. (Tabla 8.2.2 EHE-08)
Tabla 2.4.2. Resistencias mínimas recomendadas en función clase de exposición.
(Tabla 37.3.2.b EHE-08)
23
Para las cimentaciones se emplea hormigón armado, con una clase de ambiente IIb (Humedad media), la resistencia mínima recomendada es 30 N/mm2, por lo tanto se utiliza HA-30.
Al ser un hormigón destinado a la edificación, la consistencia que exige es blanda, y al ser más concretamente cimentaciones, el tamaño máximo del árido puede alcanzar el valor de 40 mm, pero para garantizar una buena trabajabilidad del hormigón se emplea árido máximo de 20 mm.
Por lo tanto, la designación del hormigón es:
HA-30/B/20/IIb
Su resistencia de cálculo del hormigón es fcd =
=
= 20 N/mm2 Con los datos obtenidos se calculan los recubrimientos del hormigón:
rnom = rmin (A, tg, C, fck) + Δr
En las tablas 37.2.4.1. a, b y c de la EHE-08, se establecen los recubrimientos mínimos, en función de diferentes variables como el ambiente (A), la vida útil del proyecto (tg), tipo de cemento (C) y resitencia del hormigón (fck). Se obtiene el recubrimiento mínimo a partir de la Tabla 2.4.3.
24 ..
El recubrimiento útil, para una vida de 50 años es de 20 mm.
A este recubrimiento se le suma el margen de recubrimiento Δr según la Tabla 2.4.4.
Tipo elemento + nivel de control Δr (mm)
Prefabricados +intenso 0
In situ + intenso 5
Resto de casos 10
Tabla 2.4.4. Margen de recubrimiento (según EHE-08 37.2.4)
Al no considerarse nivel de control intenso, se opta por un margen de recubrimiento de 10 mm. Entonces:
rnom,inf = rmin (A, tg, C, fck) + Δr = 20+10 = 30 mm
Tabla 2.4.3. Recubrimientos mínimos para las clases generales de exposición.
(Tabla 37.2.4.1.a EHE-08)
25
En los laterales de las zapatas, el recubrimiento mínimo es superior, pues según EHE- 08.37.2.4.1: “En piezas hormigonadas contra el terreno, el recubrimiento mínimo será 70 mm, salvo que se haya preparado el terreno y dispuesto un hormigón de limpieza”:
Rlat,nom = rmin (A, tg, C, fck) + Δr = 70+10 = 80 mm
2.4.4. HORMIGÓN DE LIMPIEZA
Según el CTE DB SE-C 4.5.1.2, si las zapatas son de hormigón en masa o armado se deberá colocar preceptivamente una solera de asiento (o capa de hormigón de limpieza) que tiene por misión crear una superficie plana y horizontal de apoyo de la zapata y, en suelos permeables, evitar que penetre la lechada del hormigón estructural en el terreno y queden los áridos de la parte inferior mal recubiertos. El espesor mínimo de la solera de asiento será de 10 cm.
El hormigón a emplear en esta solera se caracteriza como un hormigón de limpieza (HL) que tiene como fin evitar la desecación del hormigón estructural durante su vertido así como una posible contaminación de este durante las primeras horas de su hormigonado (EHE-08 Anejo 18).
En la identificación de este tipo de hormigón se hace referencia al contenido mínimo de cemento. Tipificación: HL-150/B/20.
La dosificación mínima de cemento será de 150 kg/m3, de consistencia blanda y con recomendación de que el tamaño del árido sea inferior a 20 mm para facilitar la trabajabilidad.
2.5. ACCIONES
A continuación se van a determinar las acciones que intervienen en el cálculo de la nave industrial. Alguno de estos valores, como los correspondientes al peso propio de la estructura se desconoce, por lo que se puede realizar un predimensionamiento, el cuál se verificará una vez que se hayan realizado los cálculos, y si es necesario se corregirán y se volverá a calcular la estructura con el nuevo valor.
26 2.5.1. ACCIONES PERMANENTES
Son las acciones que actúan en todo momento sobre el edificio con posición y magnitud constante. En este caso son todas las relativas al peso propio y que deben ser soportadas por la estructura metálica. Los valores que se comentarán en adelante son valores característicos (Gk), que serán posteriormente amplificados por su correspondiente coeficiente de mayoración.
2.5.1.1. Peso propio de la estructura
Se realiza un predimensionamiento, ya que se incluyen elementos estructurales que se calcularán posteriormente, por lo tanto se desconoce su valor a priori, estos elementos son: pilares, jácenas, cerramientos, correas, vigas contraviento, vigas perimetrales y arriostramientos.
Se considera un valor característico de predimensionado igual a la luz del pórtico de 17,5 m dividido entre 100 KN/m2
Gk,pp =
= 0,175 KN/m2
Una vez que se hayan calculado todos los elementos estructurales, se comprobará que el valor utilizado es válido.
2.5.1.2. Cerramientos
Se puede diferenciar entre los cerramientos de cubierta y los cerramientos laterales de la nave.
El cerramiento lateral de la nave se realiza mediante paneles prefabricados de hormigón apoyados horizontalmente sobre el suelo, por lo tanto no afectan al cálculo estructural, pues su peso recae directamente sobre las vigas de atado de las cimentaciones.
El cerramiento de cubierta se ejecuta con panel de sándwich, mostrado en la Figura 2.5.1, con un panel de 80 mm, se utiliza el mayor espesor debido a que Murcia es una
27
zona muy calurosa y así se ahorra en climatización. Algunas ventajas de escoger este tipo de panel sándwich son las siguientes:
- Ahorro en el consumo energético, gran funcionalidad y estética.
- Aprovechamiento bajo cubierta inclinada.
- No supone una carga excesiva en la estructura.
- Sencillez en la instalación, seguridad y ligereza.
De la ficha obtenida del fabricante se observa que su peso es de 0,11 KN/m2, este valor se redondea a 0,15 KN/m2 para caer en el lado de la seguridad, ya que habría que tener en cuenta la tornillería y accesorios de montaje de la cubierta. Entonces:
Gk,cerr = 0,15 KN/m2
Así las acciones permanentes totales son:
Gk = Gk,PP + Gk,cerr = 0,175 + 0,15 = 0,325 KN/m2
Figura 2.5.1. Panel sándwich de cubierta.
Fuente: www.panelsandwich.com
28
Estas acciones se consideran actuando en cubierta, aunque esto no es del todo cierto en el caso del peso propio pero está del lado de la seguridad.
Las acciones que actúan sobre los pórticos interiores y de fachada se obtienen multiplicando el valor de la carga superficial por la mitad de la crujía para los pórticos de fachada y por la crujía para los pórticos interiores.
Gk, p int = Gk · S = 0,325 · 5,368 = 1,7446 KN/m
Gk, p fach = Gk · · = 0,325 · = 0,8723 KN/m
2.5.2. ACCIONES VARIABLES
Estas acciones son las que pueden actuar o no sobre el edificio, y se pueden dividir en sobrecarga de uso y acciones climáticas.
2.5.2.1. Sobrecarga de uso
La sobrecarga de uso es el peso de todo lo que puede situarse sobre el edificio por razón de su uso. En general, los efectos de esta sobrecarga pueden simularse por la aplicación de una carga uniforme distribuida (Qk).
En este caso es necesario conocer cuál es el valor de la sobrecarga de uso que actúa sobre la cubierta, ya que la del resto del edificio es recibida directamente por la solera.
Como se ha comentado en apartados anteriores, la cubierta proyectada está formada por un panel sándwich apoyado sobre correas, y solo va a ser accesible para mantenimiento, por lo tanto su categoría de uso es G1, obtenido de la Tabla 2.5.1.
29
Aplicando las acciones sobre los pórticos de la estructura:
qk, p int = Qk · S = 0,4 · 5,368 = 2,1472 KN/m
qk, p fach = Qk · = 0,4 ·
= 1,0736 KN/m
2.5.2.2. Viento
Para el cálculo de las cargas de viento sobre los elementos de la estructura, se realiza de acuerdo a lo establecido en el CTE DB SE-AE apartado 3.3.
La distribución y el valor de las presiones que ejerce el viento sobre un edificio y las fuerzas resultantes dependen de la forma y de las dimensiones de la construcción, de las características y de la permeabilidad de su superficie, así como de la dirección, de la intensidad y del racheo del viento.
En general, es una fuerza perpendicular a la superficie de cada punto expuesto, o presión estática, qe que puede expresarse como:
qe = qb ·Ce ·Cp
Tabla 2.5.1. Sobrecarga de uso. (Tabla 3.1 CTE DB SE -A)
30 Se calculan los distintos términos:
Presión dinámica (qb):
Se puede calcular con la siguiente expresión qb = 0,5 · δ · vb2
Siendo:
δ: densidad del aire (puede adoptarse el valor de 1,25 kg/m3)
vb: velocidad básica del viento, que depende de la zona eólica donde se ubique el edificio, según la Figura 2.5.2.
El edificio se sitúa en Totana (Murcia), como vemos en la imagen la zona eólica es la A, vb(A) = 26.
qb = 0,5 ·1,25 · 262 = 422,5 kg/m·s2 = 0,4225 KN/m2
Figura 2.5.2. Valor de la velocidad básica de viento. (Figura D.1 CTE DB SE -AE)
31 Coeficiente de exposición (Ce):
Depende de la cota z y tiene en cuenta los efectos de las turbulencias originadas por el relieve y la topografía del terreno. Su valor se determina mediante:
Ce(z) = F(z)·(F(z)+7·k)
Siendo z la altura de coronación del edificio, que es la que dará el mayor valor del coeficiente de exposición, quedando del lado de la seguridad. Se obtiene de la Tabla 2.5.2 los valores de k, L y z para calcular los valores del coeficiente de seguridad F y posteriormente el coeficiente de exposición Ce.
F (g, z) = k (g) · ln ( ) ) )
F (IV, 5,92) = 0,22 · ln ( )
) = 0,656 El valor de Ce es:
Ce(z) = 0,656 · (0,656 + 7 · 0,22) = 1,44
Entonces, la acción de viento exterior antes de aplicar los coeficientes de viento es:
qe = qb ·Ce ·Cp= 0,4225 · 1,44 · Cpe= 0,6284 Cpe KN/m2
Tabla 2.5.2. Coeficientes tipo de entorno. (Tabla D.2 CTE DB SE -A)
32 Coeficiente de presión exterior (Cpe):
Los coeficientes de presión exterior o eólico, Cpe, dependen de la dirección relativa del viento, de la forma del edificio, de la posición de elemento considerado y de su área de influencia.
En las tablas D.3. a D.13. del CTE DB SE-A se dan valores de coeficientes de presión para diversas formas simples de construcciones, se obtiene como el pésimo de entre los del abanico de direcciones de viento definidas en cada caso. En todas ellas la variable A se refiere al área de influencia del elemento o punto considerado. Para estar del lado de la seguridad se utiliza la resultante en cada plano de fachada o cubierta de los valores del anejo D.3 del CTE DB SE-AE, que recoge el pésimo en cada punto debido a varias direcciones de viento.
Los coeficientes eólicos exteriores se determinan mediante la expresión:
Cpe = Cp (h/d, α, A, f, zona)
Depende de la dirección relativa del viento (h/d), de la forma del edificio y la posición de elemento (α, f, zona) y del área de influencia del elemento (A).
En este tipo de estructura, el área de influencia siempre va a ser mayor a 10 m2. El resto de variables, hacen necesario realizar un estudio por separado de las dos direcciones de actuación del viento sobre la nave, y además afectará de distinta forma a cada uno de los pórticos de la estructura, por tanto aparecen numerosos casos de estudio.
2.5.2.2.1. Viento lateral Parámetros verticales
En primer lugar se determinan los valores de los coeficientes eólicos de los cerramientos verticales, mediante el uso de la Tabla 2.5.3, en la fila de áreas de influencia A > 10m2.
La esbeltez del edificio en el caso del viento lateral es:
h/d = 5,92/17,5 = 0,338
33
Para obtener los coeficientes eólicos de los cerramientos verticales (Cpe) se interpola la esbeltez, ya que nuestro valor está entre 1 y 0,25. Multiplicando los valores de Cpe obtenidos por el valor de presión dinámica y coeficiente de exposición (0,6084) para obtener las cargas superficiales de viento. Estos valores se exponen en la Tabla 2.5.4:
A B C D E
Cpe -1,2 -0,8 -0,5 0,711 -0,333
QVL
(KN/m2) -0,73 -0,4867 -0,3042 -0,4326 -0,2026
Tabla 2.5.4. Coeficientes eólicos y carga de viento lateral
Tabla 2.5.3. Coeficientes eólicos en cerramientos verticales. (Tabla D.1. Parámetros verticales del CTE DB SE-A)
34
La profundidad de las zonas A, B y C en las fachadas frontales depende de e, que en el caso del viento lateral tiene un valor de:
e = min (b, 2·h) = min (128,84, 2·5,92) = 11,84 m
Y las profundidades de cada uno de esos tramos son:
X(A) = e/10 = 11,84/10 = 1,184 m
X(B) = e- e/10 = 11,94-1,184 = 10,656 m
X(C) = d- e = 17,5 – 11,84 = 5,66 m
Las diferentes profundidades se representan en un esquema en la siguiente Figura 2.5.3:
Si se aplica la carga resultante en cada zona de las fachadas sobre los correspondientes pórticos (QVL · crujía) se obtienen las cargas sobre los diferentes pilares de la estructura, que se resumen en la siguiente Tabla 2.5.5. El signo + significa presión exterior y el signo – succión interior.
Figura 2.5.3. Esquema de cargas de viento lateral según zona
35
Pilar Cargas en plano (XZ) P.Pórtico KN/m
Cargas en plano (YZ) Perpendicular al Pórtico
KN/m
1A y 25A 0,4326 · = 1,161 -0,73 · 1,184 -0,4867 · 1,0035= -1,3527 2A y 24A (pórticos
interiores) 0,4326 · 5,368= 2,3223 -
1B y 25B - -0,4867 · 4,375= -2,1293
1C y 25C - -0,4867 · 4,093=
1D y 25D - -0,3042 · 4,375= -1,331
1E y 25E -0,2026 · =-0,5438 -0,3042 · 2,1875= -0,6654 2E y 24E (pórticos
interiores) -0,2026 · 5,368= -1,0875 -
Tabla 2.5.5. Cargas de viento lateral en pilares
Superficie cubierta
La acción que genera el viento lateral sobre la cubierta de la nave afectará a las vigas.
Por lo tanto, una vez calculadas las cargas de viento en los pilares, se procede al cálculo de las mismas en las jácenas, para ello se deben conocer los coeficientes eólicos de presión en cada una de las zonas de la cubierta. Se utiliza la Tabla 2.5.6, siendo la inclinación de nuestra cubierta de 6º y con una superficie tributaria A > 10 m2
36
Se interpola para sacar los valores de los coeficientes eólicos para una cubierta de 6º de inclinación. Estos valores obtenidos se multiplican por el valor de la presión dinámica y el coeficiente de exposición (0,6084) dan como resultado el valor de las cargas de viento, estos valores se exponen en la Tabla 2.5.7:
Tabla 2.5.6. Coeficientes eólicos de viento lateral en cubierta.
(Tabla D.6 CTE DB SE -A)
37
F G H I J
Cpe (S) -1,62 -1,16 -0,57 -0,58 0,08
QVL
(KN/m2) -0,9856 -0,706 -0,3468 -0,3529 0,04867
Cpe (P) 0,02 0,02 0,02 -0,54 -0,54
QVL
(KN/m2) 0,01217 -0,01217 -0,01217- -0,3285 -0,3285
Tabla 2.4.7. Coeficientes eólicos y cargas de viento lateral en cubierta (6º).
Succión y Presión
El parámetro e necesario para determinar las zonas de la cubierta vale, en el caso del viento lateral:
e = min (b, 2·h) = min (128,84, 2·5,92) = 11,84 m
Las profundidades de cada uno de esos tramos son:
X(FG) = X(J) = e/10 = 11,84/10 = 1,184 m
X(H) = d/2 – e/10 = 17,5/2 – 11,84/10 = 7,566 m
X(F) = e/4 = 11,84/4 = 2,96 m
X(G) = b – e/2 = 128,84 – 11,84/2 = 122,92 m
Se representa el esquema con los valores obtenidos de cargas de viento lateral en cubierta según zonas, representado en la Figura 2.6.4.
38
Igual que se ha hecho para el viento lateral en pilares, se aplica la carga resultante en cada zona de la cubierta sobre los correspondientes pórticos (QVLi · crujía) para obtener las cargas sobre las diferentes jácenas de la estructura representados en la Tabla 2.5.8.
El signo + significa presión exterior y el signo – succión exterior:
JÁCENAS TRAMO 1 TRAMO 2
SUCCIÓN
1 y 24AC -2,4943 -0,3468 · = -0,9308 2 y 23AC -4,018 -0,3468 · 5,368= -1,8616 3 a 22AC -0,706· 5,368= -3,7898 -0,3468 · 5,368= -1,8616 1 y 24CE 0,04867 · = 0,1306 -0,3529· = -0,9472 2 a 23CE 0,04867· 5,368= 0,2613 -0,3529· 5,368= -1,8943
PRESIÓN
1 y 24AC 0,01217· = 0,03266 0,01217· = 0,03266 2 y 23AC 0,01217· 5,368= 0,06533 0,01217· 5,368= 0,06533 3 a 22AC 0,01217· 5,368= 0,06533 0,01217· 5,368= 0,06533 1 y 24CE -0,3285· = -0,8817 -0,3285· = -0,8817 2 a 23CE -0,3285 · 5,368= -1,7634 -0,3285 · 5,368= -1,7634
Tabla 2.5.8. Cargas de viento lateral en jácenas
Figura 2.5.4. Esquema de cargas de viento lateral en cubierta según zonas
39
Los valores de carga de viento lateral en las jácenas 1 y 24 AC y 2 y 23 AC son complicadas de determinar ya que reciben cargas de varias superficies de cubierta con distinta carga superficial, carga de la zona F y parte de la zona G. Para calcularlas se plantea la distribución de cargas en las correas de ese tramo según la Figura 2.5.5 (se suponen biapoyadas, para estar del lado de la seguridad).
Planteando el equilibrio de momentos en el punto 2, se obtienen las cargas en la jácena del pórtico de fachada:
R1 = · (0,9856 · 2,96 · (2,408 + ) + 0,706 · 2,408 · ) = -2,4943 KN/m(1)
Planteando el equilibrio de fuerzas verticales, se obtiene la contribución de la carga a la jácena 2:
R2 = -0,9856 · 2,96 - 2,408 · 0,706 + R1 = -2,123 KN/m
Este valor obtenido se añade a la contribución del tramo entre los pórticos 2 y 3, que será:
-0,706 · = -1,895
Entonces la carga total en este tramo del pórtico será:
R2 = 2,123 + 1,895 = 4,018 KN/m (2)
Figura 2.5.5.Cargas extremas en correa entre pórticos 1 -2
40 2.5.2.2.2. Viento frontal
A continuación se va a calcular el viento en el plano ortogonal, denominado viento frontal.
Parámetros verticales:
Se vuelve a calcular los valores de los coeficientes eólicos de los cerramientos verticales con la misma tabla se ha utilizado anteriormente, Tabla 2.5.9.
Pero en este caso varía el valor de b, que será la luz de la nave b= 17,5 m y el valor de d es la profundidad del mismo d= 128,84 m,
Por lo tanto el valor de la esbeltez es h/d, siendo h = 5,92, altura de la nave:
h/d = 5,92/128,84 = 0,0459
Para A > 10 m2, el valor de h/d es < 0,25, por lo tanto no se necesita interpolar:
Tabla 2.5.9. Cálculo de coeficientes eólicos en paramentos verticales
41
Para obtener las cargas superficiales de viento (KN/m2) se multiplica los Cpe obtenidos en la tabla anterior por el valor de presión dinámica y coeficiente de exposición (0,6084), estos valores se exponen en la Tabla 2.5.10:
A B C D E
Cpe -1,2 -0,8 -0,5 0,7 -0,3
QVF -0,7301 -0,4867 -0,3042 0,426 -0,1825
Tabla 2.5.10. Coeficientes eólicos viento frontal en paramentos verticales
La profundidad de las zonas A, B y C en las fachadas laterales depende de e, que en el caso del viento frontal es:
e = min (b, 2·h) = min (17,5, 2·5,92) = 17,5 m
Las profundidades de cada uno de esos tramos son:
X(A) = e/10 = 17,5/10 = 1,75 m
X(B) = e – e/10 = 17,5 – 1,75 = 15,75 m
X(C) = d – e = 128,84 – 17,5 = 111,34 m
Se representa el esquema de los valores obtenidos en la Figura 2.5.6:
Figura 2.5.6. Esquema de cargas de viento frontal según zonas
42
Si se aplica la carga resultante en cada zona de la cubierta sobre los correspondientes pórticos (QVF · crujía) obtenemos las cargas sobre los diferentes pilares de la estructura, que se resumen en la siguiente Tabla 2.5.11. El signo + significa presión exterior y el signo – succión exterior.
PILAR PLANO XZ (P. Pórtico) PLANO YZ
(P.perpendicular pórtico)
1A y 1E -0,731·1,75-0,4867·0,934=
-1,734 0,426· = 0,9319
1B, 1D y 1C - 0,426·4,375= 1,864
2A-3A y 2E-3E -0,4867·5,368= -2,6126 -
4A y 4E
-0,4867· - 0,4867·1,396- 0,3042·0,986= -2,5899
-
5A-24A y 5E-24E -0,3042·5,368= -1,6329 -
25A y 25E -0,3042· = -0,8165 -0,1825· = -0,3992
25B, 25C y 25D - -0,1825· 4,375= -0,7984
Tabla 2.5.11. Cargas de viento frontal en pilares
43 Superficie cubierta
Una vez que se han calculado las cargas de viento en los pilares, se procede al cálculo de las mismas en las jácenas, y para ello se debe conocer los coeficientes eólicos de presión en cada una de las zonas de la cubierta a través de la Tabla 2.5.12.
Para una superficie mayor a 10 m2 y 6º de inclinación de la cubierta, se tiene que interpolar con los datos de la tabla para el ángulo de inclinación que se tiene.
Tabla 2.5.12. Coeficientes eólicos de viento frontal en cubierta. (Tabla D6 CTE DB SE -AE)
44
En este caso solo existe un modo de viento sobre la cubierta, así que se multiplica los coeficientes eólicos sacados de la interpolación de la tabla anterior por el valor del coeficiente de exposición y la presión dinámica (0,6084) para obtener la carga de viento frontal (QVF) en las diferentes zonas de la cubierta. Estos valores se exponen en la Tabla 2.5.13:
F G H I
Cpe -1,57 -1,3 -0,69 -0,59
QVF -0,9552 -0,791 -0,4198 -0,3589
Tabla 2.5.13. Coeficientes eólicos y cargas de viento frontales en cubierta (6º)
El parámetro necesario para delimitar las zonas de la cubierta vale e = 11,84 m X(F,G) = e/10 = 11,84/10 = 1,184 m
X(H) = e/2 = 11,84/2 = 5,92 m
X(I) = d – e/10 – e/2 = 128,84 – 1,184 – 5,92 = 121,736 m
X(F) = e/4 = 11,84/4 = 2,96 m
X(G) = b – 2·e/4 = 17,5-2 · 2,96 m
Se representan los valores obtenidos en un esquema en la Figura 2.5.7. Se observa que cada uno de los pórticos y barras tienen valores de carga distintos, en función de su posición, algo que hay que compatibilizar con lo que ocurre en los pilares.
45
Si se aplica la carga resultante en cada zona de la cubierta sobre los correspondientes pórticos (QVL · crujía), se obtienen las cargas sobre las diferentes jácenas en la Tabla 2.5.14. El signo + significa presión exterior y el signo – succión exterior.
JÁCENAS TRAMO 1 TRAMO 2
1AC y 1CE -1,691 (1) -1,517 (2)
2AC y 2CE -1,196 (1) -1,175 (2)
3AC y 3CE -0,3589·5,368= -1,9266
4 a 23AC y CE -0,3589·5,368= -1,9266 24AC y 24CE -0,3589· = -0,9633
Tabla 2.5.14. Cargas de viento frontal en jácenas
Los valores de carga de viento frontal en las jácenas 1AC y 2AC son complicadas de determinar, ya que se llevan parte de la carga de la zona F y parte de las zonas G y H, para su cálculo se plantea la distribución de cargas en las correas de esos tramos según la Figura 2.5.8 (suponemos que es biapoyada).
Figura 2.5.7. Esquema de cargas de viento frontal en cubierta según zonas
46
Se plantea el equilibrio de momentos en el punto 2 y el equilibrio de fuerzas verticales, se obtienen las cargas en la jácena del pórtico de fachada y en el primer pórtico interior.
ΣM1 = 0; R2 =
· (-0,9552 · 1,184 · – 0,4198 · 4,184 · (1,184 + )) = -1,196 KN/m (1)
ΣFV = 0; R1 = -0,9552 · 1,184 - 0,4198 · 4,184 - (-1,196) = -1,691 KN/m (1)
Se plantea el equilibrio de momentos en el punto 2 y el equilibrio de fuerzas verticales, se obtienen las cargas en la jácena del pórtico de fachada y en el primer pórtico interior con la Figura 2.5.9.
Figura 2.5.8. Cargas de viento frontal en correas entre pórticos 1 -2 (tramo 1)
Figura 2.5.9 Cargas de viento frontal en correas entre pórticos 1 -2 (tramo 2)
47 ΣM1 = 0; R2 =
· (-0,791 · 1,184 · – 0,4198 · 4,184 · (1,184 + )) = -1,175 KN/m (2)
ΣFV = 0; R1 = -0,791 · 1,184 - 0,4198 · 4,184 - (-1,175) = -1,517 KN/m (2)
2.5.2.2.3. Viento interior
La acción del viento en el interior de la nave se puede considerar como una acción extraordinaria o como una acción persistente o transitoria.
El valor de qb en ambos casos, es el mismo e igual al calculado anteriormente (qb = 0,4225 KN/m2). El coeficiente de exposición interior (Cei) es común en estos dos
casos, pero diferente al calculado anteriormente.
Para calcular Cei, se estima que existe un hueco dominante (puerta de fachada frontal), en la que se tiene una altura de 4 m, por tanto su punto medio está situado a z = 2 m.
F(g,z) = k(g) · ln( )) ) )
Los demás valores son los obtenidos en apartados anteriores (k = 0,22, L = 0,3 y Z = 5) Entonces:
F(IV, 2) = 0,22· ln( )
) = 0,619 Ce,i(z) = F(z) · (F(z)+7·k)
Ce,i = 0,619·(0,619 + 7·0,22) = 1,336
Por lo tanto el coeficiente de presión interior será:
qe(z) = qb· Ce,i(z)· Cp,I = 0,4225· 1,336· Cp,I = 0,564 Cp,i KN/m2
Será diferente en función de la situación que se suponga para la acción de viento interior.
48 Situación persistente o transitoria
Primero se considera esta opción para el viento interior, en donde se utilizan coeficientes de viento no tan restrictivos como los que aparecen en la Tabla 2.5.15:
Se supone un coeficiente de presión interior Cpi = +0,2 y un coeficiente de succión interior Cpi = -0,3.
Con esto, se puede distinguir entre viento interior de succión (VIS) y viento interior de presión (VIP), que son:
VIS = 0,564 · (-0,3) = -0,1693 KN/m2
VIP = 0,564 · (+0,2) = 0,1129 KN/m2
Estas cargas obtenidas se transmiten tanto a los pórticos interiores como a los de fachada. En el plano del pórtico (XZ) tienen el valor de:
qVIS, INT = -0,1693· 5,368 = -0,909 KN/m VIS (KN/m2) = -0,1693
qVIS, FACH = -0,1693 · = -0,4544 KN/m
qVIP, INT = 0,1129 · 5,368 = 0,606 KN/m VIP (KN/m2) = 0,1129
qVIP, FACH = 0,1129 · = 0,303 KN/m
Tabla 2.5.15. Coeficientes eólicos interiores (Tabla 3.6 del CTE DB SE -AE)
49
Las cargas en los pórticos de fachada en el plano perpendicular (YZ) se deben repartir:
qVIS, INT = -0,1693· 4,375 = -0,7407 KN/m VIS (KN/m2) = -0,1693
qVIS, FACH = -0,1693 · = -0,3703 KN/m
qVIP, INT = 0,1129 · 4,375 = 0,4939 KN/m VIP (KN/m2) = 0,1129
qVIP, FACH = 0,1129 · = 0,247 KN/m
Situación extraordinaria
Esta será la segunda opción considerada, en donde se considera la acción del viento interior como una acción accidental, los coeficientes de viento interior son más desfavorables que en la situación anterior, estos valores aparecen en la misma tabla de antes, pero esta vez se utiliza un coeficiente de presión interior Cpi = +0,7 y un coeficiente de succión interior Cpi = -0,5, que serán los valores más desfavorables, como se observa en la Tabla 2.5.16:
Por lo tanto, las acciones de viento interior de succión (VISac) y de presión interior (VIPac) serán:
VISac (KN/m2) = 0,564 · (-0,5) = -0,282 VIPac (KN/m2) = 0,564 · (+0,7) = 0,3948
Tabla 2.5.16. Coeficientes eólicos interiores (Tabla 3.6 del CTE DB SE -AE)
50
Estas cargas calculadas se transmiten tanto a los pórticos interiores como de fachada.
En el plano del pórtico (XZ) tiene un valor de:
qVIS, INT = -0,282· 5,368 = -1,514 KN/m VIS (KN/m2) = -0,282
qVIS, FACH = -0,282 · = -0,757 KN/m
qVIP, INT = 0,3948 · 5,368 = 2,119 KN/m VIP (KN/m2) = 0,3948
qVIP, FACH = 0,3948 · = 1,0596 KN/m
En los pórticos de fachada en el plano perpendicular (YZ), vale:
qVIS, INT = -0,282· 4,375 = -1,234 KN/m VIS (KN/m2) = -0,282
qVIS, FACH = -0,282 · = -0,6169 KN/m
qVIP, INT = 0,3948 · 4,375 = 1,727 KN/m VIP (KN/m2) = 0,3948
qVIP, FACH = 0,3948 · = 0,8636 KN/m
51 2.5.2.3. Acciones térmicas
Los edificios y sus elementos están sometidos a deformaciones y cambios geométricos debidos a las variaciones de la temperatura ambiente exterior.
La magnitud de las mismas depende de las condiciones climáticas del lugar, la orientación y de la exposición del edificio, las características de los materiales constructivos y de los acabados o revestimientos, y del régimen de calefacción y ventilación interior, así como el aislamiento térmico.
Las variaciones de la temperatura en el edificio conducen a deformaciones de todos los elementos constructivos, en particular, los estructurales, que, en los casos en los que estén impedidas, producen tensiones en los elementos afectados.
La disposición de juntas de dilatación puede contribuir a disminuir los efectos de las variaciones de la temperatura. En edificios habituales con elementos estructurales de hormigón o hacer, pueden no considerarse las acciones térmicas cuando se dispongan juntas de dilatación de forma que no existan elementos continuos de más de 40 m de longitud.
En el caso de nuestra nave, al tener una profundidad de 128,84 m es necesario disponer de 3 juntas de dilatación. Las juntas de dilatación se realizan duplicando alguno de los pórticos interiores de la nave.
Todos los pórticos serán iguales, incluido el pórtico doble, pero su cerramiento se realizará con placas de hormigón más estrechas que las demás para garantizar el aislamiento de la estructura.
Atendiendo al apartado 3.4.1 del CTE DB SE-AE, no se consideran para el cálculo las acciones térmicas ya que se han dispuesto juntas de dilatación.
52 2.5.2.4. Nieve
El cálculo de la acción de nieve sobre el edificio se realiza según lo establecido en el CTE DB SE-AE en el apartado 3.5 y en el anejo E.
Como valor característico de la carga de nieve por unidad de superficie en proyección horizontal, qn, debe tomarse como:
qk, n = µ · sk
Siendo:
-µ: coeficiente de forma de la cubierta según el apartado 3.5.3 del CTE DB SE-AE - sk: valor característico de la carga de nieve sobre un terreno horizontal según el apartado 3.5.2 del CTE DB SE-AE
Valor característico de la nieve (sk)
La edificación estudiada se ubica en Totana (Murcia), para la cual, en la Tabla 2.5.17 (obtenida del CTE DB SE-AE) propone un valor de sk= 0,2 KN/m2
Coeficiente de forma de la cubierta (µ)
Tabla 2.5.17. Sobrecarga de nieve en capitales de provincia y ciudades autónomas.
(Tabla 3.8. CTE DB SE -AE)
53
En el CTE DB SE-AE apartado 3.5.3, para cubiertas con pendiente menor de 30º, ya que la nuestra es de 6º, el coeficiente de forma tiene un valor igual a la unidad, no se produce la descarga de la nieve sobre el terreno, pues la inclinación es pequeña.
Por lo tanto, la carga superficial de nieve sobre la cubierta es:
QN = µ· sk = 1 · 0,2 = 0,2 KN/m2
Las cargas sobre los pórticos interiores y de fachada son:
Np int = QN · s = 0,2 · 5,368 = 1,0736 KN/m
Np fach = QN · = 0,2 · = 0,5368 KN/m
La norma también establece que: “se tendrán en cuenta las posibles distribuciones asimétricas de nieve, debidas al transporte de la misma por efecto del viento, reduciendo a la mitad el coeficiente de forma en las partes en que la acción sea favorable”.
Por tanto aparecerán tres situaciones de nieve, en función de cómo se acumule en ambos faldones.
El programa CYPE permite introducir los datos de localización con exactitud del municipio.
Hipótesis aplicadas:
1 - N(EI): Nieve (estado inicial) 2 - N(R) 1: Nieve (redistribución) 1 3 - N(R) 2: Nieve (redistribución) 2
Valor en los pórticos de fachada:
Cubierta Nieve (estado inicial) Uniforme --- 0.53 kN/m EG: (0.00, 0.00, -1.00) Cubierta Nieve (redistribución) 1 Uniforme --- 0.53 kN/m EG: (0.00, 0.00, -1.00) Cubierta Nieve (redistribución) 2 Uniforme --- 0.27 kN/m EG: (0.00, 0.00, -1.00)
54 Valor en los pórticos interiores:
Cubierta Nieve (estado inicial) Uniforme --- 1.07 kN/m EG: (0.00, 0.00, -1.00) Cubierta Nieve (redistribución) 1 Uniforme --- 1.07 kN/m EG: (0.00, 0.00, -1.00) Cubierta Nieve (redistribución) 2 Uniforme --- 0.53 kN/m EG: (0.00, 0.00, -1.00)
2.5.3. ACCIONES ACCIDENTALES
2.5.3.1. Sismo
Las acciones sísmicas se determinan con la norma NSCE-02: Norma de construcción sismorresistente: parte general y edificación. Según esta norma las construcciones se clasifican según su importancia:
- De importancia moderada: aquellas con probabilidad despreciable de que su destrucción por el sismo pueda ocasionar víctimas, interrumpir un servicio primario, o producir daños económicos significativos a terceros.
- De importancia normal: aquellas cuya destrucción por el terremoto pueda ocasionar víctimas, interrumpir un servicio para la colectividad, o producir importantes pérdidas económicas, sin que en ningún caso se trate de un servicio imprescindible ni pueda dar lugar a efectos catastróficos.
- De importancia especial: aquellas cuya destrucción por el terremoto, pueda interrumpir un servicio imprescindible o dar lugar a efectos catastróficos.
El edificio estudiado, de importancia moderada, está situado en Totana, por lo tanto según el anexo 1 de la norma tiene una aceleración básica ab = 0,10g.
La norma, en el apartado 1.2.3 excluye la aplicación de la misma: “En construcciones de importancia normal con pórticos bien arriostrados entre sí en todas las direcciones cuando la aceleración sísmica básica ab sea inferior a 0,08g”.
La fracción de amortiguamiento crítico “damping” en estructuras metálicas con muchas uniones y cerramientos de chapa es del orden del 5%. Todas estas condiciones permiten
55
usar un factor de comportamiento de valor 4 en la mayoría de normas sísmicas, incluido el Eurocódigo 8. Por eso, aunque la aceleración básica en esta zona sea de 0,10g, si se considera un factor de reducción de 4 por ductilidad, la acción sísmica se hace
despreciable.
Siguiendo estas condiciones, se ha optado por no comprobar la nave a sismo, al menos de manera analítica. El software CYPE sí realizará las comprobaciones oportunas.
2.5.3.2. Fuego
El efecto de la acción del fuego en situación accidental de incendio está definido en el CTE DB-SI y en el RSCIEI (Reglamento de Seguridad contra incendios en los
establecimientos industriales) así como en la EAE y en el EC3-parte 1.2.
Al tratarse de una nave industrial sin uso específico, no se realizará el cálculo de la acción de incendio.
2.5.3.3. Impacto
Las acciones sobre un edificio causadas por un impacto dependen de la masa, de la geometría y de la velocidad del cuerpo impactante, así como de la capacidad de la deformación y de amortiguamiento tanto del cuerpo como del elemento contra el que impacta. Quedan recogidas en el CTE DB SE-AE apartado 4.3 dentro de las acciones accidentales.
Salvo que se adoptaran medidas de protección, cuya eficacia debe verificarse con el fin de disminuir la probabilidad de ocurrencia de un impacto o de atenuar sus
consecuencias en caso de producirse, los elementos resistentes afectados por un impacto deben dimensionarse teniendo en cuenta las acciones debidas al mismo, con el fin de alcanzar una seguridad estructural adecuada.
56
El impacto desde el interior debe considerarse en todas las zonas cuyo uso suponga la circulación de vehículos. En este caso se corresponde con el posible impacto de manutención cargada.
En el CTE DB SE-A.4.3 se establece: “En zonas en las que se prevea la circulación de carretillas elevadoras, el valor de cálculo de la fuerza estática equivalente debida a su impacto será igual a cinco veces el peso máximo autorizado de la carretilla. Se aplicará sobre una superficie rectangular de 0,4 m de altura y una anchura de 1,5 m, o la anchura del elemento si es menor, y a una altura dependiente de la forma de la carretilla; en ausencia de información específica se supondrá una altura de 0,75 m por encima del nivel de rodadura”.
Las características de la carretilla considerada deben reflejarse en la memoria del proyecto y en las instrucciones de uso y mantenimiento. En este caso al desconocer el medio de manutención que se utiliza, se considera la carretilla tipo FL2 normalizada en la parte 1.1 del EC1.
Esta carretilla es capaz de transportar 15 kN y tiene un peso neto de 31 kN, por lo tanto, el peso máximo autorizado (PMA) de la misma será 15 kN + 31 kN = 46 kN.
La carga a considerar para esta acción accidental (Ad) será, según lo establecido en el CTE DB SE:
Ad = 5·PMA = 5·46= 230 kN
Aplicada sobre el pilar de un pórtico interior, en la dirección probable de choque de la carretilla y a una altura de 0,75 m del suelo, al no conocerse la casa comercial de la misma.
