Proyecto de estructura con cubierta irregular para diversas actividades situada en parque industrial de Alhama de Murcia plan parcial

UNIVERSIDAD POLITECNICA DE CARTAGENA

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS Y DE INGENIERÍA DE MINAS

GRADO EN INGENIERÍA CIVIL AÑO 2017

PROYECTO DE ESTRUCTURA CON CUBIERTA IRREGULAR PARA DIVERSAS ACTIVIDADES SITUADA EN PARQUE INDRUSTRIAL DE ALHAMA DE MURCIA PLAN PARCIAL “EL

VALLE”

AUTOR: FRANCISCO MONSERRAT GARCÍA

DIRECTOR: DR.D. GREGORIO SÁNCHEZ OLIVARES

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ÍNDICE PARTE UNO: MEMORIA

1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS

1.1. OBJETIVO Y ALCANCE DEL PROYECTO 1.2. CONSIDERACIONES PREVIAS

1.2.1. FUNCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS 1.2.2. NAVES INDUSTRIALES

1.3. PROGRAMA DE CÁLCULO: SAP2000 1.4. NORMATIVA UTILIZADA

2. DISEÑO DEL PROYECTO

2.1. UBICACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LA PARCELA 2.2. DECRIPCIÓN DE LA NAVE

2.3. MATERIALES UTILIZADOS 2.3.1. ACERO ESTRUCTURAL 2.2.2. ACERO PARA ARMADURAS 2.3.3. HORMIGÓN ESTRUCTURAL 2.3.4. HORMIGÓN DE LIMPIEZA 2.3.5. CERRAMIENTOS

3. ACCIONES

3.1. ACCIONES PERMANENTES

3.1.1. PESO PROPIO DE LA ESTRUCTURA 3.1.2. PESO DEL CERRAMIENTO

3.2. ACCIONES VARIABLES

3.2.1. SOBRECARGA DE USO 3.2.2. VIENTO

3.2.3. ACCIONES TÉRMICAS 3.2.4. NIEVE

3.3 ACCIONES ACCIDENTALES 3.3.1. SISMO

3.3.2. FUEGO 3.3.3. IMPACTO

4. COMBINACIONES DE ACCIONES A CONSIDERAR

4.1. RESISTENCIA Y ESTABILIDAD 4.2. APTITUD AL SERVICIO 4.3. SEGURIDAD AL VUELCO

1 4.4. AGOTAMIENTO DEL TERRENO

5. DISEÑO DE LA NAVE EN SAP2000

6. DIMENSIONAMIENTO PILARES INTERIORES

6.1. E.L.S. DEFORMACIÓN 6. 2. E.L.U. RESISTENCIA 6.3. E.L.U. PANDEO

7. DIMENSIONAMIENTO PILARES EXTERIORES

7.1. E.L.S. DEFORMACIÓN 7. 2. E.L.U. RESISTENCIA 7.3. E.L.U. PANDEO

8. DIMENSIONAMIENTO VIGAS

8.1. E.L.S. DEFORMACIÓN 8.2. E.L.U. RESISTENCIA 8.3. E.L.U. PANDEO

9. DIMENSIONADO DEL SUBSISTEMA ESTRUCTURAL ARRIOSTRAMIENTO DE CUBIERTA.

9.1. MONTANTES

9.1.1. E.L.U. RESISTENCIA 9.1.2. E.L.U. PANDEO 9.2. DIAGONALES

9.2.1. E.L.U. RESISTENCIA 9.2.2. E.L.U. PANDEO

10. DIMENSIONAMIENTO DE LOS ARRIOSTRAMIENTOS CRUCES DE SAN ANDRÉS

11. DIMENSIONADO CIMENTACIÓN 12. UNIONES

13. BIBLIOGRAFÍA

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PARTE DOS: ANEJOS

ANEJO 1. PRONTUARIO DE PERFILES METÁLICOS ANEJO 2. COMBINACIÓN DE ACCIONES

ANEJO 3. RESULTADOS SAP2000 “FRAMES”

ANEJO 4. RESULTADOS SAP2000 “JOINS”

ANEJO 5. PLANOS

3 ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Localización Alhama de Murcia

Figura 2. Localización polígono de Alhama de Murcia Figura 3. Localización de la parcela

Figura 4. Detalle de la parcela

Figura 5. Foto del lateral de la parcela Figura 6. Plano planta nave

Figura 7. Croquis nave industrial Figura 8. Esquema celosía Pratt

Figura 9. Sistema arriostramiento subestructuras Figura 10. Pórticos perfil

Figura 11. Pórtico exterior 1 (x=0) Figura 12. Pórtico interior 1 (x=10) Figura 13. Pórtico interior 2 (x=20) Figura 14. Pórtico interior 3 (x=30) Figura 15. Pórtico interior 4 (x=40) Figura 16. Pórtico interior 5 (x=50) Figura 17. Pórtico interior 6 (x=60) Figura 18. Pórtico interior 7 (x=70) Figura 19. Pórtico interior 8 (x=80) Figura 20. Pórtico interior 9 (x=90) Figura 21. Pórtico exterior 2 (x=10) Figura 22. Pórtico exterior 3 (x=100 +s) Figura 23. Pórtico interior 10 (x=110 +s) Figura 24. Pórtico interior 11 (x=120 +s)

4 Figura 25. Pórtico interior 12 (x=130 +s)

Figura 26. Pórtico interior 13 (x=140 +s) Figura 27. Pórtico exterior 4 (x=150 + s) Figura 28. Pórticos alzados

Figura 29. Pórtico exterior a (y=0 m) Figura 30. Alzado pórtico interior a (y=10) Figura 31. Alzado pórtico interior b (x=35) Figura 32. Alzado pórtico interior c (x=65) Figura 33. Alzado pórtico interior d (x=40) Figura 34. Alzado pórtico exterior 2 (x=150 +s) Figura 35. Cubierta tipo Sándwich

Figura 36. Chapa metálica grecada inco 30.5 curvado Figura 37. Montaje de una cubierta tipo Sándwich “in situ”

Figura 38. Paneles prefabricados hormigón Figura 39. Ámbito de carga en los pórticos Figura 40. Proyección horizontal cargas

Figura 41. Valor básico de la velocidad del viento, vb

Figura 42. Zonas de afección del viento lateral en paramentos verticales.

Figura 43. Zonas de afección del viento lateral en paramentos verticales. (v1, v2)

Figura 44. Zonas de afección del viento lateral en paramentos verticales. (v8, v9)

Figura 45. Zonas de afección del viento lateral en paramentos verticales. (Plano y=0)

Figura 46. Zonas de afección del viento lateral en paramentos verticales.

(Cálculo reacciones R7, R8)

5 Figura 47. Zonas de afección del viento lateral en paramentos verticales.

(Cálculo reacciones R12, R13)

Figura 48. Zonas de afección del viento lateral en paramentos verticales. (V5, V6)

Figura 49. Zonas de afección del viento lateral en paramentos verticales. (V3, V4)

Figura 50. Zonas de afección del viento lateral en cubierta plana

Figura 51. Zonas de afección del viento lateral en cubierta plana (V1, V2, V8, V9)

Figura 52. Cálculo ri1der y ri2izq en zonas de afección del viento lateral en cubierta plana (V1, V2, V8, V9)

Figura 53. Zonas de afección del viento lateral en cubierta plana (V3, V4, V5, V6)

Figura 54. Zonas de afección del viento lateral en paramentos verticales

Figura 55. Zonas de afección del viento lateral en paramentos verticales. (V13, V14)

Figura 56. Zonas de afección del viento lateral en paramentos verticales. (V15, V16)

Figura 57. Zonas de afección del viento lateral en paramentos verticales. (V11, V12)

Figura 58. Zonas de afección del viento lateral en paramentos verticales. (V9, V10)

Figura 59. Zonas de afección del viento lateral en cubierta plana

Figura 60. Zonas de afección del viento lateral en cubierta plana (V9, V10, V11, V12)

Figura 61. Zonas de afección del viento lateral en cubierta plana (V13, V14, V15, V16)

Figura 62. Cálculo Ri1der y Ri2izq en zonas de afección del viento lateral en cubierta plana (V9, V10, V11, V12)

Figura 63. Cálculo Ri10der y Ri11izq en zonas de afección del viento lateral en cubierta plana (V13, V14, V15, V16)

6 Figura 64. Cálculo ri12der y re4 en zonas de afección del viento lateral en cubierta plana (V9, V10, V11, V12)

Figura 65. Cálculo ri12der y re4 en zonas de afección del viento lateral en cubierta plana (V9, V10, V11, V12)

Figura 66. Cálculo ri12der y re4 en zonas de afección del viento lateral en cubierta plana (V9, V10, V11, V12)

Figura 67. Localización sondeos geotécnicos Figura 68. Dimensiones H, L, B Y n

Figura 69. Ventana inicio SAP2000

Figura 70. Selección del modelo en SAP2000 Figura 71. Ventana inicio SAP2000

Figura 72. Edit Grid Data

Figura 73. Ventana Datos del Grid Figura 74. Definición de los materiales Figura 75. Añadir nuevo material

Figura 76. Definición de las características del acero S275JR en SAP2000 Figura 77. Definición de las características del cemento C30 en SAP2000 Figura 78. Propiedades de la sección

Figura 79. Importar propiedad de los perfiles desde prontuario Figura 80. Selección del tipo de perfil

Figura 81. Selección del tipo de perfil IPE450

Figura 82. Selección del tipo de perfil tubular 60x60x5.9 Figura 83. Geometría de la nave

Figura 84. Restricciones en nudos

Figura 85. Selección del tipo de restricción del nudo

Figura 86. Esquema completo de la nave metálica en SAP2000

7 Figura 87. Definir Cargas

Figura 88. Definir cargas

Figura 89. Definición de cargas distribuidas sobre los elementos de la nave Figura 90. Carga Permanente aplicada a la nave metálica

Figura 91. Carga Permanente aplicada en Pórtico exterior1 Figura 92. Carga Permanente aplicada en Pórtico interior 1 Figura 93. SCU aplicada a la nave metálica

Figura 94. SCU aplicada en Pórtico exterior 1 Figura 95. SCU aplicada en Pórtico interior 1

Figura 96. Carga Viento (V1) aplicada a la nave metálica Figura 97. Carga Viento (V2) aplicada en Pórtico interior 13 Figura 98. Carga Viento (V2) aplicada a la nave metálica Figura 99. Carga Viento (V2) aplicada en Pórtico interior 1 Figura 100. Carga Viento (V3) aplicada a la nave metálica Figura 101. Carga Viento (V3) aplicada en Pórtico interior 1 Figura 102. Carga Viento (V4) aplicada a la nave metálica Figura 103. Carga Viento (V4) aplicada en Pórtico interior 1 Figura 104. Carga Viento (V5) aplicada a la nave metálica Figura 105. Carga Viento (V5) aplicada en Pórtico interior 1 Figura 106. Carga Viento (V6) aplicada a la nave metálica Figura 107. Carga Viento (V6) aplicada en Pórtico interior 1 Figura 108. Carga Viento (V7) aplicada a la nave metálica Figura 109. Carga Viento (V7) aplicada en Pórtico interior 1 Figura 110. Carga Viento (V8) aplicada a la nave metálica Figura 111. Carga Viento (V8) aplicada en Pórtico interior 1

8 Figura 112. Carga Viento (V9) aplicada a la nave metálica

Figura 113. Carga Viento (V9) aplicada en Pórtico interior 1 Figura 114. Carga Viento (V10) aplicada a la nave metálica Figura 115. Carga Viento (V10) aplicada en Pórtico interior 1 Figura 116. Carga Viento (V11) aplicada a la nave metálica Figura 117. Carga Viento (V11) aplicada en Pórtico interior 1 Figura 118. Carga Viento (V12) aplicada a la nave metálica Figura 119. Carga Viento (V12) aplicada en Pórtico interior 1 Figura 120. Carga Viento (V13) aplicada a la nave metálica Figura 121. Carga Viento (V13) aplicada en Pórtico interior 1 Figura 122. Carga Viento (V14) aplicada a la nave metálica Figura 123. Carga Viento (V14) aplicada en Pórtico interior 1 Figura 124. Carga Viento (V15) aplicada a la nave metálica Figura 125. Carga Viento (V15) aplicada en Pórtico interior 1 Figura 126. Carga Viento (V16) aplicada a la nave metálica Figura 127. Carga Viento (V16) aplicada en Pórtico interior 1 Figura 128. Carga Nieve (N) aplicada a la nave metálica Figura 129. Carga Nieve (N) aplicada en Pórtico exterior 1 Figura 130. Carga Nieve (N) aplicada en Pórtico interior 1 Figura 131. Introducción de las combinaciones de carga Figura 132. Introduzco las distintas combinaciones

Figura 133. Mostrar deformaciones con Factor de escala=1 Figura 134. Nave con deformaciones (Factor de escala=1)

Figura 135. Envolventes Axiles de Todas las Combinación de acciones Figura 136. Envolvente Torsión de Todas las combinaciones de acciones

9 Figura 137. Envolvente M2 de Todas las combinaciones de acciones

Figura 138. Envolvente M3 de Todas las combinaciones de acciones Figura 139. Esfuerzos pilar interior de mayor tracción.

Figura 140. Esfuerzos pilar interior de mayor compresión.

Figura 141. Esfuerzos viga de mayor flexión.

Figura 142. Propiedades Perfil Tubular 70x70x5 Figura 143. Desplome criterio de integridad Figura 144. Esfuerzos pilar con de mayor axil.

Figura 145. Perfil Tubular 70x70x5.

Figura 146. Desplome criterio de integridad

Figura 147. Esfuerzos pilar exterior de mayor momento.

Figura 148. Esquema Celosía tipo Long Figura 149. Celosía tipo Pratt

Figura 150. Celosía tipo Howe Figura 151. Celosía tipo Vierendeel

Figura 152. Celosía con arriostramiento en k Figura 153. Deformación celosías

Figura 154. Esfuerzos axiles en celosías Figura 155. Datos viga más flectada.

Figura 156. Esfuerzos viga con máximo momento.

Figura 157. Esquema celosía nave metálica

Figura 158. Esfuerzos axiles en celosía nave metálica Figura 161. Detalle esfuerzos axiles en centro de la celosía Figura 162. Detalle esfuerzos axiles en extremo de la celosía Figura 163. Desplome criterio de integridad

Figura 164. Esfuerzos cordón celosía de mayor tracción.

10 Figura 165. Esfuerzos cordón celosía de mayor compresión.

Figura 166. Esfuerzos diagonal celosía de mayor tracción.

Figura 167. Esfuerzos montantes celosía de mayor compresión.

Figura 168. Subsistemas estructurales de arriostramiento de cubierta Figura 169. Esfuerzos montantes/cordones de mayor tracción.

Figura 170. Esfuerzos cordones de mayor compresión.

Figura 171. Esfuerzos diagonal de mayor tracción.

Figura 172. Esfuerzos diagonal de mayor compresión.

Figura 173. Esfuerzos axiles pórtico exterior 4 Figura 174. Esfuerzos axiles pórtico exterior 1 Figura 175. Esfuerzos axiles pórtico exterior A Figura 176. Esfuerzos axiles pórtico exterior B

Figura 177. Esfuerzos diagonal Cruz San Andrés de mayor tracción.

Figura 178. Esfuerzos diagonal Cruz San Andrés de mayor compresión.

Figura 179. Esfuerzos pilar con mayor axil Figura 180. Zapata concéntrica

Figura 181. Emparrillado cimentación.

Figura 182. Esquema simplificado funcionamiento de viga flotante Figura 183. Ejemplo modelo bielas y tirantes

Figura 184. Esquema armado zapata

Figura 185. Superficie crítica de punzonamiento.

Figura 186. Placa de apoyo (~ móvil: lubricado μ=0.3) Figura 187. Apoyo de neopreno (móvil)

Figura 188. Aparatos de apoyo Figura 189. Bases de pilares

11 ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Coordenadas de los puntos más relevantes a introducir para la realización de la estructura

Tabla 2. Resistencias mínimas compatibles con los requisitos de durabilidad de Alhama de Murcia. (Fuente: Ministerio de Fomento)

Tabla 3. Máxima relación agua/cemento y mínimo contenido de cemento (Alhama de Murcia) (Fuente: Ministerio de Fomento)

Tabla 4. Recubrimiento mínimo (mm) para la Clase de exposición IIb (Alhama de Murcia) (Fuente: Ministerio de Fomento)

Tabla 5. Resistencias mínimas clase especifica Qa

Tabla 6. . Máxima relación agua/ cemento y contenido mínimo de cemento clase especifica Qa

Tabla 7. Recubrimiento mínimo (mm) para la Clase de exposición específica Qa

Tabla 8. Pesos Perfil de chapa metálica grecada INCO 30.5 Curvado

Tabla 9. Valores característicos de la SCU (Fuente: CTE-DB-SE-AE Tabla 3.1) Tabla 10. Valores característicos de la SCU Cubierta (Fuente: CTE-DB-SE-AE Tabla 3.1)

Tabla 11. Cargas proyección horizontal

Tabla 12. Corrección de la velocidad básica en función del periodo de servicio (Fuente: CTE-DB-SE-AE Tabla D.1)

Tabla 13. Coeficientes para tipo de entorno (Fuente: CTE-DB-SE-AE Tabla D.2)

Tabla 14. Coeficientes de viento lateral en paramentos verticales. (Fuente:

CTE-DB-SE-AE.)

Tabla 15. Cargas de viento lateral en paramentos verticales. (Y=0; Y=150 +s)) (V1, V2, V8, V9)

Tabla 16. Cargas de viento lateral en paramentos verticales. (Y=0; Y=150 +s)) (V3, V4, V5, V6)

12 Tabla 17. Coeficientes de viento lateral en paramentos verticales. (Fuente:

CTE-DB-SE-AE.)

Tabla 18. Cargas de viento en cubierta (V1, V2, V8, V9) Tabla 19. Cargas de viento en cubierta (V3, V4, V5, V6)

Tabla 20. Coeficientes de viento lateral en paramentos verticales. (Fuente:

CTE-DB-SE-AE.)

Tabla 21. Cargas de viento lateral en paramentos verticales. (Y=0; Y=150 +s) (V13, V14, V15, V16)

Tabla 22. Cargas de viento lateral en paramentos verticales. (Y=0; Y=150 +s) (V9, V10, V11, V12)

Tabla 23. Coeficientes de viento lateral en paramentos verticales. (Fuente:

CTE-DB-SE-AE.)

Tabla 24. Cargas de viento lateral en cubierta. (Y=0; Y=150 +s) (V9, V11) Tabla 26. Cargas de viento lateral en cubierta. (Y=0; Y=150 +s) (V13, V15) Tabla 27. Cargas de viento lateral en cubierta. (Y=0; Y=150 +s) (V14, V16) Tabla 28. Coeficientes para tipo de entorno (Fuente: CTE-DB-SE-AE Tabla D.2)

Tabla 29. Coeficientes de presión interior para situación persistente. (Fuente:

CTE-DB-SE-AE Tabla D.2)

Tabla 30. Coeficientes de presión interior para situación persistente. (Fuente:

CTE-DB-SE-AE Tabla D.2)

Tabla 31. Coeficientes de presión interior para situación extraordinaria. (Fuente:

CTE-DB-SE-AE Tabla D.2)

Tabla 32. Sobrecargas de nieve en capitales de provincia y ciudades autónomas. (Fuente: CTE-DB-SE-AE)

Tabla 33. Valores aceleración sísmica básica y del coeficiente de contribución.

(FuenteNCSE-02)

Tabla 34. Valores del coeficiente de respuesta β (FuenteNCSE-02) Tabla 35. Valores del coeficiente de respuesta β (FuenteNCSE-02)

Tabla 36. Dimensiones de las carretillas elevadoras de acuerdo con las clases FL. (UNE-EN 1991-1-1)

13 Tabla 37. Coeficientes parciales de seguridad para las acciones. (Fuente: CTE- -DB-SE)

Tabla 38. Coeficientes de simultaneidad. (Fuente: CTE-DB-SE) Tabla 39. Coeficientes de simultaneidad. (Fuente: CTE-DB-SE)

Tabla 40. Coeficientes de seguridad parciales de seguridad al vuelco. (Fuente:

CTE-DB-SE-C)

Tabla 41. Coeficientes de seguridad parciales de seguridad al vuelco. (Fuente:

CTE-DB-SE-C)

Tabla 42. Tabla 6.8 Términos de comprobación, según peor clase de sección en la pieza. (Fuente: DB SE-A)

Tabla 43. Tabla 6.14 Coeficientes del momento equivalente (Fuente: DB SE-A) Tabla 44. Tabla 42.3.5 Cuantías mínimas, en tanto por 1000, referidas a la sección total de hormigón.

Tabla 45. Cálculo numero armaduras / separación armaduras

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1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS

1.1. OBJETIVO Y ALCANCE DEL PROYECTO

El objetivo de este proyecto es el cálculo y diseño de una nave de 150000 m² con una cubierta de forma irregular, con una planta diáfana de 100x150 m.

El objetivo principal es el diseño de la nave, con una zona para logística y almacenamiento de dimensiones 50x100 m y otra zona sin uso definido con unas dimensiones de 100x100 m, con una altura libre de 14m y 6 m respetivamente, con una cubierta que pueda llamar la atención de los clientes, aunque también se han desarrollado otros fines como son:

- Recopilación de información necesaria para el planeamiento del cálculo estructural, obtenido de las Ordenanzas Municipales y de los planos urbanos del emplazamiento de la nave.

- Modelización de la estructura.

- Estudio exhaustivo de las cargas actuantes sobre la estructura.

- Aprendizaje y manejo de SAP2000 para obtener las respuestas de las cargas actuantes sobre la estructura, debidamente combinadas y la comprobación de la capacidad resistente de los elementos de la nave mediante los documentos técnicos necesarios.

- Uso de AUTOCAD para la realización de planos.

- Búsqueda en los catálogos de muros prefabricados y elección del muro adecuado.

No se considera objeto del proyecto el diseño y cálculo de las distintas instalaciones, como la eléctrica y la de saneamiento, así como la realización de los acabados interiores y la colocación de las puertas y ventanas, ya que al tratarse de una nave sin uso específico, dependerá estrechamente de la actividad que se vaya a realizar.

También hay que indicar que en el proyecto no se tendrá en cuenta la normativa vigente sobre sistemas de protección contra incendios y de evacuación, debido a que depende de la actividad que se implante en la nave.

Tampoco se detallan los acabados interiores.

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1.2. CONSIDERACIONES PREVIAS

1.2.1. FUNCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS

Las estructuras son elementos constructivos cuya misión fundamental es la de soportar un conjunto de cargas, que podemos clasificar como sigue:

- Peso propio: incluiremos las cargas de la estructura que son especialmente significativas en las estructuras de hormigón armado y las cargas reológicas, que provienen del proceso de fraguado del hormigón.

- Cargas de funcionabilidad: incluiremos las cargas que actúan sobre la construcción de la que forma parte la estructura en cuestión, por ejemplo los objetos y personas que van a estar en la construcción.

- Acciones exteriores varias: nos referimos a la temperatura (dilatación- contracción), el viento, la nieve, sismos, etc.

Vemos que las cargas que pueden actuar sobre una estructura son muy variadas y pueden darse una serie de combinaciones entre ellas, debiendo la estructura “soportar” la combinación más desfavorable, realizando las verificaciones respecto a:

1- Capacidad portante (estabilidad y resistencia):

La estabilidad de una estructura es la que garantiza que dicha estructura, entendida en su conjunto como un sólido rígido, cumple las condiciones de la estática, al ser solicitada por las acciones exteriores que pueden actuar sobre ella.

La resistencia es la que obliga a que no se superen las tensiones admisibles del material y a que no se produzca rotura en ninguna sección.

2- Aptitud al servicio (deformación limitada, vibraciones y deterioro)

La deformación limitada implica el que se mantenga acotada (dentro de unos límites) la deformación que van a producir las cargas al actuar sobre la estructura. Estos límites van marcados por la utilización de la estructura, razones constructivas y otras.

1.2.2. TIPOLOGÍAS DE NAVES INDUSTRIALES

Independientemente de la aplicación que se les vaya a asignar, los tipos de acuerdo a los materiales utilizados en la construcción de su estructura:

- Naves de acero

- Naves de hormigón prefabricado - Naves de hormigón “in situ”

- Naves mixtas

17 Hay que aclarar que cada tipo de estructura tiene sus ventajas y desventajas, pero el empleo del acero en las estructuras industriales tiene una serie de ventajas sobre otros materiales que hace que las estructuras metálicas monopolicen la construcción de naves industriales.

A continuación se enumeran algunas de sus propiedades más destacadas:

- Las estructuras metálicas, al tomar grandes deformaciones, antes de producirse el fallo definitivo “avisan”.

- El material es homogéneo y la posibilidad de fallos humanos es mucho más reducida que en estructuras construidas con otros materiales. Lo que permite realizar diseños más ajustados, y por tanto más económicos.

- Ocupan poco espacio. Los soportes molestan muy poco, para efectos de la distribución interior, por lo que se obtiene buena rentabilidad a toda la superficie construida. Los cantos de las vigas son reducidos y los anchos aún son menores. En general las estructuras metálicas pesan poco y tienen elevada resistencia.

- Las estructuras metálicas no sufren fenómenos reológicos que, salvo deformaciones térmicas, deban tenerse en cuenta. Conservan indefinidamente sus excelentes propiedades.

- Estas estructuras admiten reformas, por lo que las necesidades y los usos pueden variar, adaptándose con facilidad a las nuevas circunstancias. Su refuerzo, en general, es sencillo.

- Las estructuras metálicas se construyen de forma rápida, ya que al ser elementos prefabricados, en parte, pueden montarse en taller.

Asimismo tienen resistencia completa desde el instante de su colocación en obra.

- Al demolerlas todavía conserva el valor residual del material, ya que este es recuperable.

Si bien, también presentan algunas desventajas que obligan a tener ciertas precauciones al emplearlas. Las principales son:

- Son necesarios dispositivos adicionales para conseguir la rigidez (diagonales, nudos rígidos, pantallas, etc.)

- La elevada resistencia del material origina problemas de esbeltez.

- Es necesario proteger las estructuras metálicas de la corrosión y del fuego.

- El resultado de las uniones soldadas es dudoso, especialmente en piezas trabajando a tracción. (Defectos: falta de penetración, falta de fusión, poros y oclusiones, grietas, mordeduras, picaduras y desbordamientos)

18 - Excesiva flexibilidad, lo que produce un desaprovechamiento de la resistencia mecánica al limitar las flechas, y produce falta de confort al transmitir las vibraciones.

- Debido a las importantes ventajas que presentan las estructuras metálicas, he decidido diseñar y calcular la nave metálica con este tipo de material.

1.3. PROGRAMA DE CÁLCULO: SAP2000

1.3.1. ¿Qué es SAP2000?

SAP2000 es un programa comercial de cálculo de estructuras basado en el Método de los Elementos Finitos (MEF). El origen de su nombre viene de sus siglas en inglés de Structural Analysis Program (Programa de Análisis Estructural). El SAP2000 es un programa de elementos finitos, con interfaz gráfico 3D orientado a objetos, preparado para realizar, de forma totalmente integrada, la modelación, análisis y dimensionamiento del más amplio conjunto de problemas de ingeniería de estructuras.

Es conocido por la flexibilidad en al tipo de estructuras que permite analizar, por su poder de cálculo y por la fiabilidad de los resultados, SAP2000 es la herramienta de trabajo diaria para varios ingenieros. La versatilidad en modelar estructuras, permite su utilización en el dimensionamiento de puentes, edificios, estadios, presas, estructuras industriales, estructuras marítimas y todo tipo de infraestructura que necesite ser analizada y dimensionada.

1.3.2. ¿Qué puedo hacer con SAP2000?

- Análisis lineal.

- Análisis dinámico por espectros de respuesta.

- Cargas móviles.

- Con respecto a las acciones, es posible generar automáticamente cargas de sismo, viento y vehículos, y posteriormente, hacer el dimensionamiento y comprobación automática de estructuras de hormigón armado, perfiles metálicos, de aluminio y conformados en frío, a través de las normativas Europeas, Americanas, Canadienses, Turcas, Indias, Chinas, y otras.

- Análisis en el dominio de la frecuencia.

- Elementos de barra, shell (cáscara) y sólido.

- Dimensionamiento de hormigón, verificación de estructuras metálicas y dimensionamiento de armadura para elementos Shell.

19 - Módulo de pretensado, totalmente integrado, para introducción de los cables de pretensado conectados a todo tipo de elemento y cálculo automático de pérdidas instantáneas.

- Posibilidad de considerar los efectos geométricamente no lineales de PDelta (Es un análisis no lineal que toma en cuenta la deformación inicial de una estructura al someterla a las cargas consideradas. Al sufrir deformaciones, las fuerzas originales actuando sobre la estructura deformada genera excentricidades y por lo tanto momentos y torsiones adicionales) en cargas estáticas y dinámicas.

- Generación automática de mallas de elementos finitos, con elementos de 4 nudos.

1.4.

Para la realización de este proyecto de cálculo estructural se han utilizado diferentes normas y reglamentos vigentes en España que se detallan a continuación:

- CTE‐DB‐SE. Seguridad Estructural

- CTE‐DB‐AE. Acciones en la Edificación - CTE‐DB‐C. Cimientos

- CTE-DB-SE-A. Acero

- EAE – Instrucción de estructuras de acero en la Edificación.

- EHE-08

- NCSE-02. Normativa Sismorresistente. Parte general y edificación.

- NTE - Cubiertas - Tejados Galvanizados.

- EC1 Eurocódigo 1. Bases de proyecto y Acciones en estructuras.

- EC3 Eurocódigo 3. Estructuras de acero.

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2. DISEÑO DEL PROYECTO

2.1. UBICACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LA PARCELA

A partir de los planos y las ordenanzas reguladoras conseguidas gracias a la labor de Urbanismo del Ayuntamiento de Alhama de Murcia, elegimos una parcela como ejemplo a la hora de realizar este proyecto. Estos planos y ordenanzas se encuentran en el Anejo 4. Dicha nave comercial se construirá en la parcela nº7 del Plan Parcial Industrial “El Valle”, en Alhama de Murcia.

Figura 1. Localización Alhama de Murcia

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Figura 2. Localización Polígono de Alhama de Murcia

Figura 3. Localización de la parcela

22 La parcela tiene una superficie de 27518.5 m², con unas dimensiones de 181.189x152.366m.

Figura 4. Detalle de la parcela

Figura 5. Foto del lateral de la parcela

23

2.2. DECRIPCIÓN DE LA NAVE

A continuación voy a redactar la serie de condiciones y requisitos que he tenido en cuenta desde las primeras fases del diseño de la nave.

Será una nave de 15.000 m2, con una zona para logística y almacenamiento de dimensiones 50x100 m y otra zona sin uso definido con unas dimensiones de 100x100 m, con una altura libre de 14m y 6 m respetivamente, con una cubierta que pueda llamar la atención de los clientes. En este caso voy a optar por una estructura de acero y muros de hormigón prefabricados como muros de cerramiento. Las dimensiones exteriores (entre fachadas extremas) son de 100 x 150 m.

En la ordenanza municipal nos indica:

 La parcela mínima es la que teniendo forma regular posea fachada a viales de al menos 25 m.

 Tipo de edificación

El tipo de edificación para esta zona será el de bloques de un máximo de tres plantas, 15 m (pudiéndose superarse en casos justificados), con las siguientes características:

- Separación a linderos de la parcela común y línea de la calle: 7,00 m - Mínima altura entre plantas: 3,00 m

Cuando el uso sea hotelero o de oficinas se permitirá un máximo de ocho plantas, 28 m, con las mismas características.

 Edificabilidad.

La edificabilidad correspondiente a esta zona es de 1,70 m²/m² y 8,5 m³/m², sobre parcela neta.

 Altura edificación

La altura máxima de edificación será de 3 plantas o 15 m, excepto en usos hoteleros y de oficinas que serán de 8 plantas y 28 m, medido desde el baricentro de la planta construida, hasta la cara inferior del último forjado, ambas condiciones podrán ser superadas en casos justificados, previa aprobación del Ayuntamiento.

Podrán sobrepasar esta altura máxima las cubiertas cuando es espacio comprendido entre ellos y el último forjado no sea habitable, chimeneas, cajas de escalera, etc. La altura máxima de estos elementos no sobrepasará los 2 m.

 Usos permitidos

Todos los usos comerciales.

24

 Aparcamientos

Será obligatorio la previsión de una plaza de aparcamiento en el interior de la parcela por cada 100 m² construidos.

En nuestro caso como podemos observar en el plano “Figura 6. Plano planta nave”, todos estos valores se cumplen, al igual que la edificabilidad máx.

Figura 6. Plano planta nave

𝑂𝑐𝑢𝑝𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =150 𝑥 100 + 50 𝑥 100

27518.5 = 0.7267 𝐸𝑑𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 = 150 𝑥 100

27518.5 = 0.5450 < 1.7 𝑆𝑢𝑝. 𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 = 27518.5 − (150 𝑥 100 ) = 12518,5 𝑚

𝑁º 𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑠 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑐𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 150 𝑥 100

100 = 150 𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑠 Dimensión plaza aparcamiento min = 2,4 x 4 m

25

Figura 7. Croquis nave industrial

 Sistema estructural:

Los pórticos interiores se constituirán a base de celosías Pratt apoyadas en los pilares(y=0; y=35; y=65; y=100) y (x=0;x=10; x=20; x=30; x=40; x=50; x=60;

x=70; x=80;x=90;x=100; x=100+s; x=110+s; 120+s; 130+s; 140+s:150+s) con unos pórticos de fachada con pilares cada 10m. (s= distancia de separación por seguridad para sismo y viento). Para garantizar el apoyo de estos pilares, en la cabeza de estos se creará un sistema de arriostramiento de las subestructuras.

Todas estas vigas formarán un entramado.

Figura 8. Esquema celosía Pratt

26 El esquema del sistema de arriostramiento de las subestructuras será el siguiente:

Figura 9. Sistema arriostramiento subestructuras

27 Tabla 1. Coordenadas de los puntos más relevantes a introducir en

SAP2000 para la realización de la estructura

ALTURA PILARES (Z)

EA IA IB IC ID EB

DIF DER-IZQ Hmed PORTICO ANGULO PORTICO

PORTICO X/Y 0 10 35 65 90 100

E1 0 6 6,8 8,8 11,2 13,2 14 8,00 10,00 1,36

I1 10 6,8 7,44 9,04 10,96 12,56 13,2 6,40 10,00 1,30

I2 20 7,6 8,08 9,28 10,72 11,92 12,4 4,80 10,00 1,22

I3 30 8,4 8,72 9,52 10,48 11,28 11,6 3,20 10,00 1,07

I4 40 9,2 9,36 9,76 10,24 10,64 10,8 1,60 10,00 0,74

I5 50 10 10 10 10 10 10 0,00 10,00 0,00

I6 60 10,8 10,64 10,24 9,76 9,36 9,2 1,60 10,00 0,74

I7 70 11,6 11,28 10,48 9,52 8,72 8,4 3,20 10,00 1,07

I8 80 12,4 11,92 10,72 9,28 8,08 7,6 4,80 10,00 1,22

I9 90 13,2 12,56 10,96 9,04 7,44 6,8 6,40 10,00 1,30

E2 100 14 13,2 11,2 8,8 6,8 6 8,00 10,00 1,36

E3 100+s 14 14 14 14 14 14 0,00 14,00 0,00

I10 110+s 14,8 14,72 14,52 14,28 14,08 14 0,80 14,40 0,43 I11 120 +s 15,6 15,44 15,04 14,56 14,16 14 1,60 14,80 0,74 I12 130+s 16,4 16,16 15,56 14,84 14,24 14 2,40 15,20 0,94 I13 140+s 17,2 16,88 16,08 15,12 14,32 14 3,20 15,60 1,07

E4 150+s 18 17,6 16,6 15,4 14,4 14 4,00 16,00 1,16

Figura 10. Pórticos perfil

28

Figura 11. Pórtico exterior 1 (x=0)

Figura 12. Pórtico interior 1 (x=10)

Figura 13. Pórtico interior 2 (x=20)

Figura 14. Pórtico interior 3 (x=30)

29

Figura 15. Pórtico interior 4 (x=40)

Figura 6. Pórtico interior 5 (x=50)

Figura 17. Pórtico interior 6 (x=60)

Figura 18. Pórtico interior 7 (x=70)

30

Figura 19. Pórtico interior 8 (x=80)

Figura 20. Pórtico interior 9 (x=90)

Figura 21. Pórtico exterior 2 (x=100)

Figura 22. Pórtico exterior 3 (x=100 +s)

31

Figura 23. Pórtico interior 10 (x=110 +s)

Figura 24. Pórtico interior 11 (x=120 +s)

Figura 25. Pórtico interior 12 (x=130 +s)

Figura 26. Pórtico interior 13 (x=140 +s)

32

Figura 27. Pórtico exterior 4 (x=150 + s)

Figura 28. Pórticos alzado

Figura 29. Pórtico exterior a (y=0 m)

Figura 30. Alzado pórtico interior a (y=10)

33

Figura 31. Alzado pórtico interior b (x=35)

Figura 32. Alzado pórtico interior c (x=65)

Figura 33. Alzado pórtico interior d (x=40)

Figura 34. Alzado pórtico exterior 2 (x=150 +s)

También se han obtenido los datos geotécnicos de un estudio del terreno de las parcelar realizado por el polígono de Alhama, que se mostraran en sus respectivos apartados.

34

2.3. MATERIALES UTILIZADOS

2.3.1. ACERO ESTRUCTURAL

Se utilizarán perfiles laminados en caliente del acero estructural S275JR en las vigas y pilares.

𝑓_𝑦𝑘 = 275 𝑁/𝑚𝑚²

𝑓_𝑦𝑑= 𝑓_𝑦𝑘

𝛾_𝑀 = 275

1.05= 261,9 𝑁/𝑚𝑚²

𝐸 = 210.000 𝑁/𝑚𝑚²

2.2.2. ACERO PARA ARMADURAS

El acero que se utilizará para las armaduras del hormigón armado será B500SD, ya que es el más utilizado en la práctica y el más común en el mercado.

𝑓_𝑦𝑘 = 500 𝑁/𝑚𝑚²

𝑓_𝑦𝑑 =𝑓_𝑦𝑘

𝛾_𝑀 = 500

1.15= 434.78 𝑁/𝑚𝑚²

𝐸 = 200.000 𝑁/𝑚𝑚²

2.3.3. HORMIGÓN ESTRUCTURAL

Según se define en el Capítulo VII de la Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-08), una estrategia correcta de durabilidad que permita soportar a la estructura de hormigón las condiciones a las que se ve expuesta durante su vida útil, debe tener en cuenta los distintos tipos de exposición ambiental.

La página del Ministerio de Fomento recoge las clases de exposición ambiental, tanto general como específica, en base a criterios exclusivamente climatológicos y geográficos, a las que pueden estar sometidas las estructuras en los municipios de las provincias del territorio español, lo que nos permite buscar rápidamente toda la información que necesitamos sin necesidad de recurrir a la EHE-08.

35 EXPOSICIÓN AMBIENTAL GENERAL DE ALHAMA DE MURCIA: IIb

Tabla 2. Resistencias mínimas compatibles con los requisitos de durabilidad de Alhama de Murcia

Tabla 3. Máxima relación agua/cemento y mínimo contenido de cemento (Alhama de Murcia)

36 Tabla 4. Recubrimiento mínimo (mm) para la Clase de exposición IIb

(Alhama de Murcia)

EXPOSICIÓN AMBIENTAL ESPECÍFICA: Qa

Para la clase específica he elegido el tipo Qa ya que se trata de una cimentación superficial de un área industrial, con sustancias débilmente agresivas.

Tabla 5. Resistencias mínimas clase específica Qa

37 Tabla 6. Máxima relación agua/ cemento y contenido mínimo de cemento clase específica Qa

Tabla 7. Recubrimiento mínimo (mm) para la Clase de exposición específica Qa

El recubrimiento de la clase específica Qa ( 40 mm) es más restrictivo que el de la clase general IIb ( 20 mm) por lo que éste será el recubrimiento mínimo escogido, al cual según la EHE-08 hay que sumarle un margen de recubrimiento en función del nivel de control de ejecución. Para un control que no sea intenso, la norma lo establece en 10mm.

𝑟_𝑛𝑜𝑚 = 𝑟_𝑚𝑖𝑛+ ∆_𝑟= 40 + 10 = 50𝑚𝑚

Para el caso de piezas hormigonadas contra el terreno (caso concreto de las zapatas), el recubrimiento mínimo será de 70mm, salvo que se haya preparado el terreno y dispuesto un hormigón de limpieza.

38 𝑟_𝑛𝑜𝑚 = 𝑟_𝑚𝑖𝑛+ ∆_𝑟= 70 + 10 = 80𝑚𝑚

El hormigón estará destinado a la edificación por lo que la consistencia del mismo deberá ser blanda, por lo que la designación del hormigón será: HA- 30/B/20/IIb+Qa

𝑓_𝑐𝑘= 30 𝑁/𝑚𝑚²

𝑓_𝑐𝑑= 𝑓_𝑐𝑘 𝛾_𝑀 = 30

1.5 = 20 𝑁/𝑚𝑚²

2.3.4. HORMIGÓN DE LIMPIEZA

En todas las cimentaciones se deberá colocar una capa de hormigón de limpieza según lo establecido en el CTE-DB-SE-C de espesor 10 cm.

Dicho hormigón se caracteriza como un hormigón de limpieza (HL), el cual tiene como fin evitar la desecación del hormigón estructural durante su vertido así como una posible contaminación de éste durante las primeras horas de su hormigonado.

En la identificación de este tipo de hormigón se hace referencia al contenido mínimo de cemento mediante la siguiente tipificación:

HL-150/B/20

Como se puede observar en la identificación, la dosis mínima de cemento será de 150 kg/m3 , de consistencia blanda y con un tamaño máximo del árido inferior a 20mm con objeto de facilitar la trabajabilidad del hormigón.

39

2.3.5. CERRAMIENTOS

2.3.5.1. CUBIERTA

He decidido utilizar una cubierta tipo Sándwich “in situ”. Consiste en la superposición de dos chapas de acero grecadas, con acabados de galvanizado o recalado, entre las que se intercala un perfil (omega) separador galvanizado y una manta aislante de fieltro lana de roca de unos 80 mm de espesor. Todo este procedimiento de ensamblaje se realiza en obra.

El buen acabado interior que conseguiremos con esta solución hace innecesaria la instalación de falsos techos.

Las chapas se fijan al entramado de correas mediante unos tornillos auto- roscantes y/o auto-taladrantes, con cabeza de nylon del color de la chapa.

Figura 35. Cubierta tipo Sándwich

Las ventajas que presenta este tipo de sistema son muchas. En primer lugar al tratarse de un sistema realizado “in situ” permite ofrecer precios más competitivos, trabajando con chapas y aislantes de calidad y espesores adecuados para garantizar la durabilidad de la obra.

40 Otra ventaja es el mantenimiento a largo plazo, ya que este sistema permite poder cambiar únicamente la chapa exterior, mientras que con otros materiales habría que sustituir todo el panel, incrementando por lo tanto los costes de la obra.

Su gran solidez, bajo peso y aislamiento térmico lo hacen la mejor opción.

Las chapas nervadas elegidas para el panel tipo Sándwich es: Perfil de chapa metálica grecada INCO 30.5 Curvado por embutición para uso en cubiertas y fachadas.

Figura 36. Chapa metálica grecada INCO 30.5 CURVADO

Se utiliza para cubiertas y fachadas curvadas sobre estructura portante.

También se puede utilizar como perfil de cumbrera, esquinas, coronación, marquesinas... Está disponible tanto en galvanizado como en los distintos colores de prelacado. Además para aplicaciones de mejora acústica se puede realizar con acero perforado.

41

Figura 37. Montaje de una cubierta tipo Sándwich “in situ”

Tabla 8. Pesos Perfil de chapa metálica grecada INCO 30.5 Curvado

CERRAMIENTOS LATERALES

Para el cerramiento lateral de la estructura utilizaré paneles prefabricados de hormigón, que estarán apoyados horizontalmente sobre el suelo, por tanto no afectan al cálculo estructural, pues su peso recaerá directamente sobre las vigas de atado de la cimentación.

42

Figura 38. Paneles prefabricados hormigón

43

3. ACCIONES

Las acciones se pueden clasificar por su variación en el tiempo en Acciones Permanentes (G), Acciones Permanentes de Valor no Constante (G*), Acciones Variables (Q) y Acciones Accidentales (A).

3.1. ACCIONES PERMANENTES

Son aquellas que actúan en todo momento y son constantes en magnitud y posición. Dentro de este grupo se engloban el peso propio de la estructura, de los elementos embebidos, accesorios y del equipamiento fijo.

3.1.1. PESO PROPIO DE LA ESTRUCTURA

En este apartado se incluyen todos los elementos de la estructura que son objeto de cálculo, por tanto, desconocemos sus dimensiones a priori. Con estos elementos nos referimos a las vigas, pilares, cerramientos, vigas contraviento, correas, vigas perimetrales y arriostramientos.

Consideraré un valor característico de predimensionamiento igual a la luz del pórtico dividido por 100 en kN/m2, es decir:

𝐺

= 𝐿

100 = 100

100 = 1 𝐾𝑁 𝑚

3.1.2. PESO DEL CERRAMIENTO

En el caso de los cerramientos solo tendremos en cuenta el peso de la cubierta, ya que como dije anteriormente, el peso de los cerramientos laterales cae directamente sobre las vigas de atado de las zapatas (su peso es soportado directamente por el terreno).

Tras contactar con la empresa que suministra y fabrica dichas cubiertas, INCOPERFIL, nos ha recomendado que durante la realización del proyecto consideremos que la cubierta tiene un peso propio de 0.2 KN/m² (considerando el peso de las chapas grecadas, el material aislante, la tornillería y accesorios de montaje).

Por lo tanto las acciones permanentes totales son:

𝐺

= 1 + 0.2 = 1.2 𝐾𝑁

𝑚

44 Estas acciones se consideran actuando en cubierta, algo que no es totalmente cierto en el caso del peso propio, pero está del lado de la seguridad.

Los valores actuantes sobre los pórticos se obtienen multiplicando esta carga superficial por la mitad de la crujía para los pórticos de fachada y por una crujía para los pórticos interiores.

Figura 39. Ámbito de carga en los pórticos

𝐺

= 𝐺

∙ 𝑠 = 1.2 ∙ 10 = 12 𝐾𝑁 𝑚

𝐺

= 𝐺

∙ 𝑠

2 = 1.2 ∙ 10

2 = 6 𝐾𝑁

𝑚

45

3.2. ACCIONES VARIABLES

Son aquellas que pueden actuar o no sobre la estructura. Dentro de este grupo se incluyen sobrecargas de uso, acciones climáticas, acciones debidas al proceso constructivo, etc.

3.2.1. SOBRECARGA DE USO

Es el peso de todo lo que puede gravitar sobre el edificio por razón de su uso, en general, los efectos de esta sobrecarga pueden simularse por la aplicación de una carga uniformemente distribuida.

En este caso necesitaré saber qué valor de la sobrecarga aparecerá en la cubierta y en la segunda planta de oficinas, ya que la del resto del edificio recaerá directamente sobre la solera del mismo.

Tabla 9. Valores característicos de la SCU (Fuente: CTE-DB-SE-AE Tabla 3.1)

46

CUBIERTA

Tabla 10. Valores característicos de la SCU Cubierta (Fuente: CTE-DB-SE- AE Tabla 3.1)

(3) Para cubiertas con un inclinación entre 20º y 40º, el valor de qk se determina por interpolación lineal entre los valores correspondientes a las subcategorías G1 y G2.

(4) El valor indicado se refiere a la proyección horizontal de la superficie de la cubierta.

(5) Se entiende por cubierta ligera aquella cuya carga permanente debida únicamente a su cerramiento no excede de 1 kN/m².

(7) Esta sobrecarga de uso no se considera concomitante con el resto de acciones variables.

En la CTE-DB-SE-AE obtengo que la SCU de mi cubierta es 0,4 kN/m² , debido a que es una cubierta ligera (su peso propio es 0,2 kN/m²) sobre correas, accesible únicamente para conservación.

47

𝑄

= 𝑄

∙ 𝑠 = 0.4 ∙ 10 = 4 𝐾𝑁 𝑚

𝑄

= 𝑄

∙ 𝑠

2 = 0.4 ∙ 10

2 = 2 𝐾𝑁 𝑚

Estos valores se refieren a la proyección horizontal, por lo que para obtener los valores reales hay que realizar la siguiente transformación:

Figura 40. Proyección horizontal cargas

𝑄 = 𝑞 ∙ 𝑙 = 𝑞´ ∙ 𝑙´ → 𝑞´ = 𝑞 ∙ 𝑙 𝑙´

𝑙´ ∙ 𝑐𝑜𝑠𝛼 = 𝑙 → 𝑙

𝑙´ = cosα 𝑞´ = 𝑞 ∙ cosα

Dado que el ángulo de los pórticos es muy pequeño al ser una gran luz, los valores de la sobrecarga de uso reales, apenas variarían de la SCU de la proyección horizontal, como demuestro en la próxima tabla:

48 Tabla 11. Cargas proyección horizontal

PORTICO ANGULO PORTICO ( º) Q^{k (KN/m2)} Q^{k´ (KN/m2)}

E1 1,36 2 1,999

I1 1,30 4 3,999

I2 1,22 4 3,999

I3 1,07 4 3,999

I4 0,74 4 4,000

I5 0,00 4 4,000

I6 0,74 4 4,000

I7 1,07 4 3,999

I8 1,22 4 3,999

I9 1,30 4 3,999

I9 1,36 4 3,999

E2 0,00 2 2,000

E3 0,43 2 2,000

I10 0,74 4 4,000

I11 0,94 4 3,999

I12 1,07 4 3,999

E4 1,16 2 2,000

3.2.2. VIENTO

Según lo dispuesto en la 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 de la permeabilidad de su superficie, así como de la dirección, de la intensidad y del racheo del viento.”

La acción de viento, en general una fuerza perpendicular a la superficie de cada punto expuesto, o presión estática, qe puede expresarse como:

𝑞

= 𝑞

· 𝑐

· 𝑐

Siendo:

qb = Presión dinámica del viento Ce = Coeficiente de exposición Cp = Coeficiente eólico o de presión

Los edificios se comprobarán ante la acción del viento en todas direcciones, independientemente de la existencia de construcciones contiguas medianeras, aunque generalmente bastará la consideración en dos sensiblemente ortogonales cualesquiera. Para cada dirección se debe considerar la acción en

49 los dos sentidos. Si se procede con un coeficiente eólico global, la acción se considerará aplicada con una excentricidad en planta del 5% de la dimensión máxima del edificio en el plano perpendicular a la dirección de viento considerada y del lado desfavorable.

3.2.2.1. PRESIÓN DINÁMICA

El valor básico de la presión dinámica del viento puede obtenerse con la expresión:

𝑞

= 0.5 ∙ δ ∙ 𝑣

Siendo δ la densidad del aire y vb el valor básico de la velocidad del viento.

La densidad del aire depende, entre otros factores, de la altitud, de la temperatura ambiental y de la fracción de agua en suspensión. En general puede adoptarse el valor de 1,25 kg/m3.

δ = 1.25 kg/𝑚

.

El valor básico de la velocidad del viento en cada localidad puede obtenerse del mapa de la Figura 30 ( Figura D.1. CTE- DB-SE-AE ).

Figura 41. Valor básico de la velocidad del viento, v

50 Como Alhama de Murcia se encuentra en la Zona A, vb será:

𝑣

= 26 𝑚/𝑠

Para comprobaciones de estados límite de servicio, la velocidad básica indicada en párrafos anteriores puede modificarse con el coeficiente de la tabla D.1 según el periodo de retorno considerado, tomando para esa variable un tiempo igual al periodo de servicio con el que se proyecta el edificio, pero como nuestro periodo de retorno es de 50 años, nuestro coeficiente corrector será 1.

Tabla 12. Corrección de la velocidad básica en función del periodo de servicio (Fuente: CTE-DB-SE-AE Tabla D.1)

Por lo tanto qb será:

𝑞

= 0.5 ∙ δ ∙ 𝑣

= 0.5 ∙ 1.25 ∙ (1 ∙ 26)

= 422,5 𝑁

𝑚

= 0.4225 𝐾𝑁 𝑚

3.2.2.2. COEFICIENTE DE EXPOSICIÓN

Este coeficiente tiene en cuenta las turbulencias originadas por el relieve y la topografía del terreno y depende de la cota z. Su valor se determina mediante la expresión:

𝐶

= (𝐹 + 7 ∙ 𝑘) 𝐹 = 𝑘 ∙ ln ( 𝑚𝑎𝑥(𝑧, 𝑍)

𝐿 )

Siendo k, L, Z parámetros característicos de cada tipo de entorno, según la tabla 13.

51 Tabla 13. Coeficientes para tipo de entorno (Fuente: CTE-DB-SE-AE Tabla D.2)

SUBESTRUCTURA 1 (PÓRTICOS E1, I1, I2, I3, I4, I5, I6, I7, I8, I9, E2)

Se adopta como z la altura de coronación de la nave quedando así del lado de la seguridad, z = 14m. Por lo tanto:

𝐹

= 𝑘 ∙ ln ( 𝑚𝑎𝑥(𝑧, 𝑍)

𝐿 ) = 0.22 ∙ ln ( 𝑚𝑎𝑥(14,5)

0.3 ) = 0,8454 𝐶

= (0,8454 + 7 ∙ 0.22) = 2.3854

SUBESTRUCTURA 2 (PÓRTICOS E1, I1, I2, I3, I4, I5, I6, I7, I8, I9, E2)

Se adopta como z la altura de coronación de la nave quedando así del lado de la seguridad, z = 18m. Por lo tanto:

𝐹

= 𝑘 ∙ ln ( 𝑚𝑎𝑥(𝑧, 𝑍)

𝐿 ) = 0.22 ∙ ln ( 𝑚𝑎𝑥(18,5)

0.3 ) = 0,9007

𝐶

= (0,9007 + 7 ∙ 0.22) = 2.4407

52

3.2.2.3. COEFICIENTES DE PRESIÓN EXTERIOR

En naves y construcciones diáfanas, sin forjados que conecten las fachadas, la acción de viento debe individualizarse en cada elemento de superficie exterior.

A efectos del cálculo de la estructura, del lado de la seguridad se podrá utilizar la resultante en cada plano de fachada o cubierta de los valores del Anejo 4, que recogen el pésimo en cada punto debido a varias direcciones de viento.

Los coeficientes eólicos exteriores se determinan mediante la expresión:

𝐶

= 𝐶

( ℎ

𝑑 , 𝛼, 𝐴, 𝑓, 𝑍𝑜𝑛𝑎)

Es decir, dependen de la dirección relativa del viento (h/d), de la forma del edificio y la posición del elemento (f, α, zona) y del área de influencia del elemento (A).

En este tipo de estructuras, el área de influencia será siempre mayor de 10 m², pues cualquiera de los elementos que se van a calcular supera esta área tributaria de carga. 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 forma distinta a cada uno de los pórticos de la estructura.

Estudiaremos los casos en los que el viento incide sobre la nave en dirección lateral y en dirección frontal.

3.2.2.3.1. VIENTO LATERAL Paramentos verticales

La acción del viento lateral sobre la estructura afectará a los pilares de la misma.

La esbeltez de la nave para el caso de viento lateral es:

SUBESTRUCTURA 1 (PÓRTICOS E1, I1, I2, I3, I4, I5, I6, I7, I8, I9, E2)

Se adopta como h la altura de coronación de la nave quedando así del lado de la seguridad, h = 14m. Por lo tanto:

ℎ

𝑑 = 14

100 = 0.14 ≤ 0.25

53

SUBESTRUCTURA 2 (PÓRTICOS E1, I1, I2, I3, I4, I5, I6, I7, I8, I9, E2)

Se adopta como h la altura de coronación de la nave quedando así del lado de la seguridad, h = 18m. Por lo tanto:

ℎ

𝑑 = 18

100 = 0.18 ≤ 0.25

Figura 42. Zonas de afección del viento lateral en paramentos verticales

54 Tabla 14. Coeficientes de viento lateral en paramentos verticales. (Fuente:

CTE-DB-SE-AE.)

El signo negativo indica que la fuerza va desde dentro de la nave hacia afuera (succión interior), y el signo positivo lo contrario (presión exterior).

La profundidad de las zonas A, B y C en las fachadas frontales depende de e, que en caso de viento lateral vale:

𝑒 = 𝑚𝑖𝑛(𝑏, 2 ∙ ℎ) = 𝑚𝑖𝑛(150,2 ∙ 24) = 48

Y la profundidad de estos tramos es:

𝑋(𝐴) = 𝑒

10 = 4.8 𝑚 𝑋(𝐵) = 𝑒 − 𝑒

10 = 43.2𝑚 𝑋(𝐶) = 𝑑 − 𝑒 = 52 𝑚

Al ser una nave irregular, se tendrán que estudiar los dos casos en los que el viento lateral incide en cada uno de los dos paramentos verticales laterales.

55

CASO CARGAS VIENTO V1, V2

Figura 43. Zonas de afección del viento lateral en paramentos verticales.

(V1, V2) CASO CARGAS VIENTO V8, V9

Figura 44. Zonas de afección del viento lateral en paramentos verticales.

(V8, V9)

56 Si aplicamos la carga resultante en cada zona de las fachadas sobre los correspondientes pórticos, obtenemos la carga que afecta a cada pilar:

Los valores de viento en los pórticos del plano xz, tienen la particularidad de llevarse parte de la carga de la zona A ,B y C. Para calcularlas se plantea la distribución de cargas en esos pórticos tramo, suponiéndolas biapoyadas para estar del lado de la seguridad.

Figura 45. Zonas de afección del viento lateral en paramentos verticales.

(Plano Y=0)

Calculo el esfuerzo que le llega a cada pilar en cada uno de los cerramientos laterales:

Equilibrio de momentos en punto R8:

𝑅

∙ 10 − 0.5 ∙ 2 ∙ (8 + 2

2 ) − 0.8 ∙ 7

2 = 0 𝑅

= 2.79 𝐾𝑁/𝑚

Equilibrio de fuerzas y:

𝑅

+ 𝑅

− 0.5 ∙ 2 ∙ −0.8 ∙ 7 = 0

𝑅

= 3.80 𝐾𝑁/𝑚

57 Equilibrio de momentos en punto R13:

𝑅

∙ 10 − 0.8 ∙ 5.2 ∙ (5.2 +

2

) − 1.2 ∙

2

= 0 𝑅

= 4.784 𝐾𝑁/𝑚

Equilibrio de fuerzas y:

𝑅

+ 𝑅

− 0.8 ∙ 5.2 ∙ −1.2 ∙ 4.8 = 0

𝑅

= 5.13 𝐾𝑁/𝑚

Tabla 15. Cargas de viento lateral en paramentos verticales.( Y=0;

Y=150 +s) ) (V1, V2, V8, V9)

Carga y (m) Carga (KN/m)

R1 0,00 -2,5

R2 10,00 -5

R3 20,00 -5

R4 30,00 -3,75

R5 35,00 -2,5

R6 40,00 -3,75

R7 50,00 -5,29

R8 60,00 -5.08

R9 65,00 -4

R10 70,00 -6

R11 80,00 -8

R12 90,00 -8,78

R13 100,00 -5.13

58

CASO CARGAS VIENTO V5 y V6

Figura 48. Zonas de afección del viento lateral en paramentos verticales.

(V5, V6) CASO CARGAS VIENTO V3 y V4

Figura 49. Zonas de afección del viento lateral en paramentos verticales.

(V3, V4)