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Inormes de la ConstruccinVol. 63, 521, 47-56,enero-marzo 2011

ISSN: 0020-0883eISSN: 1988-3234doi: 10.3989/ic.09.009

Fecha de recepcin: 5-03-09Fecha de aceptacin: 12-07-10Persona de contacto/Corresponding author: [email protected] ( A. Carreo Ortega)

RESUMEN

Se presenta un trabajo de investigacin queha tratado de disear un nuevo capitel parainvernaderos multitnel, compatible con el

procedimiento constructivo de invernaderode cubierta elevable. Se ha empleado elmtodo de los elementos nitos (M.E.F.) paraobtener una visin ms cercana de las de-ciencias estructurales del capitel base, ascomo para validar las propuestas de mejoraestablecidas con la denicin geomtricadel nuevo capitel. Los resultados han puestode maniesto que el desarrollo, material ydimensiones del nuevo capitel solventan lascarencias estructurales del capitel base, todoello conorme a lo establecido en la normade invernaderos EN 13031-1. Se espera que

los resultados presentados sean tiles parael desarrollo de uturas investigaciones, ascomo para la industria de la construccinde invernaderos.

845-15

Palabras clave: Diseo, capitel, invernadero,multitnel, Mtodo de Elementos Finitos(M.E.F.).

Diseo de un nuevo capitel parainvernaderos multitnel

Desing o a new multispan greenhouse capital

J. Vzquez(*), J. Prez(*), A. J. Callejn(*), A. Carreo(*)

SUMMARY

The present paper shows a research where

a new capital or multispan greenhouses

has been designed with the requirement o

compatibility with the construction proce-dure consisting on raising the greenhouses

roo. To obtain a better view o the base

capital structural defciencies, and to veriy

the efciency o adopted measures with the

new capital geometrical resizing, the Finite

Element Method (F.E.M.) has been used. The

results shows that the new capital geometry,

material and dimensions solve structural

defciencies, taken into account the Euro-

pean greenhouses standard EN-13031-1. It is

expected that results showed in the present

paper will be useul or new researches, and

also or greenhouses construction industry.

Key Words: design, capital, greenhouse, mul-tispan, Finite Elements Method (F.E.M.).

(*) Universidad de Almera. Almera (Espaa)

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J. Vzquez, J. Prez, A. J. Callejn, A. Carreo

Inormes de la Construccin, Vol. 63, 521, 47-56, enero-abril 2011. ISSN: 0020-0883. eISSN: 1988-3234. doi: 10.3989/ic.09.00948

1. INTRODUCCIN

Los invernaderos se pueden denir como es-tructuras usadas para el cultivo y/o proteccinde plantas y cosechas, las cuales optimizanla transmisin de radiacin solar bajo con-diciones controladas para mejorar el entornodel cultivo y cuyas dimensiones posibilitan eltrabajo de las personas en su interior (1).

Espaa es el pas ms importante en el uso deinvernaderos de cubierta plstica de la UninEuropea (2) existiendo, en dicha regin, unas45.000 ha (3), especialmente a lo largo de lacosta mediterrnea, localizndose la mayorconcentracin en la provincia de Almera (4)con 25.983 ha de invernaderos (5).

En dicha regin, los invernaderos se destinan

al cultivo de hortalizas (6), construyndosecon estructuras ligeras y de bajo coste, adap-tadas a los requerimientos climticos (7),siendo el modelo estructural tradicionalmen-te empleado el denominado tipo parral,aunque en estas ltimas dcadas est siendosustituido por otros ms pereccionados,como los llamados raspa y amagado y losinvernaderos industriales, que posibilitanun mejor control climtico as como posibi-lidades de automatizacin (8).

El invernadero industrial ms caractersticoen Espaa es el denominado multitnel (9),

tratndose de una estructura modular decubierta curva, erigida en su totalidad conperles conormados en ro (4).

En Europa existe una normativa que de-ne los principios generales y requisitos deresistencia mecnica y estabilidad, estadode servicio y durabilidad para el proyectoy construccin de invernaderos multitnel(1). Algunos autores (10), recomiendan suaplicacin para el diseo y dimensionadode dichas estructuras. As, se estudia la pro-blemtica de su aplicacin en invernaderosmultitnel ubicados en Almera (11) y seplantea una serie de propuestas de mejoraestructurales en dichos invernaderos paravericar su cumplimiento (12). La normade invernaderos tambin ha sido empleadapara estudiar la estabilidad estructural de uninvernadero multitnel con la aplicacin decargas progresivas hasta alcanzar su colapsoestructural (13).

Por otra parte, se hace maniesta la presenciade investigaciones orientadas a conocer laaerodinmica de invernaderos multitnel(14-17) as como de otras (9) en las que se

emplean tcnicas de simulacin en 3D parala modelizacin de dichas estructuras con lanalidad de resolver problemas en los pro-cesos de abricacin industrial, mientras queen materia de seguridad las investigaciones

1. Procedimiento constructivo tra-dicional.

son escasas, pese a que se trata de un sectorpoco tecnicado y en el que no se suelenutilizar tcnicas preventivas de seguridad enel trabajo (18) (Figura 1).

Reerente a este aspecto, el sector de la cons-truccin de invernaderos en Almera presentauna siniestralidad similar al sector general dela construccin (19), destacando que el 23%de los siniestros se producen por cadas enaltura, asocindoles una mayor severidaddel dao (20). Para paliar dicha situacin, seplantea un nuevo procedimiento constructivocapaz de controlar, mediante modicacionesen ase de diseo, los riesgos de cada enaltura (20, 21), cuyo principio concuerda conlas investigaciones desarrolladas por diversosautores (22-25).

Este nuevo procedimiento constructivo seundamenta en el montaje del conjunto dela estructura de cubierta a nivel de suelo yposteriormente su elevacin, hasta alcanzarsu posicin denitiva, empleando los pilarescomo guas de desplazamiento (Figura 2).Experimentalmente, se ha logrado vericarla idoneidad del sistema, cirando en un40% la reduccin de horas de trabajo enaltura y, consecuentemente, con una dis-minucin de los riesgos derivados en unporcentaje similar.

Una de las piezas clave de este nuevo proce-

dimiento es el capitel. Se trata de un elementometlico que acta como nudo articulado en-lazando el conjunto de los elementos de cu-bierta que confuyen en cabeza de pilar (arco,tirante de cercha y canaln), transmitiendo elconjunto de esuerzos a los pilares. El capiteldiseado para el procedimiento constructivode invernadero constructivo de invernaderode cubierta elevable se dierencia del resto decapiteles para invernaderos porque se compo-ne de cuatro piezas simtricas o semicapitelesensamblados entre si una vez alcanzada suposicin denitiva en altura (20, 21), lo cualpermite la elevacin independiente de lostneles y su posterior jacin.

A partir de los muestreos visuales realizados,surge la necesidad de redisear este elemen-to ya que se detecta la presencia de surasy/o deormaciones en la zona destinada a larecepcin del arco de cubierta.

Numerosas investigaciones han empleadotcnicas de simulacin numrica para estu-diar nudos estructurales. As, se emplea elmtodo de los elementos nitos para estudiaruniones soldadas, identicando la presencia

de gradientes de tensiones en las zonas deaporte de soldadura, justicando de estaorma la posterior presencia de suras endichas regiones (26). Por otro lado, tambinse emplean dichos mtodos numricos para1

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Diseo de un nuevo capitel para invernaderos multitnel

Desing o a new mult ispan greenhouse capital

Inormes de la Construccin, Vol. 63, 521, 47-56, enero-abril 2011. ISSN: 0020-0883. eISSN: 1988-3234. doi: 10.3989/ic.09.009 49

2. Constructivo de invernaderode cubierta elevable.

estudiar el comportamiento estructural deuniones atornilladas con dierentes perles deacero (27), mientras que otros autores tratande conocer la distribucin de tensiones enuna unin por ensamble para estructuras demadera, planteando la posible optimizacingeomtrica del ensamble estudiado (28).

Tambin es destacable la presencia de tra-bajos especcos sobre diseo de unionespara estructuras ligeras, siendo menciona-ble el diseo de una unin articulada paralminas de acero denominada Rosette (29),o el empleo del anlisis de elementos nitospara proponer recomendaciones de diseosobre acartelamientos en acero conormadoen ro (30).

Por otro lado, han sido estudiados los di-

erentes sistemas de enlace para perilesconormados en ro, advirtiendo de la ne-cesidad de realizar uturas investigacionessobre conexiones basadas en tcnicas deencaje ptimo (31), siendo ste el objeto dela investigacin desarrollada.2. OBJETIVOS

Dada la ausencia de trabajos centrados enel comportamiento de nudos capitel paraconstruccin de invernaderos, se desprendela necesidad de proundizar en su estudio.

Se pretende estudiar por el mtodo de los ele-mentos nitos el comportamiento estructuraldel capitel diseado para el procedimientoconstructivo de invernadero de cubierta ele-vable y as, poder justicar las decienciasestructurales detectadas experimentalmente.Debido a ellas, se plantea el diseo de unnuevo capitel que ser validado con un pro-cedimiento de anlisis numrico similar alempleado con el capitel base.3. MATERIALES Y MTODOS

Para estudiar la estabilidad estructural de losnudos capitel, se requiere el modelado tridi-mensional de las articulaciones, continuandocon la disposicin de las uerzas que actansobre ellas.

Para el conocimiento de los esuerzos queactan sobre el capitel, es necesario el anli-sis numrico del comportamiento estructuralde un invernadero industrial. De esta ormaes posible seleccionar el nudo capitel mslimitativo para las dierentes hiptesis com-binatorias de clculo a considerar.

3.1. Anlisis M.E.F. de estructura deinvernadero industrial

Se ha diseado un invernadero industrial ensu variante tipo multitnel, dado que se trata

de la tipologa ms caracterstica que presen-tan dichas estructuras en Espaa (9), siendoeste mismo criterio el que se ha empleadopara denir la geometra del invernadero aestudiar. De esta orma, se ha modelado unaestructura constituida por prticos de 8 m de

luz dispuestos cada 5 m, con arcos fotantesintercalados cada 5 m, ubicando los pilaresperimetrales cada 2,5 m de longitud. La alturade pilares se modela con 4,5 m y la altura decumbrera con 6 m (Figura 3).La modelizacin se ha realizado teniendo encuenta las siguientes premisas:

Todos los nudos de la estructura se con-sideran articulados, con libertad de giroen el espacio.

Todos los pilares que componen la es-tructura se consideran empotrados en subase y articulados en cabeza.

3. Estructura de invernadero estu-diada.

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Los arcos se consideran doblemente articu-lados en sus apoyos, cabeza de pilares.

La seccin transversal de los arcos seconsidera constante, sin variacin a lo

largo de su desarrollo. En el plano perpendicular a los arcos, se

ha considerado el arriostramiento queoriginan elementos horizontales tales

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como correas, ya sean cenitales o latera-les, y canaln.

Se han empleado los perles de acerohabituales en dichos invernaderos en ellitoral espaol (arcos 60 1,5 mm, tirantesde cercha y montantes 32 1,5 mm,pilares 80 80 2 mm, pies de amigo60 1,5 mm y canaln: desarrollo430 mm y espesor 1,8 mm).

Anlisis preliminares ueron realizados paradecidir la supercie del invernadero a estudiarde orma que contemplase, por un lado, lamayor precisin en los clculos y, por otra par-te, un tiempo de computacin razonable.

As, se logra concretar que una estructura desupercie 1.200 m2 (48 m 25 m) resulta serrepresentativa de otras de mayor extensin,siendo la supercie media que presentan losinvernaderos en la provincia de Almera de7.300 m2 (32).

Una vez denida la geometra del invernade-ro a estudiar, la siguiente etapa comprende ladenicin de las cargas que actuaban sobreste. Dada la necesidad de concretar unazona para la cuanticacin de las cargas,se ha supuesto la ubicacin de la estructuraen la provincia de Almera, puesto que setrata de la regin donde se ubica la mayorconcentracin de invernaderos de cubiertaplstica en la Unin Europea (4).

En concreto, se ha supuesto su ubicacinen suelos de categora II, Zona Elica X y enausencia de colinas aisladas o escarpaduras,

atendiendo a lo establecido en la norma UNEsobre acciones del viento (33).

Los valores caractersticos de la acciones sehan cirado para una estructura de inverna-

dero de cubierta plstica con 10 aos devida til, de clase B-10, segn las normas(1, 33-35). Los coecientes de presin hansido estudiados para la hiptesis de direc-cin de viento 0, viento en el plano delprtico, dado que resulta la condicin msdesavorable (12).

Posteriormente, se ha calculado el inver-nadero atendiendo a la comprobacin deEstados Lmites ltimos, considerando paratal n las combinaciones de acciones, ascomo los coecientes parciales y de combi-nacin dictaminados por la norma europeade invernaderos (1).

De esta orma se ha logrado conocer los va-lores numricos de las uerzas y momentosque actan sobre el conjunto de elementos

que constituyen la estructura del inverna-dero, pudiendo as concretar el nudo msdesavorable para las distintas hiptesis com-binatorias anteriormente mencionadas.

3.2. Anlisis M.E.F. del capitel base

Con el capitel base, el nudo se ejecuta conel ensamblado de cuatro piezas simtricasen cabeza de pilar. De esta orma, cada unode los dos arcos que son enlazados por laarticulacin, son jados por encaje entredos capiteles, acoplndose el canaln enel recinto denido por los capiteles en su

parte superior y, el tirante de cercha, en elagujero practicado para tal n (Figura 4). Entodo caso, las uniones se eectan mediantetornillera.

Dado el carcter simtrico de los capitelesempleados, con dos planos de simetra, elanlisis M.E.F. se inicia con la denicingeomtrica tridimensional de una de las pie-zas, modelando de esta orma un capitel dedimensiones genricas 206 mm de longitud,320 mm de altura y 70,2 mm de anchura,con 2 mm de espesor (Figura 4).

A continuacin, se analizan las superciesde contacto del capitel con respecto al con-junto de los elementos que enlaza (canaln,arco, tirante de cercha y pilar), con el em-pleo del modelo tridimensional realizado.Para tal n, se delimitan dichas regiones ycuantica su supercie (Figura 4). Posterior-mente, el conjunto de los esuerzos, axialesy cortantes, son aplicados supercialmentea las zonas de contacto bajo el supuesto dela existencia de una distribucin de cargauniorme.

De todos los agujeros que presenta el capitel,nicamente recibe la aplicacin de cargasel encargado de jar el tirante de cercha.Dado que el tirante de cercha se ja a doscapiteles ensamblados, se ha supuesto una

4. Capitel base estudiado.

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distribucin equitativa de esuerzos en am-bos capiteles, siendo, por tanto, la carga quepercibe uno de ellos la mitad de la total.

Razonamientos semejantes se han realizadopara determinar las cargas transmitidas enlas supercies de contacto del canaln y elarco. Por otra parte, se aplican condicionesde coaccin en los tres grados de libertad enlas supercies de contacto del capitel conrespecto al pilar y condiciones de coaccinen los ejes X e Y en los agujeros denotadoscomo X e Y respectivamente en la Figura 4,dado que la articulacin se constituye porcuatro capiteles simtricos ensambladosmediante tornillera.

Una vez denidas las condiciones de estudio,se procede con la simulacin numrica y el

anlisis de resultados, con el estudio delestado tensional y de los desplazamientos.

3.3. Anlisis M.E.F. del nuevo capiteldiseado

Siendo conocidas las deciencias estructura-les en materia de tensin y deormacin delcapitel base, se plantean una serie de propues-tas de mejora concretadas con una nueva geo-metra de capitel (Figura 5). El nuevo capitelpresenta unas dimensiones genricas de 295mm de longitud, 274 mm de altura y 44,5 mm

de anchura, con espesor 2 mm.

Con el empleo del nuevo capitel, la articula-cin se constituye con dos piezas homlogasensambladas mediante tornillera, jandolos arcos al capitel mediante las correspon-dientes abrazaderas de unin (Figura 6).

Con un procedimiento de trabajo anlogo aldesarrollado en el capitel base, se delimitany cuantican sobre el modelo 3D las super-cies de contacto del capitel con respecto a loselementos que enlaza (Figura 5), continuandocon la aplicacin de los correspondientes

esuerzos. De nuevo, los esuerzos sonaplicados supercialmente a las zonas decontacto bajo el supuesto de la existencia deuna distribucin de carga uniorme.

Se han aplicado las correspondientes cargasen el agujero destinado a jar el tirantede cercha, aplicndole la totalidad de losesuerzos que ste le transmite. Por otraparte, se han considerado las reaccionesque origina sobre el capitel la tornilleraencargada de jar la abrazadera de unindel arco al capitel (R1Y.Z.X: 0,21, 0,26, 0,38;R2Y.Z,X: 0,21, 0,19, 0,38 kN).

Dada la ausencia de simetra alguna en laarticulacin, nicamente se han aplicadocondiciones de coaccin en las superciesde contacto del capitel con respecto al

pilar, eectundose en los tres grados delibertad.

Se procede con la simulacin numricay el anlisis de resultados, nalizando lainvestigacin con el estudio de las mejorasobtenidas con las implementaciones reali-zadas, vericando as su validez.

3.4. Modelizacin por elementos fnitos

La simulacin numrica de la estructurade invernadero se realiza con el programaROBOT MILLENNIUM (36), mientras queel anlisis de los capiteles se desarrolla conla aplicacin RAM-SERIES Compass (37),atendiendo al procedimiento descrito en losapartados anteriores.

Dada la geometra irregular de los capitelesestudiados, ha sido necesario analizarlos

mediante la teora general de la elasticidad entres dimensiones, ormulando los elementosnitos como elementos tetradricos de cuatronodos con tres grados de libertad: desplaza-

5. Nuevo capitel diseado.

6. Detalle constructivo de articulacincon el nuevo capitel.

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miento en las direcciones nodales x, y, z. Se hapronosticado el empleo de mallas ms tupidasen las zonas donde se prevean gradientes detensiones elevados para minimizar los erro-res cometidos. Tras el desarrollo de anlisispreliminares, se ha decidido emplear mallasconstituidas por elementos de 10 mm; con14.533 nodos y 46.320 elementos tetradricosen el capitel base y 11.575 nodos y 34.905elementos tetradricos en el nuevo capitel.Las caractersticas de los materiales empleados,tanto en la estructura de invernadero como enlos capiteles, ueron las correspondientes a laclase resistente considerada como acero S-235(Lmite elstico 235 MPa; Mdulo de Elasti-cidad 210 kN/mm2, Mdulo de ElasticidadTransversal 81 kN/mm2, Coeciente de Poisson0,3 y densidad 7.850 kg/m3).

4. RESULTADOS

4.1. Anlisis M.E.F. de estructurade invernadero industrial

La Tabla 1 muestra los valores caractersticosde las acciones consideradas en el clculo,habiendo sido empleado para su determi-nacin el perodo mnimo de reerencia yla probabilidad anual de excedencia delinvernadero estudiado.

La Tabla 2 muestra las combinaciones deacciones, los valores numricos de loscoecientes parciales y los coecientes decombinacin empleados.

La combinacin de carga ms desavorableresulta ser la hiptesis a1, actuando las cargas

a sobrepresin. La Tabla 3 muestra los esuer-zos axiales y cortantes registrados por loselementos ensamblados por los nudos capitelms limitativos, ubicados en la Figura 3.

4.2. Anlisis M.E.F. del capitel base

Seguidamente, se muestran los resultados dedistribucin de tensiones y de deormacindel nudo capitel modelado.

Estudio de distribucin de tensiones.

La Figura 7 muestra la distribucin de ten-

siones de Von Mises del capitel base.

Las tensiones mximas se alcanzan en las zo-nas designadas como 1, registrndose valoresde 501,6 N/mm2. Adems se hace perceptiblela presencia de otras regiones, tales como elala superior del capitel (2) y la regin com-prendida entre el arco y el pilar (3), donde lastensiones superan los 300 N/mm2. En todocaso, dichas tensiones superan la resistenciadctil del acero empleado, 235 N/mm2.

La simulacin numrica del capitel basecorrobora las patologas estructurales de-tectadas en los capiteles muestreados encampo. As, las suras y/o deormacionesperceptibles en las zonas designadas como1 quedan justicadas por el comportamientoplstico del material en dicha regin.Como consecuencia de los resultados, seplantea realizar las siguientes propuestasde mejora:

Diseo de un conector entre el arco-pilarpara avorecer entre ellos la transerenciade esuerzos, evitando as las concentra-

ciones de tensiones registradas en 1. Nuevo diseo del pliegue superior para

evitar concentracin de tensiones excesi-vas en la zona designada como 2.

Tabla 1Casos de carga estudiados

Accin EN 13031-1

PermanenteEstimacin automtica por el programa atendiendo

perlera empleada 62,2 N m-2

Viento

Velocidad caracterstica 118,7 km h-1;Presin caracterstica 679,5 Pa segn (33)

Coecientes aerodinmicos para Presin neta segnanexo B

NieveCoeciente trmico 1

Carga de nieve 0,144 kN m-2 segn (34)Coecientes de orma segn anexo C

Productos Cosechas como tomates y pepinos: 0,15 kN m-2

Tabla 2

Combinacin de acciones estudiada.

HiptesisCombinacin de acciones,

coefcientes parciales y de combinacin

a1Peso propio 1,2 + Viento 1,2 + Nieve 1,2 0,5 +

Cultivo 1,2 1,0

a2 Peso propio 1,2 + Nieve 1,2 + Cultivo 1,2 1,0

a3 Peso propio 1,2 + Viento 1,2 1,0 + Cultivo 1,2

b1 Peso propio 1,2 + Viento 1,2

Tabla 3Esuerzos mximos alcanzados por los elementos constructivos enlazados por el

nudo capitel ms limitativo, para la combinacin de cargas a1 segn EN 13031-1

Esuerzos y momentos combinacin a1

Elemento Arco Barra de cultivo Canaln Pilar

N (kN) 8,03 4,82 3,45 17,04Ty-Vertical(kN) 0,01 0,00 3,38 0,00

Tz-Horizontal(kN) 1,15 -0,68 0,04 0,30

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Estudio de deormacin.

La Figura 8 muestra la deormacin del ca-pitel base.

La deormacin mxima se alcanza en lazona de enlace del arco con el capitel, ensu extremo, registrando valores mximos de21,3 mm, dicha deormacin conlleva fechasestimadas en cumbrera de 113 mm.

Dada la clase de invernadero estudiada,invernadero de clase B, la norma europea(1) no prescribe limitaciones en los desplaza-mientos de la estructura como consecuenciade la accin de las cargas. No obstante,las deormaciones que presenta el capitelestudiado son elevadas, siendo convenientereducirlas.

Con los resultados obtenidos, se plantean lassiguientes propuestas de mejora:

Aumento del desarrollo del capitel en elplano de trabajo mediante diseo de unsistema de acartelamiento inerior consti-tuido por: pliegue inclinado, protuberanciay pliegue del ala inerior.

Reuerzo del sistema de enlace capitel-pilarmediante su rediseo.

4.3. Anlisis M.E.F. del nuevo capitel

diseado

La Figura 5 muestra el nuevo capitel diseadousando las propuestas de mejora establecidasen los apartados anteriores.

Estudio de distribucin de tensiones.

La Figura 9 muestra la distribucin de tensionesde Von Mises del nuevo capitel diseado.

Las tensiones mximas se producen enla zona designada como 4. Se alcanzanvalores de 152,4 N/mm2, representando el64,85% de las mximas admisibles por elacero empleado, 235 N/mm2. En las res-tantes zonas, las tensiones son ineriores a100 N/mm2.Estudio de deormacin.

La Figura 10 muestra la deormacin regis-trada por el nuevo capitel.

Las deormaciones mximas se producen enel extremo del pliegue del ala superior delcapitel, alcanzando valores de 15,8 mm. Se

ha de mencionar que las deormaciones seproducen en el plano perpendicular al capi-tel, plano XZ, siendo prcticamente nula ladeormacin existente en el plano de trabajodel capitel, plano YZ.

7. Distribucin de tensiones de VonMises en capitel base.

8. Deormacin del capitel base.

9. Distribucin de tensiones de VonMises en nuevo capitel.

5. DISCUSIN

Complementando las investigaciones realiza-das por Lim et. al. (2002) (30), Li et. al. (2004)(26), Kim et. al. (2008) (27) y Villar et. al.(2009) (28), se ha diseado un nuevo capitelpara invernaderos multitnel compatible conel procedimiento constructivo de invernade-ro de cubierta elevable propuesto Carreo(2005) (20) y Galera et. al. (2007) (21).

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10.Deormacin del nuevo capitel. Para el conocimiento de las uerzas queactan sobre los capiteles, de orma previaha sido necesario el anlisis M.E.F. del com-portamiento estructural de un invernaderoindustrial, para lo cual se ha atendido a lasrecomendaciones de Waaijenberg et. al.(2006) (10), desarrollando los clculos segnlo prescrito en EN 13031-1 (1) y normativacomplementaria UNE 76209IN (33), ENV1991-2-4 (34) y ENV 1991-2-3 (35).

De esta orma ha sido posible seleccionar elnudo capitel ms desavorable para la hip-

tesis combinatoria ms restrictiva y conocerlos esuerzos a los que est sometido. Parala geometra y la ubicacin de invernaderoestudiada, la combinacin de clculo msdesavorable para el diseo y dimensionadodel nudo capitel es la combinacin de cargasa1 segn EN 13031-1 (1).

El anlisis M.E.F. del capitel base, muestrala presencia de regiones donde las tensio-nes registradas superan la resistencia dctildel acero empleado, alcanzndose valoresmximos de 501,6 N/mm2. De esta orma,se corroboran analticamente los deectos de-

tectados visualmente en orma de suras y/odeormaciones en los capiteles muestreadosen campo. Por otra parte, el anlisis M.E.F.realizado ha permitido detectar nuevas regio-nes inradimensionadas, el ala superior delcapitel y la zona situada bajo el arco, dondelas tensiones resultan tambin excesivas porel material empleado. Por otro lado, las deor-

maciones mximas alcanzadas se ciran en21,3 mm, las cuales conllevan fechas esti-madas en cumbrera de 113 mm. Pese a quedada la clase de invernadero no es necesariocomprobacin a Estado Lmite de Servicio,se considera elevada la deormacin suri-da. Del anlisis de deciencias del capitelbase se plantean las siguientes propuestasde mejora; diseo de un conector entre elarco-pilar, rediseo del pliegue superior, au-mento del desarrollo del capitel en el planode trabajo con el diseo de un sistema deacartelamiento inerior y un nuevo diseodel sistema de enlace capitel-pilar.

La simulacin numrica del nuevo capitel hademostrado la validez de las implementacio-nes realizadas. La disposicin del conectorarco-pilar junto con el sistema de acartela-

miento inerior diseado consigue reducir lastensiones hasta valores holgadamente ine-riores a las admisibles por el acero empleado,con valores mximos de 152,4 N/mm2. Encuanto a deormacin, nuevamente el au-mento del desarrollo en el plano de trabajocon el sistema de acartelamiento inerior y elnuevo sistema de enlace capitel-pilar, logranreducir las deormaciones en el plano de tra-bajo del capitel hasta valores prcticamentenulos, controlando as las elevadas fexionesque el uso del capitel base conllevaba encumbrera de arcos. Dada la asimetra de laarticulacin, las deormaciones mximasse producen en el plano perpendicular al

de trabajo del capitel, alcanzndose unosvalores mximos de 15,8 mm en el extremodel pliegue superior. En todo caso, dada laausencia de enmeno alguno de deorma-cin plstica en el material empleado, dichasdeormaciones resultan aceptables.De esta orma, se verica que el desarrollo,material y dimensiones del nuevo capiteldiseado solventan las deciencias estructu-rales del capitel base en materia de tensiny deormacin. A su vez, se prev que elempleo del nuevo capitel reduzca los tiem-pos de montaje de la estructura, al reducirel nmero de piezas a ensamblar en altura

as como el nmero de tornillos a disponer(capitel base 26, nuevo capitel 18).

AGRADECIMIENTOS

Los autores desean expresar su agradecimientoa Novedades Agrcolas S.A. por nanciar elpresente trabajo mediante proyecto deinvestigacin APR System Project.

BIBLIOGRAFA

prEN 13031-1. Greenhouses: design and construction. Part 1: Commercial production(1)greenhouses, European Committee or standardization CEN. p. 105, Brussels, Belgium.

2002.Von Elsner, B.; Briassoulis, D.; Waaijenberg, D.; Mistriotis, A.; Von Zabeltitz, C.; Gratraud,(2)J.; Russo, G.; Suay-Cortes, R.: Review o structural and unctional characteristics o green-houses in European Union countries, part I: design requirements,Journal o AgriculturalEngineering Research, Vol. 75 n 1 (2000), pp. 1-16. doi:10.1006/jaer.1999.0502.

10

7/28/2019 1227-1766-1-PB

9/10




Castilla, N.; Hernndez, J.: The plastic greenhouse industry o Spain,(3) Chronica Horti-culturae, Vol. 45 n 3 (2000), pp. 15-20.Von Elsner, B.; Briassoulis, D.; Waaijenberg, D.; Mistriotis, A.; Von Zabeltitz, C.; Gratraud,(4)J.; Russo, G.; Suay-Cortes, R.: Review o Structural and Functional Characteristics oGreenhouses in European Union Countries, Part II: Typical Designs,Journal o AgriculturalEngineering Research, Vol. 75 n 2 (2000), pp. 111-126, doi:10.1006/jaer.1999.0512.Sanjun, J. F.: Deteccin de la supericie invernada en la provincia de Almera a travs(5)de IMG,Si es un libro, alta el nombre del mismo p. 68, Ed. FIAPA, Almera, Spain,2007.Callejn, A. J.; Carreo, A.; Snchez-Hermosilla, J.; Prez, J.: Evaluacin de impacto(6)ambiental de centro de transormacin y gestin de residuos slidos agrcolas en laprovincia de Almera (Espaa), Inormes de la Construccin, Vol. 62 n 518 (2010),pp. 79-93, doi: 10.3989/ic.08028.Callejon-Ferre, A. J.; Manzano-Agugliaro, F.; Daz-Prez, M.; Carreo-Ortega A.; Prez-(7)Alonso J.: Eect o shading with aluminised screens on ruit production and quality intomato (Solanum lycopersicum L.) under greenhouse conditions, Spanish Journal oAgricultural ResearchVol. 7 n 1 (2009), pp. 41-49.Lpez-Hernndez, J. C.; Prez-Parra, J.: Evolucin de las estructuras de invernadero,(8)Plasticulture, Vol. 125 (2006), pp. 8-17.

Iribarne, L.; Ayala, R.; Torres, J. A.: A DPS-based system modelling method or 3D-(9) structures simulation in manuacturing processes, Simulation modelling practice andtheory, Vol. 17 n 5 (2009), pp. 935-954. doi:10.1016/j.simpat.2009.03.001.Waaijenberg, D.: Design, construction and maintenance o greenhouse structures. Acta(10)Horticulturae, Vol. 710 (2006), pp. 31-42.Carreo, A.; Prez, J.; Callejn, A.; Vzquez, J.; Lpez, G.; Snchez-Hermosilla, J.: Analy-(11)sis o the structural behaviour o European standardized multispan type greenhouses inthe context o exporting, International conerence on agricultural engineering (Ageng2008), Crete, Greece, 2008.Callejn, A.; Carreo, A.; Prez, J.; Vzquez, J.; Galera, L.: Structural improvements in(12)multispan greenhouses or veriication the European standard UNE-EN 13031-1, XXXIIICIOSTA-CIGR V Conerence 2009: Technology and management to ensure sustainableagriculture, agro-systems, orestry and saety. Reggio Calabria, Italy, 2009.Castellano, S.; Giuliano, V.; Scarascia-Mugnozza, G.: Collapse ull scale test on a steel(13)

greenhouse tunnel structure, Rivista di ingegneria agrarian, n 3 (2002), pp. 49-58.Yekutieli, O.; Dubinski, L.; Kleinmann, I.: Analysis o orces acting due to strong wind(14)loads on structure and cover o a walk-in tunnel, International conerence and British-Israeli workshop on greenhouse technologies, Vol. 443 (1997), pp. 53-61.Mistriotis, A.; Briassoulis, D.: Numerical estimation o the internal and external aero-(15)dynamic coeicients o a tunnel greenhouse structure with openings, Computers andElectronics in Agriculture, Vol. 34 (2002), pp. 191-205. doi:10.1016/S0168-1699 (01)00187-9.Robertson, A. P.; Roux, Ph.; Gratraud, J.; Scarascia, G.; Castellano, S.; Duresne de Virel,(16)M.; Palier, P.: Wind pressures on permeably and impermeably-clad structures,Journalo Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol. 90 n 4-5 (2002), pp. 461-474.doi:10.1016/S0167-6105(01)00210-0.Briassoulis, D.: Mechanical design requirements or low tunnel biodegradable and con-(17)ventional ilms, Biosystem Engineering, Vol. 87 n 2 (2004), pp. 209-223. doi:10.1016/j.biosystemseng.2003.10.013.Prez, J.; Carreo, A.; Callejn, A.; Vzquez, F. J.; Snchez-Hermosilla, J.; Prez, J. J.;(18)Galera, L.: Identiication o Factors Determining the Preventive Action o the GreenhousesConstruction Companies in the Southeast o Spain, XXXIII CIOSTA - CIGR V Conerence2009: Technology and management to ensure sustainable agriculture, agro-systems,orestry and saety. Reggio Calabria, Italy, 2009.Carreo, A.; Prez, J.; Vzquez, F. J.; Callejn, A.: La siniestralidad laboral en la construc-(19)cin de invernaderos.Agrcola Vergel. Vol. 28 n 332 (2009), pp. 440-443.Carreo, A.: Reduccin de la siniestralidad laboral en la construccin de invernaderos(20)tipo multitnel mediante la implementacin de un nuevo procedimiento constructiveServicio de Publicaciones de la Universidad de Almera, p. 453, Almera, 2005.Galera, L.; Carreo, A.; Prez, J.: Mtodo constructivo para invernaderos y dispositivo(21)para la puesta en prctica del mismo, Reerencia patente: P200402287, 2007.

Behm, M.: Linking construction atalities to the design or construction saety concept,(22) Saety Science, Vol. 43 n 8 (2005), pp. 589-611. doi:10.1016/j.ssci.2005.04.002.Van Gorp, A.: 2007. Ethical issues in engineering design processes; regulative rameworks(23)or saety and sustainability, Design Studies, 28 n 2 (2006), pp. 117-131. doi:10.1016/j.destud.2006.11.002.

7/28/2019 1227-1766-1-PB

10/10



Gambatese, J. A.; Behm, M., Rajendran, S.: Designs role in construction accident(24)causality and prevention: Perspectives rom an expert panel. Saety Science, Vol. 46n 8 (2007), pp. 675-691. doi:10.1016/j.ssci.2007.06.010.Toole, T. M.; Gambatese, J.: The trajectories o Construction Prevention through Design,(25)Journal o Saety Research, 39 n 2, pp. 225-230. doi:10.1016/j.jsr.2008.02.026.Li, Y. J.; Juan, W.; Maoai, C.; Shen, X. Q.: Finite element analysis o residual stress in(26)the welded zone o a high strength steel, Bulletin o materials science, Vol. 27 n 2(2004), pp. 127-132.Kim, T.; Kuwamura, H.; Cho, T.; Shin, S.; Kim, S.; Lee, Y.: Investigation on mechanical(27)behaviors or bolted connections in carbon steel and in stainless steel using FEM, ISIJinternational, Vol. 48 n 6 (2008), pp. 851-860.Villar, J. R.; Guaita, M.; Vidal, P.; Argelles Bustillo, R.: Numerical simulation o ramed(28)joints in sawn-timber roo trusses, Spanish Journal o Agricultural Research, Vol. 6 n 4(2008), pp. 508-520.Makelainen, P.; Kesti, J.: Advanced method or lightweight steel joining,(29) Journal oconstructional steel research, Vol. 49 n 2 (1999), pp. 107-116. doi:10.1016/S0143-974X(98)00210-7.Lim, J. B. P.; Nethercot, D. A.: F. E.-assisted design o the eaves bracket o a cold-ormed(30)steel portal rame, Steel & composite structures, Vol. 2 n 6 (2002), pp. 411-428.

Toma, A. W.: Developments in connections in cold-ormed building structures and(31) design speciications, Prog. Eng. Mater Struct, Vol. 5 (2003), pp. 145-152. doi:10.1016/S0143-974X(99)00089-9.Fernndez, C.; Prez, J.: Caracterizacin de los invernaderos de la provincia de Alme-(32)ra, Cajamar, p. 24, Almera, Spain, 2004.UNE 76209IN. Wind actions in greenhouses or commercial production. AENOR.(33)p. 11, Madrid, Spain, 2002.ENV 1991-2-4. Eurocode 1: Basis o design and actions on structures. Part 2-4: Action(34)on structures. Wind action, European Committee or standardization CEN, p. 138,Brussels, Belgium, 1998.ENV 1991-2-3. Eurocode 1: Basis o design and actions on structures. Part 2.3: Action(35)on structures. Snow loads, European Committee or standardization CEN. p. 60, Brus-sels, Belgium, 1998.http://usa.autodesk.com/adsk/servlet/pc/index?siteID=123112&id=11818169.(36)

http://www.compassis.com/compass.(37)

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