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CFGS CONSTRUCCION METALICA
MODULO 246
DISEÑO DE CONSTRUCCIONES
METALICAS
U.T. 9.- NAVES INDUSTRIALES
U.T. 9.- Naves industriales.
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9.1.- Tipos de naves industriales: simple, múltiples adosadas, diente de
sierra.
Las edificaciones industriales no son un fin en sí mismas, sino un medio para la
producción industrial, debiendo estas:
Atender a las necesidades del proceso
Proteger de los agentes atmosféricos
Servir de cerramiento y soporte.
No obstante su funcionalidad hay que buscar belleza y armonización con el
entorno supeditándola al fin principal, la producción.
Del desarrollo de la distribución en planta, obtendremos las dimensiones y
características de los edificios.
En función de la luz de los vanos interiores tendremos:
Nave simple (a dos aguas)
Naves múltiples adosadas (a cuatro aguas).
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Cuando se requiera un buen nivel interior de iluminación se recurre a las naves
en dientes de sierra, aunque esta función puede ser suplida a un menor costo
disponiendo chapas traslucidas en la cubierta de una nave normal.
También se disponen chapas traslucidas en la parte superior de las paredes
laterales, combinándolas con chapas de cierre opacas.
9.2.- Tipos de estructuras de naves industriales: Cerchas y pórticos.
Para cubrir grandes luces se emplean básicamente dos tipos de estructura:
Estructuras de celosía, principalmente cerchas.
Estructuras de alma llena, fundamentalmente pórticos.
Las cerchas son sistemas isostáticos mientras que los pórticos son sistemas
hiperestáticos, siendo estos de apoyos empotrados, la mayoría de las veces.
En el diseño de las cerchas deben seguirse las siguientes recomendaciones:
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Las correas deben estar sobre los nudos del cordón superior para evitar
sobredimensionamientos como consecuencia de los esfuerzos de flexión
que provocarían las cargas aplicadas entre nudos.
De entre los montantes y las diagonales las barras comprimidas deben
ser las más cortas.
Las longitudes de las barras comprimidas deben ser lo más cortas
posibles.
Dada la tendencia a hacer cubiertas con la menor pendiente posible, para
reducir los esfuerzos de compresión del cordón comprimido se recurre a la
utilización de cerchas peraltadas.
Los pórticos o marcos se componen de vigas y columnas que están unidas
entre sí, bien rígidamente o bien mediante articulaciones. Estos se clasifican en
pórticos simples y pórticos múltiples, según consten de uno o varios vanos.
Los pórticos suelen ser a dos aguas, adaptándose a la inclinación de los
faldones, con lo que el aprovechamiento del volumen interior de la nave es
máximo.
9.3.- Elementos de las Naves industriales:
9.3.1.- Cerchas.
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Tipos de cerchas.-
Dentro del catalogo de cerchas (ver la unidad de trabajo 6) nos encontramos
con los siguientes tipos:
Celosia americana.
Celosia belga
Celosia Inglesa
Polenceau recta
Polenceau recta invertida
Polenceau con peralte
Polenceau con peralte invertida
Nudos de cerchas.-
Los nudos de las cerchas pueden ser soldados o atornillados, en el punto 9.X
se detallaran las uniones.
No obstante cabe resaltar por su gran uso las uniones de las barras mediante
nudos acartelados. La cartela materializa de forma parcial el plano de la
estructura, sirviendo de nexo a las barras que sobre ella concurren.
El tipo más generalizado es el constituido por perfiles dobles con cartela
pasante entre ellos.
El diseño de las cartelas ofrece muchos grados de libertad si bien, reglas de
buenas practicas recomiendan unas formas sobre otras. Deben evitarse los
angulos entrantes, es decir la cartela debe ser en su contorno un poligono
convexo. Los angulos interiores de ese poligono deben ser mayores de 90º.
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Es conveniente buscar cierta regularidad en cuento a la forma y dimensiones
de las cartelas que forman parte de la estructura. Estas deben tener el menor
tamaño posible para evitar tensiones secundarias no previstas. El espesor de
las cartelas debe elegirse de forma que sea compatible con el de los perfiles
que se van a soldar sobre ella.
9.3.2.- Pórticos.
En las naves pórticos trabajan unidos el soporte y el perfil que hace la cubierta.
La forma o pórtico, estará constituida por perfiles laminados comerciales, o por
perfiles armados hechos con las dimensiones y secciones necesarias.
Los pórticos podrán ser articulados en su unión al fundamento o también
empotrados.
Uniones en pórticos.-
Las uniones en los pórticos pueden ser soldadas o atornilladas.
Las uniones pueden ser de fuerza, que son las que transmiten esfuerzos entre
los elementos estructurales que unen y uniones o costuras de atado cuya
misión es mantener la posición de los elementos unidos. A las uniones de
fuerza que sirven para prolongar elementos estructurales se les denomina
empalmes.
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Nudos de pórticos de naves.-
Una simplificación usual en el cálculo de nudos rígidos de pórticos consiste en
admitir que los esfuerzos normales y los momentos flectores son absorbidos
por las alas del perfil y los esfuerzos cortantes por el alma. Esto provoca una
concentración de tensiones en el nudo siendo la solución más generalizada
para evitar esta concentración de tensiones, la prolongación de las alas de la
viga y del pilar (prolongar la unión cabio-pilar). Suelen emplearse espesores de
los rigidizadores similares a las alas de los perfiles. Si el alma no soportara la
deformación se reforzaría con un rigidizador diagonal.
Para grandes luces o solicitaciones se pueden proyectar nudos acartelados, en
estos se suelen disponer rigidizadores en los cambios de sección. La cartela
es un nudo rígido, esta mejora la estética del pórtico, reduce el perfil en la zona
recta y disminuye los costes de material, aunque aumenta los de mano de
obra.
Rigidizadores.-
Son elementos estructurales utilizados para evitar situaciones peligrosas en las
zonas de alma bajo la acción de cargas concentradas, debido a la
concentración de tensiones. Estos se colocaran en las secciones de apoyo y en
todas las secciones en las que actúen cargas puntuales. Los rigidizadores
suelen ser chapas de un espesor similar al del alma, angulares, perfiles UPN.
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9.3.3.- Claraboyas. Sistemas de ventilación.
En la cubierta se instalan claraboyas con la finalidad de facilitar la entrada de
iluminación natural y si estas son practicables para la evacuación de humos y
ventilación (exutorios).
En la cubierta también se pueden instalar elementos para poder renovar el aire
interior de la nave, sistemas de ventilación.
9.3.4.- Pilares simples y compuestos.
Los pilares pueden ser simples si están formados por un perfil laminado, o
pueden ser compuestos si están formados por varios perfiles laminados unidos
entre sí por unos elementos llamados presillas.
Se denominan pilares simples a los constituidos por un solo perfil.
Se denominan pilares compuestos a los constituidos por dos o más piezas
simples enlazadas mediante presillas o mediante barras de celosía.
Actividad de búsqueda en Internet: Busca y analiza documentación técnica de claraboyas y sistemas de ventilación en naves industriales. Fíjate en los pesos, dimensiones y analiza los sistemas de fijación.
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9.3.5.- Vigas simples y compuestas. Vigas caladas.
Como hemos visto en la unidad de trabajo anterior las vigas son elementos
estructurales que trabajan a flexión. Estos elementos pueden clasificarse en
alguno de los siguientes:
Vigas de alma llena:
o Simples: Son las vigas formadas por perfiles laminados.
o Múltiples: Son las formadas por dos o más perfiles laminados
unidos.
o Armadas: Son las formadas por chapas unidas.
Vigas aligeradas.
Se denominan vigas caladas o aligeradas a las obtenidas mediante corte
senoidal y posterior soldadura de perfiles en doble T, tales como IPN, IPE,
HEB, etc… Se las conoce también como vigas alveoladas, vigas Void o en
panel de abeja.
Estas vigas pueden ser normales o peraltadas, obteniéndose estas por
interposición de chapas rectangulares resultando un alveolo octogonal.
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Este tipo de vigas presenta algunas ventajas si bien su uso es limitado.
Para un mismo peso por metro lineal tienen mayor canto que las normales y
por lo tanto una disminución de tensiones y flechas para la misma carga. Sin
embargo su fabricación es costosa, aunque puede abaratarse cuando se
producen en serie. También debemos comentar que los alveolos permiten el
paso de conducciones y canalizaciones lo que compensa su mayor altura.
Vigas en celosía. Este tipo de vigas ha sido ampliamente tratado en la Unidad
de Trabajo 6.
9.3.6.- Puentes grúa.
Los puentes grúa son máquinas utilizadas para la elevación y transporte, en el
ámbito de su campo de acción, de materiales generalmente en procesos de
almacenamiento o curso de fabricación. Están regulados por una normativa
específica que afecta a las máquinas (RD 1644/2008)
Desde el punto de vista del análisis de la estructura metálica tienen para
nosotros importancia los siguientes elementos:
Viga carril. Son las vigas sobre las que se desplaza el equipo de elevación del
puente grúa, estas están sometidas a solicitaciones simultáneas de fuerzas
dinámicas verticales y horizontales. Estas vigas se conciben y dimensionan
Actividad de búsqueda en Internet: Busca la normativa indicada y analiza el contenido relacionado con los aparatos de elevación.
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como vigas isostáticamente apoyadas. Las cargas que deben soportar son
cargas verticales, cargas transversales en la dirección del movimiento del
puente grúa y fuerzas de frenado horizontal en la dirección del puente grúa.
Para los puentes grúa de gran tonelaje se diseñan vigas de carril armadas.
Además se colocan rigidizadores de alma cada 1.5 metros aproximadamente.
9.3.7.- Riostras y cruces de San Andrés. Cinturón de atado.
El sistema estructural de una nave industrial se completa con los elementos de
atado y de arriostramiento necesarios para el buen funcionamiento del
conjunto.
Los arriostramientos toman las acciones transversales como el viento y
proporcionan una rigidez al conjunto que lo hace menos deformable en el
sentido transversal, el arriostramiento también puede realizar funciones de
atado, pero lo normal es que coexista con los elementos específicos.
Los elementos de arriostramiento en una fachada lateral no tienen en general
problemas para su colocación toda vez que quedan en paños ciegos o con
pocos huecos, por lo cual la rigidez en sentido longitudinal de la nave es alta. Si
se dispone de una cruz de San Andrés por ejemplo, se tomará la presión del
viento sobre las fachadas de testero y hará que el pórtico lateral constituido por
los pilares y las vigas de atado sean poco deformables.
El viento actuante sobre las fachadas laterales lo toma el propio pórtico tipo, al
cual habrá que dotar de la rigidez necesaria para evitar una deformación lateral
excesiva. Se puede eliminar la acción del viento sobre el pórtico tipo si se
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dispone de una viga contraviento, capaz de llevar las resultantes de la presión
a los pórticos de la fachada, los cuales a su vez como en los laterales son más
fácilmente arriostrables, sobre los que apoya la viga.
9.3.9.- Correas.
Son los elementos que soportan las placas y transmiten sus esfuerzos a las
cerchas o pórticos.
Se utilizan:
Perfiles laminados (IPN o IPE).
Perfiles huecos (tubos rectangulares)
Perfiles conformados (UF, CF, ZF, OF)
De todos los perfiles para correas, los más utilizados por su mejor relación
Momento resistente/peso son los UF, CF y ZF, presentando este último un
buen momentos resistente transversal. Los perfiles CF se emplean
principalmente para utilizar sus alas como sujeción del aislamiento térmico.
Una ventaja muy importante de los perfiles conformados es que debido al
espesor < 3mm. habitualmente son fáciles de taladrar y por tanto muy
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adecuados para la utilización de tornillos autotaladrantes para la sujeción de las
placas. (Sistemas de fijación con ejiones)
La separación entre correas depende de la carga que actúe sobre las placas.
Son normales separaciones de 1.15 para las placas de aluminio y 1.5 a 1.6
para las de acero galvanizado, pudiendo ser mayores en función del momento
resistente de las mismas.
9.3.10.- Cumbreras. Canalones. Faldones en cubierta y en fachadas.
Cumbreras.-
Estos son puntos singulares en el cerramiento de la nave. La cumbrera es la
arista más elevada en la intersección de los diferentes planos de una cubierta
inclinada. Esta se ejecuta mediante el uso de caballetes que irán fijados en las
correas de la cubierta.
Actividad de búsqueda en Internet: Busca y analiza documentación técnica de correas. Fíjate en las características de los perfiles, los pesos, dimensiones y sistemas de fijación.
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Canalones.-
Los canalones son el sistema empleado para la evacuación de aguas pluviales
recogidas en la cubierta. Los canalones se calcularan teniendo en cuenta lo
indicado en el DB HS5, evacuación de aguas.
Placas.-
Las placas de la cubierta pueden ser de distintos materiales desde
fibrocemento (sin amianto) hasta materiales metálicos, siendo estas últimas
placas menos susceptibles de rotura y por tanto más adecuadas.
Las chapas metálicas son de aluminio o galvanizadas con un espesor de 0.5 –
0.6 mm. Por razones de estetica se utilizan las chapas galvanizadas lacadas o
prelacadas con pinturas resistentes a ambiente atmosférico.
Se utilizan también placas tipo sándwich con capa de aislamiento térmico o
acústico incorporados o adheridos a las mismas y placas de materiales
plásticos reforzados o de celulosa impregnada.
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9.3.11.- Placas de anclaje.
Debido a que los pilares metálicos no podrían asentarse directamente sobre el
hormigón de la cimentación ya que este no resistiría las tensiones transmitidas,
se dispondrán unas placas metálicas entre el pilar y el cemento. La misión
fundamental de estas placas es la de disminuir las tensiones para que puedan
ser admisibles por el hormigón. La unión de la placa con la zapata se realizará
mediante pernos de anclaje embebidos en el hormigón, los cuales
inmovilizarán al pilar ante posibles tracciones.
9.3.12.- Cimentaciones.
Las cimentaciones son los elementos que transmiten la carga de la estructura
al terreno en el que está enclavado el edificio.
El código técnico define las cimentaciones directas como aquellas que reparten
las cargas de una estructura en un plano de apoyo horizontal. Las
cimentaciones directas se emplearán para transmitir al terreno las cargas de
Actividad de búsqueda en Internet: Busca y analiza documentación técnica de placas para cubiertas y faldones de fachadas. Fíjate en las características técnicas y analízalas.
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uno o varios pilares de la estructura, de los muros de carga,… También son
llamadas cimentaciones superficiales.
El CTE las clasifica en:
Zapata aislada
Zapata combinada
Zapata corrida
Pozo de cimentación
Emparrillado
Losa.
El CTE también incluye las cimentaciones profundas y los elementos de
contención.
9.3.13.- Uniones.-
Las uniones cobran gran importancia dentro de los proyectos de construcción
de naves industriales y también, por qué no decirlo, gran dificultad. Toda unión
es por su propia naturaleza una discontinuidad y por tanto, una zona
potencialmente peligrosa, por esto precisa de una especial atención en los
proyectos.
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En el proyecto de una unión podemos distinguir dos fases principales:
Primera: Concepción y diseño general de la unión.
Segunda: comprobación de la capacidad portante de la unión elegida.
Debemos tener en cuenta que las uniones pueden representar el 40% del coste
de una estructura de edificación. Para abaratar uniones, se debe procurar
unificar los distintos tipos de uniones a emplear en la construcción de la nave
industrial.
Clasificación: Las uniones resistentes a flexión se clasifican en:
Rígidas. Aquellas que mantienen los ángulos que forman las piezas
enlazadas. El giro del nudo es igual al de las barras unidas.
Semirrígidas. Son uniones flexibles en las que se produce un giro
relativo entre las barras enlazadas en el nudo.
Simples. Son enlaces que se comportan como uniones articuladas en
los que la barra se une al nudo sin coartar sus giros.