cálculo de la estructura metálica de una nave industrial y ... · cálculo de la estructura...
TRANSCRIPT
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave
industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de
proteccioacuten pasiva frente al fuego
Alumno Mario Marzal Ortiz DNI 73398166-Z Tutores Carmen Ibaacutentildeez Usach David Hernaacutendez Figueirido Departamento Ingenieriacutea Mecaacutenica y Construccioacuten
Agradecimientos
A los tutores por su paciencia
a los amigos por su tiempo
y a los familiares por su apoyo
Summary
The aim of this project is to design and calculate the steel structure of an industrial building in the city of Villarreal in the province of Castelloacuten Valencia Spain This industrial building will be dedicated to the storage of electronic equipment Subsequently the application of different methods of passive fire protection will be studied and compared
Firstly the design and the calculation of the steel structure will be carried out by using specific software The design is conditioned by the necessities of the future use of the industrial building and its location The calculation of the structure will be performed in accordance with the national standard CoacutedigoTeacutecnico de la Edificacioacuten
The second part of this work will be to evaluate several techniques of passive fire protection and make a study to determine which one is the best solution from the economic point of view The different cases studied are unprotected sections and four other scenarios which include different types of passive protection rock wool plasterboard mortar projection and intumescent paint
This second part will be developed according to the corresponding standards Again theCoacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacutenwill be employed specificallytheDocumento Baacutesico de Proteccioacuten en caso de incendio (CTE DB-SI) Sincethestructurewill be hold industrial facilities theReglamento de Seguridad contra Incendios en los Establecimientos Industriales (RSCIEI Real Decreto 22672004) will be usedtoo
According to these standards the structure safety requirements in case of fire will be defined and established taking into account its characteristics Then for each case outlined above the required passive protection will be calculated and described with detail
Finally an economic study of each option considered will be carried out This analysis will be developed in order to compare the different techniques used so it will be possible to determine which is the most appropriate method to be applied from the economic point of view
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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MEMORIA
1Introduction5
2Objetodelproyecto6
3Elacero731Caracteriacutesticasmecaacutenicasdelacero732Caracteriacutesticastecnoloacutegicasdelacero833Lostiposdeaceromaacutesusadosenestructuras834Ventajasdelasestructurasmetaacutelicas8
4Elementosestructurales1041Cimentacioacuten10ͶǤͳǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͲͶǤͳǤʹǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͲ
42Placasdeanclaje1143Pilares1144Vigas12ͶǤͶǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳʹͶǤͶǤʹiumlǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳʹͶǤͶǤ͵ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳʹͶǤͶǤͶǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳʹͶǤͶǤͷǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳ͵ͶǤͶǤAgraveǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳ͵
45Correas1346Arriostramientos1447MediosdeUnioacuten14ͶǤǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͶͶǤǤʹǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͶ
48Tipologiacuteasestructurales15ͶǤͺǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͷͶǤͺǤʹtimesǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͷ
5Durabilidaddelasestructuras1651Proteccionesparaestructurasmetaacutelicas16ͷǤͳǤͳtimesǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͷǤͳǤʹtimestimesǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳ
52DurabilidaddelHormigoacuten176Casodeestudio1861Descripcioacutendelanave1862Localizacioacuten1963Normativamunicipal2064Normativalegalaplicableatodalanave21
7Metodologiacuteadecaacutelculo2271Generadordepoacuterticos2272Cype3D2273Generadordeprecios23
8Dimensionado2481Procedimientodedimensionado24ͺǤͳǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͶͺǤͳǤʹtimesAgraveǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͶͺǤͳǤ͵timesǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͶͺǤͳǤͶtimesǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ Ͷ
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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82Accionesconsideradas26ͺǤʹǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺǤʹǤʹǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺǤʹǤ͵ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺǤʹǤͶǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺǤʹǤͷǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺ
9Disentildeofinal2991Elementos29
10Cargadefuego30101Caacutelculodelacargadefuegodelaestructura30
11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios34111Elementosdeproteccioacuten34ͳͳǤͳǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤ͵ ͶͳͳǤͳǤʹǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤ͵ ͷͳͳǤͳǤ͵ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤ͵ ͳͳǤͳǤͶǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤ͵
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones3812Elfuegoylasprotecciones40121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego40122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten41123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten44124Caacutelculodelastemperaturascriacuteticas48125ComprobacioacutendelasmedidasobtenidasporelCYPE54
13Conclusions56
14Bibliografiacutea57ANEXODECAacuteLCULOS1Caacutelculodelasbarras5911CruzdeSanAndreacutesdecubierta5912CruzdeSanAndreacutesdeloslaterales6213Jaacutecenaexteriorpoacuterticodefachada6514Jaacutecenaexteriorpoacuterticointerior7715Jaacutecenainteriorpoacuterticodefachada8916Jaacutecenainteriorpoacuterticointerior10117Pilarmuropintildeoacuten11118Pilarexteriorpoacuterticodefachada12119Pilarexteriorpoacuterticointerior133110Pilarinteriorpoacuterticodefachada145111Pilarinteriorpoacuterticointerior157112Vigaperimetralexteriorpoacuterticodefachada167113Vigaperimetralexteriorpoacuterticodeinterior176114Vigaperimetralinteriorpoacuterticoexterior183115Vigaperimetralinteriorpoacuterticointerior192
2Caacutelculodelasplacasdeanclaje199
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21Placadelpilarinteriorpoacuterticointerior19922Placadelpilarexteriorpoacuterticointerior20423Placadelpilarexteriorpoacuterticoexterior20924Placadelpilarinteriorpoacuterticoexterior21325Placadelpilardefachada217
3Caacutelculodelascimentaciones22231Zapataexteriordeunpoacuterticointerior22232Zapataesquinera22533Zapatadepoacuterticodefachada(IPE550)22734Zapatadepoacuterticodefachada(HEA550)22935Zapatainteriordeunpoacuterticointerior(1)23236Zapatainteriordeunpoacuterticointerior(2)234
PLANOSPlanodecubiertaPlanodecimentacioacuten(1)Planodecimentacioacuten(2)PoacuterticodefachadaylateralPlanodeplacasdeanclajePlanopoacuterticointeriorPlanodezapatas(1)Planodezapatas(2)Planodevigascentradoras(1)Planodevigascentradoras(2)PLIEGODECONDICIONES1Desbroceylimpiezadelterreno237
2Zapatadecimentacioacutendehormigoacutenarmado238
3Vigaentrezapatas240
4Placadeanclajeconpernossoldadosypreparacioacutendebordes241
5Aceroenpilares243
6Aceroenvigas244
7Aceroencorreasmetaacutelicas246
8Cubiertainclinadadeplacas247
9Proteccioacutendelaestructurametaacutelicasistemarockwool248
10ProteccioacutendelaestructurametaacutelicasistemaPlaco249
11Proteccioacutendelaestructurametaacutelicaconpinturaintumescente250
PRESUPUESTOS1PresupuestodelaestructuraǩǨǤ
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2PresupuestodeproteccioacutenconrockwoolǩǨǤ3PresupuestodeproteccioacutenconplacasdeyesoǩǨǤ4PresupuestodeproteccioacutenconpinturaintumescenteǩǨǤ
MEMORIA
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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1Introduction The aim of this project is to calculate the steel structure of an industrial building in Villareal and its fire passive protection with different methods rock wool plasterboard mortar projection and intumescent paint This industrial building will be dedicated to the storage of electronic equipment which has an specific area to develop the activity inside The industrial building whose shape is perfectly rectangular has the following dimensions 85m (length) x 50m (width) x 9m (height) It is situated in the industrial area of Villareal at the street Camiacute Onda Castelloacute Vell This work borns from the need to study different solutions of fire pasive protection systems to determine which is the best solution from the economic point of view After calculating the metallic structure the design for each one of the alternatives will be developed and from these options it will be studied wich is the best option
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2Objetodelproyecto El objeto de dicho proyectosiempre teniendo en cuenta la normativa vigente es el siguiente -Caacutelculo y descripcioacuten de la estructura metaacutelica que constituiraacute la nave industrial asiacute como la justificacioacuten de las acciones utilizadas y de las soluciones adoptadas -Caacutelculo de la carga de fuego en la nave industrial calculada -Caacutelculo y descripcioacuten de la proteccioacuten necesaria contra el fuego comparando teacutecnica y econoacutemicamente el uso de diferentes protecciones -Anaacutelisis de los presupuestos de las diferentes protecciones para establecer cuaacutel de ella es mejor desde el punto de vista econoacutemico
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3ElaceroLos metales que se emplean en estructuras metaacutelicas son principalmente el acero ordinario el acero inoxidable y el aluminio
El acero es el material estructural por excelencia para grandes alturas puesto que resuelve con eacutexito los planteamientos estructurales de soportar el peso con pilares de dimensiones reducidas resistir el empuje ante el vuelco y evitar movimientos debidos a la accioacuten del viento
El acero ordinario es el maacutes empleado y existen los siguientes tipos (seguacuten la norma EN 10027)
S235JR S235J0 S275JR
S275J0 S355JR S355J0
S235J2 S275J2 S355J2
La primera sigla es una ldquoSrdquo (de Steel acero en lengua inglesa)
La siguiente cantidad numeacuterica es el liacutemite elaacutestico en MPa en elementos cuyo espesor no supere los 16 mm En espesores superiores la resistencia de caacutelculo es menor
Las uacuteltimas siglas indican su sensibilidad a la rotura fraacutegil y su soldabilidad
- JR para construcciones ordinarias
- J0 cuando se requiere alta soldabilidad y resistencia a la rotura fraacutegil
- J2 cuando se requiere exigencias especiales de resistencia resistencia a la rotura fraacutegil y soldabilidad
31CaracteriacutesticasmecaacutenicasdelaceroLos valores fundamentales para el disentildeo de las piezas de acero son
-El liacutemite elaacutestico El liacutemite elaacutestico es la carga unitaria para la que se inicia el escaloacuten de cedencia es decir a partir del cual las deformaciones no son recuperables
-El liacutemite de rotura El liacutemite de rotura es la carga unitaria maacutexima soportada por el acero en el ensayo de traccioacuten Los valores del liacutemite elaacutestico y de rotura dependen del tipo de acero pero hay otras caracteriacutesticas que son comunes para todos los aceros
-Moacutedulo de Elasticidad E=210 GPa
-Moacutedulo de Rigidez G=81 GPa
-Coeficiente de Poisson 03
-Coeficiente de dilatacioacuten teacutermica 12middot10-5 (ordmC)-1
-Densidad 7850 kgm3
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32CaracteriacutesticastecnoloacutegicasdelaceroLa soldabilidades la aptitud de un acero para ser soldado mediante los procedimientos habituales sin que aparezca fisuracioacuten en friacuteo Es una caracteriacutestica tecnoloacutegica importante de cara a la ejecucioacuten de la estructura
La resistencia al desgarro laminar del acero se define como la resistencia a la aparicioacuten de defectos en piezas soldadas sometidas a tensiones de traccioacuten en direccioacuten perpendicular a su superficie
La aptitud al doblado es un iacutendice de la ductilidad del material y se define por la ausencia o presencia de fisuras en el ensayo de doblado
33LostiposdeaceromaacutesusadosenestructurasLos siguientes tipos de acero utilizables en perfiles y chapas para estructuras de acero
-Aceros laminados en caliente Se entiende por tales los aceros no aleados sin caracteriacutesticas especiales de resistencia mecaacutenica ni resistencia a la corrosioacuten y con una microestructura normal
-Aceros con caracteriacutesticas especiales Se consideran los siguientes tipos
-Aceros normalizados de grano fino para construccioacuten soldada
-Aceros de laminado termomecaacutenico de grano fino para construccioacuten soldada
-Aceros con resistencia mejorada a la corrosioacuten
-Aceros templados y revenidos
-Aceros con resistencia mejorada a la deformacioacuten en la direccioacuten perpendicular a la superficie del producto
-Aceros conformados en friacuteo Se entiende por tales los aceros cuyo proceso de fabricacioacuten consiste en un conformado en friacuteo que les confiere unas caracteriacutesticas especiacuteficas desde los puntos de vista de la seccioacuten y la resistencia mecaacutenica
34Ventajasdelasestructurasmetaacutelicas Antantildeo en cuanto al caacutelculo se refiere el eacutexito o el fracaso de la obra se determinaba seguacuten si el edificio a calcular en cuestioacuten era capaz de soportar las cargar que se le aplicaban o no Progresivamente a traveacutes de siglos de estudio y experiencia el conocimiento sobre dimensionado de elementos estructurales se ha visto ampliado gracias al estudio de la materia por lo que se han llegado a establecer diversas teacutecnicas de caacutelculo que permiten que el disentildeo estructural tenga unos resultados muy fiables
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Naturalmente las estructuras metaacutelicas presentan ciertas ventajas frente a las estructuras de hormigoacuten las cuales vienen principalmente de las diferencias entre los materiales Las maacutes importantes se relatan a continuacioacuten -Realizacioacuten del maacuteximo trabajo en taller ejecutando todas las soldaduras y dejando todos los elementos listos para el ensamblaje mediante uniones atornilladas en obra -Garantiza un estricto control de calidad reduciendo la posibilidad de fallo humano -Permite la proyeccioacuten de naves con elevadas luces resultando naves maacutes ligeras y esbeltas -Gracias a la ligereza de la estructura y a las diferencias de seccioacuten necesarias para la misma obra frente a otros materiales el aprovechamiento del espacio es maacuteximo -Enorme adaptabilidad a cualquier solucioacuten deseada ya sea por medio de entramados riacutegidos o articulados -Gran facilidad en el ensamblaje de la obra durante su ejecucioacuten -Precios muy competitivos frente a otros materiales ademaacutes de la rapidez de ejecucioacuten de la obra lo que lleva a un correcto plan de obra que a su vez permitiraacute un ahorro en los costes de construccioacuten A la vez la ligereza de las estructuras metaacutelicas implican una reduccioacuten de los costes de transporte y una reduccioacuten del coste de las cimentaciones -La adaptabilidad del acero es de especial relevancia en casos de rehabilitacioacuten ya sea para reforzar estructuras existentes o para una completa reconstruccioacuten manteniendo las fachadas El acero se entrega prefabricado en obra no necesita ser apuntalado y tampoco sufre retraccioacuten o fluencia por lo que puede asumir carga de inmediato -El desarrollo de nuevos sistemas de proteccioacuten contra la corrosioacuten garantizan con un mantenimiento miacutenimo una vida casi ilimitada para las estructuras realizadas con acero -Cuando termina la vida uacutetil del edificio la estructura metaacutelica de acero puede ser desmontada y posteriormente utilizada en nuevos usos o ser re-aprovechada con un faacutecil reciclaje -La estructura metaacutelica en acero supone un peso reducido segura en caso de seiacutesmo
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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4ElementosestructuralesAlgunos de los elementos resistentes de que constan las estructuras industriales son los siguientes
41CimentacioacutenSe denomina cimentacioacuten al conjunto de elementos estructurales cuya misioacuten es transmitir las cargas de la edificacioacuten o elementos apoyados a este al suelo distribuyeacutendolas de forma que no superen su presioacuten admisible ni produzcan cargas zonales Debido a que la resistencia del suelo es generalmente menor que la de los pilares o muros que soportaraacute el aacuterea de contacto entre el suelo y la cimentacioacuten seraacute proporcionalmente maacutes grande que los elementos soportados
La eleccioacuten del tipo de cimentacioacuten depende especialmente de las caracteriacutesticas mecaacutenicas del terreno como su cohesioacuten su aacutengulo de rozamiento interno posicioacuten del nivel freaacutetico y tambieacuten de la magnitud de las cargas existentes A partir de todos esos datos se calcula la capacidad portante que junto con la homogeneidad del terreno aconsejan usar un tipo u otro diferente de cimentacioacuten Siempre que es posible se emplean cimentaciones superficiales ya que son el tipo de cimentacioacuten menos costoso y maacutes simple de ejecutar Cuando por problemas con la capacidad portante o la homogeneidad del mismo no es posible usar cimentacioacuten superficial se valoran otros tipos de cimentaciones Hay dos tipos fundamentales de cimentacioacuten directas y profundas
411CimentacionessuperficialesodirectasSon aquellas que se apoyan en las capas superficiales o poco profundas del suelo por tener eacuteste suficiente capacidad portante por tratarse de construcciones de importancia secundaria y relativamente livianas En este tipo de cimentacioacuten la carga se reparte en un plano de apoyo horizontal Las cimentaciones superficiales se clasifican en -Cimentaciones cicloacutepeas -Zapatas Zapatas aisladas Zapatas corridas Zapatas combinadas -Losas de cimentacioacuten
412CimentacionesprofundasSe basan en el esfuerzo cortante entre el terreno y la cimentacioacuten para soportar las cargas aplicadas o maacutes exactamente en la friccioacuten vertical entre la cimentacioacuten y el terreno Deben ubicarse maacutes profundamente para poder distribuir sobre una gran aacuterea un esfuerzo suficientemente grande para soportar la carga Algunos meacutetodos utilizados en cimentaciones profundas son -Pilotes son elementos de cimentacioacuten esbeltos que se hincan (pilotes de desplazamiento prefabricados) o construyen en una cavidad previamente abierta en el
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terreno (pilotes de extraccioacuten ejecutados in situ) -Pantallas es necesario anclar el muro al terreno
Pantallas isostaacuteticas con una liacutenea de anclajes Pantallas hiperestaacuteticas dos o maacutes liacuteneas de anclajes
42PlacasdeanclajeLas placas de anclaje son elementos estructurales que se emplean para unir los soportes metaacutelicos a la cimentacioacuten y que tienen como objeto hacer que la transicioacuten del acero al hormigoacuten se realice sin que en ninguacuten punto se sobrepasen las tensiones admisibles en este material
El material que constituye el cimiento (casi siempre hormigoacuten) es menos resistente que el acero por lo que la base debe ampliar la seccioacuten del soporte de acero hasta conseguir una superficie adecuada de contacto con el hormigoacuten para que la transmisioacuten de esfuerzos de uno a otro material sea lo maacutes uniforme posible
La placa de anclaje debe estar sujeta al cimiento mediante unos pernos de anclaje que quedan embebidos en el hormigoacuten y que al fraguar y endurecer eacuteste trabajan por adherencia
Los elementos que constituyen una base del tipo generalmente utilizado en edificacioacuten son
-Placa de base o de reparto
-Cartelas de rigidez
-Pernos de anclaje
Salvo en el caso excepcional de que el pie del soporte sea articulado los soportes se consideran empotrados en la cimentacioacuten lo que hace que la placa de anclaje deba prepararse para resistir los siguientes esfuerzos axil momento flector cortante y momento torsor
43PilaresLos pilares son elementos verticales sometidos principalmente a compresioacuten y a flexioacuten pequentildea o nula Son los elementos que transmiten las cargas verticales al terreno a traveacutes de los cimientos y las bases Para dimensionar un pilar se tendraacute en cuenta el tipo de acero el tipo de carga que va a recibir el perfil la longitud del soporte (por si hubiese pandeo) y la carga axial de compresioacuten
Los pilares simples maacutes utilizados son el HEB el HEA el IPN y el IPE Con ellos se obtiene gran aprovechamiento y son muy aptos para formar pilares en poacuterticos riacutegidos
Lo pilares simples de varios perfiles maacutes utilizados son los formados por 2 UPN
Los pilares compuestos se obtienen acoplando perfiles separados enlazados por medio de elementos transversales discontinuos Pueden estar unidos mediante presillas o
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mediante celosiacutea
44VigasLas jaacutecenas o vigas son elementos lineales en las que una dimensioacuten predomina sobre las otras dos Su forma de trabajo es casi exclusivamente a flexioacuten por ello suelen adoptar forma de I para tratar de obtener la maacutexima inercia y el mayor moacutedulo resistente con el material disponible tratando de mejorar el rendimiento
Las vigas son los elementos sustentantes horizontales o como en las cubiertas ligeramente inclinados que reciben las cargas verticales y las transmiten trabajando a flexioacuten a los pilares o apoyos
Las cargas que la viga recibe producen en sus secciones los siguientes esfuerzos momento flector esfuerzo cortante y torsiones (algunas veces)
441VigassimplesLos perfiles empleados son IPN IPE o HE El empleo de los perfiles IPE resulta maacutes econoacutemico en general tanto por su mayor rendimiento mecaacutenico como por la simplificacioacuten que en empalmes y uniones proporciona el espesor uniforme de las alas
Los perfiles simples laminados tienen la ventaja sobre la viga armada que para igual resistencia su coste es menor
442VigasmuacuteltiplesSon las vigas constituidas por dos o maacutes perfiles I adosados unidos a traveacutes de elementos de unioacuten tales como perfiles presillas tornillos pasantes etc que solidaricen eficazmente los perfiles componentes
443VigasreforzadasLa utilizacioacuten de refuerzos con chapa o pletina en las estructuras metaacutelicas es de gran eficacia para conseguir ahorro de material
Que un refuerzo sea econoacutemico o no depende de los valores relativos de la chapa el perfil y el cordoacuten de soldadura
El elemento de refuerzo maacutes utilizado es la chapa o platabanda Se utilizan estos refuerzos cuando queremos moacutedulos resistentes (W) mayores que los existentes en el mercado o cuando exista limitacioacuten de canto
444VigasojaacutecenasarmadasLas vigas armadas estaacuten formadas por varias pletinas o chapas unidas con cualquiera de los medios de unioacuten soldadura roblones angulares y tornillos etc
Para unas solicitaciones determinadas siempre es posible encontrar una viga armada de menor peso que el perfil laminado que corresponderiacutea a esas solicitaciones Sin embargo aun con mayor peso los perfiles laminados son siempre maacutes econoacutemicos que las vigas armadas debido al menor coste de fabricacioacuten
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445VigasojaacutecenasaligeradasSon vigas de alma aligerada
La solucioacuten de las vigas aligeradas puede resultar muy econoacutemica cuando pueda adoptarse el canto que se estime maacutes conveniente y cuando la flexioacuten predomine sobre el esfuerzo cortante es decir cuando se trate de luces grandes y de cargas moderadas
A esta clase de vigas se les ha dado diversas denominaciones vigas alveoladas vigas void en panal de abeja
446VigasdecelosiacuteaLas vigas de celosiacutea son de gran utilidad en las construcciones metaacutelicas especialmente en edificaciones industriales y para grandes luces
Para luces de cierta importancia el peso de estas vigas es inferior al de las vigas de alma llena equivalentes El coste de una estructura es el resultado de tres sumandos coste del material de la fabricacioacuten y del montaje Estos uacuteltimos variacutean notablemente seguacuten las circunstancias
El mejor aprovechamiento a efectos resistentes de las vigas de celosiacutea con relacioacuten a las de alma llena se refleja en que mientras que en una viga de alma llena las tensiones maacuteximas de agotamiento se alcanzaraacuten soacutelo en dos puntos de su seccioacuten en una barra triangulada puede conseguirse que toda la seccioacuten tanto los cordones como las diagonales se agoten uniformemente teniendo en cuenta que las barras a compresioacuten deben dimensionarse teniendo en cuenta el pandeo
Las vigas de celosiacutea suelen estar constituidas por cordoacuten superior cordoacuten inferior elementos de relleno (montantes y diagonales) y medios de unioacuten (cartelas soldadura tornilleriacutea etc)
Los cordones pueden ser paralelos o no A aquellos cuyos cordones son paralelos se les llama ldquovigas de celosiacuteardquo mientras que las que tienen dichos cordones inclinados se les denomina ldquocerchasrdquo
En las cerchas el cordoacuten superior sigue la inclinacioacuten de la cubierta Suelen ser estructuras ligeras con cartelas simples y barras constituidas por angulares o simples T
Las posibilidades y variedades de las vigas de celosiacutea son praacutecticamente infinitas seguacuten el trazado de los cordones y la disposicioacuten de la triangulacioacuten Sin embargo existen unos tipos que podriacuteamos llamar claacutesicos y son Pratt Howe y Warren
45CorreasLas correas son las vigas en que se apoya la chapa u otro tipo de techumbre por lo que tienen que soportar su peso asiacute como el debido a posibles cargas de nieve y viento Se encuentran a su vez apoyadas sobre las cerchas o los poacuterticos normalmente en un plano inclinado lo que hace tender a flectar tambieacuten en el sentido de la inclinacioacuten Siendo variable su separacioacuten dependiendo del material de cubierta etc
El apoyo de las correas sobre las cerchas o poacuterticos se aseguraraacute bien mediante uniones soldadas (un cordoacuten por cada lado de la correa con el maacuteximo espesor que permita la
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unioacuten) bien mediante uniones remachadas ponieacutendose un casquillo en angular
Las correas se calcularaacuten como vigas apoyadas con carga uniformemente distribuida
Suelen emplearse perfiles IPN simple T perfil Z o vigas de celosiacutea
46ArriostramientosTienen la funcioacuten de transmitir los esfuerzos producidos por el viento frontal sobre el poacutertico extremo a las paredes laterales que a su vez los transmitiraacuten al suelo
El arriostramiento baacutesico es la Cruz de San Andreacutes en forma de aspa que se coloca entre dos cerchas o poacuterticos y pueden abarcar varias correas para evitar aacutengulos pequentildeos y repartir bien los esfuerzos a las barras
Este tipo de configuracioacuten presenta el inconveniente de ser estaacuteticamente indeterminado con lo que tenemos que hacer hipoacutetesis para llegar a una que sea determinada Estas hipoacutetesis se hacen respecto a las diagonales cruzadas observando que cuando una diagonal estaacute en tensioacuten la contradiagonal estaacute en compresioacuten Por lo general se toman dos meacutetodos de anaacutelisis
-Si las diagonales se disentildean esbeltas es razonable suponer que no soportaraacuten esfuerzos de compresioacuten pues en caso contrario podriacutean pandear con gran facilidad Por lo tanto la fuerza cortante seraacute absorbida iacutentegramente por la diagonal en tensioacuten mientras que la diagonal en compresioacuten se supone que es un elemento que no trabaja es decir a todos los efectos es como si no existiese
-Si las barras diagonales se construyen con secciones robustas seraacuten capaces de soportar fuerzas de tensioacuten y de compresioacuten En este caso supondremos que cada diagonal toma la mitad de la fuerza cortante que aparezca
-Por estar sometidos a esfuerzos de traccioacuten estos elementos seraacuten esbeltos y de seccioacuten circular o rectangular (barras y varillas) existiendo tambieacuten de seccioacuten angular
-Las varillas (seccioacuten circular) han de engrosarse en sus extremos para compensar la peacuterdida de seccioacuten que supone la realizacioacuten de roscas para su fijacioacuten si bien en ocasiones se opta por disentildear tomando como seccioacuten resistente la correspondiente al aacuterea de la seccioacuten transversal de la rosca pues esta solucioacuten suele resultar maacutes econoacutemica aunque la pieza en este caso resulta ser maacutes sensible a efectos de impacto y de fatiga tendiendo a fallar por la zona de la rosca
47MediosdeUnioacuten
471UnionesatornilladasLos medios de unioacuten contemplados son los constituidos por tornillos tuercas y arandelas que deberaacuten estar normalizados y corresponder a los mismos grados del material que unen liacutemite elaacutestico y resistencia a traccioacuten
472UnionessoldadasUn acero se considera soldable seguacuten un grado un procedimiento determinado y para una aplicacioacuten especiacutefica cuando mediante la teacutecnica apropiada se puede conseguir la
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continuidad metaacutelica de la unioacuten y eacutesta cumpla con las exigencias requeridas
El material de aportacioacuten utilizable para la realizacioacuten de soldaduras (electrodos) deberaacute ser apropiado para el proceso de soldeo teniendo en cuenta al material a soldar y el procedimiento de soldeo ademaacutes deberaacute tener unas caracteriacutesticas mecaacutenicas en teacuterminos de liacutemite elaacutestico resistencia a traccioacuten deformacioacuten bajo carga maacutexima etc no inferiores a las correspondientes del material de base que constituye los perfiles o chapas que se pretende soldar
Meacutetodos de soldadura
-Soldadura manual con electrodo recubierto con recubrimientos de tipo rutilo o baacutesico
-Soldadura semiautomaacutetica bajo proteccioacuten gaseosa con hilo macizo tubular relleno de flux con transferencia de lluvia
-Soldadura semiautomaacutetica con hilo tubular relleno de flux sin proteccioacuten gaseosa con transferencia de lluvia
-Soldadura automaacutetica con arco sumergido
48TipologiacuteasestructuralesA la combinacioacuten de los distintos elementos estructurales y los materiales de que estaacuten hechos se les denomina sistema estructural Dichos sistemas estructurales pueden estar constituidos por la combinacioacuten de uno o varios tipos baacutesicos de estructuras Se recogen seguidamente una breve introduccioacuten a algunos de los tipos estructurales maacutes comunes en las construcciones industriales
481CerchasSon la parte principal de la cubierta Sobre eacutestas se apoyan las correas de tal forma que permiten que se transmitan las cargas actuantes sobre las correas a los soportes
Existen muchos tipos diferentes de cerchas y seguacuten sus triangulaciones asiacute podraacuten ser para mayor o menor luz
482PoacuterticosomarcosSe componen de vigas y columnas que estaacuten unidas entre siacute bien riacutegidamente o bien mediante articulaciones
Se clasifican en poacuterticos simples y poacuterticos muacuteltiples seguacuten consten de uno o varios vanos
Suelen ser poacuterticos a dos aguas adaptaacutendose a la inclinacioacuten de los faldones con lo que se aprovecha maacutes el interior al no existir tirantes
El trabajo de un poacutertico es el de una viga apoyada por medio de empotramiento en dos soportes Los elementos que lo forman suelen ser de alma llena Los encuentros se refuerzan con cartelas formadas por trozos de perfiles que rigidizan el nudo y ayudan a contrarrestar el empuje que ejerce el poacutertico hacia el exterior
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5DurabilidaddelasestructurasLa durabilidad de una estructura de acero es su capacidad para soportar durante la vida uacutetil para la que ha sido proyectada las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que estaacute expuesta y que podriacutean llegar a provocar su degradacioacuten como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el anaacutelisis estructural
Para conseguir la durabilidad adecuada seraacute necesario seguir una estrategia que contemple todos los posibles mecanismos de degradacioacuten adoptando medidas especiacuteficas en funcioacuten de la agresividad a la que se encuentre sometido cada elemento
Deberaacuten incluirse al menos los siguientes aspectos
-Seleccioacuten de la forma estructural definiendo en el proyecto los esquemas estructurales las formas geomeacutetricas y los detalles que sean compatibles con la consecucioacuten de una adecuada durabilidad de la estructura Se facilitaraacute la preparacioacuten de las superficies el pintado las inspecciones y el mantenimiento
-Se procuraraacute evitar el empleo de disentildeos estructurales que conduzcan a una susceptibilidad elevada a la corrosioacuten eligiendo formas de los elementos sencillas
-Se reduciraacute al miacutenimo el contacto directo entre las superficies de acero y el agua
-Se evitaraacute el contacto directo del acero con otros metales (el aluminio de las carpinteriacuteas de cerramiento muros cortina etc)
-Cuando la estructura presente aacutereas cerradas o elementos huecos debe cuidarse que esteacuten protegidos de manera efectiva contra la corrosioacuten mediante soldadura continua
En casos de especial agresividad cuando las medidas normales de proteccioacuten no se consideren suficientes se podraacute recurrir a la disposicioacuten de sistemas especiales de proteccioacuten (materiales de recubrimiento en polvo productos para tratamiento quiacutemico de superficies)
51ProteccionesparaestructurasmetaacutelicasUna vez finalizada la construccioacuten de las estructuras metaacutelicas pueden aparecer problemas por alguna de las siguientes causas
Efectos del calor como consecuencia de incendios
Oxidacioacuten excesiva y consiguiente corrosioacuten
511ProteccioacutencontraincendiosAunque el hierro no es combustible no se puede considerar resistente al fuego no soacutelo porque disminuye sus resistencia en cuanto pasa de 500ordmC sino porque por efecto de su dilatacioacuten sufre grandes deformacionesLos materiales de proteccioacuten del acero que pueden utilizarse son granito maacutermol hormigoacuten faacutebrica de ladrillo ceraacutemico con mortero de cemento placas de yeso pinturas intumescentes etc
512ProteccioacutencontracorrosioacutenLa oxidacioacuten constituye el peor enemigo de las construcciones metaacutelicas Para evitarlo
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se cubre con un revestimiento protector y es indispensable que la superficie a tratar esteacute limpia de suciedad y oacutexido Deberaacute considerarse conjuntamente el tratamiento de proteccioacuten frente a incendio ya que los requisitos del mismo pueden determinar un grado de defensa frente a la corrosioacuten muy superior al estrictamente necesario especialmente en el caso de pinturas intumescentes y morteros proyectados
52DurabilidaddelHormigoacutenSe define en la Instruccioacuten espantildeola EHE la durabilidad del hormigoacuten como la capacidad para comportarse satisfactoriamente frente a las acciones fiacutesicas y quiacutemicas agresivas a lo largo de la vida uacutetil de la estructura protegiendo tambieacuten las armaduras y elementos metaacutelicos embebidos en su interior Por tanto no solo hay que considerar los efectos provocados por las cargas y solicitaciones sino tambieacuten las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que se expone Por ello se considera el tipo de ambiente en que se va a encontrar la estructura y que puede afectar a la corrosioacuten de las armaduras ambientes quiacutemicos agresivos zonas afectadas por ciclos de hielo-deshielo etc Para garantizar la durabilidad del hormigoacuten y la proteccioacuten de las armaduras frente a la corrosioacuten es importante realizar un hormigoacuten con una permeabilidad reducida realizando una mezcla con una relacioacuten aguacemento baja una compactacioacuten idoacutenea un peso en cemento adecuado y la hidratacioacuten suficiente de eacuteste antildeadiendo agua de curado para completarlo De esta forma se consigue que haya los menos poros posibles y una red capilar interna poco comunicada y asiacute se reducen los ataques al hormigoacuten En los casos de existencia de sulfatos en el terreno o de agua de mar se deben emplear cementos especiales Para prevenir la corrosioacuten de armaduras hay que cuidar el recubrimiento miacutenimo de las mismas
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6Casodeestudio 61Descripcioacutendelanave La nave que se pretende calcular es una nave formada por dos poacuterticos adosados a dos aguas con una longitud total de 85m La separacioacuten de los poacuterticos entre siacute va a ser de 5m La luz de dicha nave va a ser de 25m por cada poacutertico la altura de cabeza de pilar va a ser de 7m y la de cumbrera de 9m A continuacioacuten se adjunta una foto del esqueleto de la nave donde se puede observar que en los poacuterticos de los extremos se han situado arriostramientos para transmitir los efectos de las acciones a la cimentacioacuten
Figura 1 Nave industrial del caso de estudio
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62Localizacioacuten La nave industrial que se ha calculado en el presente proyecto se ubicaraacute en la parcela nordm36 del poliacutegono industrial de Villareal con acceso principal en la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell sn El poliacutegono industrial cuanta con buenos viales de comunicacioacuten que permiten localizarla sin dificultad como queda definido en la siguiente imagen de situacioacuten Aclaracioacuten Tras tomar la salida del poliacutegono industrial desde la nacional 340 por la avenida Castelloacute y tomar la primera salida en la primera rotonda se llega a la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell donde esta la nave situada
Figura 2 Accesos a la nave industrial
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63Normativamunicipal
Figura 3 Situacioacuten geograacutefica de la nave industrial Todas las obras a realizar por el presente proyecto se someteraacuten a la normativa municipal que indique el Excmo Ayuntamiento de Villareal Castelloacuten
La superficie total de la parcela seguacuten el catastro es de 719333 m2
La parcela estaacute clasificada como suelo urbano Industrial y su aprovechamiento urbaniacutestico es el que se pasa a detallar a continuacioacuten
Superficie maacutexima edificable 719333 m2 13 = 553333 m2
Ocupacioacuten permitida 100
Volumen maacuteximo sin especificacioacuten
Plazas de parking miacutenimo una plaza por cada 200 m2
Vallado miacutenimo 2m de altura
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64NormativalegalaplicableatodalanaveEn la redaccioacuten del presente Proyecto de Ejecucioacuten se ha tenido en cuenta
-Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacuten (CTE) y particularmente sus siguientes documentos baacutesicos (DB)El DB-SE constituye la base para los Documentos Baacutesicos siguientes y se utilizaraacute conjuntamente con ellos
-Documento Baacutesico SE (Seguridad Estructural)
-Documento Baacutesico SE-AE (Acciones en la Edificacioacuten)
En este Documento Baacutesico se establecen las formas en que deben combinarse las diferentes acciones que actuacutean sobre el edificio definiendo los diferentes coeficientes de seguridad de forma global para todos los materiales De esta forma se establecen entre otros los liacutemites de las deformaciones admisibles que deben verificar las estructuras de edificacioacuten
-Documento Baacutesico SE-A (Acciones de la edificacioacuten)
En el campo de aplicacioacuten de este Documento Baacutesico es el de la determinacioacuten de las acciones permanentes variables y accidentales sobre los edificios para verificar el cumplimiento de los requisitos de seguridad estructural (capacidad portante y estabilidad) y aptitud al servicio establecidos en el DB-SE
-Documento Baacutesico SE-A (Seguridad Estructural Acero)
En este documento se adopta baacutesicamente el enfoque del Eurocoacutedigo de acero EN-1993 contemplando las distintas combinaciones de caacutelculo elaacutestico y plaacutestico en base a la clasificacioacuten de secciones seguacuten el Eurocoacutedigo El documento se adapta al tipo de aceros que se comercializan actualmente e incluye modelos de anaacutelisis para uniones
-Documento Baacutesico SI (Seguridad en caso de Incendio)
Este Documento Baacutesico es una normativa de construccioacuten espantildeola que forma parte del Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacutenregula especiacuteficamente las medidas de proteccioacuten contra incendios con que deben contar los edificios de nueva planta Es una normativa de obligado cumplimiento en Espantildea por lo que todos los edificios construidos desde su entrada en vigor en 2006 deben incorporar las soluciones constructivas que recoge la normativa a excepcioacuten de los edificios industriales que se rigen por el Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales
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7MetodologiacuteadecaacutelculoEl caacutelculo de la nave se llevaraacute a cabo con la herramienta de software de CYPE Ingenieros versioacuten 2015
Este programa es capaz de calcular edificios naves industriales y cualquier otro tupo de estructura Mediante la aplicacioacuten de meacutetodos matriciales obtiene una forma relativamente sencilla y fiable del dimensionado y la optimizacioacuten de estructuras
El software de CYPE Ingenieros se estructura en diferentes aplicaciones cada una de las cuales estaacute especiacuteficamente disentildeada para una finalidad concreta
71GeneradordepoacuterticosEl generados de poacuterticos es un programa perteneciente al paquete CYPE Ingenieros que dada su sencillez y facilidad de uso permite hacer un dimensionado faacutecil y raacutepido de las correas a disponer Entre sus funcionalidades destacan
-Crear de forma sencilla y raacutepida la geometriacutea y las cargas de peso propio sobrecarga de uso viento y nieve de un poacutertico formado por nudos riacutegidos celosiacuteas o cerchas Las cargas de viento y nieve se generan automaacuteticamente seguacuten la norma y la zona elegida
-Proporcionar el dimensionado de correas de cubiertas y laterales de fachadas optimizando el perfil y la separacioacuten entre correas
-Exportar a CYPE 3D la geometriacutea del poacutertico con apoyos biarticulados o biempotrados sus cargas y los coeficientes de pandeo de las barras que lo componen suponiendo la estructura traslacional o intraslacional Se exportan todas las cargas de viento las de cubierta las del los laterales de la nave y las perpendiculares a los poacuterticos de pared final (muro pintildeoacuten) Estas cargas se exportan como cargas superficiales lo que facilita enormementela labor de introduccioacuten de datos
72Cype3DEste moacutedulo ha sido disentildeado para ofrecer al usuario un software de mayores prestaciones con relacioacuten al dimensionado de estructuras de acero Permite calcular cualquier tipo de estructura formada por barras de acero de acuerdo con la normativa seleccionada Estaacute adaptado al CTE y tambieacuten a otras normativas nacionales e internacionales Las funcionalidades maacutes importante que se han utilizado para este proyecto son
-Descripcioacuten de los nudos la tipologiacutea de los nudos es muy completa Pueden definirse las vinculaciones interiores y coacciones exteriores las cuales permiten que los nudos puedan definirse como empotrados semiempotrados apoyos elaacutesticos apoyos con desplazamientos libres seguacuten un plano o recta a definir
-Agrupacioacuten y descripcioacuten de las barras permite la agrupacioacuten e introduccioacuten de barras de acero y dimensiona la seccioacuten llegando a su optimizacioacuten maacutexima Emplea perfiles de acero laminado armado y conformado que gestiona desde su amplia base de daros compuesta por perfiles de los fabricantes maacutes extendidos Puede crear perfiles compuestos a partir de perfiles simples con unioacuten soldada platabandas presillas etc Tambieacuten puede definir cartelas en los extremos perfiles de canto variable vigas boyd y barras mixtas
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-Introduccioacuten a coeficientes de pandeo y pandeo lateral permite introducir coeficientes de pandeo o longitudes de pandeo y el coeficiente de momentos de cada barra Tambieacuten calcula automaacuteticamente la longitud de pandeo de las barras seguacuten el meacutetodo aproximado El usuario tambieacuten puede activar en cualquier barra la comprobacioacuten de pandeo lateral
-Restriccioacuten de flechas liacutemites de las barras de la estructura el programa posibilita al usuario limitar la flecha de las barras para que el dimensionado de los perfiles tenga en cuenta las restriccioacuten impuesta El usuario puede imponer liacutemites a las flechas maacutexima y relativa tanto para sus calores absolutos como para sus calores relativos a la longitud entre los extremos y los puntos de inflexioacuten de la deformada
-Caacutelculo y optimizacioacuten de la estructura el programas hace todas las comprobaciones pertinente siempre de acorde a la norma para que se cumplan todos los requisitos en caso de no ser asiacute muestra que condiciones no se estaacuten cumpliendo
-Caacutelculo y dimensionado de uniones soldadas y atornilladas el programa realiza el caacutelculo y dimensionado automaacutetico de uniones soldadas y atornilladas de perfiles laminados y armados en doble T
-Caacutelculo y dimensionado de placas de anclaje
-Resultados planos y listados se proporciona una memoria justificativa del proyecto los listados detallados de las comprobaciones seguacuten la norma seleccionada y los planos de la estructura metaacutelica de la nave
73Generadordeprecios El generador de precios es una herramienta informaacutetica que pertenece a CYPE ingenieros que permite a los arquitectos y responsables de los proyectos obtener precios (para obra nueva rehabilitacioacuten y espacios urbanos) con las previsiones de costes ajustadas al maacuteximo a la realidad y facilitar la elaboracioacuten de una documentacioacuten de proyecto de calidad (completa consistente y con informacioacuten teacutecnica vinculada a cada unidad de obra) uacutetil para las distintas fases del ciclo de vida del edificio (estudios previos anteproyecto proyecto baacutesico y de ejecucioacuten direccioacuten y ejecucioacuten de la obra uso y mantenimiento deconstruccioacuten y reciclado final) Incluye productos de fabricantes y productos geneacutericos
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8Dimensionado
81Procedimientodedimensionado
811CaacutelculodelascorreasdecubiertaLas correas e cubierta son aquellos elementos cuya misioacuten es la de soportar al propio material de cerramiento de la cubierta transmitiendo su peso a las cerchas y estas a su vez a los pilares los cuales transmitiraacuten la carga a los pilares Asiacute mismo desempentildean la funcioacuten de arriostrar los poacuterticos fuera de su plano
Utilizando el generado de poacuterticos se generara un poacutertico y se estableceraacute cierta separacioacuten entre ellos asiacute como tambieacuten se generaraacuten las diferentes cargas de nieve y viento Se seleccionaraacuten las correas y por uacuteltimo se exporta a CYPE 3D
812CreacioacutendelageometriacuteadelanaveAprovechando la estructura que se ha generado con la exportacioacuten que se ha realizado desde el generador de poacuterticos se introducen los elementos restantes para completar la geometriacutea de la nave
Entre los maacutes destacados hay que resaltar
-Pilares intermedios de los poacuterticos de los extremos
-Vigas de atados de cabeza de pilar
-Vigas montantes
-Tirantes de las cruces de San Andreacutes
813DescripcioacutendelosnudosUna vez definida la geometriacutea de la nave se procederaacute a describir el comportamiento de los nudos de la estructura empotrada en esta nave se han asignado los siguientes nudos
-Todos los pilares van con vinculacioacuten exterior empotrada en la base
-Todas las uniones entre pilar-viga se efectuaraacuten con vinculacioacuten interior empotrada que seraacute resuelta a traveacutes de cartelas
-Las uniones entre las vigas de cumbrera iraacuten con vinculacioacuten interior empotrada donde seraacute necesario introducir cartelas
-Las uniones entre elementos de la estructura como vigas de atado de cabeza de pilares vigas montantes o las cruces de San Andreacutes iraacuten articuladas
814DescripcioacutendebarrasPara finalizar se describiraacuten todas las barras de la estructura Para ello se han agrupado todas las barras del mismo tipo para ahorrar trabajo optimizando la gestioacuten el control de caacutelculo y la ejecucioacuten de la estructura
Todas las barras deben predimensionarse con una porcioacuten parecida a la solucioacuten final para que el programa encuentre la solucioacuten lo antes posible Tambieacuten es muy importante disponer una cartela inicial adecuada ajo los dinteles que sea como miacutenimo
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la decima parte de la luz
Tras agrupar las barras de forma clara hay que asignar a toda la estructura el tipo de material S275
815PandeoEn los planos de los poacuterticos se ha considerado la estructura como traslacional y en los planos de los cerramientos y las cubiertas la nave puede considerarse como intraslacional
El criterio que usa CYPE es el siguiente
-El plano deacutebil del perfil se denomina plano ldquoxyrdquo y se corresponde con el plano paralelo a las alas del perfil
-El plano fuerte del perfil se denomina plano ldquoxzrdquo y se corresponde al plano que contiene el alma ce la pieza
Por lo que se aplicaraacuten los diferentes coeficientes de pandeo teniendo en cuenta las condiciones de contorno de las que dispone cada barra para cada plano Los coeficientes asignados son los siguientes
-Pilares exteriores de los poacuterticos interiores xzAElig14 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos interiores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares exteriores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Jaacutecenas xzAElig10 xyAElig0
-Cruces de San Andreacutes xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos interiores xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos exteriores xzAElig1 xyAElig1
Estos coeficientes de pandeo van a afectar decisivamente al caacutelculo de la estructura Es muy importante aplicar estos coeficientes basados en datos sensatos y coherentes y que despueacutes se materialicen en la obra de lo contrario no estariacuteamos calculando la obra que se esta construyendo con el consiguiente riesgo antildeadido
Entre alma y alma de los pilares consecutivos se supone el caso maacutes desfavorablesin cerramiento Esta condicioacuten de contorno hace que se ponga a 07 este coeficiente de pandeo en el plano xy
En el plano de inercia xz los pilares estaacuten empotrados teniendo en la base un nudo que imposibilita su desplazamiento y giro pero en su conexioacuten con el dintel si que puede existir desplazamiento por ello se asignara un coeficiente de pandeo de 14
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En el plano deacutebil de los dinteles tenemos que las correas los arriostran y en el plano fuerte estos dinteles estaacuten biempotrados en sus extremos al pilar y al otro dintel respectivamente En este plano la pieza es biempotrada traslacional por lo que le corresponde un coeficiente de pandeo aproximadamente de 1
Una vez razonados y aplicados los coeficientes de pandeo en cada planoprincipal de cada barra se modificaraacuten los coeficientes de empotramiento de los extremos de las vigas de atado y de los marcos de las cruces de San Andreacutes en cada uno de sus planos para despueacutes articular sus extremos
816FlechasSe limitaraacute la flecha maacutexima en el plano fuerte de las barras sometidas a flexioacuten que es en el plano en que van a dominar las cargas
Se limita la flecha maacutexima de acuerdo con el tipo de edificio y los elementos implicados en la deformacioacuten Seguacuten CTE DB-SE apartado 43 Cuando se considere la integridad de los elementos constructivos considerando soacutelo las deformaciones que se produce despueacutes de la puesta en obra del elemento la flecha relativa es menor que L300 para elementos horizontales y menor de L250 para pilares
817PlacasdeanclajeUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles el propio programa nos calcula las propias placas de anclaje incluyendo dimensiones de las mismas rigidizadores y tamantildeo longitud y nuacutemero de pernos debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
818CimentacioacutenUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles ademaacutes de las placas de anclaje el propio programa nos calcula las reacciones y cargas a cimentacioacuten que nos genera nuestra estructura debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
Utilizaremos como tensioacuten de trabajo del suelo 02 MPa confirmado por el tipo de terreno sobre el que se pretende construirTendremos en cuenta para el caacutelculo de la cimentacioacuten de la nave del presente proyecto tanto la Norma EHE como el CTE en su apartado destinado a cimentaciones CTE parte 2-DB SE-C- Seguridad Estructural
82Accionesconsideradas
821CargaspermanentesLas cargas permanentes estaacute constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que estaacuten permanentemente unidos a la
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
ܥ ൌ ͳǡ͵
ൌ ͳ
௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
ǣ
De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
ഝభబ െ ͳሻοߠǡ௧
siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
ܣ
Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
ͺǣ
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
ͻǣ
Agradecimientos
A los tutores por su paciencia
a los amigos por su tiempo
y a los familiares por su apoyo
Summary
The aim of this project is to design and calculate the steel structure of an industrial building in the city of Villarreal in the province of Castelloacuten Valencia Spain This industrial building will be dedicated to the storage of electronic equipment Subsequently the application of different methods of passive fire protection will be studied and compared
Firstly the design and the calculation of the steel structure will be carried out by using specific software The design is conditioned by the necessities of the future use of the industrial building and its location The calculation of the structure will be performed in accordance with the national standard CoacutedigoTeacutecnico de la Edificacioacuten
The second part of this work will be to evaluate several techniques of passive fire protection and make a study to determine which one is the best solution from the economic point of view The different cases studied are unprotected sections and four other scenarios which include different types of passive protection rock wool plasterboard mortar projection and intumescent paint
This second part will be developed according to the corresponding standards Again theCoacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacutenwill be employed specificallytheDocumento Baacutesico de Proteccioacuten en caso de incendio (CTE DB-SI) Sincethestructurewill be hold industrial facilities theReglamento de Seguridad contra Incendios en los Establecimientos Industriales (RSCIEI Real Decreto 22672004) will be usedtoo
According to these standards the structure safety requirements in case of fire will be defined and established taking into account its characteristics Then for each case outlined above the required passive protection will be calculated and described with detail
Finally an economic study of each option considered will be carried out This analysis will be developed in order to compare the different techniques used so it will be possible to determine which is the most appropriate method to be applied from the economic point of view
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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MEMORIA
1Introduction5
2Objetodelproyecto6
3Elacero731Caracteriacutesticasmecaacutenicasdelacero732Caracteriacutesticastecnoloacutegicasdelacero833Lostiposdeaceromaacutesusadosenestructuras834Ventajasdelasestructurasmetaacutelicas8
4Elementosestructurales1041Cimentacioacuten10ͶǤͳǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͲͶǤͳǤʹǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͲ
42Placasdeanclaje1143Pilares1144Vigas12ͶǤͶǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳʹͶǤͶǤʹiumlǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳʹͶǤͶǤ͵ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳʹͶǤͶǤͶǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳʹͶǤͶǤͷǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳ͵ͶǤͶǤAgraveǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳ͵
45Correas1346Arriostramientos1447MediosdeUnioacuten14ͶǤǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͶͶǤǤʹǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͶ
48Tipologiacuteasestructurales15ͶǤͺǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͷͶǤͺǤʹtimesǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͷ
5Durabilidaddelasestructuras1651Proteccionesparaestructurasmetaacutelicas16ͷǤͳǤͳtimesǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͷǤͳǤʹtimestimesǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳ
52DurabilidaddelHormigoacuten176Casodeestudio1861Descripcioacutendelanave1862Localizacioacuten1963Normativamunicipal2064Normativalegalaplicableatodalanave21
7Metodologiacuteadecaacutelculo2271Generadordepoacuterticos2272Cype3D2273Generadordeprecios23
8Dimensionado2481Procedimientodedimensionado24ͺǤͳǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͶͺǤͳǤʹtimesAgraveǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͶͺǤͳǤ͵timesǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͶͺǤͳǤͶtimesǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ Ͷ
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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ͺǤͳǤͷǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͷͺǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺǤͳǤͺtimesǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ
82Accionesconsideradas26ͺǤʹǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺǤʹǤʹǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺǤʹǤ͵ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺǤʹǤͶǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺǤʹǤͷǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺ
9Disentildeofinal2991Elementos29
10Cargadefuego30101Caacutelculodelacargadefuegodelaestructura30
11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios34111Elementosdeproteccioacuten34ͳͳǤͳǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤ͵ ͶͳͳǤͳǤʹǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤ͵ ͷͳͳǤͳǤ͵ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤ͵ ͳͳǤͳǤͶǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤ͵
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones3812Elfuegoylasprotecciones40121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego40122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten41123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten44124Caacutelculodelastemperaturascriacuteticas48125ComprobacioacutendelasmedidasobtenidasporelCYPE54
13Conclusions56
14Bibliografiacutea57ANEXODECAacuteLCULOS1Caacutelculodelasbarras5911CruzdeSanAndreacutesdecubierta5912CruzdeSanAndreacutesdeloslaterales6213Jaacutecenaexteriorpoacuterticodefachada6514Jaacutecenaexteriorpoacuterticointerior7715Jaacutecenainteriorpoacuterticodefachada8916Jaacutecenainteriorpoacuterticointerior10117Pilarmuropintildeoacuten11118Pilarexteriorpoacuterticodefachada12119Pilarexteriorpoacuterticointerior133110Pilarinteriorpoacuterticodefachada145111Pilarinteriorpoacuterticointerior157112Vigaperimetralexteriorpoacuterticodefachada167113Vigaperimetralexteriorpoacuterticodeinterior176114Vigaperimetralinteriorpoacuterticoexterior183115Vigaperimetralinteriorpoacuterticointerior192
2Caacutelculodelasplacasdeanclaje199
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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21Placadelpilarinteriorpoacuterticointerior19922Placadelpilarexteriorpoacuterticointerior20423Placadelpilarexteriorpoacuterticoexterior20924Placadelpilarinteriorpoacuterticoexterior21325Placadelpilardefachada217
3Caacutelculodelascimentaciones22231Zapataexteriordeunpoacuterticointerior22232Zapataesquinera22533Zapatadepoacuterticodefachada(IPE550)22734Zapatadepoacuterticodefachada(HEA550)22935Zapatainteriordeunpoacuterticointerior(1)23236Zapatainteriordeunpoacuterticointerior(2)234
PLANOSPlanodecubiertaPlanodecimentacioacuten(1)Planodecimentacioacuten(2)PoacuterticodefachadaylateralPlanodeplacasdeanclajePlanopoacuterticointeriorPlanodezapatas(1)Planodezapatas(2)Planodevigascentradoras(1)Planodevigascentradoras(2)PLIEGODECONDICIONES1Desbroceylimpiezadelterreno237
2Zapatadecimentacioacutendehormigoacutenarmado238
3Vigaentrezapatas240
4Placadeanclajeconpernossoldadosypreparacioacutendebordes241
5Aceroenpilares243
6Aceroenvigas244
7Aceroencorreasmetaacutelicas246
8Cubiertainclinadadeplacas247
9Proteccioacutendelaestructurametaacutelicasistemarockwool248
10ProteccioacutendelaestructurametaacutelicasistemaPlaco249
11Proteccioacutendelaestructurametaacutelicaconpinturaintumescente250
PRESUPUESTOS1PresupuestodelaestructuraǩǨǤ
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2PresupuestodeproteccioacutenconrockwoolǩǨǤ3PresupuestodeproteccioacutenconplacasdeyesoǩǨǤ4PresupuestodeproteccioacutenconpinturaintumescenteǩǨǤ
MEMORIA
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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1Introduction The aim of this project is to calculate the steel structure of an industrial building in Villareal and its fire passive protection with different methods rock wool plasterboard mortar projection and intumescent paint This industrial building will be dedicated to the storage of electronic equipment which has an specific area to develop the activity inside The industrial building whose shape is perfectly rectangular has the following dimensions 85m (length) x 50m (width) x 9m (height) It is situated in the industrial area of Villareal at the street Camiacute Onda Castelloacute Vell This work borns from the need to study different solutions of fire pasive protection systems to determine which is the best solution from the economic point of view After calculating the metallic structure the design for each one of the alternatives will be developed and from these options it will be studied wich is the best option
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2Objetodelproyecto El objeto de dicho proyectosiempre teniendo en cuenta la normativa vigente es el siguiente -Caacutelculo y descripcioacuten de la estructura metaacutelica que constituiraacute la nave industrial asiacute como la justificacioacuten de las acciones utilizadas y de las soluciones adoptadas -Caacutelculo de la carga de fuego en la nave industrial calculada -Caacutelculo y descripcioacuten de la proteccioacuten necesaria contra el fuego comparando teacutecnica y econoacutemicamente el uso de diferentes protecciones -Anaacutelisis de los presupuestos de las diferentes protecciones para establecer cuaacutel de ella es mejor desde el punto de vista econoacutemico
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3ElaceroLos metales que se emplean en estructuras metaacutelicas son principalmente el acero ordinario el acero inoxidable y el aluminio
El acero es el material estructural por excelencia para grandes alturas puesto que resuelve con eacutexito los planteamientos estructurales de soportar el peso con pilares de dimensiones reducidas resistir el empuje ante el vuelco y evitar movimientos debidos a la accioacuten del viento
El acero ordinario es el maacutes empleado y existen los siguientes tipos (seguacuten la norma EN 10027)
S235JR S235J0 S275JR
S275J0 S355JR S355J0
S235J2 S275J2 S355J2
La primera sigla es una ldquoSrdquo (de Steel acero en lengua inglesa)
La siguiente cantidad numeacuterica es el liacutemite elaacutestico en MPa en elementos cuyo espesor no supere los 16 mm En espesores superiores la resistencia de caacutelculo es menor
Las uacuteltimas siglas indican su sensibilidad a la rotura fraacutegil y su soldabilidad
- JR para construcciones ordinarias
- J0 cuando se requiere alta soldabilidad y resistencia a la rotura fraacutegil
- J2 cuando se requiere exigencias especiales de resistencia resistencia a la rotura fraacutegil y soldabilidad
31CaracteriacutesticasmecaacutenicasdelaceroLos valores fundamentales para el disentildeo de las piezas de acero son
-El liacutemite elaacutestico El liacutemite elaacutestico es la carga unitaria para la que se inicia el escaloacuten de cedencia es decir a partir del cual las deformaciones no son recuperables
-El liacutemite de rotura El liacutemite de rotura es la carga unitaria maacutexima soportada por el acero en el ensayo de traccioacuten Los valores del liacutemite elaacutestico y de rotura dependen del tipo de acero pero hay otras caracteriacutesticas que son comunes para todos los aceros
-Moacutedulo de Elasticidad E=210 GPa
-Moacutedulo de Rigidez G=81 GPa
-Coeficiente de Poisson 03
-Coeficiente de dilatacioacuten teacutermica 12middot10-5 (ordmC)-1
-Densidad 7850 kgm3
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32CaracteriacutesticastecnoloacutegicasdelaceroLa soldabilidades la aptitud de un acero para ser soldado mediante los procedimientos habituales sin que aparezca fisuracioacuten en friacuteo Es una caracteriacutestica tecnoloacutegica importante de cara a la ejecucioacuten de la estructura
La resistencia al desgarro laminar del acero se define como la resistencia a la aparicioacuten de defectos en piezas soldadas sometidas a tensiones de traccioacuten en direccioacuten perpendicular a su superficie
La aptitud al doblado es un iacutendice de la ductilidad del material y se define por la ausencia o presencia de fisuras en el ensayo de doblado
33LostiposdeaceromaacutesusadosenestructurasLos siguientes tipos de acero utilizables en perfiles y chapas para estructuras de acero
-Aceros laminados en caliente Se entiende por tales los aceros no aleados sin caracteriacutesticas especiales de resistencia mecaacutenica ni resistencia a la corrosioacuten y con una microestructura normal
-Aceros con caracteriacutesticas especiales Se consideran los siguientes tipos
-Aceros normalizados de grano fino para construccioacuten soldada
-Aceros de laminado termomecaacutenico de grano fino para construccioacuten soldada
-Aceros con resistencia mejorada a la corrosioacuten
-Aceros templados y revenidos
-Aceros con resistencia mejorada a la deformacioacuten en la direccioacuten perpendicular a la superficie del producto
-Aceros conformados en friacuteo Se entiende por tales los aceros cuyo proceso de fabricacioacuten consiste en un conformado en friacuteo que les confiere unas caracteriacutesticas especiacuteficas desde los puntos de vista de la seccioacuten y la resistencia mecaacutenica
34Ventajasdelasestructurasmetaacutelicas Antantildeo en cuanto al caacutelculo se refiere el eacutexito o el fracaso de la obra se determinaba seguacuten si el edificio a calcular en cuestioacuten era capaz de soportar las cargar que se le aplicaban o no Progresivamente a traveacutes de siglos de estudio y experiencia el conocimiento sobre dimensionado de elementos estructurales se ha visto ampliado gracias al estudio de la materia por lo que se han llegado a establecer diversas teacutecnicas de caacutelculo que permiten que el disentildeo estructural tenga unos resultados muy fiables
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Naturalmente las estructuras metaacutelicas presentan ciertas ventajas frente a las estructuras de hormigoacuten las cuales vienen principalmente de las diferencias entre los materiales Las maacutes importantes se relatan a continuacioacuten -Realizacioacuten del maacuteximo trabajo en taller ejecutando todas las soldaduras y dejando todos los elementos listos para el ensamblaje mediante uniones atornilladas en obra -Garantiza un estricto control de calidad reduciendo la posibilidad de fallo humano -Permite la proyeccioacuten de naves con elevadas luces resultando naves maacutes ligeras y esbeltas -Gracias a la ligereza de la estructura y a las diferencias de seccioacuten necesarias para la misma obra frente a otros materiales el aprovechamiento del espacio es maacuteximo -Enorme adaptabilidad a cualquier solucioacuten deseada ya sea por medio de entramados riacutegidos o articulados -Gran facilidad en el ensamblaje de la obra durante su ejecucioacuten -Precios muy competitivos frente a otros materiales ademaacutes de la rapidez de ejecucioacuten de la obra lo que lleva a un correcto plan de obra que a su vez permitiraacute un ahorro en los costes de construccioacuten A la vez la ligereza de las estructuras metaacutelicas implican una reduccioacuten de los costes de transporte y una reduccioacuten del coste de las cimentaciones -La adaptabilidad del acero es de especial relevancia en casos de rehabilitacioacuten ya sea para reforzar estructuras existentes o para una completa reconstruccioacuten manteniendo las fachadas El acero se entrega prefabricado en obra no necesita ser apuntalado y tampoco sufre retraccioacuten o fluencia por lo que puede asumir carga de inmediato -El desarrollo de nuevos sistemas de proteccioacuten contra la corrosioacuten garantizan con un mantenimiento miacutenimo una vida casi ilimitada para las estructuras realizadas con acero -Cuando termina la vida uacutetil del edificio la estructura metaacutelica de acero puede ser desmontada y posteriormente utilizada en nuevos usos o ser re-aprovechada con un faacutecil reciclaje -La estructura metaacutelica en acero supone un peso reducido segura en caso de seiacutesmo
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4ElementosestructuralesAlgunos de los elementos resistentes de que constan las estructuras industriales son los siguientes
41CimentacioacutenSe denomina cimentacioacuten al conjunto de elementos estructurales cuya misioacuten es transmitir las cargas de la edificacioacuten o elementos apoyados a este al suelo distribuyeacutendolas de forma que no superen su presioacuten admisible ni produzcan cargas zonales Debido a que la resistencia del suelo es generalmente menor que la de los pilares o muros que soportaraacute el aacuterea de contacto entre el suelo y la cimentacioacuten seraacute proporcionalmente maacutes grande que los elementos soportados
La eleccioacuten del tipo de cimentacioacuten depende especialmente de las caracteriacutesticas mecaacutenicas del terreno como su cohesioacuten su aacutengulo de rozamiento interno posicioacuten del nivel freaacutetico y tambieacuten de la magnitud de las cargas existentes A partir de todos esos datos se calcula la capacidad portante que junto con la homogeneidad del terreno aconsejan usar un tipo u otro diferente de cimentacioacuten Siempre que es posible se emplean cimentaciones superficiales ya que son el tipo de cimentacioacuten menos costoso y maacutes simple de ejecutar Cuando por problemas con la capacidad portante o la homogeneidad del mismo no es posible usar cimentacioacuten superficial se valoran otros tipos de cimentaciones Hay dos tipos fundamentales de cimentacioacuten directas y profundas
411CimentacionessuperficialesodirectasSon aquellas que se apoyan en las capas superficiales o poco profundas del suelo por tener eacuteste suficiente capacidad portante por tratarse de construcciones de importancia secundaria y relativamente livianas En este tipo de cimentacioacuten la carga se reparte en un plano de apoyo horizontal Las cimentaciones superficiales se clasifican en -Cimentaciones cicloacutepeas -Zapatas Zapatas aisladas Zapatas corridas Zapatas combinadas -Losas de cimentacioacuten
412CimentacionesprofundasSe basan en el esfuerzo cortante entre el terreno y la cimentacioacuten para soportar las cargas aplicadas o maacutes exactamente en la friccioacuten vertical entre la cimentacioacuten y el terreno Deben ubicarse maacutes profundamente para poder distribuir sobre una gran aacuterea un esfuerzo suficientemente grande para soportar la carga Algunos meacutetodos utilizados en cimentaciones profundas son -Pilotes son elementos de cimentacioacuten esbeltos que se hincan (pilotes de desplazamiento prefabricados) o construyen en una cavidad previamente abierta en el
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terreno (pilotes de extraccioacuten ejecutados in situ) -Pantallas es necesario anclar el muro al terreno
Pantallas isostaacuteticas con una liacutenea de anclajes Pantallas hiperestaacuteticas dos o maacutes liacuteneas de anclajes
42PlacasdeanclajeLas placas de anclaje son elementos estructurales que se emplean para unir los soportes metaacutelicos a la cimentacioacuten y que tienen como objeto hacer que la transicioacuten del acero al hormigoacuten se realice sin que en ninguacuten punto se sobrepasen las tensiones admisibles en este material
El material que constituye el cimiento (casi siempre hormigoacuten) es menos resistente que el acero por lo que la base debe ampliar la seccioacuten del soporte de acero hasta conseguir una superficie adecuada de contacto con el hormigoacuten para que la transmisioacuten de esfuerzos de uno a otro material sea lo maacutes uniforme posible
La placa de anclaje debe estar sujeta al cimiento mediante unos pernos de anclaje que quedan embebidos en el hormigoacuten y que al fraguar y endurecer eacuteste trabajan por adherencia
Los elementos que constituyen una base del tipo generalmente utilizado en edificacioacuten son
-Placa de base o de reparto
-Cartelas de rigidez
-Pernos de anclaje
Salvo en el caso excepcional de que el pie del soporte sea articulado los soportes se consideran empotrados en la cimentacioacuten lo que hace que la placa de anclaje deba prepararse para resistir los siguientes esfuerzos axil momento flector cortante y momento torsor
43PilaresLos pilares son elementos verticales sometidos principalmente a compresioacuten y a flexioacuten pequentildea o nula Son los elementos que transmiten las cargas verticales al terreno a traveacutes de los cimientos y las bases Para dimensionar un pilar se tendraacute en cuenta el tipo de acero el tipo de carga que va a recibir el perfil la longitud del soporte (por si hubiese pandeo) y la carga axial de compresioacuten
Los pilares simples maacutes utilizados son el HEB el HEA el IPN y el IPE Con ellos se obtiene gran aprovechamiento y son muy aptos para formar pilares en poacuterticos riacutegidos
Lo pilares simples de varios perfiles maacutes utilizados son los formados por 2 UPN
Los pilares compuestos se obtienen acoplando perfiles separados enlazados por medio de elementos transversales discontinuos Pueden estar unidos mediante presillas o
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mediante celosiacutea
44VigasLas jaacutecenas o vigas son elementos lineales en las que una dimensioacuten predomina sobre las otras dos Su forma de trabajo es casi exclusivamente a flexioacuten por ello suelen adoptar forma de I para tratar de obtener la maacutexima inercia y el mayor moacutedulo resistente con el material disponible tratando de mejorar el rendimiento
Las vigas son los elementos sustentantes horizontales o como en las cubiertas ligeramente inclinados que reciben las cargas verticales y las transmiten trabajando a flexioacuten a los pilares o apoyos
Las cargas que la viga recibe producen en sus secciones los siguientes esfuerzos momento flector esfuerzo cortante y torsiones (algunas veces)
441VigassimplesLos perfiles empleados son IPN IPE o HE El empleo de los perfiles IPE resulta maacutes econoacutemico en general tanto por su mayor rendimiento mecaacutenico como por la simplificacioacuten que en empalmes y uniones proporciona el espesor uniforme de las alas
Los perfiles simples laminados tienen la ventaja sobre la viga armada que para igual resistencia su coste es menor
442VigasmuacuteltiplesSon las vigas constituidas por dos o maacutes perfiles I adosados unidos a traveacutes de elementos de unioacuten tales como perfiles presillas tornillos pasantes etc que solidaricen eficazmente los perfiles componentes
443VigasreforzadasLa utilizacioacuten de refuerzos con chapa o pletina en las estructuras metaacutelicas es de gran eficacia para conseguir ahorro de material
Que un refuerzo sea econoacutemico o no depende de los valores relativos de la chapa el perfil y el cordoacuten de soldadura
El elemento de refuerzo maacutes utilizado es la chapa o platabanda Se utilizan estos refuerzos cuando queremos moacutedulos resistentes (W) mayores que los existentes en el mercado o cuando exista limitacioacuten de canto
444VigasojaacutecenasarmadasLas vigas armadas estaacuten formadas por varias pletinas o chapas unidas con cualquiera de los medios de unioacuten soldadura roblones angulares y tornillos etc
Para unas solicitaciones determinadas siempre es posible encontrar una viga armada de menor peso que el perfil laminado que corresponderiacutea a esas solicitaciones Sin embargo aun con mayor peso los perfiles laminados son siempre maacutes econoacutemicos que las vigas armadas debido al menor coste de fabricacioacuten
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445VigasojaacutecenasaligeradasSon vigas de alma aligerada
La solucioacuten de las vigas aligeradas puede resultar muy econoacutemica cuando pueda adoptarse el canto que se estime maacutes conveniente y cuando la flexioacuten predomine sobre el esfuerzo cortante es decir cuando se trate de luces grandes y de cargas moderadas
A esta clase de vigas se les ha dado diversas denominaciones vigas alveoladas vigas void en panal de abeja
446VigasdecelosiacuteaLas vigas de celosiacutea son de gran utilidad en las construcciones metaacutelicas especialmente en edificaciones industriales y para grandes luces
Para luces de cierta importancia el peso de estas vigas es inferior al de las vigas de alma llena equivalentes El coste de una estructura es el resultado de tres sumandos coste del material de la fabricacioacuten y del montaje Estos uacuteltimos variacutean notablemente seguacuten las circunstancias
El mejor aprovechamiento a efectos resistentes de las vigas de celosiacutea con relacioacuten a las de alma llena se refleja en que mientras que en una viga de alma llena las tensiones maacuteximas de agotamiento se alcanzaraacuten soacutelo en dos puntos de su seccioacuten en una barra triangulada puede conseguirse que toda la seccioacuten tanto los cordones como las diagonales se agoten uniformemente teniendo en cuenta que las barras a compresioacuten deben dimensionarse teniendo en cuenta el pandeo
Las vigas de celosiacutea suelen estar constituidas por cordoacuten superior cordoacuten inferior elementos de relleno (montantes y diagonales) y medios de unioacuten (cartelas soldadura tornilleriacutea etc)
Los cordones pueden ser paralelos o no A aquellos cuyos cordones son paralelos se les llama ldquovigas de celosiacuteardquo mientras que las que tienen dichos cordones inclinados se les denomina ldquocerchasrdquo
En las cerchas el cordoacuten superior sigue la inclinacioacuten de la cubierta Suelen ser estructuras ligeras con cartelas simples y barras constituidas por angulares o simples T
Las posibilidades y variedades de las vigas de celosiacutea son praacutecticamente infinitas seguacuten el trazado de los cordones y la disposicioacuten de la triangulacioacuten Sin embargo existen unos tipos que podriacuteamos llamar claacutesicos y son Pratt Howe y Warren
45CorreasLas correas son las vigas en que se apoya la chapa u otro tipo de techumbre por lo que tienen que soportar su peso asiacute como el debido a posibles cargas de nieve y viento Se encuentran a su vez apoyadas sobre las cerchas o los poacuterticos normalmente en un plano inclinado lo que hace tender a flectar tambieacuten en el sentido de la inclinacioacuten Siendo variable su separacioacuten dependiendo del material de cubierta etc
El apoyo de las correas sobre las cerchas o poacuterticos se aseguraraacute bien mediante uniones soldadas (un cordoacuten por cada lado de la correa con el maacuteximo espesor que permita la
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unioacuten) bien mediante uniones remachadas ponieacutendose un casquillo en angular
Las correas se calcularaacuten como vigas apoyadas con carga uniformemente distribuida
Suelen emplearse perfiles IPN simple T perfil Z o vigas de celosiacutea
46ArriostramientosTienen la funcioacuten de transmitir los esfuerzos producidos por el viento frontal sobre el poacutertico extremo a las paredes laterales que a su vez los transmitiraacuten al suelo
El arriostramiento baacutesico es la Cruz de San Andreacutes en forma de aspa que se coloca entre dos cerchas o poacuterticos y pueden abarcar varias correas para evitar aacutengulos pequentildeos y repartir bien los esfuerzos a las barras
Este tipo de configuracioacuten presenta el inconveniente de ser estaacuteticamente indeterminado con lo que tenemos que hacer hipoacutetesis para llegar a una que sea determinada Estas hipoacutetesis se hacen respecto a las diagonales cruzadas observando que cuando una diagonal estaacute en tensioacuten la contradiagonal estaacute en compresioacuten Por lo general se toman dos meacutetodos de anaacutelisis
-Si las diagonales se disentildean esbeltas es razonable suponer que no soportaraacuten esfuerzos de compresioacuten pues en caso contrario podriacutean pandear con gran facilidad Por lo tanto la fuerza cortante seraacute absorbida iacutentegramente por la diagonal en tensioacuten mientras que la diagonal en compresioacuten se supone que es un elemento que no trabaja es decir a todos los efectos es como si no existiese
-Si las barras diagonales se construyen con secciones robustas seraacuten capaces de soportar fuerzas de tensioacuten y de compresioacuten En este caso supondremos que cada diagonal toma la mitad de la fuerza cortante que aparezca
-Por estar sometidos a esfuerzos de traccioacuten estos elementos seraacuten esbeltos y de seccioacuten circular o rectangular (barras y varillas) existiendo tambieacuten de seccioacuten angular
-Las varillas (seccioacuten circular) han de engrosarse en sus extremos para compensar la peacuterdida de seccioacuten que supone la realizacioacuten de roscas para su fijacioacuten si bien en ocasiones se opta por disentildear tomando como seccioacuten resistente la correspondiente al aacuterea de la seccioacuten transversal de la rosca pues esta solucioacuten suele resultar maacutes econoacutemica aunque la pieza en este caso resulta ser maacutes sensible a efectos de impacto y de fatiga tendiendo a fallar por la zona de la rosca
47MediosdeUnioacuten
471UnionesatornilladasLos medios de unioacuten contemplados son los constituidos por tornillos tuercas y arandelas que deberaacuten estar normalizados y corresponder a los mismos grados del material que unen liacutemite elaacutestico y resistencia a traccioacuten
472UnionessoldadasUn acero se considera soldable seguacuten un grado un procedimiento determinado y para una aplicacioacuten especiacutefica cuando mediante la teacutecnica apropiada se puede conseguir la
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continuidad metaacutelica de la unioacuten y eacutesta cumpla con las exigencias requeridas
El material de aportacioacuten utilizable para la realizacioacuten de soldaduras (electrodos) deberaacute ser apropiado para el proceso de soldeo teniendo en cuenta al material a soldar y el procedimiento de soldeo ademaacutes deberaacute tener unas caracteriacutesticas mecaacutenicas en teacuterminos de liacutemite elaacutestico resistencia a traccioacuten deformacioacuten bajo carga maacutexima etc no inferiores a las correspondientes del material de base que constituye los perfiles o chapas que se pretende soldar
Meacutetodos de soldadura
-Soldadura manual con electrodo recubierto con recubrimientos de tipo rutilo o baacutesico
-Soldadura semiautomaacutetica bajo proteccioacuten gaseosa con hilo macizo tubular relleno de flux con transferencia de lluvia
-Soldadura semiautomaacutetica con hilo tubular relleno de flux sin proteccioacuten gaseosa con transferencia de lluvia
-Soldadura automaacutetica con arco sumergido
48TipologiacuteasestructuralesA la combinacioacuten de los distintos elementos estructurales y los materiales de que estaacuten hechos se les denomina sistema estructural Dichos sistemas estructurales pueden estar constituidos por la combinacioacuten de uno o varios tipos baacutesicos de estructuras Se recogen seguidamente una breve introduccioacuten a algunos de los tipos estructurales maacutes comunes en las construcciones industriales
481CerchasSon la parte principal de la cubierta Sobre eacutestas se apoyan las correas de tal forma que permiten que se transmitan las cargas actuantes sobre las correas a los soportes
Existen muchos tipos diferentes de cerchas y seguacuten sus triangulaciones asiacute podraacuten ser para mayor o menor luz
482PoacuterticosomarcosSe componen de vigas y columnas que estaacuten unidas entre siacute bien riacutegidamente o bien mediante articulaciones
Se clasifican en poacuterticos simples y poacuterticos muacuteltiples seguacuten consten de uno o varios vanos
Suelen ser poacuterticos a dos aguas adaptaacutendose a la inclinacioacuten de los faldones con lo que se aprovecha maacutes el interior al no existir tirantes
El trabajo de un poacutertico es el de una viga apoyada por medio de empotramiento en dos soportes Los elementos que lo forman suelen ser de alma llena Los encuentros se refuerzan con cartelas formadas por trozos de perfiles que rigidizan el nudo y ayudan a contrarrestar el empuje que ejerce el poacutertico hacia el exterior
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5DurabilidaddelasestructurasLa durabilidad de una estructura de acero es su capacidad para soportar durante la vida uacutetil para la que ha sido proyectada las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que estaacute expuesta y que podriacutean llegar a provocar su degradacioacuten como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el anaacutelisis estructural
Para conseguir la durabilidad adecuada seraacute necesario seguir una estrategia que contemple todos los posibles mecanismos de degradacioacuten adoptando medidas especiacuteficas en funcioacuten de la agresividad a la que se encuentre sometido cada elemento
Deberaacuten incluirse al menos los siguientes aspectos
-Seleccioacuten de la forma estructural definiendo en el proyecto los esquemas estructurales las formas geomeacutetricas y los detalles que sean compatibles con la consecucioacuten de una adecuada durabilidad de la estructura Se facilitaraacute la preparacioacuten de las superficies el pintado las inspecciones y el mantenimiento
-Se procuraraacute evitar el empleo de disentildeos estructurales que conduzcan a una susceptibilidad elevada a la corrosioacuten eligiendo formas de los elementos sencillas
-Se reduciraacute al miacutenimo el contacto directo entre las superficies de acero y el agua
-Se evitaraacute el contacto directo del acero con otros metales (el aluminio de las carpinteriacuteas de cerramiento muros cortina etc)
-Cuando la estructura presente aacutereas cerradas o elementos huecos debe cuidarse que esteacuten protegidos de manera efectiva contra la corrosioacuten mediante soldadura continua
En casos de especial agresividad cuando las medidas normales de proteccioacuten no se consideren suficientes se podraacute recurrir a la disposicioacuten de sistemas especiales de proteccioacuten (materiales de recubrimiento en polvo productos para tratamiento quiacutemico de superficies)
51ProteccionesparaestructurasmetaacutelicasUna vez finalizada la construccioacuten de las estructuras metaacutelicas pueden aparecer problemas por alguna de las siguientes causas
Efectos del calor como consecuencia de incendios
Oxidacioacuten excesiva y consiguiente corrosioacuten
511ProteccioacutencontraincendiosAunque el hierro no es combustible no se puede considerar resistente al fuego no soacutelo porque disminuye sus resistencia en cuanto pasa de 500ordmC sino porque por efecto de su dilatacioacuten sufre grandes deformacionesLos materiales de proteccioacuten del acero que pueden utilizarse son granito maacutermol hormigoacuten faacutebrica de ladrillo ceraacutemico con mortero de cemento placas de yeso pinturas intumescentes etc
512ProteccioacutencontracorrosioacutenLa oxidacioacuten constituye el peor enemigo de las construcciones metaacutelicas Para evitarlo
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se cubre con un revestimiento protector y es indispensable que la superficie a tratar esteacute limpia de suciedad y oacutexido Deberaacute considerarse conjuntamente el tratamiento de proteccioacuten frente a incendio ya que los requisitos del mismo pueden determinar un grado de defensa frente a la corrosioacuten muy superior al estrictamente necesario especialmente en el caso de pinturas intumescentes y morteros proyectados
52DurabilidaddelHormigoacutenSe define en la Instruccioacuten espantildeola EHE la durabilidad del hormigoacuten como la capacidad para comportarse satisfactoriamente frente a las acciones fiacutesicas y quiacutemicas agresivas a lo largo de la vida uacutetil de la estructura protegiendo tambieacuten las armaduras y elementos metaacutelicos embebidos en su interior Por tanto no solo hay que considerar los efectos provocados por las cargas y solicitaciones sino tambieacuten las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que se expone Por ello se considera el tipo de ambiente en que se va a encontrar la estructura y que puede afectar a la corrosioacuten de las armaduras ambientes quiacutemicos agresivos zonas afectadas por ciclos de hielo-deshielo etc Para garantizar la durabilidad del hormigoacuten y la proteccioacuten de las armaduras frente a la corrosioacuten es importante realizar un hormigoacuten con una permeabilidad reducida realizando una mezcla con una relacioacuten aguacemento baja una compactacioacuten idoacutenea un peso en cemento adecuado y la hidratacioacuten suficiente de eacuteste antildeadiendo agua de curado para completarlo De esta forma se consigue que haya los menos poros posibles y una red capilar interna poco comunicada y asiacute se reducen los ataques al hormigoacuten En los casos de existencia de sulfatos en el terreno o de agua de mar se deben emplear cementos especiales Para prevenir la corrosioacuten de armaduras hay que cuidar el recubrimiento miacutenimo de las mismas
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6Casodeestudio 61Descripcioacutendelanave La nave que se pretende calcular es una nave formada por dos poacuterticos adosados a dos aguas con una longitud total de 85m La separacioacuten de los poacuterticos entre siacute va a ser de 5m La luz de dicha nave va a ser de 25m por cada poacutertico la altura de cabeza de pilar va a ser de 7m y la de cumbrera de 9m A continuacioacuten se adjunta una foto del esqueleto de la nave donde se puede observar que en los poacuterticos de los extremos se han situado arriostramientos para transmitir los efectos de las acciones a la cimentacioacuten
Figura 1 Nave industrial del caso de estudio
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62Localizacioacuten La nave industrial que se ha calculado en el presente proyecto se ubicaraacute en la parcela nordm36 del poliacutegono industrial de Villareal con acceso principal en la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell sn El poliacutegono industrial cuanta con buenos viales de comunicacioacuten que permiten localizarla sin dificultad como queda definido en la siguiente imagen de situacioacuten Aclaracioacuten Tras tomar la salida del poliacutegono industrial desde la nacional 340 por la avenida Castelloacute y tomar la primera salida en la primera rotonda se llega a la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell donde esta la nave situada
Figura 2 Accesos a la nave industrial
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63Normativamunicipal
Figura 3 Situacioacuten geograacutefica de la nave industrial Todas las obras a realizar por el presente proyecto se someteraacuten a la normativa municipal que indique el Excmo Ayuntamiento de Villareal Castelloacuten
La superficie total de la parcela seguacuten el catastro es de 719333 m2
La parcela estaacute clasificada como suelo urbano Industrial y su aprovechamiento urbaniacutestico es el que se pasa a detallar a continuacioacuten
Superficie maacutexima edificable 719333 m2 13 = 553333 m2
Ocupacioacuten permitida 100
Volumen maacuteximo sin especificacioacuten
Plazas de parking miacutenimo una plaza por cada 200 m2
Vallado miacutenimo 2m de altura
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64NormativalegalaplicableatodalanaveEn la redaccioacuten del presente Proyecto de Ejecucioacuten se ha tenido en cuenta
-Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacuten (CTE) y particularmente sus siguientes documentos baacutesicos (DB)El DB-SE constituye la base para los Documentos Baacutesicos siguientes y se utilizaraacute conjuntamente con ellos
-Documento Baacutesico SE (Seguridad Estructural)
-Documento Baacutesico SE-AE (Acciones en la Edificacioacuten)
En este Documento Baacutesico se establecen las formas en que deben combinarse las diferentes acciones que actuacutean sobre el edificio definiendo los diferentes coeficientes de seguridad de forma global para todos los materiales De esta forma se establecen entre otros los liacutemites de las deformaciones admisibles que deben verificar las estructuras de edificacioacuten
-Documento Baacutesico SE-A (Acciones de la edificacioacuten)
En el campo de aplicacioacuten de este Documento Baacutesico es el de la determinacioacuten de las acciones permanentes variables y accidentales sobre los edificios para verificar el cumplimiento de los requisitos de seguridad estructural (capacidad portante y estabilidad) y aptitud al servicio establecidos en el DB-SE
-Documento Baacutesico SE-A (Seguridad Estructural Acero)
En este documento se adopta baacutesicamente el enfoque del Eurocoacutedigo de acero EN-1993 contemplando las distintas combinaciones de caacutelculo elaacutestico y plaacutestico en base a la clasificacioacuten de secciones seguacuten el Eurocoacutedigo El documento se adapta al tipo de aceros que se comercializan actualmente e incluye modelos de anaacutelisis para uniones
-Documento Baacutesico SI (Seguridad en caso de Incendio)
Este Documento Baacutesico es una normativa de construccioacuten espantildeola que forma parte del Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacutenregula especiacuteficamente las medidas de proteccioacuten contra incendios con que deben contar los edificios de nueva planta Es una normativa de obligado cumplimiento en Espantildea por lo que todos los edificios construidos desde su entrada en vigor en 2006 deben incorporar las soluciones constructivas que recoge la normativa a excepcioacuten de los edificios industriales que se rigen por el Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales
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7MetodologiacuteadecaacutelculoEl caacutelculo de la nave se llevaraacute a cabo con la herramienta de software de CYPE Ingenieros versioacuten 2015
Este programa es capaz de calcular edificios naves industriales y cualquier otro tupo de estructura Mediante la aplicacioacuten de meacutetodos matriciales obtiene una forma relativamente sencilla y fiable del dimensionado y la optimizacioacuten de estructuras
El software de CYPE Ingenieros se estructura en diferentes aplicaciones cada una de las cuales estaacute especiacuteficamente disentildeada para una finalidad concreta
71GeneradordepoacuterticosEl generados de poacuterticos es un programa perteneciente al paquete CYPE Ingenieros que dada su sencillez y facilidad de uso permite hacer un dimensionado faacutecil y raacutepido de las correas a disponer Entre sus funcionalidades destacan
-Crear de forma sencilla y raacutepida la geometriacutea y las cargas de peso propio sobrecarga de uso viento y nieve de un poacutertico formado por nudos riacutegidos celosiacuteas o cerchas Las cargas de viento y nieve se generan automaacuteticamente seguacuten la norma y la zona elegida
-Proporcionar el dimensionado de correas de cubiertas y laterales de fachadas optimizando el perfil y la separacioacuten entre correas
-Exportar a CYPE 3D la geometriacutea del poacutertico con apoyos biarticulados o biempotrados sus cargas y los coeficientes de pandeo de las barras que lo componen suponiendo la estructura traslacional o intraslacional Se exportan todas las cargas de viento las de cubierta las del los laterales de la nave y las perpendiculares a los poacuterticos de pared final (muro pintildeoacuten) Estas cargas se exportan como cargas superficiales lo que facilita enormementela labor de introduccioacuten de datos
72Cype3DEste moacutedulo ha sido disentildeado para ofrecer al usuario un software de mayores prestaciones con relacioacuten al dimensionado de estructuras de acero Permite calcular cualquier tipo de estructura formada por barras de acero de acuerdo con la normativa seleccionada Estaacute adaptado al CTE y tambieacuten a otras normativas nacionales e internacionales Las funcionalidades maacutes importante que se han utilizado para este proyecto son
-Descripcioacuten de los nudos la tipologiacutea de los nudos es muy completa Pueden definirse las vinculaciones interiores y coacciones exteriores las cuales permiten que los nudos puedan definirse como empotrados semiempotrados apoyos elaacutesticos apoyos con desplazamientos libres seguacuten un plano o recta a definir
-Agrupacioacuten y descripcioacuten de las barras permite la agrupacioacuten e introduccioacuten de barras de acero y dimensiona la seccioacuten llegando a su optimizacioacuten maacutexima Emplea perfiles de acero laminado armado y conformado que gestiona desde su amplia base de daros compuesta por perfiles de los fabricantes maacutes extendidos Puede crear perfiles compuestos a partir de perfiles simples con unioacuten soldada platabandas presillas etc Tambieacuten puede definir cartelas en los extremos perfiles de canto variable vigas boyd y barras mixtas
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-Introduccioacuten a coeficientes de pandeo y pandeo lateral permite introducir coeficientes de pandeo o longitudes de pandeo y el coeficiente de momentos de cada barra Tambieacuten calcula automaacuteticamente la longitud de pandeo de las barras seguacuten el meacutetodo aproximado El usuario tambieacuten puede activar en cualquier barra la comprobacioacuten de pandeo lateral
-Restriccioacuten de flechas liacutemites de las barras de la estructura el programa posibilita al usuario limitar la flecha de las barras para que el dimensionado de los perfiles tenga en cuenta las restriccioacuten impuesta El usuario puede imponer liacutemites a las flechas maacutexima y relativa tanto para sus calores absolutos como para sus calores relativos a la longitud entre los extremos y los puntos de inflexioacuten de la deformada
-Caacutelculo y optimizacioacuten de la estructura el programas hace todas las comprobaciones pertinente siempre de acorde a la norma para que se cumplan todos los requisitos en caso de no ser asiacute muestra que condiciones no se estaacuten cumpliendo
-Caacutelculo y dimensionado de uniones soldadas y atornilladas el programa realiza el caacutelculo y dimensionado automaacutetico de uniones soldadas y atornilladas de perfiles laminados y armados en doble T
-Caacutelculo y dimensionado de placas de anclaje
-Resultados planos y listados se proporciona una memoria justificativa del proyecto los listados detallados de las comprobaciones seguacuten la norma seleccionada y los planos de la estructura metaacutelica de la nave
73Generadordeprecios El generador de precios es una herramienta informaacutetica que pertenece a CYPE ingenieros que permite a los arquitectos y responsables de los proyectos obtener precios (para obra nueva rehabilitacioacuten y espacios urbanos) con las previsiones de costes ajustadas al maacuteximo a la realidad y facilitar la elaboracioacuten de una documentacioacuten de proyecto de calidad (completa consistente y con informacioacuten teacutecnica vinculada a cada unidad de obra) uacutetil para las distintas fases del ciclo de vida del edificio (estudios previos anteproyecto proyecto baacutesico y de ejecucioacuten direccioacuten y ejecucioacuten de la obra uso y mantenimiento deconstruccioacuten y reciclado final) Incluye productos de fabricantes y productos geneacutericos
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8Dimensionado
81Procedimientodedimensionado
811CaacutelculodelascorreasdecubiertaLas correas e cubierta son aquellos elementos cuya misioacuten es la de soportar al propio material de cerramiento de la cubierta transmitiendo su peso a las cerchas y estas a su vez a los pilares los cuales transmitiraacuten la carga a los pilares Asiacute mismo desempentildean la funcioacuten de arriostrar los poacuterticos fuera de su plano
Utilizando el generado de poacuterticos se generara un poacutertico y se estableceraacute cierta separacioacuten entre ellos asiacute como tambieacuten se generaraacuten las diferentes cargas de nieve y viento Se seleccionaraacuten las correas y por uacuteltimo se exporta a CYPE 3D
812CreacioacutendelageometriacuteadelanaveAprovechando la estructura que se ha generado con la exportacioacuten que se ha realizado desde el generador de poacuterticos se introducen los elementos restantes para completar la geometriacutea de la nave
Entre los maacutes destacados hay que resaltar
-Pilares intermedios de los poacuterticos de los extremos
-Vigas de atados de cabeza de pilar
-Vigas montantes
-Tirantes de las cruces de San Andreacutes
813DescripcioacutendelosnudosUna vez definida la geometriacutea de la nave se procederaacute a describir el comportamiento de los nudos de la estructura empotrada en esta nave se han asignado los siguientes nudos
-Todos los pilares van con vinculacioacuten exterior empotrada en la base
-Todas las uniones entre pilar-viga se efectuaraacuten con vinculacioacuten interior empotrada que seraacute resuelta a traveacutes de cartelas
-Las uniones entre las vigas de cumbrera iraacuten con vinculacioacuten interior empotrada donde seraacute necesario introducir cartelas
-Las uniones entre elementos de la estructura como vigas de atado de cabeza de pilares vigas montantes o las cruces de San Andreacutes iraacuten articuladas
814DescripcioacutendebarrasPara finalizar se describiraacuten todas las barras de la estructura Para ello se han agrupado todas las barras del mismo tipo para ahorrar trabajo optimizando la gestioacuten el control de caacutelculo y la ejecucioacuten de la estructura
Todas las barras deben predimensionarse con una porcioacuten parecida a la solucioacuten final para que el programa encuentre la solucioacuten lo antes posible Tambieacuten es muy importante disponer una cartela inicial adecuada ajo los dinteles que sea como miacutenimo
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la decima parte de la luz
Tras agrupar las barras de forma clara hay que asignar a toda la estructura el tipo de material S275
815PandeoEn los planos de los poacuterticos se ha considerado la estructura como traslacional y en los planos de los cerramientos y las cubiertas la nave puede considerarse como intraslacional
El criterio que usa CYPE es el siguiente
-El plano deacutebil del perfil se denomina plano ldquoxyrdquo y se corresponde con el plano paralelo a las alas del perfil
-El plano fuerte del perfil se denomina plano ldquoxzrdquo y se corresponde al plano que contiene el alma ce la pieza
Por lo que se aplicaraacuten los diferentes coeficientes de pandeo teniendo en cuenta las condiciones de contorno de las que dispone cada barra para cada plano Los coeficientes asignados son los siguientes
-Pilares exteriores de los poacuterticos interiores xzAElig14 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos interiores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares exteriores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Jaacutecenas xzAElig10 xyAElig0
-Cruces de San Andreacutes xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos interiores xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos exteriores xzAElig1 xyAElig1
Estos coeficientes de pandeo van a afectar decisivamente al caacutelculo de la estructura Es muy importante aplicar estos coeficientes basados en datos sensatos y coherentes y que despueacutes se materialicen en la obra de lo contrario no estariacuteamos calculando la obra que se esta construyendo con el consiguiente riesgo antildeadido
Entre alma y alma de los pilares consecutivos se supone el caso maacutes desfavorablesin cerramiento Esta condicioacuten de contorno hace que se ponga a 07 este coeficiente de pandeo en el plano xy
En el plano de inercia xz los pilares estaacuten empotrados teniendo en la base un nudo que imposibilita su desplazamiento y giro pero en su conexioacuten con el dintel si que puede existir desplazamiento por ello se asignara un coeficiente de pandeo de 14
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En el plano deacutebil de los dinteles tenemos que las correas los arriostran y en el plano fuerte estos dinteles estaacuten biempotrados en sus extremos al pilar y al otro dintel respectivamente En este plano la pieza es biempotrada traslacional por lo que le corresponde un coeficiente de pandeo aproximadamente de 1
Una vez razonados y aplicados los coeficientes de pandeo en cada planoprincipal de cada barra se modificaraacuten los coeficientes de empotramiento de los extremos de las vigas de atado y de los marcos de las cruces de San Andreacutes en cada uno de sus planos para despueacutes articular sus extremos
816FlechasSe limitaraacute la flecha maacutexima en el plano fuerte de las barras sometidas a flexioacuten que es en el plano en que van a dominar las cargas
Se limita la flecha maacutexima de acuerdo con el tipo de edificio y los elementos implicados en la deformacioacuten Seguacuten CTE DB-SE apartado 43 Cuando se considere la integridad de los elementos constructivos considerando soacutelo las deformaciones que se produce despueacutes de la puesta en obra del elemento la flecha relativa es menor que L300 para elementos horizontales y menor de L250 para pilares
817PlacasdeanclajeUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles el propio programa nos calcula las propias placas de anclaje incluyendo dimensiones de las mismas rigidizadores y tamantildeo longitud y nuacutemero de pernos debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
818CimentacioacutenUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles ademaacutes de las placas de anclaje el propio programa nos calcula las reacciones y cargas a cimentacioacuten que nos genera nuestra estructura debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
Utilizaremos como tensioacuten de trabajo del suelo 02 MPa confirmado por el tipo de terreno sobre el que se pretende construirTendremos en cuenta para el caacutelculo de la cimentacioacuten de la nave del presente proyecto tanto la Norma EHE como el CTE en su apartado destinado a cimentaciones CTE parte 2-DB SE-C- Seguridad Estructural
82Accionesconsideradas
821CargaspermanentesLas cargas permanentes estaacute constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que estaacuten permanentemente unidos a la
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
ܥ ൌ ͳǡ͵
ൌ ͳ
௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
ǣ
De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
ഝభబ െ ͳሻοߠǡ௧
siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
ܣ
Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
ͺǣ
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
ͻǣ
Summary
The aim of this project is to design and calculate the steel structure of an industrial building in the city of Villarreal in the province of Castelloacuten Valencia Spain This industrial building will be dedicated to the storage of electronic equipment Subsequently the application of different methods of passive fire protection will be studied and compared
Firstly the design and the calculation of the steel structure will be carried out by using specific software The design is conditioned by the necessities of the future use of the industrial building and its location The calculation of the structure will be performed in accordance with the national standard CoacutedigoTeacutecnico de la Edificacioacuten
The second part of this work will be to evaluate several techniques of passive fire protection and make a study to determine which one is the best solution from the economic point of view The different cases studied are unprotected sections and four other scenarios which include different types of passive protection rock wool plasterboard mortar projection and intumescent paint
This second part will be developed according to the corresponding standards Again theCoacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacutenwill be employed specificallytheDocumento Baacutesico de Proteccioacuten en caso de incendio (CTE DB-SI) Sincethestructurewill be hold industrial facilities theReglamento de Seguridad contra Incendios en los Establecimientos Industriales (RSCIEI Real Decreto 22672004) will be usedtoo
According to these standards the structure safety requirements in case of fire will be defined and established taking into account its characteristics Then for each case outlined above the required passive protection will be calculated and described with detail
Finally an economic study of each option considered will be carried out This analysis will be developed in order to compare the different techniques used so it will be possible to determine which is the most appropriate method to be applied from the economic point of view
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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MEMORIA
1Introduction5
2Objetodelproyecto6
3Elacero731Caracteriacutesticasmecaacutenicasdelacero732Caracteriacutesticastecnoloacutegicasdelacero833Lostiposdeaceromaacutesusadosenestructuras834Ventajasdelasestructurasmetaacutelicas8
4Elementosestructurales1041Cimentacioacuten10ͶǤͳǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͲͶǤͳǤʹǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͲ
42Placasdeanclaje1143Pilares1144Vigas12ͶǤͶǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳʹͶǤͶǤʹiumlǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳʹͶǤͶǤ͵ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳʹͶǤͶǤͶǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳʹͶǤͶǤͷǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳ͵ͶǤͶǤAgraveǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳ͵
45Correas1346Arriostramientos1447MediosdeUnioacuten14ͶǤǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͶͶǤǤʹǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͶ
48Tipologiacuteasestructurales15ͶǤͺǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͷͶǤͺǤʹtimesǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͷ
5Durabilidaddelasestructuras1651Proteccionesparaestructurasmetaacutelicas16ͷǤͳǤͳtimesǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͷǤͳǤʹtimestimesǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳ
52DurabilidaddelHormigoacuten176Casodeestudio1861Descripcioacutendelanave1862Localizacioacuten1963Normativamunicipal2064Normativalegalaplicableatodalanave21
7Metodologiacuteadecaacutelculo2271Generadordepoacuterticos2272Cype3D2273Generadordeprecios23
8Dimensionado2481Procedimientodedimensionado24ͺǤͳǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͶͺǤͳǤʹtimesAgraveǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͶͺǤͳǤ͵timesǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͶͺǤͳǤͶtimesǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ Ͷ
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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ͺǤͳǤͷǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͷͺǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺǤͳǤͺtimesǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ
82Accionesconsideradas26ͺǤʹǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺǤʹǤʹǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺǤʹǤ͵ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺǤʹǤͶǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺǤʹǤͷǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺ
9Disentildeofinal2991Elementos29
10Cargadefuego30101Caacutelculodelacargadefuegodelaestructura30
11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios34111Elementosdeproteccioacuten34ͳͳǤͳǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤ͵ ͶͳͳǤͳǤʹǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤ͵ ͷͳͳǤͳǤ͵ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤ͵ ͳͳǤͳǤͶǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤ͵
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones3812Elfuegoylasprotecciones40121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego40122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten41123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten44124Caacutelculodelastemperaturascriacuteticas48125ComprobacioacutendelasmedidasobtenidasporelCYPE54
13Conclusions56
14Bibliografiacutea57ANEXODECAacuteLCULOS1Caacutelculodelasbarras5911CruzdeSanAndreacutesdecubierta5912CruzdeSanAndreacutesdeloslaterales6213Jaacutecenaexteriorpoacuterticodefachada6514Jaacutecenaexteriorpoacuterticointerior7715Jaacutecenainteriorpoacuterticodefachada8916Jaacutecenainteriorpoacuterticointerior10117Pilarmuropintildeoacuten11118Pilarexteriorpoacuterticodefachada12119Pilarexteriorpoacuterticointerior133110Pilarinteriorpoacuterticodefachada145111Pilarinteriorpoacuterticointerior157112Vigaperimetralexteriorpoacuterticodefachada167113Vigaperimetralexteriorpoacuterticodeinterior176114Vigaperimetralinteriorpoacuterticoexterior183115Vigaperimetralinteriorpoacuterticointerior192
2Caacutelculodelasplacasdeanclaje199
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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21Placadelpilarinteriorpoacuterticointerior19922Placadelpilarexteriorpoacuterticointerior20423Placadelpilarexteriorpoacuterticoexterior20924Placadelpilarinteriorpoacuterticoexterior21325Placadelpilardefachada217
3Caacutelculodelascimentaciones22231Zapataexteriordeunpoacuterticointerior22232Zapataesquinera22533Zapatadepoacuterticodefachada(IPE550)22734Zapatadepoacuterticodefachada(HEA550)22935Zapatainteriordeunpoacuterticointerior(1)23236Zapatainteriordeunpoacuterticointerior(2)234
PLANOSPlanodecubiertaPlanodecimentacioacuten(1)Planodecimentacioacuten(2)PoacuterticodefachadaylateralPlanodeplacasdeanclajePlanopoacuterticointeriorPlanodezapatas(1)Planodezapatas(2)Planodevigascentradoras(1)Planodevigascentradoras(2)PLIEGODECONDICIONES1Desbroceylimpiezadelterreno237
2Zapatadecimentacioacutendehormigoacutenarmado238
3Vigaentrezapatas240
4Placadeanclajeconpernossoldadosypreparacioacutendebordes241
5Aceroenpilares243
6Aceroenvigas244
7Aceroencorreasmetaacutelicas246
8Cubiertainclinadadeplacas247
9Proteccioacutendelaestructurametaacutelicasistemarockwool248
10ProteccioacutendelaestructurametaacutelicasistemaPlaco249
11Proteccioacutendelaestructurametaacutelicaconpinturaintumescente250
PRESUPUESTOS1PresupuestodelaestructuraǩǨǤ
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2PresupuestodeproteccioacutenconrockwoolǩǨǤ3PresupuestodeproteccioacutenconplacasdeyesoǩǨǤ4PresupuestodeproteccioacutenconpinturaintumescenteǩǨǤ
MEMORIA
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1Introduction The aim of this project is to calculate the steel structure of an industrial building in Villareal and its fire passive protection with different methods rock wool plasterboard mortar projection and intumescent paint This industrial building will be dedicated to the storage of electronic equipment which has an specific area to develop the activity inside The industrial building whose shape is perfectly rectangular has the following dimensions 85m (length) x 50m (width) x 9m (height) It is situated in the industrial area of Villareal at the street Camiacute Onda Castelloacute Vell This work borns from the need to study different solutions of fire pasive protection systems to determine which is the best solution from the economic point of view After calculating the metallic structure the design for each one of the alternatives will be developed and from these options it will be studied wich is the best option
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2Objetodelproyecto El objeto de dicho proyectosiempre teniendo en cuenta la normativa vigente es el siguiente -Caacutelculo y descripcioacuten de la estructura metaacutelica que constituiraacute la nave industrial asiacute como la justificacioacuten de las acciones utilizadas y de las soluciones adoptadas -Caacutelculo de la carga de fuego en la nave industrial calculada -Caacutelculo y descripcioacuten de la proteccioacuten necesaria contra el fuego comparando teacutecnica y econoacutemicamente el uso de diferentes protecciones -Anaacutelisis de los presupuestos de las diferentes protecciones para establecer cuaacutel de ella es mejor desde el punto de vista econoacutemico
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3ElaceroLos metales que se emplean en estructuras metaacutelicas son principalmente el acero ordinario el acero inoxidable y el aluminio
El acero es el material estructural por excelencia para grandes alturas puesto que resuelve con eacutexito los planteamientos estructurales de soportar el peso con pilares de dimensiones reducidas resistir el empuje ante el vuelco y evitar movimientos debidos a la accioacuten del viento
El acero ordinario es el maacutes empleado y existen los siguientes tipos (seguacuten la norma EN 10027)
S235JR S235J0 S275JR
S275J0 S355JR S355J0
S235J2 S275J2 S355J2
La primera sigla es una ldquoSrdquo (de Steel acero en lengua inglesa)
La siguiente cantidad numeacuterica es el liacutemite elaacutestico en MPa en elementos cuyo espesor no supere los 16 mm En espesores superiores la resistencia de caacutelculo es menor
Las uacuteltimas siglas indican su sensibilidad a la rotura fraacutegil y su soldabilidad
- JR para construcciones ordinarias
- J0 cuando se requiere alta soldabilidad y resistencia a la rotura fraacutegil
- J2 cuando se requiere exigencias especiales de resistencia resistencia a la rotura fraacutegil y soldabilidad
31CaracteriacutesticasmecaacutenicasdelaceroLos valores fundamentales para el disentildeo de las piezas de acero son
-El liacutemite elaacutestico El liacutemite elaacutestico es la carga unitaria para la que se inicia el escaloacuten de cedencia es decir a partir del cual las deformaciones no son recuperables
-El liacutemite de rotura El liacutemite de rotura es la carga unitaria maacutexima soportada por el acero en el ensayo de traccioacuten Los valores del liacutemite elaacutestico y de rotura dependen del tipo de acero pero hay otras caracteriacutesticas que son comunes para todos los aceros
-Moacutedulo de Elasticidad E=210 GPa
-Moacutedulo de Rigidez G=81 GPa
-Coeficiente de Poisson 03
-Coeficiente de dilatacioacuten teacutermica 12middot10-5 (ordmC)-1
-Densidad 7850 kgm3
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32CaracteriacutesticastecnoloacutegicasdelaceroLa soldabilidades la aptitud de un acero para ser soldado mediante los procedimientos habituales sin que aparezca fisuracioacuten en friacuteo Es una caracteriacutestica tecnoloacutegica importante de cara a la ejecucioacuten de la estructura
La resistencia al desgarro laminar del acero se define como la resistencia a la aparicioacuten de defectos en piezas soldadas sometidas a tensiones de traccioacuten en direccioacuten perpendicular a su superficie
La aptitud al doblado es un iacutendice de la ductilidad del material y se define por la ausencia o presencia de fisuras en el ensayo de doblado
33LostiposdeaceromaacutesusadosenestructurasLos siguientes tipos de acero utilizables en perfiles y chapas para estructuras de acero
-Aceros laminados en caliente Se entiende por tales los aceros no aleados sin caracteriacutesticas especiales de resistencia mecaacutenica ni resistencia a la corrosioacuten y con una microestructura normal
-Aceros con caracteriacutesticas especiales Se consideran los siguientes tipos
-Aceros normalizados de grano fino para construccioacuten soldada
-Aceros de laminado termomecaacutenico de grano fino para construccioacuten soldada
-Aceros con resistencia mejorada a la corrosioacuten
-Aceros templados y revenidos
-Aceros con resistencia mejorada a la deformacioacuten en la direccioacuten perpendicular a la superficie del producto
-Aceros conformados en friacuteo Se entiende por tales los aceros cuyo proceso de fabricacioacuten consiste en un conformado en friacuteo que les confiere unas caracteriacutesticas especiacuteficas desde los puntos de vista de la seccioacuten y la resistencia mecaacutenica
34Ventajasdelasestructurasmetaacutelicas Antantildeo en cuanto al caacutelculo se refiere el eacutexito o el fracaso de la obra se determinaba seguacuten si el edificio a calcular en cuestioacuten era capaz de soportar las cargar que se le aplicaban o no Progresivamente a traveacutes de siglos de estudio y experiencia el conocimiento sobre dimensionado de elementos estructurales se ha visto ampliado gracias al estudio de la materia por lo que se han llegado a establecer diversas teacutecnicas de caacutelculo que permiten que el disentildeo estructural tenga unos resultados muy fiables
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Naturalmente las estructuras metaacutelicas presentan ciertas ventajas frente a las estructuras de hormigoacuten las cuales vienen principalmente de las diferencias entre los materiales Las maacutes importantes se relatan a continuacioacuten -Realizacioacuten del maacuteximo trabajo en taller ejecutando todas las soldaduras y dejando todos los elementos listos para el ensamblaje mediante uniones atornilladas en obra -Garantiza un estricto control de calidad reduciendo la posibilidad de fallo humano -Permite la proyeccioacuten de naves con elevadas luces resultando naves maacutes ligeras y esbeltas -Gracias a la ligereza de la estructura y a las diferencias de seccioacuten necesarias para la misma obra frente a otros materiales el aprovechamiento del espacio es maacuteximo -Enorme adaptabilidad a cualquier solucioacuten deseada ya sea por medio de entramados riacutegidos o articulados -Gran facilidad en el ensamblaje de la obra durante su ejecucioacuten -Precios muy competitivos frente a otros materiales ademaacutes de la rapidez de ejecucioacuten de la obra lo que lleva a un correcto plan de obra que a su vez permitiraacute un ahorro en los costes de construccioacuten A la vez la ligereza de las estructuras metaacutelicas implican una reduccioacuten de los costes de transporte y una reduccioacuten del coste de las cimentaciones -La adaptabilidad del acero es de especial relevancia en casos de rehabilitacioacuten ya sea para reforzar estructuras existentes o para una completa reconstruccioacuten manteniendo las fachadas El acero se entrega prefabricado en obra no necesita ser apuntalado y tampoco sufre retraccioacuten o fluencia por lo que puede asumir carga de inmediato -El desarrollo de nuevos sistemas de proteccioacuten contra la corrosioacuten garantizan con un mantenimiento miacutenimo una vida casi ilimitada para las estructuras realizadas con acero -Cuando termina la vida uacutetil del edificio la estructura metaacutelica de acero puede ser desmontada y posteriormente utilizada en nuevos usos o ser re-aprovechada con un faacutecil reciclaje -La estructura metaacutelica en acero supone un peso reducido segura en caso de seiacutesmo
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4ElementosestructuralesAlgunos de los elementos resistentes de que constan las estructuras industriales son los siguientes
41CimentacioacutenSe denomina cimentacioacuten al conjunto de elementos estructurales cuya misioacuten es transmitir las cargas de la edificacioacuten o elementos apoyados a este al suelo distribuyeacutendolas de forma que no superen su presioacuten admisible ni produzcan cargas zonales Debido a que la resistencia del suelo es generalmente menor que la de los pilares o muros que soportaraacute el aacuterea de contacto entre el suelo y la cimentacioacuten seraacute proporcionalmente maacutes grande que los elementos soportados
La eleccioacuten del tipo de cimentacioacuten depende especialmente de las caracteriacutesticas mecaacutenicas del terreno como su cohesioacuten su aacutengulo de rozamiento interno posicioacuten del nivel freaacutetico y tambieacuten de la magnitud de las cargas existentes A partir de todos esos datos se calcula la capacidad portante que junto con la homogeneidad del terreno aconsejan usar un tipo u otro diferente de cimentacioacuten Siempre que es posible se emplean cimentaciones superficiales ya que son el tipo de cimentacioacuten menos costoso y maacutes simple de ejecutar Cuando por problemas con la capacidad portante o la homogeneidad del mismo no es posible usar cimentacioacuten superficial se valoran otros tipos de cimentaciones Hay dos tipos fundamentales de cimentacioacuten directas y profundas
411CimentacionessuperficialesodirectasSon aquellas que se apoyan en las capas superficiales o poco profundas del suelo por tener eacuteste suficiente capacidad portante por tratarse de construcciones de importancia secundaria y relativamente livianas En este tipo de cimentacioacuten la carga se reparte en un plano de apoyo horizontal Las cimentaciones superficiales se clasifican en -Cimentaciones cicloacutepeas -Zapatas Zapatas aisladas Zapatas corridas Zapatas combinadas -Losas de cimentacioacuten
412CimentacionesprofundasSe basan en el esfuerzo cortante entre el terreno y la cimentacioacuten para soportar las cargas aplicadas o maacutes exactamente en la friccioacuten vertical entre la cimentacioacuten y el terreno Deben ubicarse maacutes profundamente para poder distribuir sobre una gran aacuterea un esfuerzo suficientemente grande para soportar la carga Algunos meacutetodos utilizados en cimentaciones profundas son -Pilotes son elementos de cimentacioacuten esbeltos que se hincan (pilotes de desplazamiento prefabricados) o construyen en una cavidad previamente abierta en el
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terreno (pilotes de extraccioacuten ejecutados in situ) -Pantallas es necesario anclar el muro al terreno
Pantallas isostaacuteticas con una liacutenea de anclajes Pantallas hiperestaacuteticas dos o maacutes liacuteneas de anclajes
42PlacasdeanclajeLas placas de anclaje son elementos estructurales que se emplean para unir los soportes metaacutelicos a la cimentacioacuten y que tienen como objeto hacer que la transicioacuten del acero al hormigoacuten se realice sin que en ninguacuten punto se sobrepasen las tensiones admisibles en este material
El material que constituye el cimiento (casi siempre hormigoacuten) es menos resistente que el acero por lo que la base debe ampliar la seccioacuten del soporte de acero hasta conseguir una superficie adecuada de contacto con el hormigoacuten para que la transmisioacuten de esfuerzos de uno a otro material sea lo maacutes uniforme posible
La placa de anclaje debe estar sujeta al cimiento mediante unos pernos de anclaje que quedan embebidos en el hormigoacuten y que al fraguar y endurecer eacuteste trabajan por adherencia
Los elementos que constituyen una base del tipo generalmente utilizado en edificacioacuten son
-Placa de base o de reparto
-Cartelas de rigidez
-Pernos de anclaje
Salvo en el caso excepcional de que el pie del soporte sea articulado los soportes se consideran empotrados en la cimentacioacuten lo que hace que la placa de anclaje deba prepararse para resistir los siguientes esfuerzos axil momento flector cortante y momento torsor
43PilaresLos pilares son elementos verticales sometidos principalmente a compresioacuten y a flexioacuten pequentildea o nula Son los elementos que transmiten las cargas verticales al terreno a traveacutes de los cimientos y las bases Para dimensionar un pilar se tendraacute en cuenta el tipo de acero el tipo de carga que va a recibir el perfil la longitud del soporte (por si hubiese pandeo) y la carga axial de compresioacuten
Los pilares simples maacutes utilizados son el HEB el HEA el IPN y el IPE Con ellos se obtiene gran aprovechamiento y son muy aptos para formar pilares en poacuterticos riacutegidos
Lo pilares simples de varios perfiles maacutes utilizados son los formados por 2 UPN
Los pilares compuestos se obtienen acoplando perfiles separados enlazados por medio de elementos transversales discontinuos Pueden estar unidos mediante presillas o
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mediante celosiacutea
44VigasLas jaacutecenas o vigas son elementos lineales en las que una dimensioacuten predomina sobre las otras dos Su forma de trabajo es casi exclusivamente a flexioacuten por ello suelen adoptar forma de I para tratar de obtener la maacutexima inercia y el mayor moacutedulo resistente con el material disponible tratando de mejorar el rendimiento
Las vigas son los elementos sustentantes horizontales o como en las cubiertas ligeramente inclinados que reciben las cargas verticales y las transmiten trabajando a flexioacuten a los pilares o apoyos
Las cargas que la viga recibe producen en sus secciones los siguientes esfuerzos momento flector esfuerzo cortante y torsiones (algunas veces)
441VigassimplesLos perfiles empleados son IPN IPE o HE El empleo de los perfiles IPE resulta maacutes econoacutemico en general tanto por su mayor rendimiento mecaacutenico como por la simplificacioacuten que en empalmes y uniones proporciona el espesor uniforme de las alas
Los perfiles simples laminados tienen la ventaja sobre la viga armada que para igual resistencia su coste es menor
442VigasmuacuteltiplesSon las vigas constituidas por dos o maacutes perfiles I adosados unidos a traveacutes de elementos de unioacuten tales como perfiles presillas tornillos pasantes etc que solidaricen eficazmente los perfiles componentes
443VigasreforzadasLa utilizacioacuten de refuerzos con chapa o pletina en las estructuras metaacutelicas es de gran eficacia para conseguir ahorro de material
Que un refuerzo sea econoacutemico o no depende de los valores relativos de la chapa el perfil y el cordoacuten de soldadura
El elemento de refuerzo maacutes utilizado es la chapa o platabanda Se utilizan estos refuerzos cuando queremos moacutedulos resistentes (W) mayores que los existentes en el mercado o cuando exista limitacioacuten de canto
444VigasojaacutecenasarmadasLas vigas armadas estaacuten formadas por varias pletinas o chapas unidas con cualquiera de los medios de unioacuten soldadura roblones angulares y tornillos etc
Para unas solicitaciones determinadas siempre es posible encontrar una viga armada de menor peso que el perfil laminado que corresponderiacutea a esas solicitaciones Sin embargo aun con mayor peso los perfiles laminados son siempre maacutes econoacutemicos que las vigas armadas debido al menor coste de fabricacioacuten
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445VigasojaacutecenasaligeradasSon vigas de alma aligerada
La solucioacuten de las vigas aligeradas puede resultar muy econoacutemica cuando pueda adoptarse el canto que se estime maacutes conveniente y cuando la flexioacuten predomine sobre el esfuerzo cortante es decir cuando se trate de luces grandes y de cargas moderadas
A esta clase de vigas se les ha dado diversas denominaciones vigas alveoladas vigas void en panal de abeja
446VigasdecelosiacuteaLas vigas de celosiacutea son de gran utilidad en las construcciones metaacutelicas especialmente en edificaciones industriales y para grandes luces
Para luces de cierta importancia el peso de estas vigas es inferior al de las vigas de alma llena equivalentes El coste de una estructura es el resultado de tres sumandos coste del material de la fabricacioacuten y del montaje Estos uacuteltimos variacutean notablemente seguacuten las circunstancias
El mejor aprovechamiento a efectos resistentes de las vigas de celosiacutea con relacioacuten a las de alma llena se refleja en que mientras que en una viga de alma llena las tensiones maacuteximas de agotamiento se alcanzaraacuten soacutelo en dos puntos de su seccioacuten en una barra triangulada puede conseguirse que toda la seccioacuten tanto los cordones como las diagonales se agoten uniformemente teniendo en cuenta que las barras a compresioacuten deben dimensionarse teniendo en cuenta el pandeo
Las vigas de celosiacutea suelen estar constituidas por cordoacuten superior cordoacuten inferior elementos de relleno (montantes y diagonales) y medios de unioacuten (cartelas soldadura tornilleriacutea etc)
Los cordones pueden ser paralelos o no A aquellos cuyos cordones son paralelos se les llama ldquovigas de celosiacuteardquo mientras que las que tienen dichos cordones inclinados se les denomina ldquocerchasrdquo
En las cerchas el cordoacuten superior sigue la inclinacioacuten de la cubierta Suelen ser estructuras ligeras con cartelas simples y barras constituidas por angulares o simples T
Las posibilidades y variedades de las vigas de celosiacutea son praacutecticamente infinitas seguacuten el trazado de los cordones y la disposicioacuten de la triangulacioacuten Sin embargo existen unos tipos que podriacuteamos llamar claacutesicos y son Pratt Howe y Warren
45CorreasLas correas son las vigas en que se apoya la chapa u otro tipo de techumbre por lo que tienen que soportar su peso asiacute como el debido a posibles cargas de nieve y viento Se encuentran a su vez apoyadas sobre las cerchas o los poacuterticos normalmente en un plano inclinado lo que hace tender a flectar tambieacuten en el sentido de la inclinacioacuten Siendo variable su separacioacuten dependiendo del material de cubierta etc
El apoyo de las correas sobre las cerchas o poacuterticos se aseguraraacute bien mediante uniones soldadas (un cordoacuten por cada lado de la correa con el maacuteximo espesor que permita la
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unioacuten) bien mediante uniones remachadas ponieacutendose un casquillo en angular
Las correas se calcularaacuten como vigas apoyadas con carga uniformemente distribuida
Suelen emplearse perfiles IPN simple T perfil Z o vigas de celosiacutea
46ArriostramientosTienen la funcioacuten de transmitir los esfuerzos producidos por el viento frontal sobre el poacutertico extremo a las paredes laterales que a su vez los transmitiraacuten al suelo
El arriostramiento baacutesico es la Cruz de San Andreacutes en forma de aspa que se coloca entre dos cerchas o poacuterticos y pueden abarcar varias correas para evitar aacutengulos pequentildeos y repartir bien los esfuerzos a las barras
Este tipo de configuracioacuten presenta el inconveniente de ser estaacuteticamente indeterminado con lo que tenemos que hacer hipoacutetesis para llegar a una que sea determinada Estas hipoacutetesis se hacen respecto a las diagonales cruzadas observando que cuando una diagonal estaacute en tensioacuten la contradiagonal estaacute en compresioacuten Por lo general se toman dos meacutetodos de anaacutelisis
-Si las diagonales se disentildean esbeltas es razonable suponer que no soportaraacuten esfuerzos de compresioacuten pues en caso contrario podriacutean pandear con gran facilidad Por lo tanto la fuerza cortante seraacute absorbida iacutentegramente por la diagonal en tensioacuten mientras que la diagonal en compresioacuten se supone que es un elemento que no trabaja es decir a todos los efectos es como si no existiese
-Si las barras diagonales se construyen con secciones robustas seraacuten capaces de soportar fuerzas de tensioacuten y de compresioacuten En este caso supondremos que cada diagonal toma la mitad de la fuerza cortante que aparezca
-Por estar sometidos a esfuerzos de traccioacuten estos elementos seraacuten esbeltos y de seccioacuten circular o rectangular (barras y varillas) existiendo tambieacuten de seccioacuten angular
-Las varillas (seccioacuten circular) han de engrosarse en sus extremos para compensar la peacuterdida de seccioacuten que supone la realizacioacuten de roscas para su fijacioacuten si bien en ocasiones se opta por disentildear tomando como seccioacuten resistente la correspondiente al aacuterea de la seccioacuten transversal de la rosca pues esta solucioacuten suele resultar maacutes econoacutemica aunque la pieza en este caso resulta ser maacutes sensible a efectos de impacto y de fatiga tendiendo a fallar por la zona de la rosca
47MediosdeUnioacuten
471UnionesatornilladasLos medios de unioacuten contemplados son los constituidos por tornillos tuercas y arandelas que deberaacuten estar normalizados y corresponder a los mismos grados del material que unen liacutemite elaacutestico y resistencia a traccioacuten
472UnionessoldadasUn acero se considera soldable seguacuten un grado un procedimiento determinado y para una aplicacioacuten especiacutefica cuando mediante la teacutecnica apropiada se puede conseguir la
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continuidad metaacutelica de la unioacuten y eacutesta cumpla con las exigencias requeridas
El material de aportacioacuten utilizable para la realizacioacuten de soldaduras (electrodos) deberaacute ser apropiado para el proceso de soldeo teniendo en cuenta al material a soldar y el procedimiento de soldeo ademaacutes deberaacute tener unas caracteriacutesticas mecaacutenicas en teacuterminos de liacutemite elaacutestico resistencia a traccioacuten deformacioacuten bajo carga maacutexima etc no inferiores a las correspondientes del material de base que constituye los perfiles o chapas que se pretende soldar
Meacutetodos de soldadura
-Soldadura manual con electrodo recubierto con recubrimientos de tipo rutilo o baacutesico
-Soldadura semiautomaacutetica bajo proteccioacuten gaseosa con hilo macizo tubular relleno de flux con transferencia de lluvia
-Soldadura semiautomaacutetica con hilo tubular relleno de flux sin proteccioacuten gaseosa con transferencia de lluvia
-Soldadura automaacutetica con arco sumergido
48TipologiacuteasestructuralesA la combinacioacuten de los distintos elementos estructurales y los materiales de que estaacuten hechos se les denomina sistema estructural Dichos sistemas estructurales pueden estar constituidos por la combinacioacuten de uno o varios tipos baacutesicos de estructuras Se recogen seguidamente una breve introduccioacuten a algunos de los tipos estructurales maacutes comunes en las construcciones industriales
481CerchasSon la parte principal de la cubierta Sobre eacutestas se apoyan las correas de tal forma que permiten que se transmitan las cargas actuantes sobre las correas a los soportes
Existen muchos tipos diferentes de cerchas y seguacuten sus triangulaciones asiacute podraacuten ser para mayor o menor luz
482PoacuterticosomarcosSe componen de vigas y columnas que estaacuten unidas entre siacute bien riacutegidamente o bien mediante articulaciones
Se clasifican en poacuterticos simples y poacuterticos muacuteltiples seguacuten consten de uno o varios vanos
Suelen ser poacuterticos a dos aguas adaptaacutendose a la inclinacioacuten de los faldones con lo que se aprovecha maacutes el interior al no existir tirantes
El trabajo de un poacutertico es el de una viga apoyada por medio de empotramiento en dos soportes Los elementos que lo forman suelen ser de alma llena Los encuentros se refuerzan con cartelas formadas por trozos de perfiles que rigidizan el nudo y ayudan a contrarrestar el empuje que ejerce el poacutertico hacia el exterior
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5DurabilidaddelasestructurasLa durabilidad de una estructura de acero es su capacidad para soportar durante la vida uacutetil para la que ha sido proyectada las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que estaacute expuesta y que podriacutean llegar a provocar su degradacioacuten como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el anaacutelisis estructural
Para conseguir la durabilidad adecuada seraacute necesario seguir una estrategia que contemple todos los posibles mecanismos de degradacioacuten adoptando medidas especiacuteficas en funcioacuten de la agresividad a la que se encuentre sometido cada elemento
Deberaacuten incluirse al menos los siguientes aspectos
-Seleccioacuten de la forma estructural definiendo en el proyecto los esquemas estructurales las formas geomeacutetricas y los detalles que sean compatibles con la consecucioacuten de una adecuada durabilidad de la estructura Se facilitaraacute la preparacioacuten de las superficies el pintado las inspecciones y el mantenimiento
-Se procuraraacute evitar el empleo de disentildeos estructurales que conduzcan a una susceptibilidad elevada a la corrosioacuten eligiendo formas de los elementos sencillas
-Se reduciraacute al miacutenimo el contacto directo entre las superficies de acero y el agua
-Se evitaraacute el contacto directo del acero con otros metales (el aluminio de las carpinteriacuteas de cerramiento muros cortina etc)
-Cuando la estructura presente aacutereas cerradas o elementos huecos debe cuidarse que esteacuten protegidos de manera efectiva contra la corrosioacuten mediante soldadura continua
En casos de especial agresividad cuando las medidas normales de proteccioacuten no se consideren suficientes se podraacute recurrir a la disposicioacuten de sistemas especiales de proteccioacuten (materiales de recubrimiento en polvo productos para tratamiento quiacutemico de superficies)
51ProteccionesparaestructurasmetaacutelicasUna vez finalizada la construccioacuten de las estructuras metaacutelicas pueden aparecer problemas por alguna de las siguientes causas
Efectos del calor como consecuencia de incendios
Oxidacioacuten excesiva y consiguiente corrosioacuten
511ProteccioacutencontraincendiosAunque el hierro no es combustible no se puede considerar resistente al fuego no soacutelo porque disminuye sus resistencia en cuanto pasa de 500ordmC sino porque por efecto de su dilatacioacuten sufre grandes deformacionesLos materiales de proteccioacuten del acero que pueden utilizarse son granito maacutermol hormigoacuten faacutebrica de ladrillo ceraacutemico con mortero de cemento placas de yeso pinturas intumescentes etc
512ProteccioacutencontracorrosioacutenLa oxidacioacuten constituye el peor enemigo de las construcciones metaacutelicas Para evitarlo
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se cubre con un revestimiento protector y es indispensable que la superficie a tratar esteacute limpia de suciedad y oacutexido Deberaacute considerarse conjuntamente el tratamiento de proteccioacuten frente a incendio ya que los requisitos del mismo pueden determinar un grado de defensa frente a la corrosioacuten muy superior al estrictamente necesario especialmente en el caso de pinturas intumescentes y morteros proyectados
52DurabilidaddelHormigoacutenSe define en la Instruccioacuten espantildeola EHE la durabilidad del hormigoacuten como la capacidad para comportarse satisfactoriamente frente a las acciones fiacutesicas y quiacutemicas agresivas a lo largo de la vida uacutetil de la estructura protegiendo tambieacuten las armaduras y elementos metaacutelicos embebidos en su interior Por tanto no solo hay que considerar los efectos provocados por las cargas y solicitaciones sino tambieacuten las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que se expone Por ello se considera el tipo de ambiente en que se va a encontrar la estructura y que puede afectar a la corrosioacuten de las armaduras ambientes quiacutemicos agresivos zonas afectadas por ciclos de hielo-deshielo etc Para garantizar la durabilidad del hormigoacuten y la proteccioacuten de las armaduras frente a la corrosioacuten es importante realizar un hormigoacuten con una permeabilidad reducida realizando una mezcla con una relacioacuten aguacemento baja una compactacioacuten idoacutenea un peso en cemento adecuado y la hidratacioacuten suficiente de eacuteste antildeadiendo agua de curado para completarlo De esta forma se consigue que haya los menos poros posibles y una red capilar interna poco comunicada y asiacute se reducen los ataques al hormigoacuten En los casos de existencia de sulfatos en el terreno o de agua de mar se deben emplear cementos especiales Para prevenir la corrosioacuten de armaduras hay que cuidar el recubrimiento miacutenimo de las mismas
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6Casodeestudio 61Descripcioacutendelanave La nave que se pretende calcular es una nave formada por dos poacuterticos adosados a dos aguas con una longitud total de 85m La separacioacuten de los poacuterticos entre siacute va a ser de 5m La luz de dicha nave va a ser de 25m por cada poacutertico la altura de cabeza de pilar va a ser de 7m y la de cumbrera de 9m A continuacioacuten se adjunta una foto del esqueleto de la nave donde se puede observar que en los poacuterticos de los extremos se han situado arriostramientos para transmitir los efectos de las acciones a la cimentacioacuten
Figura 1 Nave industrial del caso de estudio
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62Localizacioacuten La nave industrial que se ha calculado en el presente proyecto se ubicaraacute en la parcela nordm36 del poliacutegono industrial de Villareal con acceso principal en la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell sn El poliacutegono industrial cuanta con buenos viales de comunicacioacuten que permiten localizarla sin dificultad como queda definido en la siguiente imagen de situacioacuten Aclaracioacuten Tras tomar la salida del poliacutegono industrial desde la nacional 340 por la avenida Castelloacute y tomar la primera salida en la primera rotonda se llega a la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell donde esta la nave situada
Figura 2 Accesos a la nave industrial
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63Normativamunicipal
Figura 3 Situacioacuten geograacutefica de la nave industrial Todas las obras a realizar por el presente proyecto se someteraacuten a la normativa municipal que indique el Excmo Ayuntamiento de Villareal Castelloacuten
La superficie total de la parcela seguacuten el catastro es de 719333 m2
La parcela estaacute clasificada como suelo urbano Industrial y su aprovechamiento urbaniacutestico es el que se pasa a detallar a continuacioacuten
Superficie maacutexima edificable 719333 m2 13 = 553333 m2
Ocupacioacuten permitida 100
Volumen maacuteximo sin especificacioacuten
Plazas de parking miacutenimo una plaza por cada 200 m2
Vallado miacutenimo 2m de altura
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64NormativalegalaplicableatodalanaveEn la redaccioacuten del presente Proyecto de Ejecucioacuten se ha tenido en cuenta
-Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacuten (CTE) y particularmente sus siguientes documentos baacutesicos (DB)El DB-SE constituye la base para los Documentos Baacutesicos siguientes y se utilizaraacute conjuntamente con ellos
-Documento Baacutesico SE (Seguridad Estructural)
-Documento Baacutesico SE-AE (Acciones en la Edificacioacuten)
En este Documento Baacutesico se establecen las formas en que deben combinarse las diferentes acciones que actuacutean sobre el edificio definiendo los diferentes coeficientes de seguridad de forma global para todos los materiales De esta forma se establecen entre otros los liacutemites de las deformaciones admisibles que deben verificar las estructuras de edificacioacuten
-Documento Baacutesico SE-A (Acciones de la edificacioacuten)
En el campo de aplicacioacuten de este Documento Baacutesico es el de la determinacioacuten de las acciones permanentes variables y accidentales sobre los edificios para verificar el cumplimiento de los requisitos de seguridad estructural (capacidad portante y estabilidad) y aptitud al servicio establecidos en el DB-SE
-Documento Baacutesico SE-A (Seguridad Estructural Acero)
En este documento se adopta baacutesicamente el enfoque del Eurocoacutedigo de acero EN-1993 contemplando las distintas combinaciones de caacutelculo elaacutestico y plaacutestico en base a la clasificacioacuten de secciones seguacuten el Eurocoacutedigo El documento se adapta al tipo de aceros que se comercializan actualmente e incluye modelos de anaacutelisis para uniones
-Documento Baacutesico SI (Seguridad en caso de Incendio)
Este Documento Baacutesico es una normativa de construccioacuten espantildeola que forma parte del Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacutenregula especiacuteficamente las medidas de proteccioacuten contra incendios con que deben contar los edificios de nueva planta Es una normativa de obligado cumplimiento en Espantildea por lo que todos los edificios construidos desde su entrada en vigor en 2006 deben incorporar las soluciones constructivas que recoge la normativa a excepcioacuten de los edificios industriales que se rigen por el Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales
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7MetodologiacuteadecaacutelculoEl caacutelculo de la nave se llevaraacute a cabo con la herramienta de software de CYPE Ingenieros versioacuten 2015
Este programa es capaz de calcular edificios naves industriales y cualquier otro tupo de estructura Mediante la aplicacioacuten de meacutetodos matriciales obtiene una forma relativamente sencilla y fiable del dimensionado y la optimizacioacuten de estructuras
El software de CYPE Ingenieros se estructura en diferentes aplicaciones cada una de las cuales estaacute especiacuteficamente disentildeada para una finalidad concreta
71GeneradordepoacuterticosEl generados de poacuterticos es un programa perteneciente al paquete CYPE Ingenieros que dada su sencillez y facilidad de uso permite hacer un dimensionado faacutecil y raacutepido de las correas a disponer Entre sus funcionalidades destacan
-Crear de forma sencilla y raacutepida la geometriacutea y las cargas de peso propio sobrecarga de uso viento y nieve de un poacutertico formado por nudos riacutegidos celosiacuteas o cerchas Las cargas de viento y nieve se generan automaacuteticamente seguacuten la norma y la zona elegida
-Proporcionar el dimensionado de correas de cubiertas y laterales de fachadas optimizando el perfil y la separacioacuten entre correas
-Exportar a CYPE 3D la geometriacutea del poacutertico con apoyos biarticulados o biempotrados sus cargas y los coeficientes de pandeo de las barras que lo componen suponiendo la estructura traslacional o intraslacional Se exportan todas las cargas de viento las de cubierta las del los laterales de la nave y las perpendiculares a los poacuterticos de pared final (muro pintildeoacuten) Estas cargas se exportan como cargas superficiales lo que facilita enormementela labor de introduccioacuten de datos
72Cype3DEste moacutedulo ha sido disentildeado para ofrecer al usuario un software de mayores prestaciones con relacioacuten al dimensionado de estructuras de acero Permite calcular cualquier tipo de estructura formada por barras de acero de acuerdo con la normativa seleccionada Estaacute adaptado al CTE y tambieacuten a otras normativas nacionales e internacionales Las funcionalidades maacutes importante que se han utilizado para este proyecto son
-Descripcioacuten de los nudos la tipologiacutea de los nudos es muy completa Pueden definirse las vinculaciones interiores y coacciones exteriores las cuales permiten que los nudos puedan definirse como empotrados semiempotrados apoyos elaacutesticos apoyos con desplazamientos libres seguacuten un plano o recta a definir
-Agrupacioacuten y descripcioacuten de las barras permite la agrupacioacuten e introduccioacuten de barras de acero y dimensiona la seccioacuten llegando a su optimizacioacuten maacutexima Emplea perfiles de acero laminado armado y conformado que gestiona desde su amplia base de daros compuesta por perfiles de los fabricantes maacutes extendidos Puede crear perfiles compuestos a partir de perfiles simples con unioacuten soldada platabandas presillas etc Tambieacuten puede definir cartelas en los extremos perfiles de canto variable vigas boyd y barras mixtas
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-Introduccioacuten a coeficientes de pandeo y pandeo lateral permite introducir coeficientes de pandeo o longitudes de pandeo y el coeficiente de momentos de cada barra Tambieacuten calcula automaacuteticamente la longitud de pandeo de las barras seguacuten el meacutetodo aproximado El usuario tambieacuten puede activar en cualquier barra la comprobacioacuten de pandeo lateral
-Restriccioacuten de flechas liacutemites de las barras de la estructura el programa posibilita al usuario limitar la flecha de las barras para que el dimensionado de los perfiles tenga en cuenta las restriccioacuten impuesta El usuario puede imponer liacutemites a las flechas maacutexima y relativa tanto para sus calores absolutos como para sus calores relativos a la longitud entre los extremos y los puntos de inflexioacuten de la deformada
-Caacutelculo y optimizacioacuten de la estructura el programas hace todas las comprobaciones pertinente siempre de acorde a la norma para que se cumplan todos los requisitos en caso de no ser asiacute muestra que condiciones no se estaacuten cumpliendo
-Caacutelculo y dimensionado de uniones soldadas y atornilladas el programa realiza el caacutelculo y dimensionado automaacutetico de uniones soldadas y atornilladas de perfiles laminados y armados en doble T
-Caacutelculo y dimensionado de placas de anclaje
-Resultados planos y listados se proporciona una memoria justificativa del proyecto los listados detallados de las comprobaciones seguacuten la norma seleccionada y los planos de la estructura metaacutelica de la nave
73Generadordeprecios El generador de precios es una herramienta informaacutetica que pertenece a CYPE ingenieros que permite a los arquitectos y responsables de los proyectos obtener precios (para obra nueva rehabilitacioacuten y espacios urbanos) con las previsiones de costes ajustadas al maacuteximo a la realidad y facilitar la elaboracioacuten de una documentacioacuten de proyecto de calidad (completa consistente y con informacioacuten teacutecnica vinculada a cada unidad de obra) uacutetil para las distintas fases del ciclo de vida del edificio (estudios previos anteproyecto proyecto baacutesico y de ejecucioacuten direccioacuten y ejecucioacuten de la obra uso y mantenimiento deconstruccioacuten y reciclado final) Incluye productos de fabricantes y productos geneacutericos
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8Dimensionado
81Procedimientodedimensionado
811CaacutelculodelascorreasdecubiertaLas correas e cubierta son aquellos elementos cuya misioacuten es la de soportar al propio material de cerramiento de la cubierta transmitiendo su peso a las cerchas y estas a su vez a los pilares los cuales transmitiraacuten la carga a los pilares Asiacute mismo desempentildean la funcioacuten de arriostrar los poacuterticos fuera de su plano
Utilizando el generado de poacuterticos se generara un poacutertico y se estableceraacute cierta separacioacuten entre ellos asiacute como tambieacuten se generaraacuten las diferentes cargas de nieve y viento Se seleccionaraacuten las correas y por uacuteltimo se exporta a CYPE 3D
812CreacioacutendelageometriacuteadelanaveAprovechando la estructura que se ha generado con la exportacioacuten que se ha realizado desde el generador de poacuterticos se introducen los elementos restantes para completar la geometriacutea de la nave
Entre los maacutes destacados hay que resaltar
-Pilares intermedios de los poacuterticos de los extremos
-Vigas de atados de cabeza de pilar
-Vigas montantes
-Tirantes de las cruces de San Andreacutes
813DescripcioacutendelosnudosUna vez definida la geometriacutea de la nave se procederaacute a describir el comportamiento de los nudos de la estructura empotrada en esta nave se han asignado los siguientes nudos
-Todos los pilares van con vinculacioacuten exterior empotrada en la base
-Todas las uniones entre pilar-viga se efectuaraacuten con vinculacioacuten interior empotrada que seraacute resuelta a traveacutes de cartelas
-Las uniones entre las vigas de cumbrera iraacuten con vinculacioacuten interior empotrada donde seraacute necesario introducir cartelas
-Las uniones entre elementos de la estructura como vigas de atado de cabeza de pilares vigas montantes o las cruces de San Andreacutes iraacuten articuladas
814DescripcioacutendebarrasPara finalizar se describiraacuten todas las barras de la estructura Para ello se han agrupado todas las barras del mismo tipo para ahorrar trabajo optimizando la gestioacuten el control de caacutelculo y la ejecucioacuten de la estructura
Todas las barras deben predimensionarse con una porcioacuten parecida a la solucioacuten final para que el programa encuentre la solucioacuten lo antes posible Tambieacuten es muy importante disponer una cartela inicial adecuada ajo los dinteles que sea como miacutenimo
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la decima parte de la luz
Tras agrupar las barras de forma clara hay que asignar a toda la estructura el tipo de material S275
815PandeoEn los planos de los poacuterticos se ha considerado la estructura como traslacional y en los planos de los cerramientos y las cubiertas la nave puede considerarse como intraslacional
El criterio que usa CYPE es el siguiente
-El plano deacutebil del perfil se denomina plano ldquoxyrdquo y se corresponde con el plano paralelo a las alas del perfil
-El plano fuerte del perfil se denomina plano ldquoxzrdquo y se corresponde al plano que contiene el alma ce la pieza
Por lo que se aplicaraacuten los diferentes coeficientes de pandeo teniendo en cuenta las condiciones de contorno de las que dispone cada barra para cada plano Los coeficientes asignados son los siguientes
-Pilares exteriores de los poacuterticos interiores xzAElig14 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos interiores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares exteriores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Jaacutecenas xzAElig10 xyAElig0
-Cruces de San Andreacutes xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos interiores xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos exteriores xzAElig1 xyAElig1
Estos coeficientes de pandeo van a afectar decisivamente al caacutelculo de la estructura Es muy importante aplicar estos coeficientes basados en datos sensatos y coherentes y que despueacutes se materialicen en la obra de lo contrario no estariacuteamos calculando la obra que se esta construyendo con el consiguiente riesgo antildeadido
Entre alma y alma de los pilares consecutivos se supone el caso maacutes desfavorablesin cerramiento Esta condicioacuten de contorno hace que se ponga a 07 este coeficiente de pandeo en el plano xy
En el plano de inercia xz los pilares estaacuten empotrados teniendo en la base un nudo que imposibilita su desplazamiento y giro pero en su conexioacuten con el dintel si que puede existir desplazamiento por ello se asignara un coeficiente de pandeo de 14
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En el plano deacutebil de los dinteles tenemos que las correas los arriostran y en el plano fuerte estos dinteles estaacuten biempotrados en sus extremos al pilar y al otro dintel respectivamente En este plano la pieza es biempotrada traslacional por lo que le corresponde un coeficiente de pandeo aproximadamente de 1
Una vez razonados y aplicados los coeficientes de pandeo en cada planoprincipal de cada barra se modificaraacuten los coeficientes de empotramiento de los extremos de las vigas de atado y de los marcos de las cruces de San Andreacutes en cada uno de sus planos para despueacutes articular sus extremos
816FlechasSe limitaraacute la flecha maacutexima en el plano fuerte de las barras sometidas a flexioacuten que es en el plano en que van a dominar las cargas
Se limita la flecha maacutexima de acuerdo con el tipo de edificio y los elementos implicados en la deformacioacuten Seguacuten CTE DB-SE apartado 43 Cuando se considere la integridad de los elementos constructivos considerando soacutelo las deformaciones que se produce despueacutes de la puesta en obra del elemento la flecha relativa es menor que L300 para elementos horizontales y menor de L250 para pilares
817PlacasdeanclajeUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles el propio programa nos calcula las propias placas de anclaje incluyendo dimensiones de las mismas rigidizadores y tamantildeo longitud y nuacutemero de pernos debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
818CimentacioacutenUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles ademaacutes de las placas de anclaje el propio programa nos calcula las reacciones y cargas a cimentacioacuten que nos genera nuestra estructura debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
Utilizaremos como tensioacuten de trabajo del suelo 02 MPa confirmado por el tipo de terreno sobre el que se pretende construirTendremos en cuenta para el caacutelculo de la cimentacioacuten de la nave del presente proyecto tanto la Norma EHE como el CTE en su apartado destinado a cimentaciones CTE parte 2-DB SE-C- Seguridad Estructural
82Accionesconsideradas
821CargaspermanentesLas cargas permanentes estaacute constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que estaacuten permanentemente unidos a la
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
ܥ ൌ ͳǡ͵
ൌ ͳ
௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
ǣ
De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
ഝభబ െ ͳሻοߠǡ௧
siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
ܣ
Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
ͺǣ
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46
Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
ͻǣ
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1
MEMORIA
1Introduction5
2Objetodelproyecto6
3Elacero731Caracteriacutesticasmecaacutenicasdelacero732Caracteriacutesticastecnoloacutegicasdelacero833Lostiposdeaceromaacutesusadosenestructuras834Ventajasdelasestructurasmetaacutelicas8
4Elementosestructurales1041Cimentacioacuten10ͶǤͳǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͲͶǤͳǤʹǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͲ
42Placasdeanclaje1143Pilares1144Vigas12ͶǤͶǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳʹͶǤͶǤʹiumlǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳʹͶǤͶǤ͵ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳʹͶǤͶǤͶǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳʹͶǤͶǤͷǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳ͵ͶǤͶǤAgraveǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳ͵
45Correas1346Arriostramientos1447MediosdeUnioacuten14ͶǤǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͶͶǤǤʹǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͶ
48Tipologiacuteasestructurales15ͶǤͺǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͷͶǤͺǤʹtimesǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͷ
5Durabilidaddelasestructuras1651Proteccionesparaestructurasmetaacutelicas16ͷǤͳǤͳtimesǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳͷǤͳǤʹtimestimesǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤͳ
52DurabilidaddelHormigoacuten176Casodeestudio1861Descripcioacutendelanave1862Localizacioacuten1963Normativamunicipal2064Normativalegalaplicableatodalanave21
7Metodologiacuteadecaacutelculo2271Generadordepoacuterticos2272Cype3D2273Generadordeprecios23
8Dimensionado2481Procedimientodedimensionado24ͺǤͳǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͶͺǤͳǤʹtimesAgraveǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͶͺǤͳǤ͵timesǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͶͺǤͳǤͶtimesǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ Ͷ
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
2
ͺǤͳǤͷǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͷͺǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺǤͳǤͺtimesǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ
82Accionesconsideradas26ͺǤʹǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺǤʹǤʹǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺǤʹǤ͵ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺǤʹǤͶǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺǤʹǤͷǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺ
9Disentildeofinal2991Elementos29
10Cargadefuego30101Caacutelculodelacargadefuegodelaestructura30
11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios34111Elementosdeproteccioacuten34ͳͳǤͳǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤ͵ ͶͳͳǤͳǤʹǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤ͵ ͷͳͳǤͳǤ͵ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤ͵ ͳͳǤͳǤͶǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤ͵
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones3812Elfuegoylasprotecciones40121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego40122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten41123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten44124Caacutelculodelastemperaturascriacuteticas48125ComprobacioacutendelasmedidasobtenidasporelCYPE54
13Conclusions56
14Bibliografiacutea57ANEXODECAacuteLCULOS1Caacutelculodelasbarras5911CruzdeSanAndreacutesdecubierta5912CruzdeSanAndreacutesdeloslaterales6213Jaacutecenaexteriorpoacuterticodefachada6514Jaacutecenaexteriorpoacuterticointerior7715Jaacutecenainteriorpoacuterticodefachada8916Jaacutecenainteriorpoacuterticointerior10117Pilarmuropintildeoacuten11118Pilarexteriorpoacuterticodefachada12119Pilarexteriorpoacuterticointerior133110Pilarinteriorpoacuterticodefachada145111Pilarinteriorpoacuterticointerior157112Vigaperimetralexteriorpoacuterticodefachada167113Vigaperimetralexteriorpoacuterticodeinterior176114Vigaperimetralinteriorpoacuterticoexterior183115Vigaperimetralinteriorpoacuterticointerior192
2Caacutelculodelasplacasdeanclaje199
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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21Placadelpilarinteriorpoacuterticointerior19922Placadelpilarexteriorpoacuterticointerior20423Placadelpilarexteriorpoacuterticoexterior20924Placadelpilarinteriorpoacuterticoexterior21325Placadelpilardefachada217
3Caacutelculodelascimentaciones22231Zapataexteriordeunpoacuterticointerior22232Zapataesquinera22533Zapatadepoacuterticodefachada(IPE550)22734Zapatadepoacuterticodefachada(HEA550)22935Zapatainteriordeunpoacuterticointerior(1)23236Zapatainteriordeunpoacuterticointerior(2)234
PLANOSPlanodecubiertaPlanodecimentacioacuten(1)Planodecimentacioacuten(2)PoacuterticodefachadaylateralPlanodeplacasdeanclajePlanopoacuterticointeriorPlanodezapatas(1)Planodezapatas(2)Planodevigascentradoras(1)Planodevigascentradoras(2)PLIEGODECONDICIONES1Desbroceylimpiezadelterreno237
2Zapatadecimentacioacutendehormigoacutenarmado238
3Vigaentrezapatas240
4Placadeanclajeconpernossoldadosypreparacioacutendebordes241
5Aceroenpilares243
6Aceroenvigas244
7Aceroencorreasmetaacutelicas246
8Cubiertainclinadadeplacas247
9Proteccioacutendelaestructurametaacutelicasistemarockwool248
10ProteccioacutendelaestructurametaacutelicasistemaPlaco249
11Proteccioacutendelaestructurametaacutelicaconpinturaintumescente250
PRESUPUESTOS1PresupuestodelaestructuraǩǨǤ
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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2PresupuestodeproteccioacutenconrockwoolǩǨǤ3PresupuestodeproteccioacutenconplacasdeyesoǩǨǤ4PresupuestodeproteccioacutenconpinturaintumescenteǩǨǤ
MEMORIA
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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1Introduction The aim of this project is to calculate the steel structure of an industrial building in Villareal and its fire passive protection with different methods rock wool plasterboard mortar projection and intumescent paint This industrial building will be dedicated to the storage of electronic equipment which has an specific area to develop the activity inside The industrial building whose shape is perfectly rectangular has the following dimensions 85m (length) x 50m (width) x 9m (height) It is situated in the industrial area of Villareal at the street Camiacute Onda Castelloacute Vell This work borns from the need to study different solutions of fire pasive protection systems to determine which is the best solution from the economic point of view After calculating the metallic structure the design for each one of the alternatives will be developed and from these options it will be studied wich is the best option
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2Objetodelproyecto El objeto de dicho proyectosiempre teniendo en cuenta la normativa vigente es el siguiente -Caacutelculo y descripcioacuten de la estructura metaacutelica que constituiraacute la nave industrial asiacute como la justificacioacuten de las acciones utilizadas y de las soluciones adoptadas -Caacutelculo de la carga de fuego en la nave industrial calculada -Caacutelculo y descripcioacuten de la proteccioacuten necesaria contra el fuego comparando teacutecnica y econoacutemicamente el uso de diferentes protecciones -Anaacutelisis de los presupuestos de las diferentes protecciones para establecer cuaacutel de ella es mejor desde el punto de vista econoacutemico
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3ElaceroLos metales que se emplean en estructuras metaacutelicas son principalmente el acero ordinario el acero inoxidable y el aluminio
El acero es el material estructural por excelencia para grandes alturas puesto que resuelve con eacutexito los planteamientos estructurales de soportar el peso con pilares de dimensiones reducidas resistir el empuje ante el vuelco y evitar movimientos debidos a la accioacuten del viento
El acero ordinario es el maacutes empleado y existen los siguientes tipos (seguacuten la norma EN 10027)
S235JR S235J0 S275JR
S275J0 S355JR S355J0
S235J2 S275J2 S355J2
La primera sigla es una ldquoSrdquo (de Steel acero en lengua inglesa)
La siguiente cantidad numeacuterica es el liacutemite elaacutestico en MPa en elementos cuyo espesor no supere los 16 mm En espesores superiores la resistencia de caacutelculo es menor
Las uacuteltimas siglas indican su sensibilidad a la rotura fraacutegil y su soldabilidad
- JR para construcciones ordinarias
- J0 cuando se requiere alta soldabilidad y resistencia a la rotura fraacutegil
- J2 cuando se requiere exigencias especiales de resistencia resistencia a la rotura fraacutegil y soldabilidad
31CaracteriacutesticasmecaacutenicasdelaceroLos valores fundamentales para el disentildeo de las piezas de acero son
-El liacutemite elaacutestico El liacutemite elaacutestico es la carga unitaria para la que se inicia el escaloacuten de cedencia es decir a partir del cual las deformaciones no son recuperables
-El liacutemite de rotura El liacutemite de rotura es la carga unitaria maacutexima soportada por el acero en el ensayo de traccioacuten Los valores del liacutemite elaacutestico y de rotura dependen del tipo de acero pero hay otras caracteriacutesticas que son comunes para todos los aceros
-Moacutedulo de Elasticidad E=210 GPa
-Moacutedulo de Rigidez G=81 GPa
-Coeficiente de Poisson 03
-Coeficiente de dilatacioacuten teacutermica 12middot10-5 (ordmC)-1
-Densidad 7850 kgm3
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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32CaracteriacutesticastecnoloacutegicasdelaceroLa soldabilidades la aptitud de un acero para ser soldado mediante los procedimientos habituales sin que aparezca fisuracioacuten en friacuteo Es una caracteriacutestica tecnoloacutegica importante de cara a la ejecucioacuten de la estructura
La resistencia al desgarro laminar del acero se define como la resistencia a la aparicioacuten de defectos en piezas soldadas sometidas a tensiones de traccioacuten en direccioacuten perpendicular a su superficie
La aptitud al doblado es un iacutendice de la ductilidad del material y se define por la ausencia o presencia de fisuras en el ensayo de doblado
33LostiposdeaceromaacutesusadosenestructurasLos siguientes tipos de acero utilizables en perfiles y chapas para estructuras de acero
-Aceros laminados en caliente Se entiende por tales los aceros no aleados sin caracteriacutesticas especiales de resistencia mecaacutenica ni resistencia a la corrosioacuten y con una microestructura normal
-Aceros con caracteriacutesticas especiales Se consideran los siguientes tipos
-Aceros normalizados de grano fino para construccioacuten soldada
-Aceros de laminado termomecaacutenico de grano fino para construccioacuten soldada
-Aceros con resistencia mejorada a la corrosioacuten
-Aceros templados y revenidos
-Aceros con resistencia mejorada a la deformacioacuten en la direccioacuten perpendicular a la superficie del producto
-Aceros conformados en friacuteo Se entiende por tales los aceros cuyo proceso de fabricacioacuten consiste en un conformado en friacuteo que les confiere unas caracteriacutesticas especiacuteficas desde los puntos de vista de la seccioacuten y la resistencia mecaacutenica
34Ventajasdelasestructurasmetaacutelicas Antantildeo en cuanto al caacutelculo se refiere el eacutexito o el fracaso de la obra se determinaba seguacuten si el edificio a calcular en cuestioacuten era capaz de soportar las cargar que se le aplicaban o no Progresivamente a traveacutes de siglos de estudio y experiencia el conocimiento sobre dimensionado de elementos estructurales se ha visto ampliado gracias al estudio de la materia por lo que se han llegado a establecer diversas teacutecnicas de caacutelculo que permiten que el disentildeo estructural tenga unos resultados muy fiables
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Naturalmente las estructuras metaacutelicas presentan ciertas ventajas frente a las estructuras de hormigoacuten las cuales vienen principalmente de las diferencias entre los materiales Las maacutes importantes se relatan a continuacioacuten -Realizacioacuten del maacuteximo trabajo en taller ejecutando todas las soldaduras y dejando todos los elementos listos para el ensamblaje mediante uniones atornilladas en obra -Garantiza un estricto control de calidad reduciendo la posibilidad de fallo humano -Permite la proyeccioacuten de naves con elevadas luces resultando naves maacutes ligeras y esbeltas -Gracias a la ligereza de la estructura y a las diferencias de seccioacuten necesarias para la misma obra frente a otros materiales el aprovechamiento del espacio es maacuteximo -Enorme adaptabilidad a cualquier solucioacuten deseada ya sea por medio de entramados riacutegidos o articulados -Gran facilidad en el ensamblaje de la obra durante su ejecucioacuten -Precios muy competitivos frente a otros materiales ademaacutes de la rapidez de ejecucioacuten de la obra lo que lleva a un correcto plan de obra que a su vez permitiraacute un ahorro en los costes de construccioacuten A la vez la ligereza de las estructuras metaacutelicas implican una reduccioacuten de los costes de transporte y una reduccioacuten del coste de las cimentaciones -La adaptabilidad del acero es de especial relevancia en casos de rehabilitacioacuten ya sea para reforzar estructuras existentes o para una completa reconstruccioacuten manteniendo las fachadas El acero se entrega prefabricado en obra no necesita ser apuntalado y tampoco sufre retraccioacuten o fluencia por lo que puede asumir carga de inmediato -El desarrollo de nuevos sistemas de proteccioacuten contra la corrosioacuten garantizan con un mantenimiento miacutenimo una vida casi ilimitada para las estructuras realizadas con acero -Cuando termina la vida uacutetil del edificio la estructura metaacutelica de acero puede ser desmontada y posteriormente utilizada en nuevos usos o ser re-aprovechada con un faacutecil reciclaje -La estructura metaacutelica en acero supone un peso reducido segura en caso de seiacutesmo
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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4ElementosestructuralesAlgunos de los elementos resistentes de que constan las estructuras industriales son los siguientes
41CimentacioacutenSe denomina cimentacioacuten al conjunto de elementos estructurales cuya misioacuten es transmitir las cargas de la edificacioacuten o elementos apoyados a este al suelo distribuyeacutendolas de forma que no superen su presioacuten admisible ni produzcan cargas zonales Debido a que la resistencia del suelo es generalmente menor que la de los pilares o muros que soportaraacute el aacuterea de contacto entre el suelo y la cimentacioacuten seraacute proporcionalmente maacutes grande que los elementos soportados
La eleccioacuten del tipo de cimentacioacuten depende especialmente de las caracteriacutesticas mecaacutenicas del terreno como su cohesioacuten su aacutengulo de rozamiento interno posicioacuten del nivel freaacutetico y tambieacuten de la magnitud de las cargas existentes A partir de todos esos datos se calcula la capacidad portante que junto con la homogeneidad del terreno aconsejan usar un tipo u otro diferente de cimentacioacuten Siempre que es posible se emplean cimentaciones superficiales ya que son el tipo de cimentacioacuten menos costoso y maacutes simple de ejecutar Cuando por problemas con la capacidad portante o la homogeneidad del mismo no es posible usar cimentacioacuten superficial se valoran otros tipos de cimentaciones Hay dos tipos fundamentales de cimentacioacuten directas y profundas
411CimentacionessuperficialesodirectasSon aquellas que se apoyan en las capas superficiales o poco profundas del suelo por tener eacuteste suficiente capacidad portante por tratarse de construcciones de importancia secundaria y relativamente livianas En este tipo de cimentacioacuten la carga se reparte en un plano de apoyo horizontal Las cimentaciones superficiales se clasifican en -Cimentaciones cicloacutepeas -Zapatas Zapatas aisladas Zapatas corridas Zapatas combinadas -Losas de cimentacioacuten
412CimentacionesprofundasSe basan en el esfuerzo cortante entre el terreno y la cimentacioacuten para soportar las cargas aplicadas o maacutes exactamente en la friccioacuten vertical entre la cimentacioacuten y el terreno Deben ubicarse maacutes profundamente para poder distribuir sobre una gran aacuterea un esfuerzo suficientemente grande para soportar la carga Algunos meacutetodos utilizados en cimentaciones profundas son -Pilotes son elementos de cimentacioacuten esbeltos que se hincan (pilotes de desplazamiento prefabricados) o construyen en una cavidad previamente abierta en el
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terreno (pilotes de extraccioacuten ejecutados in situ) -Pantallas es necesario anclar el muro al terreno
Pantallas isostaacuteticas con una liacutenea de anclajes Pantallas hiperestaacuteticas dos o maacutes liacuteneas de anclajes
42PlacasdeanclajeLas placas de anclaje son elementos estructurales que se emplean para unir los soportes metaacutelicos a la cimentacioacuten y que tienen como objeto hacer que la transicioacuten del acero al hormigoacuten se realice sin que en ninguacuten punto se sobrepasen las tensiones admisibles en este material
El material que constituye el cimiento (casi siempre hormigoacuten) es menos resistente que el acero por lo que la base debe ampliar la seccioacuten del soporte de acero hasta conseguir una superficie adecuada de contacto con el hormigoacuten para que la transmisioacuten de esfuerzos de uno a otro material sea lo maacutes uniforme posible
La placa de anclaje debe estar sujeta al cimiento mediante unos pernos de anclaje que quedan embebidos en el hormigoacuten y que al fraguar y endurecer eacuteste trabajan por adherencia
Los elementos que constituyen una base del tipo generalmente utilizado en edificacioacuten son
-Placa de base o de reparto
-Cartelas de rigidez
-Pernos de anclaje
Salvo en el caso excepcional de que el pie del soporte sea articulado los soportes se consideran empotrados en la cimentacioacuten lo que hace que la placa de anclaje deba prepararse para resistir los siguientes esfuerzos axil momento flector cortante y momento torsor
43PilaresLos pilares son elementos verticales sometidos principalmente a compresioacuten y a flexioacuten pequentildea o nula Son los elementos que transmiten las cargas verticales al terreno a traveacutes de los cimientos y las bases Para dimensionar un pilar se tendraacute en cuenta el tipo de acero el tipo de carga que va a recibir el perfil la longitud del soporte (por si hubiese pandeo) y la carga axial de compresioacuten
Los pilares simples maacutes utilizados son el HEB el HEA el IPN y el IPE Con ellos se obtiene gran aprovechamiento y son muy aptos para formar pilares en poacuterticos riacutegidos
Lo pilares simples de varios perfiles maacutes utilizados son los formados por 2 UPN
Los pilares compuestos se obtienen acoplando perfiles separados enlazados por medio de elementos transversales discontinuos Pueden estar unidos mediante presillas o
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mediante celosiacutea
44VigasLas jaacutecenas o vigas son elementos lineales en las que una dimensioacuten predomina sobre las otras dos Su forma de trabajo es casi exclusivamente a flexioacuten por ello suelen adoptar forma de I para tratar de obtener la maacutexima inercia y el mayor moacutedulo resistente con el material disponible tratando de mejorar el rendimiento
Las vigas son los elementos sustentantes horizontales o como en las cubiertas ligeramente inclinados que reciben las cargas verticales y las transmiten trabajando a flexioacuten a los pilares o apoyos
Las cargas que la viga recibe producen en sus secciones los siguientes esfuerzos momento flector esfuerzo cortante y torsiones (algunas veces)
441VigassimplesLos perfiles empleados son IPN IPE o HE El empleo de los perfiles IPE resulta maacutes econoacutemico en general tanto por su mayor rendimiento mecaacutenico como por la simplificacioacuten que en empalmes y uniones proporciona el espesor uniforme de las alas
Los perfiles simples laminados tienen la ventaja sobre la viga armada que para igual resistencia su coste es menor
442VigasmuacuteltiplesSon las vigas constituidas por dos o maacutes perfiles I adosados unidos a traveacutes de elementos de unioacuten tales como perfiles presillas tornillos pasantes etc que solidaricen eficazmente los perfiles componentes
443VigasreforzadasLa utilizacioacuten de refuerzos con chapa o pletina en las estructuras metaacutelicas es de gran eficacia para conseguir ahorro de material
Que un refuerzo sea econoacutemico o no depende de los valores relativos de la chapa el perfil y el cordoacuten de soldadura
El elemento de refuerzo maacutes utilizado es la chapa o platabanda Se utilizan estos refuerzos cuando queremos moacutedulos resistentes (W) mayores que los existentes en el mercado o cuando exista limitacioacuten de canto
444VigasojaacutecenasarmadasLas vigas armadas estaacuten formadas por varias pletinas o chapas unidas con cualquiera de los medios de unioacuten soldadura roblones angulares y tornillos etc
Para unas solicitaciones determinadas siempre es posible encontrar una viga armada de menor peso que el perfil laminado que corresponderiacutea a esas solicitaciones Sin embargo aun con mayor peso los perfiles laminados son siempre maacutes econoacutemicos que las vigas armadas debido al menor coste de fabricacioacuten
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445VigasojaacutecenasaligeradasSon vigas de alma aligerada
La solucioacuten de las vigas aligeradas puede resultar muy econoacutemica cuando pueda adoptarse el canto que se estime maacutes conveniente y cuando la flexioacuten predomine sobre el esfuerzo cortante es decir cuando se trate de luces grandes y de cargas moderadas
A esta clase de vigas se les ha dado diversas denominaciones vigas alveoladas vigas void en panal de abeja
446VigasdecelosiacuteaLas vigas de celosiacutea son de gran utilidad en las construcciones metaacutelicas especialmente en edificaciones industriales y para grandes luces
Para luces de cierta importancia el peso de estas vigas es inferior al de las vigas de alma llena equivalentes El coste de una estructura es el resultado de tres sumandos coste del material de la fabricacioacuten y del montaje Estos uacuteltimos variacutean notablemente seguacuten las circunstancias
El mejor aprovechamiento a efectos resistentes de las vigas de celosiacutea con relacioacuten a las de alma llena se refleja en que mientras que en una viga de alma llena las tensiones maacuteximas de agotamiento se alcanzaraacuten soacutelo en dos puntos de su seccioacuten en una barra triangulada puede conseguirse que toda la seccioacuten tanto los cordones como las diagonales se agoten uniformemente teniendo en cuenta que las barras a compresioacuten deben dimensionarse teniendo en cuenta el pandeo
Las vigas de celosiacutea suelen estar constituidas por cordoacuten superior cordoacuten inferior elementos de relleno (montantes y diagonales) y medios de unioacuten (cartelas soldadura tornilleriacutea etc)
Los cordones pueden ser paralelos o no A aquellos cuyos cordones son paralelos se les llama ldquovigas de celosiacuteardquo mientras que las que tienen dichos cordones inclinados se les denomina ldquocerchasrdquo
En las cerchas el cordoacuten superior sigue la inclinacioacuten de la cubierta Suelen ser estructuras ligeras con cartelas simples y barras constituidas por angulares o simples T
Las posibilidades y variedades de las vigas de celosiacutea son praacutecticamente infinitas seguacuten el trazado de los cordones y la disposicioacuten de la triangulacioacuten Sin embargo existen unos tipos que podriacuteamos llamar claacutesicos y son Pratt Howe y Warren
45CorreasLas correas son las vigas en que se apoya la chapa u otro tipo de techumbre por lo que tienen que soportar su peso asiacute como el debido a posibles cargas de nieve y viento Se encuentran a su vez apoyadas sobre las cerchas o los poacuterticos normalmente en un plano inclinado lo que hace tender a flectar tambieacuten en el sentido de la inclinacioacuten Siendo variable su separacioacuten dependiendo del material de cubierta etc
El apoyo de las correas sobre las cerchas o poacuterticos se aseguraraacute bien mediante uniones soldadas (un cordoacuten por cada lado de la correa con el maacuteximo espesor que permita la
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unioacuten) bien mediante uniones remachadas ponieacutendose un casquillo en angular
Las correas se calcularaacuten como vigas apoyadas con carga uniformemente distribuida
Suelen emplearse perfiles IPN simple T perfil Z o vigas de celosiacutea
46ArriostramientosTienen la funcioacuten de transmitir los esfuerzos producidos por el viento frontal sobre el poacutertico extremo a las paredes laterales que a su vez los transmitiraacuten al suelo
El arriostramiento baacutesico es la Cruz de San Andreacutes en forma de aspa que se coloca entre dos cerchas o poacuterticos y pueden abarcar varias correas para evitar aacutengulos pequentildeos y repartir bien los esfuerzos a las barras
Este tipo de configuracioacuten presenta el inconveniente de ser estaacuteticamente indeterminado con lo que tenemos que hacer hipoacutetesis para llegar a una que sea determinada Estas hipoacutetesis se hacen respecto a las diagonales cruzadas observando que cuando una diagonal estaacute en tensioacuten la contradiagonal estaacute en compresioacuten Por lo general se toman dos meacutetodos de anaacutelisis
-Si las diagonales se disentildean esbeltas es razonable suponer que no soportaraacuten esfuerzos de compresioacuten pues en caso contrario podriacutean pandear con gran facilidad Por lo tanto la fuerza cortante seraacute absorbida iacutentegramente por la diagonal en tensioacuten mientras que la diagonal en compresioacuten se supone que es un elemento que no trabaja es decir a todos los efectos es como si no existiese
-Si las barras diagonales se construyen con secciones robustas seraacuten capaces de soportar fuerzas de tensioacuten y de compresioacuten En este caso supondremos que cada diagonal toma la mitad de la fuerza cortante que aparezca
-Por estar sometidos a esfuerzos de traccioacuten estos elementos seraacuten esbeltos y de seccioacuten circular o rectangular (barras y varillas) existiendo tambieacuten de seccioacuten angular
-Las varillas (seccioacuten circular) han de engrosarse en sus extremos para compensar la peacuterdida de seccioacuten que supone la realizacioacuten de roscas para su fijacioacuten si bien en ocasiones se opta por disentildear tomando como seccioacuten resistente la correspondiente al aacuterea de la seccioacuten transversal de la rosca pues esta solucioacuten suele resultar maacutes econoacutemica aunque la pieza en este caso resulta ser maacutes sensible a efectos de impacto y de fatiga tendiendo a fallar por la zona de la rosca
47MediosdeUnioacuten
471UnionesatornilladasLos medios de unioacuten contemplados son los constituidos por tornillos tuercas y arandelas que deberaacuten estar normalizados y corresponder a los mismos grados del material que unen liacutemite elaacutestico y resistencia a traccioacuten
472UnionessoldadasUn acero se considera soldable seguacuten un grado un procedimiento determinado y para una aplicacioacuten especiacutefica cuando mediante la teacutecnica apropiada se puede conseguir la
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continuidad metaacutelica de la unioacuten y eacutesta cumpla con las exigencias requeridas
El material de aportacioacuten utilizable para la realizacioacuten de soldaduras (electrodos) deberaacute ser apropiado para el proceso de soldeo teniendo en cuenta al material a soldar y el procedimiento de soldeo ademaacutes deberaacute tener unas caracteriacutesticas mecaacutenicas en teacuterminos de liacutemite elaacutestico resistencia a traccioacuten deformacioacuten bajo carga maacutexima etc no inferiores a las correspondientes del material de base que constituye los perfiles o chapas que se pretende soldar
Meacutetodos de soldadura
-Soldadura manual con electrodo recubierto con recubrimientos de tipo rutilo o baacutesico
-Soldadura semiautomaacutetica bajo proteccioacuten gaseosa con hilo macizo tubular relleno de flux con transferencia de lluvia
-Soldadura semiautomaacutetica con hilo tubular relleno de flux sin proteccioacuten gaseosa con transferencia de lluvia
-Soldadura automaacutetica con arco sumergido
48TipologiacuteasestructuralesA la combinacioacuten de los distintos elementos estructurales y los materiales de que estaacuten hechos se les denomina sistema estructural Dichos sistemas estructurales pueden estar constituidos por la combinacioacuten de uno o varios tipos baacutesicos de estructuras Se recogen seguidamente una breve introduccioacuten a algunos de los tipos estructurales maacutes comunes en las construcciones industriales
481CerchasSon la parte principal de la cubierta Sobre eacutestas se apoyan las correas de tal forma que permiten que se transmitan las cargas actuantes sobre las correas a los soportes
Existen muchos tipos diferentes de cerchas y seguacuten sus triangulaciones asiacute podraacuten ser para mayor o menor luz
482PoacuterticosomarcosSe componen de vigas y columnas que estaacuten unidas entre siacute bien riacutegidamente o bien mediante articulaciones
Se clasifican en poacuterticos simples y poacuterticos muacuteltiples seguacuten consten de uno o varios vanos
Suelen ser poacuterticos a dos aguas adaptaacutendose a la inclinacioacuten de los faldones con lo que se aprovecha maacutes el interior al no existir tirantes
El trabajo de un poacutertico es el de una viga apoyada por medio de empotramiento en dos soportes Los elementos que lo forman suelen ser de alma llena Los encuentros se refuerzan con cartelas formadas por trozos de perfiles que rigidizan el nudo y ayudan a contrarrestar el empuje que ejerce el poacutertico hacia el exterior
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5DurabilidaddelasestructurasLa durabilidad de una estructura de acero es su capacidad para soportar durante la vida uacutetil para la que ha sido proyectada las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que estaacute expuesta y que podriacutean llegar a provocar su degradacioacuten como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el anaacutelisis estructural
Para conseguir la durabilidad adecuada seraacute necesario seguir una estrategia que contemple todos los posibles mecanismos de degradacioacuten adoptando medidas especiacuteficas en funcioacuten de la agresividad a la que se encuentre sometido cada elemento
Deberaacuten incluirse al menos los siguientes aspectos
-Seleccioacuten de la forma estructural definiendo en el proyecto los esquemas estructurales las formas geomeacutetricas y los detalles que sean compatibles con la consecucioacuten de una adecuada durabilidad de la estructura Se facilitaraacute la preparacioacuten de las superficies el pintado las inspecciones y el mantenimiento
-Se procuraraacute evitar el empleo de disentildeos estructurales que conduzcan a una susceptibilidad elevada a la corrosioacuten eligiendo formas de los elementos sencillas
-Se reduciraacute al miacutenimo el contacto directo entre las superficies de acero y el agua
-Se evitaraacute el contacto directo del acero con otros metales (el aluminio de las carpinteriacuteas de cerramiento muros cortina etc)
-Cuando la estructura presente aacutereas cerradas o elementos huecos debe cuidarse que esteacuten protegidos de manera efectiva contra la corrosioacuten mediante soldadura continua
En casos de especial agresividad cuando las medidas normales de proteccioacuten no se consideren suficientes se podraacute recurrir a la disposicioacuten de sistemas especiales de proteccioacuten (materiales de recubrimiento en polvo productos para tratamiento quiacutemico de superficies)
51ProteccionesparaestructurasmetaacutelicasUna vez finalizada la construccioacuten de las estructuras metaacutelicas pueden aparecer problemas por alguna de las siguientes causas
Efectos del calor como consecuencia de incendios
Oxidacioacuten excesiva y consiguiente corrosioacuten
511ProteccioacutencontraincendiosAunque el hierro no es combustible no se puede considerar resistente al fuego no soacutelo porque disminuye sus resistencia en cuanto pasa de 500ordmC sino porque por efecto de su dilatacioacuten sufre grandes deformacionesLos materiales de proteccioacuten del acero que pueden utilizarse son granito maacutermol hormigoacuten faacutebrica de ladrillo ceraacutemico con mortero de cemento placas de yeso pinturas intumescentes etc
512ProteccioacutencontracorrosioacutenLa oxidacioacuten constituye el peor enemigo de las construcciones metaacutelicas Para evitarlo
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se cubre con un revestimiento protector y es indispensable que la superficie a tratar esteacute limpia de suciedad y oacutexido Deberaacute considerarse conjuntamente el tratamiento de proteccioacuten frente a incendio ya que los requisitos del mismo pueden determinar un grado de defensa frente a la corrosioacuten muy superior al estrictamente necesario especialmente en el caso de pinturas intumescentes y morteros proyectados
52DurabilidaddelHormigoacutenSe define en la Instruccioacuten espantildeola EHE la durabilidad del hormigoacuten como la capacidad para comportarse satisfactoriamente frente a las acciones fiacutesicas y quiacutemicas agresivas a lo largo de la vida uacutetil de la estructura protegiendo tambieacuten las armaduras y elementos metaacutelicos embebidos en su interior Por tanto no solo hay que considerar los efectos provocados por las cargas y solicitaciones sino tambieacuten las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que se expone Por ello se considera el tipo de ambiente en que se va a encontrar la estructura y que puede afectar a la corrosioacuten de las armaduras ambientes quiacutemicos agresivos zonas afectadas por ciclos de hielo-deshielo etc Para garantizar la durabilidad del hormigoacuten y la proteccioacuten de las armaduras frente a la corrosioacuten es importante realizar un hormigoacuten con una permeabilidad reducida realizando una mezcla con una relacioacuten aguacemento baja una compactacioacuten idoacutenea un peso en cemento adecuado y la hidratacioacuten suficiente de eacuteste antildeadiendo agua de curado para completarlo De esta forma se consigue que haya los menos poros posibles y una red capilar interna poco comunicada y asiacute se reducen los ataques al hormigoacuten En los casos de existencia de sulfatos en el terreno o de agua de mar se deben emplear cementos especiales Para prevenir la corrosioacuten de armaduras hay que cuidar el recubrimiento miacutenimo de las mismas
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6Casodeestudio 61Descripcioacutendelanave La nave que se pretende calcular es una nave formada por dos poacuterticos adosados a dos aguas con una longitud total de 85m La separacioacuten de los poacuterticos entre siacute va a ser de 5m La luz de dicha nave va a ser de 25m por cada poacutertico la altura de cabeza de pilar va a ser de 7m y la de cumbrera de 9m A continuacioacuten se adjunta una foto del esqueleto de la nave donde se puede observar que en los poacuterticos de los extremos se han situado arriostramientos para transmitir los efectos de las acciones a la cimentacioacuten
Figura 1 Nave industrial del caso de estudio
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62Localizacioacuten La nave industrial que se ha calculado en el presente proyecto se ubicaraacute en la parcela nordm36 del poliacutegono industrial de Villareal con acceso principal en la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell sn El poliacutegono industrial cuanta con buenos viales de comunicacioacuten que permiten localizarla sin dificultad como queda definido en la siguiente imagen de situacioacuten Aclaracioacuten Tras tomar la salida del poliacutegono industrial desde la nacional 340 por la avenida Castelloacute y tomar la primera salida en la primera rotonda se llega a la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell donde esta la nave situada
Figura 2 Accesos a la nave industrial
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63Normativamunicipal
Figura 3 Situacioacuten geograacutefica de la nave industrial Todas las obras a realizar por el presente proyecto se someteraacuten a la normativa municipal que indique el Excmo Ayuntamiento de Villareal Castelloacuten
La superficie total de la parcela seguacuten el catastro es de 719333 m2
La parcela estaacute clasificada como suelo urbano Industrial y su aprovechamiento urbaniacutestico es el que se pasa a detallar a continuacioacuten
Superficie maacutexima edificable 719333 m2 13 = 553333 m2
Ocupacioacuten permitida 100
Volumen maacuteximo sin especificacioacuten
Plazas de parking miacutenimo una plaza por cada 200 m2
Vallado miacutenimo 2m de altura
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64NormativalegalaplicableatodalanaveEn la redaccioacuten del presente Proyecto de Ejecucioacuten se ha tenido en cuenta
-Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacuten (CTE) y particularmente sus siguientes documentos baacutesicos (DB)El DB-SE constituye la base para los Documentos Baacutesicos siguientes y se utilizaraacute conjuntamente con ellos
-Documento Baacutesico SE (Seguridad Estructural)
-Documento Baacutesico SE-AE (Acciones en la Edificacioacuten)
En este Documento Baacutesico se establecen las formas en que deben combinarse las diferentes acciones que actuacutean sobre el edificio definiendo los diferentes coeficientes de seguridad de forma global para todos los materiales De esta forma se establecen entre otros los liacutemites de las deformaciones admisibles que deben verificar las estructuras de edificacioacuten
-Documento Baacutesico SE-A (Acciones de la edificacioacuten)
En el campo de aplicacioacuten de este Documento Baacutesico es el de la determinacioacuten de las acciones permanentes variables y accidentales sobre los edificios para verificar el cumplimiento de los requisitos de seguridad estructural (capacidad portante y estabilidad) y aptitud al servicio establecidos en el DB-SE
-Documento Baacutesico SE-A (Seguridad Estructural Acero)
En este documento se adopta baacutesicamente el enfoque del Eurocoacutedigo de acero EN-1993 contemplando las distintas combinaciones de caacutelculo elaacutestico y plaacutestico en base a la clasificacioacuten de secciones seguacuten el Eurocoacutedigo El documento se adapta al tipo de aceros que se comercializan actualmente e incluye modelos de anaacutelisis para uniones
-Documento Baacutesico SI (Seguridad en caso de Incendio)
Este Documento Baacutesico es una normativa de construccioacuten espantildeola que forma parte del Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacutenregula especiacuteficamente las medidas de proteccioacuten contra incendios con que deben contar los edificios de nueva planta Es una normativa de obligado cumplimiento en Espantildea por lo que todos los edificios construidos desde su entrada en vigor en 2006 deben incorporar las soluciones constructivas que recoge la normativa a excepcioacuten de los edificios industriales que se rigen por el Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales
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7MetodologiacuteadecaacutelculoEl caacutelculo de la nave se llevaraacute a cabo con la herramienta de software de CYPE Ingenieros versioacuten 2015
Este programa es capaz de calcular edificios naves industriales y cualquier otro tupo de estructura Mediante la aplicacioacuten de meacutetodos matriciales obtiene una forma relativamente sencilla y fiable del dimensionado y la optimizacioacuten de estructuras
El software de CYPE Ingenieros se estructura en diferentes aplicaciones cada una de las cuales estaacute especiacuteficamente disentildeada para una finalidad concreta
71GeneradordepoacuterticosEl generados de poacuterticos es un programa perteneciente al paquete CYPE Ingenieros que dada su sencillez y facilidad de uso permite hacer un dimensionado faacutecil y raacutepido de las correas a disponer Entre sus funcionalidades destacan
-Crear de forma sencilla y raacutepida la geometriacutea y las cargas de peso propio sobrecarga de uso viento y nieve de un poacutertico formado por nudos riacutegidos celosiacuteas o cerchas Las cargas de viento y nieve se generan automaacuteticamente seguacuten la norma y la zona elegida
-Proporcionar el dimensionado de correas de cubiertas y laterales de fachadas optimizando el perfil y la separacioacuten entre correas
-Exportar a CYPE 3D la geometriacutea del poacutertico con apoyos biarticulados o biempotrados sus cargas y los coeficientes de pandeo de las barras que lo componen suponiendo la estructura traslacional o intraslacional Se exportan todas las cargas de viento las de cubierta las del los laterales de la nave y las perpendiculares a los poacuterticos de pared final (muro pintildeoacuten) Estas cargas se exportan como cargas superficiales lo que facilita enormementela labor de introduccioacuten de datos
72Cype3DEste moacutedulo ha sido disentildeado para ofrecer al usuario un software de mayores prestaciones con relacioacuten al dimensionado de estructuras de acero Permite calcular cualquier tipo de estructura formada por barras de acero de acuerdo con la normativa seleccionada Estaacute adaptado al CTE y tambieacuten a otras normativas nacionales e internacionales Las funcionalidades maacutes importante que se han utilizado para este proyecto son
-Descripcioacuten de los nudos la tipologiacutea de los nudos es muy completa Pueden definirse las vinculaciones interiores y coacciones exteriores las cuales permiten que los nudos puedan definirse como empotrados semiempotrados apoyos elaacutesticos apoyos con desplazamientos libres seguacuten un plano o recta a definir
-Agrupacioacuten y descripcioacuten de las barras permite la agrupacioacuten e introduccioacuten de barras de acero y dimensiona la seccioacuten llegando a su optimizacioacuten maacutexima Emplea perfiles de acero laminado armado y conformado que gestiona desde su amplia base de daros compuesta por perfiles de los fabricantes maacutes extendidos Puede crear perfiles compuestos a partir de perfiles simples con unioacuten soldada platabandas presillas etc Tambieacuten puede definir cartelas en los extremos perfiles de canto variable vigas boyd y barras mixtas
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-Introduccioacuten a coeficientes de pandeo y pandeo lateral permite introducir coeficientes de pandeo o longitudes de pandeo y el coeficiente de momentos de cada barra Tambieacuten calcula automaacuteticamente la longitud de pandeo de las barras seguacuten el meacutetodo aproximado El usuario tambieacuten puede activar en cualquier barra la comprobacioacuten de pandeo lateral
-Restriccioacuten de flechas liacutemites de las barras de la estructura el programa posibilita al usuario limitar la flecha de las barras para que el dimensionado de los perfiles tenga en cuenta las restriccioacuten impuesta El usuario puede imponer liacutemites a las flechas maacutexima y relativa tanto para sus calores absolutos como para sus calores relativos a la longitud entre los extremos y los puntos de inflexioacuten de la deformada
-Caacutelculo y optimizacioacuten de la estructura el programas hace todas las comprobaciones pertinente siempre de acorde a la norma para que se cumplan todos los requisitos en caso de no ser asiacute muestra que condiciones no se estaacuten cumpliendo
-Caacutelculo y dimensionado de uniones soldadas y atornilladas el programa realiza el caacutelculo y dimensionado automaacutetico de uniones soldadas y atornilladas de perfiles laminados y armados en doble T
-Caacutelculo y dimensionado de placas de anclaje
-Resultados planos y listados se proporciona una memoria justificativa del proyecto los listados detallados de las comprobaciones seguacuten la norma seleccionada y los planos de la estructura metaacutelica de la nave
73Generadordeprecios El generador de precios es una herramienta informaacutetica que pertenece a CYPE ingenieros que permite a los arquitectos y responsables de los proyectos obtener precios (para obra nueva rehabilitacioacuten y espacios urbanos) con las previsiones de costes ajustadas al maacuteximo a la realidad y facilitar la elaboracioacuten de una documentacioacuten de proyecto de calidad (completa consistente y con informacioacuten teacutecnica vinculada a cada unidad de obra) uacutetil para las distintas fases del ciclo de vida del edificio (estudios previos anteproyecto proyecto baacutesico y de ejecucioacuten direccioacuten y ejecucioacuten de la obra uso y mantenimiento deconstruccioacuten y reciclado final) Incluye productos de fabricantes y productos geneacutericos
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8Dimensionado
81Procedimientodedimensionado
811CaacutelculodelascorreasdecubiertaLas correas e cubierta son aquellos elementos cuya misioacuten es la de soportar al propio material de cerramiento de la cubierta transmitiendo su peso a las cerchas y estas a su vez a los pilares los cuales transmitiraacuten la carga a los pilares Asiacute mismo desempentildean la funcioacuten de arriostrar los poacuterticos fuera de su plano
Utilizando el generado de poacuterticos se generara un poacutertico y se estableceraacute cierta separacioacuten entre ellos asiacute como tambieacuten se generaraacuten las diferentes cargas de nieve y viento Se seleccionaraacuten las correas y por uacuteltimo se exporta a CYPE 3D
812CreacioacutendelageometriacuteadelanaveAprovechando la estructura que se ha generado con la exportacioacuten que se ha realizado desde el generador de poacuterticos se introducen los elementos restantes para completar la geometriacutea de la nave
Entre los maacutes destacados hay que resaltar
-Pilares intermedios de los poacuterticos de los extremos
-Vigas de atados de cabeza de pilar
-Vigas montantes
-Tirantes de las cruces de San Andreacutes
813DescripcioacutendelosnudosUna vez definida la geometriacutea de la nave se procederaacute a describir el comportamiento de los nudos de la estructura empotrada en esta nave se han asignado los siguientes nudos
-Todos los pilares van con vinculacioacuten exterior empotrada en la base
-Todas las uniones entre pilar-viga se efectuaraacuten con vinculacioacuten interior empotrada que seraacute resuelta a traveacutes de cartelas
-Las uniones entre las vigas de cumbrera iraacuten con vinculacioacuten interior empotrada donde seraacute necesario introducir cartelas
-Las uniones entre elementos de la estructura como vigas de atado de cabeza de pilares vigas montantes o las cruces de San Andreacutes iraacuten articuladas
814DescripcioacutendebarrasPara finalizar se describiraacuten todas las barras de la estructura Para ello se han agrupado todas las barras del mismo tipo para ahorrar trabajo optimizando la gestioacuten el control de caacutelculo y la ejecucioacuten de la estructura
Todas las barras deben predimensionarse con una porcioacuten parecida a la solucioacuten final para que el programa encuentre la solucioacuten lo antes posible Tambieacuten es muy importante disponer una cartela inicial adecuada ajo los dinteles que sea como miacutenimo
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la decima parte de la luz
Tras agrupar las barras de forma clara hay que asignar a toda la estructura el tipo de material S275
815PandeoEn los planos de los poacuterticos se ha considerado la estructura como traslacional y en los planos de los cerramientos y las cubiertas la nave puede considerarse como intraslacional
El criterio que usa CYPE es el siguiente
-El plano deacutebil del perfil se denomina plano ldquoxyrdquo y se corresponde con el plano paralelo a las alas del perfil
-El plano fuerte del perfil se denomina plano ldquoxzrdquo y se corresponde al plano que contiene el alma ce la pieza
Por lo que se aplicaraacuten los diferentes coeficientes de pandeo teniendo en cuenta las condiciones de contorno de las que dispone cada barra para cada plano Los coeficientes asignados son los siguientes
-Pilares exteriores de los poacuterticos interiores xzAElig14 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos interiores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares exteriores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Jaacutecenas xzAElig10 xyAElig0
-Cruces de San Andreacutes xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos interiores xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos exteriores xzAElig1 xyAElig1
Estos coeficientes de pandeo van a afectar decisivamente al caacutelculo de la estructura Es muy importante aplicar estos coeficientes basados en datos sensatos y coherentes y que despueacutes se materialicen en la obra de lo contrario no estariacuteamos calculando la obra que se esta construyendo con el consiguiente riesgo antildeadido
Entre alma y alma de los pilares consecutivos se supone el caso maacutes desfavorablesin cerramiento Esta condicioacuten de contorno hace que se ponga a 07 este coeficiente de pandeo en el plano xy
En el plano de inercia xz los pilares estaacuten empotrados teniendo en la base un nudo que imposibilita su desplazamiento y giro pero en su conexioacuten con el dintel si que puede existir desplazamiento por ello se asignara un coeficiente de pandeo de 14
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En el plano deacutebil de los dinteles tenemos que las correas los arriostran y en el plano fuerte estos dinteles estaacuten biempotrados en sus extremos al pilar y al otro dintel respectivamente En este plano la pieza es biempotrada traslacional por lo que le corresponde un coeficiente de pandeo aproximadamente de 1
Una vez razonados y aplicados los coeficientes de pandeo en cada planoprincipal de cada barra se modificaraacuten los coeficientes de empotramiento de los extremos de las vigas de atado y de los marcos de las cruces de San Andreacutes en cada uno de sus planos para despueacutes articular sus extremos
816FlechasSe limitaraacute la flecha maacutexima en el plano fuerte de las barras sometidas a flexioacuten que es en el plano en que van a dominar las cargas
Se limita la flecha maacutexima de acuerdo con el tipo de edificio y los elementos implicados en la deformacioacuten Seguacuten CTE DB-SE apartado 43 Cuando se considere la integridad de los elementos constructivos considerando soacutelo las deformaciones que se produce despueacutes de la puesta en obra del elemento la flecha relativa es menor que L300 para elementos horizontales y menor de L250 para pilares
817PlacasdeanclajeUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles el propio programa nos calcula las propias placas de anclaje incluyendo dimensiones de las mismas rigidizadores y tamantildeo longitud y nuacutemero de pernos debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
818CimentacioacutenUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles ademaacutes de las placas de anclaje el propio programa nos calcula las reacciones y cargas a cimentacioacuten que nos genera nuestra estructura debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
Utilizaremos como tensioacuten de trabajo del suelo 02 MPa confirmado por el tipo de terreno sobre el que se pretende construirTendremos en cuenta para el caacutelculo de la cimentacioacuten de la nave del presente proyecto tanto la Norma EHE como el CTE en su apartado destinado a cimentaciones CTE parte 2-DB SE-C- Seguridad Estructural
82Accionesconsideradas
821CargaspermanentesLas cargas permanentes estaacute constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que estaacuten permanentemente unidos a la
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
ܥ ൌ ͳǡ͵
ൌ ͳ
௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
ǣ
De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
ഝభబ െ ͳሻοߠǡ௧
siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
ܣ
Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
ͺǣ
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46
Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
ͻǣ
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2
ͺǤͳǤͷǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͷͺǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺǤͳǤͺtimesǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ
82Accionesconsideradas26ͺǤʹǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺǤʹǤʹǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺǤʹǤ͵ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺǤʹǤͶǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺǤʹǤͷǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤʹ ͺ
9Disentildeofinal2991Elementos29
10Cargadefuego30101Caacutelculodelacargadefuegodelaestructura30
11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios34111Elementosdeproteccioacuten34ͳͳǤͳǤͳǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤ͵ ͶͳͳǤͳǤʹǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤ͵ ͷͳͳǤͳǤ͵ǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤ͵ ͳͳǤͳǤͶǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤǤ͵
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones3812Elfuegoylasprotecciones40121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego40122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten41123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten44124Caacutelculodelastemperaturascriacuteticas48125ComprobacioacutendelasmedidasobtenidasporelCYPE54
13Conclusions56
14Bibliografiacutea57ANEXODECAacuteLCULOS1Caacutelculodelasbarras5911CruzdeSanAndreacutesdecubierta5912CruzdeSanAndreacutesdeloslaterales6213Jaacutecenaexteriorpoacuterticodefachada6514Jaacutecenaexteriorpoacuterticointerior7715Jaacutecenainteriorpoacuterticodefachada8916Jaacutecenainteriorpoacuterticointerior10117Pilarmuropintildeoacuten11118Pilarexteriorpoacuterticodefachada12119Pilarexteriorpoacuterticointerior133110Pilarinteriorpoacuterticodefachada145111Pilarinteriorpoacuterticointerior157112Vigaperimetralexteriorpoacuterticodefachada167113Vigaperimetralexteriorpoacuterticodeinterior176114Vigaperimetralinteriorpoacuterticoexterior183115Vigaperimetralinteriorpoacuterticointerior192
2Caacutelculodelasplacasdeanclaje199
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21Placadelpilarinteriorpoacuterticointerior19922Placadelpilarexteriorpoacuterticointerior20423Placadelpilarexteriorpoacuterticoexterior20924Placadelpilarinteriorpoacuterticoexterior21325Placadelpilardefachada217
3Caacutelculodelascimentaciones22231Zapataexteriordeunpoacuterticointerior22232Zapataesquinera22533Zapatadepoacuterticodefachada(IPE550)22734Zapatadepoacuterticodefachada(HEA550)22935Zapatainteriordeunpoacuterticointerior(1)23236Zapatainteriordeunpoacuterticointerior(2)234
PLANOSPlanodecubiertaPlanodecimentacioacuten(1)Planodecimentacioacuten(2)PoacuterticodefachadaylateralPlanodeplacasdeanclajePlanopoacuterticointeriorPlanodezapatas(1)Planodezapatas(2)Planodevigascentradoras(1)Planodevigascentradoras(2)PLIEGODECONDICIONES1Desbroceylimpiezadelterreno237
2Zapatadecimentacioacutendehormigoacutenarmado238
3Vigaentrezapatas240
4Placadeanclajeconpernossoldadosypreparacioacutendebordes241
5Aceroenpilares243
6Aceroenvigas244
7Aceroencorreasmetaacutelicas246
8Cubiertainclinadadeplacas247
9Proteccioacutendelaestructurametaacutelicasistemarockwool248
10ProteccioacutendelaestructurametaacutelicasistemaPlaco249
11Proteccioacutendelaestructurametaacutelicaconpinturaintumescente250
PRESUPUESTOS1PresupuestodelaestructuraǩǨǤ
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2PresupuestodeproteccioacutenconrockwoolǩǨǤ3PresupuestodeproteccioacutenconplacasdeyesoǩǨǤ4PresupuestodeproteccioacutenconpinturaintumescenteǩǨǤ
MEMORIA
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1Introduction The aim of this project is to calculate the steel structure of an industrial building in Villareal and its fire passive protection with different methods rock wool plasterboard mortar projection and intumescent paint This industrial building will be dedicated to the storage of electronic equipment which has an specific area to develop the activity inside The industrial building whose shape is perfectly rectangular has the following dimensions 85m (length) x 50m (width) x 9m (height) It is situated in the industrial area of Villareal at the street Camiacute Onda Castelloacute Vell This work borns from the need to study different solutions of fire pasive protection systems to determine which is the best solution from the economic point of view After calculating the metallic structure the design for each one of the alternatives will be developed and from these options it will be studied wich is the best option
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2Objetodelproyecto El objeto de dicho proyectosiempre teniendo en cuenta la normativa vigente es el siguiente -Caacutelculo y descripcioacuten de la estructura metaacutelica que constituiraacute la nave industrial asiacute como la justificacioacuten de las acciones utilizadas y de las soluciones adoptadas -Caacutelculo de la carga de fuego en la nave industrial calculada -Caacutelculo y descripcioacuten de la proteccioacuten necesaria contra el fuego comparando teacutecnica y econoacutemicamente el uso de diferentes protecciones -Anaacutelisis de los presupuestos de las diferentes protecciones para establecer cuaacutel de ella es mejor desde el punto de vista econoacutemico
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3ElaceroLos metales que se emplean en estructuras metaacutelicas son principalmente el acero ordinario el acero inoxidable y el aluminio
El acero es el material estructural por excelencia para grandes alturas puesto que resuelve con eacutexito los planteamientos estructurales de soportar el peso con pilares de dimensiones reducidas resistir el empuje ante el vuelco y evitar movimientos debidos a la accioacuten del viento
El acero ordinario es el maacutes empleado y existen los siguientes tipos (seguacuten la norma EN 10027)
S235JR S235J0 S275JR
S275J0 S355JR S355J0
S235J2 S275J2 S355J2
La primera sigla es una ldquoSrdquo (de Steel acero en lengua inglesa)
La siguiente cantidad numeacuterica es el liacutemite elaacutestico en MPa en elementos cuyo espesor no supere los 16 mm En espesores superiores la resistencia de caacutelculo es menor
Las uacuteltimas siglas indican su sensibilidad a la rotura fraacutegil y su soldabilidad
- JR para construcciones ordinarias
- J0 cuando se requiere alta soldabilidad y resistencia a la rotura fraacutegil
- J2 cuando se requiere exigencias especiales de resistencia resistencia a la rotura fraacutegil y soldabilidad
31CaracteriacutesticasmecaacutenicasdelaceroLos valores fundamentales para el disentildeo de las piezas de acero son
-El liacutemite elaacutestico El liacutemite elaacutestico es la carga unitaria para la que se inicia el escaloacuten de cedencia es decir a partir del cual las deformaciones no son recuperables
-El liacutemite de rotura El liacutemite de rotura es la carga unitaria maacutexima soportada por el acero en el ensayo de traccioacuten Los valores del liacutemite elaacutestico y de rotura dependen del tipo de acero pero hay otras caracteriacutesticas que son comunes para todos los aceros
-Moacutedulo de Elasticidad E=210 GPa
-Moacutedulo de Rigidez G=81 GPa
-Coeficiente de Poisson 03
-Coeficiente de dilatacioacuten teacutermica 12middot10-5 (ordmC)-1
-Densidad 7850 kgm3
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32CaracteriacutesticastecnoloacutegicasdelaceroLa soldabilidades la aptitud de un acero para ser soldado mediante los procedimientos habituales sin que aparezca fisuracioacuten en friacuteo Es una caracteriacutestica tecnoloacutegica importante de cara a la ejecucioacuten de la estructura
La resistencia al desgarro laminar del acero se define como la resistencia a la aparicioacuten de defectos en piezas soldadas sometidas a tensiones de traccioacuten en direccioacuten perpendicular a su superficie
La aptitud al doblado es un iacutendice de la ductilidad del material y se define por la ausencia o presencia de fisuras en el ensayo de doblado
33LostiposdeaceromaacutesusadosenestructurasLos siguientes tipos de acero utilizables en perfiles y chapas para estructuras de acero
-Aceros laminados en caliente Se entiende por tales los aceros no aleados sin caracteriacutesticas especiales de resistencia mecaacutenica ni resistencia a la corrosioacuten y con una microestructura normal
-Aceros con caracteriacutesticas especiales Se consideran los siguientes tipos
-Aceros normalizados de grano fino para construccioacuten soldada
-Aceros de laminado termomecaacutenico de grano fino para construccioacuten soldada
-Aceros con resistencia mejorada a la corrosioacuten
-Aceros templados y revenidos
-Aceros con resistencia mejorada a la deformacioacuten en la direccioacuten perpendicular a la superficie del producto
-Aceros conformados en friacuteo Se entiende por tales los aceros cuyo proceso de fabricacioacuten consiste en un conformado en friacuteo que les confiere unas caracteriacutesticas especiacuteficas desde los puntos de vista de la seccioacuten y la resistencia mecaacutenica
34Ventajasdelasestructurasmetaacutelicas Antantildeo en cuanto al caacutelculo se refiere el eacutexito o el fracaso de la obra se determinaba seguacuten si el edificio a calcular en cuestioacuten era capaz de soportar las cargar que se le aplicaban o no Progresivamente a traveacutes de siglos de estudio y experiencia el conocimiento sobre dimensionado de elementos estructurales se ha visto ampliado gracias al estudio de la materia por lo que se han llegado a establecer diversas teacutecnicas de caacutelculo que permiten que el disentildeo estructural tenga unos resultados muy fiables
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Naturalmente las estructuras metaacutelicas presentan ciertas ventajas frente a las estructuras de hormigoacuten las cuales vienen principalmente de las diferencias entre los materiales Las maacutes importantes se relatan a continuacioacuten -Realizacioacuten del maacuteximo trabajo en taller ejecutando todas las soldaduras y dejando todos los elementos listos para el ensamblaje mediante uniones atornilladas en obra -Garantiza un estricto control de calidad reduciendo la posibilidad de fallo humano -Permite la proyeccioacuten de naves con elevadas luces resultando naves maacutes ligeras y esbeltas -Gracias a la ligereza de la estructura y a las diferencias de seccioacuten necesarias para la misma obra frente a otros materiales el aprovechamiento del espacio es maacuteximo -Enorme adaptabilidad a cualquier solucioacuten deseada ya sea por medio de entramados riacutegidos o articulados -Gran facilidad en el ensamblaje de la obra durante su ejecucioacuten -Precios muy competitivos frente a otros materiales ademaacutes de la rapidez de ejecucioacuten de la obra lo que lleva a un correcto plan de obra que a su vez permitiraacute un ahorro en los costes de construccioacuten A la vez la ligereza de las estructuras metaacutelicas implican una reduccioacuten de los costes de transporte y una reduccioacuten del coste de las cimentaciones -La adaptabilidad del acero es de especial relevancia en casos de rehabilitacioacuten ya sea para reforzar estructuras existentes o para una completa reconstruccioacuten manteniendo las fachadas El acero se entrega prefabricado en obra no necesita ser apuntalado y tampoco sufre retraccioacuten o fluencia por lo que puede asumir carga de inmediato -El desarrollo de nuevos sistemas de proteccioacuten contra la corrosioacuten garantizan con un mantenimiento miacutenimo una vida casi ilimitada para las estructuras realizadas con acero -Cuando termina la vida uacutetil del edificio la estructura metaacutelica de acero puede ser desmontada y posteriormente utilizada en nuevos usos o ser re-aprovechada con un faacutecil reciclaje -La estructura metaacutelica en acero supone un peso reducido segura en caso de seiacutesmo
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4ElementosestructuralesAlgunos de los elementos resistentes de que constan las estructuras industriales son los siguientes
41CimentacioacutenSe denomina cimentacioacuten al conjunto de elementos estructurales cuya misioacuten es transmitir las cargas de la edificacioacuten o elementos apoyados a este al suelo distribuyeacutendolas de forma que no superen su presioacuten admisible ni produzcan cargas zonales Debido a que la resistencia del suelo es generalmente menor que la de los pilares o muros que soportaraacute el aacuterea de contacto entre el suelo y la cimentacioacuten seraacute proporcionalmente maacutes grande que los elementos soportados
La eleccioacuten del tipo de cimentacioacuten depende especialmente de las caracteriacutesticas mecaacutenicas del terreno como su cohesioacuten su aacutengulo de rozamiento interno posicioacuten del nivel freaacutetico y tambieacuten de la magnitud de las cargas existentes A partir de todos esos datos se calcula la capacidad portante que junto con la homogeneidad del terreno aconsejan usar un tipo u otro diferente de cimentacioacuten Siempre que es posible se emplean cimentaciones superficiales ya que son el tipo de cimentacioacuten menos costoso y maacutes simple de ejecutar Cuando por problemas con la capacidad portante o la homogeneidad del mismo no es posible usar cimentacioacuten superficial se valoran otros tipos de cimentaciones Hay dos tipos fundamentales de cimentacioacuten directas y profundas
411CimentacionessuperficialesodirectasSon aquellas que se apoyan en las capas superficiales o poco profundas del suelo por tener eacuteste suficiente capacidad portante por tratarse de construcciones de importancia secundaria y relativamente livianas En este tipo de cimentacioacuten la carga se reparte en un plano de apoyo horizontal Las cimentaciones superficiales se clasifican en -Cimentaciones cicloacutepeas -Zapatas Zapatas aisladas Zapatas corridas Zapatas combinadas -Losas de cimentacioacuten
412CimentacionesprofundasSe basan en el esfuerzo cortante entre el terreno y la cimentacioacuten para soportar las cargas aplicadas o maacutes exactamente en la friccioacuten vertical entre la cimentacioacuten y el terreno Deben ubicarse maacutes profundamente para poder distribuir sobre una gran aacuterea un esfuerzo suficientemente grande para soportar la carga Algunos meacutetodos utilizados en cimentaciones profundas son -Pilotes son elementos de cimentacioacuten esbeltos que se hincan (pilotes de desplazamiento prefabricados) o construyen en una cavidad previamente abierta en el
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terreno (pilotes de extraccioacuten ejecutados in situ) -Pantallas es necesario anclar el muro al terreno
Pantallas isostaacuteticas con una liacutenea de anclajes Pantallas hiperestaacuteticas dos o maacutes liacuteneas de anclajes
42PlacasdeanclajeLas placas de anclaje son elementos estructurales que se emplean para unir los soportes metaacutelicos a la cimentacioacuten y que tienen como objeto hacer que la transicioacuten del acero al hormigoacuten se realice sin que en ninguacuten punto se sobrepasen las tensiones admisibles en este material
El material que constituye el cimiento (casi siempre hormigoacuten) es menos resistente que el acero por lo que la base debe ampliar la seccioacuten del soporte de acero hasta conseguir una superficie adecuada de contacto con el hormigoacuten para que la transmisioacuten de esfuerzos de uno a otro material sea lo maacutes uniforme posible
La placa de anclaje debe estar sujeta al cimiento mediante unos pernos de anclaje que quedan embebidos en el hormigoacuten y que al fraguar y endurecer eacuteste trabajan por adherencia
Los elementos que constituyen una base del tipo generalmente utilizado en edificacioacuten son
-Placa de base o de reparto
-Cartelas de rigidez
-Pernos de anclaje
Salvo en el caso excepcional de que el pie del soporte sea articulado los soportes se consideran empotrados en la cimentacioacuten lo que hace que la placa de anclaje deba prepararse para resistir los siguientes esfuerzos axil momento flector cortante y momento torsor
43PilaresLos pilares son elementos verticales sometidos principalmente a compresioacuten y a flexioacuten pequentildea o nula Son los elementos que transmiten las cargas verticales al terreno a traveacutes de los cimientos y las bases Para dimensionar un pilar se tendraacute en cuenta el tipo de acero el tipo de carga que va a recibir el perfil la longitud del soporte (por si hubiese pandeo) y la carga axial de compresioacuten
Los pilares simples maacutes utilizados son el HEB el HEA el IPN y el IPE Con ellos se obtiene gran aprovechamiento y son muy aptos para formar pilares en poacuterticos riacutegidos
Lo pilares simples de varios perfiles maacutes utilizados son los formados por 2 UPN
Los pilares compuestos se obtienen acoplando perfiles separados enlazados por medio de elementos transversales discontinuos Pueden estar unidos mediante presillas o
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mediante celosiacutea
44VigasLas jaacutecenas o vigas son elementos lineales en las que una dimensioacuten predomina sobre las otras dos Su forma de trabajo es casi exclusivamente a flexioacuten por ello suelen adoptar forma de I para tratar de obtener la maacutexima inercia y el mayor moacutedulo resistente con el material disponible tratando de mejorar el rendimiento
Las vigas son los elementos sustentantes horizontales o como en las cubiertas ligeramente inclinados que reciben las cargas verticales y las transmiten trabajando a flexioacuten a los pilares o apoyos
Las cargas que la viga recibe producen en sus secciones los siguientes esfuerzos momento flector esfuerzo cortante y torsiones (algunas veces)
441VigassimplesLos perfiles empleados son IPN IPE o HE El empleo de los perfiles IPE resulta maacutes econoacutemico en general tanto por su mayor rendimiento mecaacutenico como por la simplificacioacuten que en empalmes y uniones proporciona el espesor uniforme de las alas
Los perfiles simples laminados tienen la ventaja sobre la viga armada que para igual resistencia su coste es menor
442VigasmuacuteltiplesSon las vigas constituidas por dos o maacutes perfiles I adosados unidos a traveacutes de elementos de unioacuten tales como perfiles presillas tornillos pasantes etc que solidaricen eficazmente los perfiles componentes
443VigasreforzadasLa utilizacioacuten de refuerzos con chapa o pletina en las estructuras metaacutelicas es de gran eficacia para conseguir ahorro de material
Que un refuerzo sea econoacutemico o no depende de los valores relativos de la chapa el perfil y el cordoacuten de soldadura
El elemento de refuerzo maacutes utilizado es la chapa o platabanda Se utilizan estos refuerzos cuando queremos moacutedulos resistentes (W) mayores que los existentes en el mercado o cuando exista limitacioacuten de canto
444VigasojaacutecenasarmadasLas vigas armadas estaacuten formadas por varias pletinas o chapas unidas con cualquiera de los medios de unioacuten soldadura roblones angulares y tornillos etc
Para unas solicitaciones determinadas siempre es posible encontrar una viga armada de menor peso que el perfil laminado que corresponderiacutea a esas solicitaciones Sin embargo aun con mayor peso los perfiles laminados son siempre maacutes econoacutemicos que las vigas armadas debido al menor coste de fabricacioacuten
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445VigasojaacutecenasaligeradasSon vigas de alma aligerada
La solucioacuten de las vigas aligeradas puede resultar muy econoacutemica cuando pueda adoptarse el canto que se estime maacutes conveniente y cuando la flexioacuten predomine sobre el esfuerzo cortante es decir cuando se trate de luces grandes y de cargas moderadas
A esta clase de vigas se les ha dado diversas denominaciones vigas alveoladas vigas void en panal de abeja
446VigasdecelosiacuteaLas vigas de celosiacutea son de gran utilidad en las construcciones metaacutelicas especialmente en edificaciones industriales y para grandes luces
Para luces de cierta importancia el peso de estas vigas es inferior al de las vigas de alma llena equivalentes El coste de una estructura es el resultado de tres sumandos coste del material de la fabricacioacuten y del montaje Estos uacuteltimos variacutean notablemente seguacuten las circunstancias
El mejor aprovechamiento a efectos resistentes de las vigas de celosiacutea con relacioacuten a las de alma llena se refleja en que mientras que en una viga de alma llena las tensiones maacuteximas de agotamiento se alcanzaraacuten soacutelo en dos puntos de su seccioacuten en una barra triangulada puede conseguirse que toda la seccioacuten tanto los cordones como las diagonales se agoten uniformemente teniendo en cuenta que las barras a compresioacuten deben dimensionarse teniendo en cuenta el pandeo
Las vigas de celosiacutea suelen estar constituidas por cordoacuten superior cordoacuten inferior elementos de relleno (montantes y diagonales) y medios de unioacuten (cartelas soldadura tornilleriacutea etc)
Los cordones pueden ser paralelos o no A aquellos cuyos cordones son paralelos se les llama ldquovigas de celosiacuteardquo mientras que las que tienen dichos cordones inclinados se les denomina ldquocerchasrdquo
En las cerchas el cordoacuten superior sigue la inclinacioacuten de la cubierta Suelen ser estructuras ligeras con cartelas simples y barras constituidas por angulares o simples T
Las posibilidades y variedades de las vigas de celosiacutea son praacutecticamente infinitas seguacuten el trazado de los cordones y la disposicioacuten de la triangulacioacuten Sin embargo existen unos tipos que podriacuteamos llamar claacutesicos y son Pratt Howe y Warren
45CorreasLas correas son las vigas en que se apoya la chapa u otro tipo de techumbre por lo que tienen que soportar su peso asiacute como el debido a posibles cargas de nieve y viento Se encuentran a su vez apoyadas sobre las cerchas o los poacuterticos normalmente en un plano inclinado lo que hace tender a flectar tambieacuten en el sentido de la inclinacioacuten Siendo variable su separacioacuten dependiendo del material de cubierta etc
El apoyo de las correas sobre las cerchas o poacuterticos se aseguraraacute bien mediante uniones soldadas (un cordoacuten por cada lado de la correa con el maacuteximo espesor que permita la
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unioacuten) bien mediante uniones remachadas ponieacutendose un casquillo en angular
Las correas se calcularaacuten como vigas apoyadas con carga uniformemente distribuida
Suelen emplearse perfiles IPN simple T perfil Z o vigas de celosiacutea
46ArriostramientosTienen la funcioacuten de transmitir los esfuerzos producidos por el viento frontal sobre el poacutertico extremo a las paredes laterales que a su vez los transmitiraacuten al suelo
El arriostramiento baacutesico es la Cruz de San Andreacutes en forma de aspa que se coloca entre dos cerchas o poacuterticos y pueden abarcar varias correas para evitar aacutengulos pequentildeos y repartir bien los esfuerzos a las barras
Este tipo de configuracioacuten presenta el inconveniente de ser estaacuteticamente indeterminado con lo que tenemos que hacer hipoacutetesis para llegar a una que sea determinada Estas hipoacutetesis se hacen respecto a las diagonales cruzadas observando que cuando una diagonal estaacute en tensioacuten la contradiagonal estaacute en compresioacuten Por lo general se toman dos meacutetodos de anaacutelisis
-Si las diagonales se disentildean esbeltas es razonable suponer que no soportaraacuten esfuerzos de compresioacuten pues en caso contrario podriacutean pandear con gran facilidad Por lo tanto la fuerza cortante seraacute absorbida iacutentegramente por la diagonal en tensioacuten mientras que la diagonal en compresioacuten se supone que es un elemento que no trabaja es decir a todos los efectos es como si no existiese
-Si las barras diagonales se construyen con secciones robustas seraacuten capaces de soportar fuerzas de tensioacuten y de compresioacuten En este caso supondremos que cada diagonal toma la mitad de la fuerza cortante que aparezca
-Por estar sometidos a esfuerzos de traccioacuten estos elementos seraacuten esbeltos y de seccioacuten circular o rectangular (barras y varillas) existiendo tambieacuten de seccioacuten angular
-Las varillas (seccioacuten circular) han de engrosarse en sus extremos para compensar la peacuterdida de seccioacuten que supone la realizacioacuten de roscas para su fijacioacuten si bien en ocasiones se opta por disentildear tomando como seccioacuten resistente la correspondiente al aacuterea de la seccioacuten transversal de la rosca pues esta solucioacuten suele resultar maacutes econoacutemica aunque la pieza en este caso resulta ser maacutes sensible a efectos de impacto y de fatiga tendiendo a fallar por la zona de la rosca
47MediosdeUnioacuten
471UnionesatornilladasLos medios de unioacuten contemplados son los constituidos por tornillos tuercas y arandelas que deberaacuten estar normalizados y corresponder a los mismos grados del material que unen liacutemite elaacutestico y resistencia a traccioacuten
472UnionessoldadasUn acero se considera soldable seguacuten un grado un procedimiento determinado y para una aplicacioacuten especiacutefica cuando mediante la teacutecnica apropiada se puede conseguir la
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continuidad metaacutelica de la unioacuten y eacutesta cumpla con las exigencias requeridas
El material de aportacioacuten utilizable para la realizacioacuten de soldaduras (electrodos) deberaacute ser apropiado para el proceso de soldeo teniendo en cuenta al material a soldar y el procedimiento de soldeo ademaacutes deberaacute tener unas caracteriacutesticas mecaacutenicas en teacuterminos de liacutemite elaacutestico resistencia a traccioacuten deformacioacuten bajo carga maacutexima etc no inferiores a las correspondientes del material de base que constituye los perfiles o chapas que se pretende soldar
Meacutetodos de soldadura
-Soldadura manual con electrodo recubierto con recubrimientos de tipo rutilo o baacutesico
-Soldadura semiautomaacutetica bajo proteccioacuten gaseosa con hilo macizo tubular relleno de flux con transferencia de lluvia
-Soldadura semiautomaacutetica con hilo tubular relleno de flux sin proteccioacuten gaseosa con transferencia de lluvia
-Soldadura automaacutetica con arco sumergido
48TipologiacuteasestructuralesA la combinacioacuten de los distintos elementos estructurales y los materiales de que estaacuten hechos se les denomina sistema estructural Dichos sistemas estructurales pueden estar constituidos por la combinacioacuten de uno o varios tipos baacutesicos de estructuras Se recogen seguidamente una breve introduccioacuten a algunos de los tipos estructurales maacutes comunes en las construcciones industriales
481CerchasSon la parte principal de la cubierta Sobre eacutestas se apoyan las correas de tal forma que permiten que se transmitan las cargas actuantes sobre las correas a los soportes
Existen muchos tipos diferentes de cerchas y seguacuten sus triangulaciones asiacute podraacuten ser para mayor o menor luz
482PoacuterticosomarcosSe componen de vigas y columnas que estaacuten unidas entre siacute bien riacutegidamente o bien mediante articulaciones
Se clasifican en poacuterticos simples y poacuterticos muacuteltiples seguacuten consten de uno o varios vanos
Suelen ser poacuterticos a dos aguas adaptaacutendose a la inclinacioacuten de los faldones con lo que se aprovecha maacutes el interior al no existir tirantes
El trabajo de un poacutertico es el de una viga apoyada por medio de empotramiento en dos soportes Los elementos que lo forman suelen ser de alma llena Los encuentros se refuerzan con cartelas formadas por trozos de perfiles que rigidizan el nudo y ayudan a contrarrestar el empuje que ejerce el poacutertico hacia el exterior
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5DurabilidaddelasestructurasLa durabilidad de una estructura de acero es su capacidad para soportar durante la vida uacutetil para la que ha sido proyectada las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que estaacute expuesta y que podriacutean llegar a provocar su degradacioacuten como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el anaacutelisis estructural
Para conseguir la durabilidad adecuada seraacute necesario seguir una estrategia que contemple todos los posibles mecanismos de degradacioacuten adoptando medidas especiacuteficas en funcioacuten de la agresividad a la que se encuentre sometido cada elemento
Deberaacuten incluirse al menos los siguientes aspectos
-Seleccioacuten de la forma estructural definiendo en el proyecto los esquemas estructurales las formas geomeacutetricas y los detalles que sean compatibles con la consecucioacuten de una adecuada durabilidad de la estructura Se facilitaraacute la preparacioacuten de las superficies el pintado las inspecciones y el mantenimiento
-Se procuraraacute evitar el empleo de disentildeos estructurales que conduzcan a una susceptibilidad elevada a la corrosioacuten eligiendo formas de los elementos sencillas
-Se reduciraacute al miacutenimo el contacto directo entre las superficies de acero y el agua
-Se evitaraacute el contacto directo del acero con otros metales (el aluminio de las carpinteriacuteas de cerramiento muros cortina etc)
-Cuando la estructura presente aacutereas cerradas o elementos huecos debe cuidarse que esteacuten protegidos de manera efectiva contra la corrosioacuten mediante soldadura continua
En casos de especial agresividad cuando las medidas normales de proteccioacuten no se consideren suficientes se podraacute recurrir a la disposicioacuten de sistemas especiales de proteccioacuten (materiales de recubrimiento en polvo productos para tratamiento quiacutemico de superficies)
51ProteccionesparaestructurasmetaacutelicasUna vez finalizada la construccioacuten de las estructuras metaacutelicas pueden aparecer problemas por alguna de las siguientes causas
Efectos del calor como consecuencia de incendios
Oxidacioacuten excesiva y consiguiente corrosioacuten
511ProteccioacutencontraincendiosAunque el hierro no es combustible no se puede considerar resistente al fuego no soacutelo porque disminuye sus resistencia en cuanto pasa de 500ordmC sino porque por efecto de su dilatacioacuten sufre grandes deformacionesLos materiales de proteccioacuten del acero que pueden utilizarse son granito maacutermol hormigoacuten faacutebrica de ladrillo ceraacutemico con mortero de cemento placas de yeso pinturas intumescentes etc
512ProteccioacutencontracorrosioacutenLa oxidacioacuten constituye el peor enemigo de las construcciones metaacutelicas Para evitarlo
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se cubre con un revestimiento protector y es indispensable que la superficie a tratar esteacute limpia de suciedad y oacutexido Deberaacute considerarse conjuntamente el tratamiento de proteccioacuten frente a incendio ya que los requisitos del mismo pueden determinar un grado de defensa frente a la corrosioacuten muy superior al estrictamente necesario especialmente en el caso de pinturas intumescentes y morteros proyectados
52DurabilidaddelHormigoacutenSe define en la Instruccioacuten espantildeola EHE la durabilidad del hormigoacuten como la capacidad para comportarse satisfactoriamente frente a las acciones fiacutesicas y quiacutemicas agresivas a lo largo de la vida uacutetil de la estructura protegiendo tambieacuten las armaduras y elementos metaacutelicos embebidos en su interior Por tanto no solo hay que considerar los efectos provocados por las cargas y solicitaciones sino tambieacuten las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que se expone Por ello se considera el tipo de ambiente en que se va a encontrar la estructura y que puede afectar a la corrosioacuten de las armaduras ambientes quiacutemicos agresivos zonas afectadas por ciclos de hielo-deshielo etc Para garantizar la durabilidad del hormigoacuten y la proteccioacuten de las armaduras frente a la corrosioacuten es importante realizar un hormigoacuten con una permeabilidad reducida realizando una mezcla con una relacioacuten aguacemento baja una compactacioacuten idoacutenea un peso en cemento adecuado y la hidratacioacuten suficiente de eacuteste antildeadiendo agua de curado para completarlo De esta forma se consigue que haya los menos poros posibles y una red capilar interna poco comunicada y asiacute se reducen los ataques al hormigoacuten En los casos de existencia de sulfatos en el terreno o de agua de mar se deben emplear cementos especiales Para prevenir la corrosioacuten de armaduras hay que cuidar el recubrimiento miacutenimo de las mismas
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6Casodeestudio 61Descripcioacutendelanave La nave que se pretende calcular es una nave formada por dos poacuterticos adosados a dos aguas con una longitud total de 85m La separacioacuten de los poacuterticos entre siacute va a ser de 5m La luz de dicha nave va a ser de 25m por cada poacutertico la altura de cabeza de pilar va a ser de 7m y la de cumbrera de 9m A continuacioacuten se adjunta una foto del esqueleto de la nave donde se puede observar que en los poacuterticos de los extremos se han situado arriostramientos para transmitir los efectos de las acciones a la cimentacioacuten
Figura 1 Nave industrial del caso de estudio
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62Localizacioacuten La nave industrial que se ha calculado en el presente proyecto se ubicaraacute en la parcela nordm36 del poliacutegono industrial de Villareal con acceso principal en la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell sn El poliacutegono industrial cuanta con buenos viales de comunicacioacuten que permiten localizarla sin dificultad como queda definido en la siguiente imagen de situacioacuten Aclaracioacuten Tras tomar la salida del poliacutegono industrial desde la nacional 340 por la avenida Castelloacute y tomar la primera salida en la primera rotonda se llega a la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell donde esta la nave situada
Figura 2 Accesos a la nave industrial
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63Normativamunicipal
Figura 3 Situacioacuten geograacutefica de la nave industrial Todas las obras a realizar por el presente proyecto se someteraacuten a la normativa municipal que indique el Excmo Ayuntamiento de Villareal Castelloacuten
La superficie total de la parcela seguacuten el catastro es de 719333 m2
La parcela estaacute clasificada como suelo urbano Industrial y su aprovechamiento urbaniacutestico es el que se pasa a detallar a continuacioacuten
Superficie maacutexima edificable 719333 m2 13 = 553333 m2
Ocupacioacuten permitida 100
Volumen maacuteximo sin especificacioacuten
Plazas de parking miacutenimo una plaza por cada 200 m2
Vallado miacutenimo 2m de altura
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64NormativalegalaplicableatodalanaveEn la redaccioacuten del presente Proyecto de Ejecucioacuten se ha tenido en cuenta
-Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacuten (CTE) y particularmente sus siguientes documentos baacutesicos (DB)El DB-SE constituye la base para los Documentos Baacutesicos siguientes y se utilizaraacute conjuntamente con ellos
-Documento Baacutesico SE (Seguridad Estructural)
-Documento Baacutesico SE-AE (Acciones en la Edificacioacuten)
En este Documento Baacutesico se establecen las formas en que deben combinarse las diferentes acciones que actuacutean sobre el edificio definiendo los diferentes coeficientes de seguridad de forma global para todos los materiales De esta forma se establecen entre otros los liacutemites de las deformaciones admisibles que deben verificar las estructuras de edificacioacuten
-Documento Baacutesico SE-A (Acciones de la edificacioacuten)
En el campo de aplicacioacuten de este Documento Baacutesico es el de la determinacioacuten de las acciones permanentes variables y accidentales sobre los edificios para verificar el cumplimiento de los requisitos de seguridad estructural (capacidad portante y estabilidad) y aptitud al servicio establecidos en el DB-SE
-Documento Baacutesico SE-A (Seguridad Estructural Acero)
En este documento se adopta baacutesicamente el enfoque del Eurocoacutedigo de acero EN-1993 contemplando las distintas combinaciones de caacutelculo elaacutestico y plaacutestico en base a la clasificacioacuten de secciones seguacuten el Eurocoacutedigo El documento se adapta al tipo de aceros que se comercializan actualmente e incluye modelos de anaacutelisis para uniones
-Documento Baacutesico SI (Seguridad en caso de Incendio)
Este Documento Baacutesico es una normativa de construccioacuten espantildeola que forma parte del Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacutenregula especiacuteficamente las medidas de proteccioacuten contra incendios con que deben contar los edificios de nueva planta Es una normativa de obligado cumplimiento en Espantildea por lo que todos los edificios construidos desde su entrada en vigor en 2006 deben incorporar las soluciones constructivas que recoge la normativa a excepcioacuten de los edificios industriales que se rigen por el Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales
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7MetodologiacuteadecaacutelculoEl caacutelculo de la nave se llevaraacute a cabo con la herramienta de software de CYPE Ingenieros versioacuten 2015
Este programa es capaz de calcular edificios naves industriales y cualquier otro tupo de estructura Mediante la aplicacioacuten de meacutetodos matriciales obtiene una forma relativamente sencilla y fiable del dimensionado y la optimizacioacuten de estructuras
El software de CYPE Ingenieros se estructura en diferentes aplicaciones cada una de las cuales estaacute especiacuteficamente disentildeada para una finalidad concreta
71GeneradordepoacuterticosEl generados de poacuterticos es un programa perteneciente al paquete CYPE Ingenieros que dada su sencillez y facilidad de uso permite hacer un dimensionado faacutecil y raacutepido de las correas a disponer Entre sus funcionalidades destacan
-Crear de forma sencilla y raacutepida la geometriacutea y las cargas de peso propio sobrecarga de uso viento y nieve de un poacutertico formado por nudos riacutegidos celosiacuteas o cerchas Las cargas de viento y nieve se generan automaacuteticamente seguacuten la norma y la zona elegida
-Proporcionar el dimensionado de correas de cubiertas y laterales de fachadas optimizando el perfil y la separacioacuten entre correas
-Exportar a CYPE 3D la geometriacutea del poacutertico con apoyos biarticulados o biempotrados sus cargas y los coeficientes de pandeo de las barras que lo componen suponiendo la estructura traslacional o intraslacional Se exportan todas las cargas de viento las de cubierta las del los laterales de la nave y las perpendiculares a los poacuterticos de pared final (muro pintildeoacuten) Estas cargas se exportan como cargas superficiales lo que facilita enormementela labor de introduccioacuten de datos
72Cype3DEste moacutedulo ha sido disentildeado para ofrecer al usuario un software de mayores prestaciones con relacioacuten al dimensionado de estructuras de acero Permite calcular cualquier tipo de estructura formada por barras de acero de acuerdo con la normativa seleccionada Estaacute adaptado al CTE y tambieacuten a otras normativas nacionales e internacionales Las funcionalidades maacutes importante que se han utilizado para este proyecto son
-Descripcioacuten de los nudos la tipologiacutea de los nudos es muy completa Pueden definirse las vinculaciones interiores y coacciones exteriores las cuales permiten que los nudos puedan definirse como empotrados semiempotrados apoyos elaacutesticos apoyos con desplazamientos libres seguacuten un plano o recta a definir
-Agrupacioacuten y descripcioacuten de las barras permite la agrupacioacuten e introduccioacuten de barras de acero y dimensiona la seccioacuten llegando a su optimizacioacuten maacutexima Emplea perfiles de acero laminado armado y conformado que gestiona desde su amplia base de daros compuesta por perfiles de los fabricantes maacutes extendidos Puede crear perfiles compuestos a partir de perfiles simples con unioacuten soldada platabandas presillas etc Tambieacuten puede definir cartelas en los extremos perfiles de canto variable vigas boyd y barras mixtas
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-Introduccioacuten a coeficientes de pandeo y pandeo lateral permite introducir coeficientes de pandeo o longitudes de pandeo y el coeficiente de momentos de cada barra Tambieacuten calcula automaacuteticamente la longitud de pandeo de las barras seguacuten el meacutetodo aproximado El usuario tambieacuten puede activar en cualquier barra la comprobacioacuten de pandeo lateral
-Restriccioacuten de flechas liacutemites de las barras de la estructura el programa posibilita al usuario limitar la flecha de las barras para que el dimensionado de los perfiles tenga en cuenta las restriccioacuten impuesta El usuario puede imponer liacutemites a las flechas maacutexima y relativa tanto para sus calores absolutos como para sus calores relativos a la longitud entre los extremos y los puntos de inflexioacuten de la deformada
-Caacutelculo y optimizacioacuten de la estructura el programas hace todas las comprobaciones pertinente siempre de acorde a la norma para que se cumplan todos los requisitos en caso de no ser asiacute muestra que condiciones no se estaacuten cumpliendo
-Caacutelculo y dimensionado de uniones soldadas y atornilladas el programa realiza el caacutelculo y dimensionado automaacutetico de uniones soldadas y atornilladas de perfiles laminados y armados en doble T
-Caacutelculo y dimensionado de placas de anclaje
-Resultados planos y listados se proporciona una memoria justificativa del proyecto los listados detallados de las comprobaciones seguacuten la norma seleccionada y los planos de la estructura metaacutelica de la nave
73Generadordeprecios El generador de precios es una herramienta informaacutetica que pertenece a CYPE ingenieros que permite a los arquitectos y responsables de los proyectos obtener precios (para obra nueva rehabilitacioacuten y espacios urbanos) con las previsiones de costes ajustadas al maacuteximo a la realidad y facilitar la elaboracioacuten de una documentacioacuten de proyecto de calidad (completa consistente y con informacioacuten teacutecnica vinculada a cada unidad de obra) uacutetil para las distintas fases del ciclo de vida del edificio (estudios previos anteproyecto proyecto baacutesico y de ejecucioacuten direccioacuten y ejecucioacuten de la obra uso y mantenimiento deconstruccioacuten y reciclado final) Incluye productos de fabricantes y productos geneacutericos
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8Dimensionado
81Procedimientodedimensionado
811CaacutelculodelascorreasdecubiertaLas correas e cubierta son aquellos elementos cuya misioacuten es la de soportar al propio material de cerramiento de la cubierta transmitiendo su peso a las cerchas y estas a su vez a los pilares los cuales transmitiraacuten la carga a los pilares Asiacute mismo desempentildean la funcioacuten de arriostrar los poacuterticos fuera de su plano
Utilizando el generado de poacuterticos se generara un poacutertico y se estableceraacute cierta separacioacuten entre ellos asiacute como tambieacuten se generaraacuten las diferentes cargas de nieve y viento Se seleccionaraacuten las correas y por uacuteltimo se exporta a CYPE 3D
812CreacioacutendelageometriacuteadelanaveAprovechando la estructura que se ha generado con la exportacioacuten que se ha realizado desde el generador de poacuterticos se introducen los elementos restantes para completar la geometriacutea de la nave
Entre los maacutes destacados hay que resaltar
-Pilares intermedios de los poacuterticos de los extremos
-Vigas de atados de cabeza de pilar
-Vigas montantes
-Tirantes de las cruces de San Andreacutes
813DescripcioacutendelosnudosUna vez definida la geometriacutea de la nave se procederaacute a describir el comportamiento de los nudos de la estructura empotrada en esta nave se han asignado los siguientes nudos
-Todos los pilares van con vinculacioacuten exterior empotrada en la base
-Todas las uniones entre pilar-viga se efectuaraacuten con vinculacioacuten interior empotrada que seraacute resuelta a traveacutes de cartelas
-Las uniones entre las vigas de cumbrera iraacuten con vinculacioacuten interior empotrada donde seraacute necesario introducir cartelas
-Las uniones entre elementos de la estructura como vigas de atado de cabeza de pilares vigas montantes o las cruces de San Andreacutes iraacuten articuladas
814DescripcioacutendebarrasPara finalizar se describiraacuten todas las barras de la estructura Para ello se han agrupado todas las barras del mismo tipo para ahorrar trabajo optimizando la gestioacuten el control de caacutelculo y la ejecucioacuten de la estructura
Todas las barras deben predimensionarse con una porcioacuten parecida a la solucioacuten final para que el programa encuentre la solucioacuten lo antes posible Tambieacuten es muy importante disponer una cartela inicial adecuada ajo los dinteles que sea como miacutenimo
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la decima parte de la luz
Tras agrupar las barras de forma clara hay que asignar a toda la estructura el tipo de material S275
815PandeoEn los planos de los poacuterticos se ha considerado la estructura como traslacional y en los planos de los cerramientos y las cubiertas la nave puede considerarse como intraslacional
El criterio que usa CYPE es el siguiente
-El plano deacutebil del perfil se denomina plano ldquoxyrdquo y se corresponde con el plano paralelo a las alas del perfil
-El plano fuerte del perfil se denomina plano ldquoxzrdquo y se corresponde al plano que contiene el alma ce la pieza
Por lo que se aplicaraacuten los diferentes coeficientes de pandeo teniendo en cuenta las condiciones de contorno de las que dispone cada barra para cada plano Los coeficientes asignados son los siguientes
-Pilares exteriores de los poacuterticos interiores xzAElig14 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos interiores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares exteriores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Jaacutecenas xzAElig10 xyAElig0
-Cruces de San Andreacutes xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos interiores xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos exteriores xzAElig1 xyAElig1
Estos coeficientes de pandeo van a afectar decisivamente al caacutelculo de la estructura Es muy importante aplicar estos coeficientes basados en datos sensatos y coherentes y que despueacutes se materialicen en la obra de lo contrario no estariacuteamos calculando la obra que se esta construyendo con el consiguiente riesgo antildeadido
Entre alma y alma de los pilares consecutivos se supone el caso maacutes desfavorablesin cerramiento Esta condicioacuten de contorno hace que se ponga a 07 este coeficiente de pandeo en el plano xy
En el plano de inercia xz los pilares estaacuten empotrados teniendo en la base un nudo que imposibilita su desplazamiento y giro pero en su conexioacuten con el dintel si que puede existir desplazamiento por ello se asignara un coeficiente de pandeo de 14
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En el plano deacutebil de los dinteles tenemos que las correas los arriostran y en el plano fuerte estos dinteles estaacuten biempotrados en sus extremos al pilar y al otro dintel respectivamente En este plano la pieza es biempotrada traslacional por lo que le corresponde un coeficiente de pandeo aproximadamente de 1
Una vez razonados y aplicados los coeficientes de pandeo en cada planoprincipal de cada barra se modificaraacuten los coeficientes de empotramiento de los extremos de las vigas de atado y de los marcos de las cruces de San Andreacutes en cada uno de sus planos para despueacutes articular sus extremos
816FlechasSe limitaraacute la flecha maacutexima en el plano fuerte de las barras sometidas a flexioacuten que es en el plano en que van a dominar las cargas
Se limita la flecha maacutexima de acuerdo con el tipo de edificio y los elementos implicados en la deformacioacuten Seguacuten CTE DB-SE apartado 43 Cuando se considere la integridad de los elementos constructivos considerando soacutelo las deformaciones que se produce despueacutes de la puesta en obra del elemento la flecha relativa es menor que L300 para elementos horizontales y menor de L250 para pilares
817PlacasdeanclajeUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles el propio programa nos calcula las propias placas de anclaje incluyendo dimensiones de las mismas rigidizadores y tamantildeo longitud y nuacutemero de pernos debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
818CimentacioacutenUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles ademaacutes de las placas de anclaje el propio programa nos calcula las reacciones y cargas a cimentacioacuten que nos genera nuestra estructura debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
Utilizaremos como tensioacuten de trabajo del suelo 02 MPa confirmado por el tipo de terreno sobre el que se pretende construirTendremos en cuenta para el caacutelculo de la cimentacioacuten de la nave del presente proyecto tanto la Norma EHE como el CTE en su apartado destinado a cimentaciones CTE parte 2-DB SE-C- Seguridad Estructural
82Accionesconsideradas
821CargaspermanentesLas cargas permanentes estaacute constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que estaacuten permanentemente unidos a la
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
32
ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
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௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
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௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
ǣ
De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
ഝభబ െ ͳሻοߠǡ௧
siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
ܣ
Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
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21Placadelpilarinteriorpoacuterticointerior19922Placadelpilarexteriorpoacuterticointerior20423Placadelpilarexteriorpoacuterticoexterior20924Placadelpilarinteriorpoacuterticoexterior21325Placadelpilardefachada217
3Caacutelculodelascimentaciones22231Zapataexteriordeunpoacuterticointerior22232Zapataesquinera22533Zapatadepoacuterticodefachada(IPE550)22734Zapatadepoacuterticodefachada(HEA550)22935Zapatainteriordeunpoacuterticointerior(1)23236Zapatainteriordeunpoacuterticointerior(2)234
PLANOSPlanodecubiertaPlanodecimentacioacuten(1)Planodecimentacioacuten(2)PoacuterticodefachadaylateralPlanodeplacasdeanclajePlanopoacuterticointeriorPlanodezapatas(1)Planodezapatas(2)Planodevigascentradoras(1)Planodevigascentradoras(2)PLIEGODECONDICIONES1Desbroceylimpiezadelterreno237
2Zapatadecimentacioacutendehormigoacutenarmado238
3Vigaentrezapatas240
4Placadeanclajeconpernossoldadosypreparacioacutendebordes241
5Aceroenpilares243
6Aceroenvigas244
7Aceroencorreasmetaacutelicas246
8Cubiertainclinadadeplacas247
9Proteccioacutendelaestructurametaacutelicasistemarockwool248
10ProteccioacutendelaestructurametaacutelicasistemaPlaco249
11Proteccioacutendelaestructurametaacutelicaconpinturaintumescente250
PRESUPUESTOS1PresupuestodelaestructuraǩǨǤ
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2PresupuestodeproteccioacutenconrockwoolǩǨǤ3PresupuestodeproteccioacutenconplacasdeyesoǩǨǤ4PresupuestodeproteccioacutenconpinturaintumescenteǩǨǤ
MEMORIA
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1Introduction The aim of this project is to calculate the steel structure of an industrial building in Villareal and its fire passive protection with different methods rock wool plasterboard mortar projection and intumescent paint This industrial building will be dedicated to the storage of electronic equipment which has an specific area to develop the activity inside The industrial building whose shape is perfectly rectangular has the following dimensions 85m (length) x 50m (width) x 9m (height) It is situated in the industrial area of Villareal at the street Camiacute Onda Castelloacute Vell This work borns from the need to study different solutions of fire pasive protection systems to determine which is the best solution from the economic point of view After calculating the metallic structure the design for each one of the alternatives will be developed and from these options it will be studied wich is the best option
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2Objetodelproyecto El objeto de dicho proyectosiempre teniendo en cuenta la normativa vigente es el siguiente -Caacutelculo y descripcioacuten de la estructura metaacutelica que constituiraacute la nave industrial asiacute como la justificacioacuten de las acciones utilizadas y de las soluciones adoptadas -Caacutelculo de la carga de fuego en la nave industrial calculada -Caacutelculo y descripcioacuten de la proteccioacuten necesaria contra el fuego comparando teacutecnica y econoacutemicamente el uso de diferentes protecciones -Anaacutelisis de los presupuestos de las diferentes protecciones para establecer cuaacutel de ella es mejor desde el punto de vista econoacutemico
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3ElaceroLos metales que se emplean en estructuras metaacutelicas son principalmente el acero ordinario el acero inoxidable y el aluminio
El acero es el material estructural por excelencia para grandes alturas puesto que resuelve con eacutexito los planteamientos estructurales de soportar el peso con pilares de dimensiones reducidas resistir el empuje ante el vuelco y evitar movimientos debidos a la accioacuten del viento
El acero ordinario es el maacutes empleado y existen los siguientes tipos (seguacuten la norma EN 10027)
S235JR S235J0 S275JR
S275J0 S355JR S355J0
S235J2 S275J2 S355J2
La primera sigla es una ldquoSrdquo (de Steel acero en lengua inglesa)
La siguiente cantidad numeacuterica es el liacutemite elaacutestico en MPa en elementos cuyo espesor no supere los 16 mm En espesores superiores la resistencia de caacutelculo es menor
Las uacuteltimas siglas indican su sensibilidad a la rotura fraacutegil y su soldabilidad
- JR para construcciones ordinarias
- J0 cuando se requiere alta soldabilidad y resistencia a la rotura fraacutegil
- J2 cuando se requiere exigencias especiales de resistencia resistencia a la rotura fraacutegil y soldabilidad
31CaracteriacutesticasmecaacutenicasdelaceroLos valores fundamentales para el disentildeo de las piezas de acero son
-El liacutemite elaacutestico El liacutemite elaacutestico es la carga unitaria para la que se inicia el escaloacuten de cedencia es decir a partir del cual las deformaciones no son recuperables
-El liacutemite de rotura El liacutemite de rotura es la carga unitaria maacutexima soportada por el acero en el ensayo de traccioacuten Los valores del liacutemite elaacutestico y de rotura dependen del tipo de acero pero hay otras caracteriacutesticas que son comunes para todos los aceros
-Moacutedulo de Elasticidad E=210 GPa
-Moacutedulo de Rigidez G=81 GPa
-Coeficiente de Poisson 03
-Coeficiente de dilatacioacuten teacutermica 12middot10-5 (ordmC)-1
-Densidad 7850 kgm3
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32CaracteriacutesticastecnoloacutegicasdelaceroLa soldabilidades la aptitud de un acero para ser soldado mediante los procedimientos habituales sin que aparezca fisuracioacuten en friacuteo Es una caracteriacutestica tecnoloacutegica importante de cara a la ejecucioacuten de la estructura
La resistencia al desgarro laminar del acero se define como la resistencia a la aparicioacuten de defectos en piezas soldadas sometidas a tensiones de traccioacuten en direccioacuten perpendicular a su superficie
La aptitud al doblado es un iacutendice de la ductilidad del material y se define por la ausencia o presencia de fisuras en el ensayo de doblado
33LostiposdeaceromaacutesusadosenestructurasLos siguientes tipos de acero utilizables en perfiles y chapas para estructuras de acero
-Aceros laminados en caliente Se entiende por tales los aceros no aleados sin caracteriacutesticas especiales de resistencia mecaacutenica ni resistencia a la corrosioacuten y con una microestructura normal
-Aceros con caracteriacutesticas especiales Se consideran los siguientes tipos
-Aceros normalizados de grano fino para construccioacuten soldada
-Aceros de laminado termomecaacutenico de grano fino para construccioacuten soldada
-Aceros con resistencia mejorada a la corrosioacuten
-Aceros templados y revenidos
-Aceros con resistencia mejorada a la deformacioacuten en la direccioacuten perpendicular a la superficie del producto
-Aceros conformados en friacuteo Se entiende por tales los aceros cuyo proceso de fabricacioacuten consiste en un conformado en friacuteo que les confiere unas caracteriacutesticas especiacuteficas desde los puntos de vista de la seccioacuten y la resistencia mecaacutenica
34Ventajasdelasestructurasmetaacutelicas Antantildeo en cuanto al caacutelculo se refiere el eacutexito o el fracaso de la obra se determinaba seguacuten si el edificio a calcular en cuestioacuten era capaz de soportar las cargar que se le aplicaban o no Progresivamente a traveacutes de siglos de estudio y experiencia el conocimiento sobre dimensionado de elementos estructurales se ha visto ampliado gracias al estudio de la materia por lo que se han llegado a establecer diversas teacutecnicas de caacutelculo que permiten que el disentildeo estructural tenga unos resultados muy fiables
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Naturalmente las estructuras metaacutelicas presentan ciertas ventajas frente a las estructuras de hormigoacuten las cuales vienen principalmente de las diferencias entre los materiales Las maacutes importantes se relatan a continuacioacuten -Realizacioacuten del maacuteximo trabajo en taller ejecutando todas las soldaduras y dejando todos los elementos listos para el ensamblaje mediante uniones atornilladas en obra -Garantiza un estricto control de calidad reduciendo la posibilidad de fallo humano -Permite la proyeccioacuten de naves con elevadas luces resultando naves maacutes ligeras y esbeltas -Gracias a la ligereza de la estructura y a las diferencias de seccioacuten necesarias para la misma obra frente a otros materiales el aprovechamiento del espacio es maacuteximo -Enorme adaptabilidad a cualquier solucioacuten deseada ya sea por medio de entramados riacutegidos o articulados -Gran facilidad en el ensamblaje de la obra durante su ejecucioacuten -Precios muy competitivos frente a otros materiales ademaacutes de la rapidez de ejecucioacuten de la obra lo que lleva a un correcto plan de obra que a su vez permitiraacute un ahorro en los costes de construccioacuten A la vez la ligereza de las estructuras metaacutelicas implican una reduccioacuten de los costes de transporte y una reduccioacuten del coste de las cimentaciones -La adaptabilidad del acero es de especial relevancia en casos de rehabilitacioacuten ya sea para reforzar estructuras existentes o para una completa reconstruccioacuten manteniendo las fachadas El acero se entrega prefabricado en obra no necesita ser apuntalado y tampoco sufre retraccioacuten o fluencia por lo que puede asumir carga de inmediato -El desarrollo de nuevos sistemas de proteccioacuten contra la corrosioacuten garantizan con un mantenimiento miacutenimo una vida casi ilimitada para las estructuras realizadas con acero -Cuando termina la vida uacutetil del edificio la estructura metaacutelica de acero puede ser desmontada y posteriormente utilizada en nuevos usos o ser re-aprovechada con un faacutecil reciclaje -La estructura metaacutelica en acero supone un peso reducido segura en caso de seiacutesmo
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4ElementosestructuralesAlgunos de los elementos resistentes de que constan las estructuras industriales son los siguientes
41CimentacioacutenSe denomina cimentacioacuten al conjunto de elementos estructurales cuya misioacuten es transmitir las cargas de la edificacioacuten o elementos apoyados a este al suelo distribuyeacutendolas de forma que no superen su presioacuten admisible ni produzcan cargas zonales Debido a que la resistencia del suelo es generalmente menor que la de los pilares o muros que soportaraacute el aacuterea de contacto entre el suelo y la cimentacioacuten seraacute proporcionalmente maacutes grande que los elementos soportados
La eleccioacuten del tipo de cimentacioacuten depende especialmente de las caracteriacutesticas mecaacutenicas del terreno como su cohesioacuten su aacutengulo de rozamiento interno posicioacuten del nivel freaacutetico y tambieacuten de la magnitud de las cargas existentes A partir de todos esos datos se calcula la capacidad portante que junto con la homogeneidad del terreno aconsejan usar un tipo u otro diferente de cimentacioacuten Siempre que es posible se emplean cimentaciones superficiales ya que son el tipo de cimentacioacuten menos costoso y maacutes simple de ejecutar Cuando por problemas con la capacidad portante o la homogeneidad del mismo no es posible usar cimentacioacuten superficial se valoran otros tipos de cimentaciones Hay dos tipos fundamentales de cimentacioacuten directas y profundas
411CimentacionessuperficialesodirectasSon aquellas que se apoyan en las capas superficiales o poco profundas del suelo por tener eacuteste suficiente capacidad portante por tratarse de construcciones de importancia secundaria y relativamente livianas En este tipo de cimentacioacuten la carga se reparte en un plano de apoyo horizontal Las cimentaciones superficiales se clasifican en -Cimentaciones cicloacutepeas -Zapatas Zapatas aisladas Zapatas corridas Zapatas combinadas -Losas de cimentacioacuten
412CimentacionesprofundasSe basan en el esfuerzo cortante entre el terreno y la cimentacioacuten para soportar las cargas aplicadas o maacutes exactamente en la friccioacuten vertical entre la cimentacioacuten y el terreno Deben ubicarse maacutes profundamente para poder distribuir sobre una gran aacuterea un esfuerzo suficientemente grande para soportar la carga Algunos meacutetodos utilizados en cimentaciones profundas son -Pilotes son elementos de cimentacioacuten esbeltos que se hincan (pilotes de desplazamiento prefabricados) o construyen en una cavidad previamente abierta en el
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terreno (pilotes de extraccioacuten ejecutados in situ) -Pantallas es necesario anclar el muro al terreno
Pantallas isostaacuteticas con una liacutenea de anclajes Pantallas hiperestaacuteticas dos o maacutes liacuteneas de anclajes
42PlacasdeanclajeLas placas de anclaje son elementos estructurales que se emplean para unir los soportes metaacutelicos a la cimentacioacuten y que tienen como objeto hacer que la transicioacuten del acero al hormigoacuten se realice sin que en ninguacuten punto se sobrepasen las tensiones admisibles en este material
El material que constituye el cimiento (casi siempre hormigoacuten) es menos resistente que el acero por lo que la base debe ampliar la seccioacuten del soporte de acero hasta conseguir una superficie adecuada de contacto con el hormigoacuten para que la transmisioacuten de esfuerzos de uno a otro material sea lo maacutes uniforme posible
La placa de anclaje debe estar sujeta al cimiento mediante unos pernos de anclaje que quedan embebidos en el hormigoacuten y que al fraguar y endurecer eacuteste trabajan por adherencia
Los elementos que constituyen una base del tipo generalmente utilizado en edificacioacuten son
-Placa de base o de reparto
-Cartelas de rigidez
-Pernos de anclaje
Salvo en el caso excepcional de que el pie del soporte sea articulado los soportes se consideran empotrados en la cimentacioacuten lo que hace que la placa de anclaje deba prepararse para resistir los siguientes esfuerzos axil momento flector cortante y momento torsor
43PilaresLos pilares son elementos verticales sometidos principalmente a compresioacuten y a flexioacuten pequentildea o nula Son los elementos que transmiten las cargas verticales al terreno a traveacutes de los cimientos y las bases Para dimensionar un pilar se tendraacute en cuenta el tipo de acero el tipo de carga que va a recibir el perfil la longitud del soporte (por si hubiese pandeo) y la carga axial de compresioacuten
Los pilares simples maacutes utilizados son el HEB el HEA el IPN y el IPE Con ellos se obtiene gran aprovechamiento y son muy aptos para formar pilares en poacuterticos riacutegidos
Lo pilares simples de varios perfiles maacutes utilizados son los formados por 2 UPN
Los pilares compuestos se obtienen acoplando perfiles separados enlazados por medio de elementos transversales discontinuos Pueden estar unidos mediante presillas o
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mediante celosiacutea
44VigasLas jaacutecenas o vigas son elementos lineales en las que una dimensioacuten predomina sobre las otras dos Su forma de trabajo es casi exclusivamente a flexioacuten por ello suelen adoptar forma de I para tratar de obtener la maacutexima inercia y el mayor moacutedulo resistente con el material disponible tratando de mejorar el rendimiento
Las vigas son los elementos sustentantes horizontales o como en las cubiertas ligeramente inclinados que reciben las cargas verticales y las transmiten trabajando a flexioacuten a los pilares o apoyos
Las cargas que la viga recibe producen en sus secciones los siguientes esfuerzos momento flector esfuerzo cortante y torsiones (algunas veces)
441VigassimplesLos perfiles empleados son IPN IPE o HE El empleo de los perfiles IPE resulta maacutes econoacutemico en general tanto por su mayor rendimiento mecaacutenico como por la simplificacioacuten que en empalmes y uniones proporciona el espesor uniforme de las alas
Los perfiles simples laminados tienen la ventaja sobre la viga armada que para igual resistencia su coste es menor
442VigasmuacuteltiplesSon las vigas constituidas por dos o maacutes perfiles I adosados unidos a traveacutes de elementos de unioacuten tales como perfiles presillas tornillos pasantes etc que solidaricen eficazmente los perfiles componentes
443VigasreforzadasLa utilizacioacuten de refuerzos con chapa o pletina en las estructuras metaacutelicas es de gran eficacia para conseguir ahorro de material
Que un refuerzo sea econoacutemico o no depende de los valores relativos de la chapa el perfil y el cordoacuten de soldadura
El elemento de refuerzo maacutes utilizado es la chapa o platabanda Se utilizan estos refuerzos cuando queremos moacutedulos resistentes (W) mayores que los existentes en el mercado o cuando exista limitacioacuten de canto
444VigasojaacutecenasarmadasLas vigas armadas estaacuten formadas por varias pletinas o chapas unidas con cualquiera de los medios de unioacuten soldadura roblones angulares y tornillos etc
Para unas solicitaciones determinadas siempre es posible encontrar una viga armada de menor peso que el perfil laminado que corresponderiacutea a esas solicitaciones Sin embargo aun con mayor peso los perfiles laminados son siempre maacutes econoacutemicos que las vigas armadas debido al menor coste de fabricacioacuten
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445VigasojaacutecenasaligeradasSon vigas de alma aligerada
La solucioacuten de las vigas aligeradas puede resultar muy econoacutemica cuando pueda adoptarse el canto que se estime maacutes conveniente y cuando la flexioacuten predomine sobre el esfuerzo cortante es decir cuando se trate de luces grandes y de cargas moderadas
A esta clase de vigas se les ha dado diversas denominaciones vigas alveoladas vigas void en panal de abeja
446VigasdecelosiacuteaLas vigas de celosiacutea son de gran utilidad en las construcciones metaacutelicas especialmente en edificaciones industriales y para grandes luces
Para luces de cierta importancia el peso de estas vigas es inferior al de las vigas de alma llena equivalentes El coste de una estructura es el resultado de tres sumandos coste del material de la fabricacioacuten y del montaje Estos uacuteltimos variacutean notablemente seguacuten las circunstancias
El mejor aprovechamiento a efectos resistentes de las vigas de celosiacutea con relacioacuten a las de alma llena se refleja en que mientras que en una viga de alma llena las tensiones maacuteximas de agotamiento se alcanzaraacuten soacutelo en dos puntos de su seccioacuten en una barra triangulada puede conseguirse que toda la seccioacuten tanto los cordones como las diagonales se agoten uniformemente teniendo en cuenta que las barras a compresioacuten deben dimensionarse teniendo en cuenta el pandeo
Las vigas de celosiacutea suelen estar constituidas por cordoacuten superior cordoacuten inferior elementos de relleno (montantes y diagonales) y medios de unioacuten (cartelas soldadura tornilleriacutea etc)
Los cordones pueden ser paralelos o no A aquellos cuyos cordones son paralelos se les llama ldquovigas de celosiacuteardquo mientras que las que tienen dichos cordones inclinados se les denomina ldquocerchasrdquo
En las cerchas el cordoacuten superior sigue la inclinacioacuten de la cubierta Suelen ser estructuras ligeras con cartelas simples y barras constituidas por angulares o simples T
Las posibilidades y variedades de las vigas de celosiacutea son praacutecticamente infinitas seguacuten el trazado de los cordones y la disposicioacuten de la triangulacioacuten Sin embargo existen unos tipos que podriacuteamos llamar claacutesicos y son Pratt Howe y Warren
45CorreasLas correas son las vigas en que se apoya la chapa u otro tipo de techumbre por lo que tienen que soportar su peso asiacute como el debido a posibles cargas de nieve y viento Se encuentran a su vez apoyadas sobre las cerchas o los poacuterticos normalmente en un plano inclinado lo que hace tender a flectar tambieacuten en el sentido de la inclinacioacuten Siendo variable su separacioacuten dependiendo del material de cubierta etc
El apoyo de las correas sobre las cerchas o poacuterticos se aseguraraacute bien mediante uniones soldadas (un cordoacuten por cada lado de la correa con el maacuteximo espesor que permita la
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unioacuten) bien mediante uniones remachadas ponieacutendose un casquillo en angular
Las correas se calcularaacuten como vigas apoyadas con carga uniformemente distribuida
Suelen emplearse perfiles IPN simple T perfil Z o vigas de celosiacutea
46ArriostramientosTienen la funcioacuten de transmitir los esfuerzos producidos por el viento frontal sobre el poacutertico extremo a las paredes laterales que a su vez los transmitiraacuten al suelo
El arriostramiento baacutesico es la Cruz de San Andreacutes en forma de aspa que se coloca entre dos cerchas o poacuterticos y pueden abarcar varias correas para evitar aacutengulos pequentildeos y repartir bien los esfuerzos a las barras
Este tipo de configuracioacuten presenta el inconveniente de ser estaacuteticamente indeterminado con lo que tenemos que hacer hipoacutetesis para llegar a una que sea determinada Estas hipoacutetesis se hacen respecto a las diagonales cruzadas observando que cuando una diagonal estaacute en tensioacuten la contradiagonal estaacute en compresioacuten Por lo general se toman dos meacutetodos de anaacutelisis
-Si las diagonales se disentildean esbeltas es razonable suponer que no soportaraacuten esfuerzos de compresioacuten pues en caso contrario podriacutean pandear con gran facilidad Por lo tanto la fuerza cortante seraacute absorbida iacutentegramente por la diagonal en tensioacuten mientras que la diagonal en compresioacuten se supone que es un elemento que no trabaja es decir a todos los efectos es como si no existiese
-Si las barras diagonales se construyen con secciones robustas seraacuten capaces de soportar fuerzas de tensioacuten y de compresioacuten En este caso supondremos que cada diagonal toma la mitad de la fuerza cortante que aparezca
-Por estar sometidos a esfuerzos de traccioacuten estos elementos seraacuten esbeltos y de seccioacuten circular o rectangular (barras y varillas) existiendo tambieacuten de seccioacuten angular
-Las varillas (seccioacuten circular) han de engrosarse en sus extremos para compensar la peacuterdida de seccioacuten que supone la realizacioacuten de roscas para su fijacioacuten si bien en ocasiones se opta por disentildear tomando como seccioacuten resistente la correspondiente al aacuterea de la seccioacuten transversal de la rosca pues esta solucioacuten suele resultar maacutes econoacutemica aunque la pieza en este caso resulta ser maacutes sensible a efectos de impacto y de fatiga tendiendo a fallar por la zona de la rosca
47MediosdeUnioacuten
471UnionesatornilladasLos medios de unioacuten contemplados son los constituidos por tornillos tuercas y arandelas que deberaacuten estar normalizados y corresponder a los mismos grados del material que unen liacutemite elaacutestico y resistencia a traccioacuten
472UnionessoldadasUn acero se considera soldable seguacuten un grado un procedimiento determinado y para una aplicacioacuten especiacutefica cuando mediante la teacutecnica apropiada se puede conseguir la
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continuidad metaacutelica de la unioacuten y eacutesta cumpla con las exigencias requeridas
El material de aportacioacuten utilizable para la realizacioacuten de soldaduras (electrodos) deberaacute ser apropiado para el proceso de soldeo teniendo en cuenta al material a soldar y el procedimiento de soldeo ademaacutes deberaacute tener unas caracteriacutesticas mecaacutenicas en teacuterminos de liacutemite elaacutestico resistencia a traccioacuten deformacioacuten bajo carga maacutexima etc no inferiores a las correspondientes del material de base que constituye los perfiles o chapas que se pretende soldar
Meacutetodos de soldadura
-Soldadura manual con electrodo recubierto con recubrimientos de tipo rutilo o baacutesico
-Soldadura semiautomaacutetica bajo proteccioacuten gaseosa con hilo macizo tubular relleno de flux con transferencia de lluvia
-Soldadura semiautomaacutetica con hilo tubular relleno de flux sin proteccioacuten gaseosa con transferencia de lluvia
-Soldadura automaacutetica con arco sumergido
48TipologiacuteasestructuralesA la combinacioacuten de los distintos elementos estructurales y los materiales de que estaacuten hechos se les denomina sistema estructural Dichos sistemas estructurales pueden estar constituidos por la combinacioacuten de uno o varios tipos baacutesicos de estructuras Se recogen seguidamente una breve introduccioacuten a algunos de los tipos estructurales maacutes comunes en las construcciones industriales
481CerchasSon la parte principal de la cubierta Sobre eacutestas se apoyan las correas de tal forma que permiten que se transmitan las cargas actuantes sobre las correas a los soportes
Existen muchos tipos diferentes de cerchas y seguacuten sus triangulaciones asiacute podraacuten ser para mayor o menor luz
482PoacuterticosomarcosSe componen de vigas y columnas que estaacuten unidas entre siacute bien riacutegidamente o bien mediante articulaciones
Se clasifican en poacuterticos simples y poacuterticos muacuteltiples seguacuten consten de uno o varios vanos
Suelen ser poacuterticos a dos aguas adaptaacutendose a la inclinacioacuten de los faldones con lo que se aprovecha maacutes el interior al no existir tirantes
El trabajo de un poacutertico es el de una viga apoyada por medio de empotramiento en dos soportes Los elementos que lo forman suelen ser de alma llena Los encuentros se refuerzan con cartelas formadas por trozos de perfiles que rigidizan el nudo y ayudan a contrarrestar el empuje que ejerce el poacutertico hacia el exterior
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5DurabilidaddelasestructurasLa durabilidad de una estructura de acero es su capacidad para soportar durante la vida uacutetil para la que ha sido proyectada las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que estaacute expuesta y que podriacutean llegar a provocar su degradacioacuten como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el anaacutelisis estructural
Para conseguir la durabilidad adecuada seraacute necesario seguir una estrategia que contemple todos los posibles mecanismos de degradacioacuten adoptando medidas especiacuteficas en funcioacuten de la agresividad a la que se encuentre sometido cada elemento
Deberaacuten incluirse al menos los siguientes aspectos
-Seleccioacuten de la forma estructural definiendo en el proyecto los esquemas estructurales las formas geomeacutetricas y los detalles que sean compatibles con la consecucioacuten de una adecuada durabilidad de la estructura Se facilitaraacute la preparacioacuten de las superficies el pintado las inspecciones y el mantenimiento
-Se procuraraacute evitar el empleo de disentildeos estructurales que conduzcan a una susceptibilidad elevada a la corrosioacuten eligiendo formas de los elementos sencillas
-Se reduciraacute al miacutenimo el contacto directo entre las superficies de acero y el agua
-Se evitaraacute el contacto directo del acero con otros metales (el aluminio de las carpinteriacuteas de cerramiento muros cortina etc)
-Cuando la estructura presente aacutereas cerradas o elementos huecos debe cuidarse que esteacuten protegidos de manera efectiva contra la corrosioacuten mediante soldadura continua
En casos de especial agresividad cuando las medidas normales de proteccioacuten no se consideren suficientes se podraacute recurrir a la disposicioacuten de sistemas especiales de proteccioacuten (materiales de recubrimiento en polvo productos para tratamiento quiacutemico de superficies)
51ProteccionesparaestructurasmetaacutelicasUna vez finalizada la construccioacuten de las estructuras metaacutelicas pueden aparecer problemas por alguna de las siguientes causas
Efectos del calor como consecuencia de incendios
Oxidacioacuten excesiva y consiguiente corrosioacuten
511ProteccioacutencontraincendiosAunque el hierro no es combustible no se puede considerar resistente al fuego no soacutelo porque disminuye sus resistencia en cuanto pasa de 500ordmC sino porque por efecto de su dilatacioacuten sufre grandes deformacionesLos materiales de proteccioacuten del acero que pueden utilizarse son granito maacutermol hormigoacuten faacutebrica de ladrillo ceraacutemico con mortero de cemento placas de yeso pinturas intumescentes etc
512ProteccioacutencontracorrosioacutenLa oxidacioacuten constituye el peor enemigo de las construcciones metaacutelicas Para evitarlo
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se cubre con un revestimiento protector y es indispensable que la superficie a tratar esteacute limpia de suciedad y oacutexido Deberaacute considerarse conjuntamente el tratamiento de proteccioacuten frente a incendio ya que los requisitos del mismo pueden determinar un grado de defensa frente a la corrosioacuten muy superior al estrictamente necesario especialmente en el caso de pinturas intumescentes y morteros proyectados
52DurabilidaddelHormigoacutenSe define en la Instruccioacuten espantildeola EHE la durabilidad del hormigoacuten como la capacidad para comportarse satisfactoriamente frente a las acciones fiacutesicas y quiacutemicas agresivas a lo largo de la vida uacutetil de la estructura protegiendo tambieacuten las armaduras y elementos metaacutelicos embebidos en su interior Por tanto no solo hay que considerar los efectos provocados por las cargas y solicitaciones sino tambieacuten las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que se expone Por ello se considera el tipo de ambiente en que se va a encontrar la estructura y que puede afectar a la corrosioacuten de las armaduras ambientes quiacutemicos agresivos zonas afectadas por ciclos de hielo-deshielo etc Para garantizar la durabilidad del hormigoacuten y la proteccioacuten de las armaduras frente a la corrosioacuten es importante realizar un hormigoacuten con una permeabilidad reducida realizando una mezcla con una relacioacuten aguacemento baja una compactacioacuten idoacutenea un peso en cemento adecuado y la hidratacioacuten suficiente de eacuteste antildeadiendo agua de curado para completarlo De esta forma se consigue que haya los menos poros posibles y una red capilar interna poco comunicada y asiacute se reducen los ataques al hormigoacuten En los casos de existencia de sulfatos en el terreno o de agua de mar se deben emplear cementos especiales Para prevenir la corrosioacuten de armaduras hay que cuidar el recubrimiento miacutenimo de las mismas
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6Casodeestudio 61Descripcioacutendelanave La nave que se pretende calcular es una nave formada por dos poacuterticos adosados a dos aguas con una longitud total de 85m La separacioacuten de los poacuterticos entre siacute va a ser de 5m La luz de dicha nave va a ser de 25m por cada poacutertico la altura de cabeza de pilar va a ser de 7m y la de cumbrera de 9m A continuacioacuten se adjunta una foto del esqueleto de la nave donde se puede observar que en los poacuterticos de los extremos se han situado arriostramientos para transmitir los efectos de las acciones a la cimentacioacuten
Figura 1 Nave industrial del caso de estudio
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62Localizacioacuten La nave industrial que se ha calculado en el presente proyecto se ubicaraacute en la parcela nordm36 del poliacutegono industrial de Villareal con acceso principal en la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell sn El poliacutegono industrial cuanta con buenos viales de comunicacioacuten que permiten localizarla sin dificultad como queda definido en la siguiente imagen de situacioacuten Aclaracioacuten Tras tomar la salida del poliacutegono industrial desde la nacional 340 por la avenida Castelloacute y tomar la primera salida en la primera rotonda se llega a la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell donde esta la nave situada
Figura 2 Accesos a la nave industrial
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63Normativamunicipal
Figura 3 Situacioacuten geograacutefica de la nave industrial Todas las obras a realizar por el presente proyecto se someteraacuten a la normativa municipal que indique el Excmo Ayuntamiento de Villareal Castelloacuten
La superficie total de la parcela seguacuten el catastro es de 719333 m2
La parcela estaacute clasificada como suelo urbano Industrial y su aprovechamiento urbaniacutestico es el que se pasa a detallar a continuacioacuten
Superficie maacutexima edificable 719333 m2 13 = 553333 m2
Ocupacioacuten permitida 100
Volumen maacuteximo sin especificacioacuten
Plazas de parking miacutenimo una plaza por cada 200 m2
Vallado miacutenimo 2m de altura
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64NormativalegalaplicableatodalanaveEn la redaccioacuten del presente Proyecto de Ejecucioacuten se ha tenido en cuenta
-Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacuten (CTE) y particularmente sus siguientes documentos baacutesicos (DB)El DB-SE constituye la base para los Documentos Baacutesicos siguientes y se utilizaraacute conjuntamente con ellos
-Documento Baacutesico SE (Seguridad Estructural)
-Documento Baacutesico SE-AE (Acciones en la Edificacioacuten)
En este Documento Baacutesico se establecen las formas en que deben combinarse las diferentes acciones que actuacutean sobre el edificio definiendo los diferentes coeficientes de seguridad de forma global para todos los materiales De esta forma se establecen entre otros los liacutemites de las deformaciones admisibles que deben verificar las estructuras de edificacioacuten
-Documento Baacutesico SE-A (Acciones de la edificacioacuten)
En el campo de aplicacioacuten de este Documento Baacutesico es el de la determinacioacuten de las acciones permanentes variables y accidentales sobre los edificios para verificar el cumplimiento de los requisitos de seguridad estructural (capacidad portante y estabilidad) y aptitud al servicio establecidos en el DB-SE
-Documento Baacutesico SE-A (Seguridad Estructural Acero)
En este documento se adopta baacutesicamente el enfoque del Eurocoacutedigo de acero EN-1993 contemplando las distintas combinaciones de caacutelculo elaacutestico y plaacutestico en base a la clasificacioacuten de secciones seguacuten el Eurocoacutedigo El documento se adapta al tipo de aceros que se comercializan actualmente e incluye modelos de anaacutelisis para uniones
-Documento Baacutesico SI (Seguridad en caso de Incendio)
Este Documento Baacutesico es una normativa de construccioacuten espantildeola que forma parte del Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacutenregula especiacuteficamente las medidas de proteccioacuten contra incendios con que deben contar los edificios de nueva planta Es una normativa de obligado cumplimiento en Espantildea por lo que todos los edificios construidos desde su entrada en vigor en 2006 deben incorporar las soluciones constructivas que recoge la normativa a excepcioacuten de los edificios industriales que se rigen por el Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales
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7MetodologiacuteadecaacutelculoEl caacutelculo de la nave se llevaraacute a cabo con la herramienta de software de CYPE Ingenieros versioacuten 2015
Este programa es capaz de calcular edificios naves industriales y cualquier otro tupo de estructura Mediante la aplicacioacuten de meacutetodos matriciales obtiene una forma relativamente sencilla y fiable del dimensionado y la optimizacioacuten de estructuras
El software de CYPE Ingenieros se estructura en diferentes aplicaciones cada una de las cuales estaacute especiacuteficamente disentildeada para una finalidad concreta
71GeneradordepoacuterticosEl generados de poacuterticos es un programa perteneciente al paquete CYPE Ingenieros que dada su sencillez y facilidad de uso permite hacer un dimensionado faacutecil y raacutepido de las correas a disponer Entre sus funcionalidades destacan
-Crear de forma sencilla y raacutepida la geometriacutea y las cargas de peso propio sobrecarga de uso viento y nieve de un poacutertico formado por nudos riacutegidos celosiacuteas o cerchas Las cargas de viento y nieve se generan automaacuteticamente seguacuten la norma y la zona elegida
-Proporcionar el dimensionado de correas de cubiertas y laterales de fachadas optimizando el perfil y la separacioacuten entre correas
-Exportar a CYPE 3D la geometriacutea del poacutertico con apoyos biarticulados o biempotrados sus cargas y los coeficientes de pandeo de las barras que lo componen suponiendo la estructura traslacional o intraslacional Se exportan todas las cargas de viento las de cubierta las del los laterales de la nave y las perpendiculares a los poacuterticos de pared final (muro pintildeoacuten) Estas cargas se exportan como cargas superficiales lo que facilita enormementela labor de introduccioacuten de datos
72Cype3DEste moacutedulo ha sido disentildeado para ofrecer al usuario un software de mayores prestaciones con relacioacuten al dimensionado de estructuras de acero Permite calcular cualquier tipo de estructura formada por barras de acero de acuerdo con la normativa seleccionada Estaacute adaptado al CTE y tambieacuten a otras normativas nacionales e internacionales Las funcionalidades maacutes importante que se han utilizado para este proyecto son
-Descripcioacuten de los nudos la tipologiacutea de los nudos es muy completa Pueden definirse las vinculaciones interiores y coacciones exteriores las cuales permiten que los nudos puedan definirse como empotrados semiempotrados apoyos elaacutesticos apoyos con desplazamientos libres seguacuten un plano o recta a definir
-Agrupacioacuten y descripcioacuten de las barras permite la agrupacioacuten e introduccioacuten de barras de acero y dimensiona la seccioacuten llegando a su optimizacioacuten maacutexima Emplea perfiles de acero laminado armado y conformado que gestiona desde su amplia base de daros compuesta por perfiles de los fabricantes maacutes extendidos Puede crear perfiles compuestos a partir de perfiles simples con unioacuten soldada platabandas presillas etc Tambieacuten puede definir cartelas en los extremos perfiles de canto variable vigas boyd y barras mixtas
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-Introduccioacuten a coeficientes de pandeo y pandeo lateral permite introducir coeficientes de pandeo o longitudes de pandeo y el coeficiente de momentos de cada barra Tambieacuten calcula automaacuteticamente la longitud de pandeo de las barras seguacuten el meacutetodo aproximado El usuario tambieacuten puede activar en cualquier barra la comprobacioacuten de pandeo lateral
-Restriccioacuten de flechas liacutemites de las barras de la estructura el programa posibilita al usuario limitar la flecha de las barras para que el dimensionado de los perfiles tenga en cuenta las restriccioacuten impuesta El usuario puede imponer liacutemites a las flechas maacutexima y relativa tanto para sus calores absolutos como para sus calores relativos a la longitud entre los extremos y los puntos de inflexioacuten de la deformada
-Caacutelculo y optimizacioacuten de la estructura el programas hace todas las comprobaciones pertinente siempre de acorde a la norma para que se cumplan todos los requisitos en caso de no ser asiacute muestra que condiciones no se estaacuten cumpliendo
-Caacutelculo y dimensionado de uniones soldadas y atornilladas el programa realiza el caacutelculo y dimensionado automaacutetico de uniones soldadas y atornilladas de perfiles laminados y armados en doble T
-Caacutelculo y dimensionado de placas de anclaje
-Resultados planos y listados se proporciona una memoria justificativa del proyecto los listados detallados de las comprobaciones seguacuten la norma seleccionada y los planos de la estructura metaacutelica de la nave
73Generadordeprecios El generador de precios es una herramienta informaacutetica que pertenece a CYPE ingenieros que permite a los arquitectos y responsables de los proyectos obtener precios (para obra nueva rehabilitacioacuten y espacios urbanos) con las previsiones de costes ajustadas al maacuteximo a la realidad y facilitar la elaboracioacuten de una documentacioacuten de proyecto de calidad (completa consistente y con informacioacuten teacutecnica vinculada a cada unidad de obra) uacutetil para las distintas fases del ciclo de vida del edificio (estudios previos anteproyecto proyecto baacutesico y de ejecucioacuten direccioacuten y ejecucioacuten de la obra uso y mantenimiento deconstruccioacuten y reciclado final) Incluye productos de fabricantes y productos geneacutericos
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8Dimensionado
81Procedimientodedimensionado
811CaacutelculodelascorreasdecubiertaLas correas e cubierta son aquellos elementos cuya misioacuten es la de soportar al propio material de cerramiento de la cubierta transmitiendo su peso a las cerchas y estas a su vez a los pilares los cuales transmitiraacuten la carga a los pilares Asiacute mismo desempentildean la funcioacuten de arriostrar los poacuterticos fuera de su plano
Utilizando el generado de poacuterticos se generara un poacutertico y se estableceraacute cierta separacioacuten entre ellos asiacute como tambieacuten se generaraacuten las diferentes cargas de nieve y viento Se seleccionaraacuten las correas y por uacuteltimo se exporta a CYPE 3D
812CreacioacutendelageometriacuteadelanaveAprovechando la estructura que se ha generado con la exportacioacuten que se ha realizado desde el generador de poacuterticos se introducen los elementos restantes para completar la geometriacutea de la nave
Entre los maacutes destacados hay que resaltar
-Pilares intermedios de los poacuterticos de los extremos
-Vigas de atados de cabeza de pilar
-Vigas montantes
-Tirantes de las cruces de San Andreacutes
813DescripcioacutendelosnudosUna vez definida la geometriacutea de la nave se procederaacute a describir el comportamiento de los nudos de la estructura empotrada en esta nave se han asignado los siguientes nudos
-Todos los pilares van con vinculacioacuten exterior empotrada en la base
-Todas las uniones entre pilar-viga se efectuaraacuten con vinculacioacuten interior empotrada que seraacute resuelta a traveacutes de cartelas
-Las uniones entre las vigas de cumbrera iraacuten con vinculacioacuten interior empotrada donde seraacute necesario introducir cartelas
-Las uniones entre elementos de la estructura como vigas de atado de cabeza de pilares vigas montantes o las cruces de San Andreacutes iraacuten articuladas
814DescripcioacutendebarrasPara finalizar se describiraacuten todas las barras de la estructura Para ello se han agrupado todas las barras del mismo tipo para ahorrar trabajo optimizando la gestioacuten el control de caacutelculo y la ejecucioacuten de la estructura
Todas las barras deben predimensionarse con una porcioacuten parecida a la solucioacuten final para que el programa encuentre la solucioacuten lo antes posible Tambieacuten es muy importante disponer una cartela inicial adecuada ajo los dinteles que sea como miacutenimo
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la decima parte de la luz
Tras agrupar las barras de forma clara hay que asignar a toda la estructura el tipo de material S275
815PandeoEn los planos de los poacuterticos se ha considerado la estructura como traslacional y en los planos de los cerramientos y las cubiertas la nave puede considerarse como intraslacional
El criterio que usa CYPE es el siguiente
-El plano deacutebil del perfil se denomina plano ldquoxyrdquo y se corresponde con el plano paralelo a las alas del perfil
-El plano fuerte del perfil se denomina plano ldquoxzrdquo y se corresponde al plano que contiene el alma ce la pieza
Por lo que se aplicaraacuten los diferentes coeficientes de pandeo teniendo en cuenta las condiciones de contorno de las que dispone cada barra para cada plano Los coeficientes asignados son los siguientes
-Pilares exteriores de los poacuterticos interiores xzAElig14 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos interiores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares exteriores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Jaacutecenas xzAElig10 xyAElig0
-Cruces de San Andreacutes xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos interiores xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos exteriores xzAElig1 xyAElig1
Estos coeficientes de pandeo van a afectar decisivamente al caacutelculo de la estructura Es muy importante aplicar estos coeficientes basados en datos sensatos y coherentes y que despueacutes se materialicen en la obra de lo contrario no estariacuteamos calculando la obra que se esta construyendo con el consiguiente riesgo antildeadido
Entre alma y alma de los pilares consecutivos se supone el caso maacutes desfavorablesin cerramiento Esta condicioacuten de contorno hace que se ponga a 07 este coeficiente de pandeo en el plano xy
En el plano de inercia xz los pilares estaacuten empotrados teniendo en la base un nudo que imposibilita su desplazamiento y giro pero en su conexioacuten con el dintel si que puede existir desplazamiento por ello se asignara un coeficiente de pandeo de 14
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En el plano deacutebil de los dinteles tenemos que las correas los arriostran y en el plano fuerte estos dinteles estaacuten biempotrados en sus extremos al pilar y al otro dintel respectivamente En este plano la pieza es biempotrada traslacional por lo que le corresponde un coeficiente de pandeo aproximadamente de 1
Una vez razonados y aplicados los coeficientes de pandeo en cada planoprincipal de cada barra se modificaraacuten los coeficientes de empotramiento de los extremos de las vigas de atado y de los marcos de las cruces de San Andreacutes en cada uno de sus planos para despueacutes articular sus extremos
816FlechasSe limitaraacute la flecha maacutexima en el plano fuerte de las barras sometidas a flexioacuten que es en el plano en que van a dominar las cargas
Se limita la flecha maacutexima de acuerdo con el tipo de edificio y los elementos implicados en la deformacioacuten Seguacuten CTE DB-SE apartado 43 Cuando se considere la integridad de los elementos constructivos considerando soacutelo las deformaciones que se produce despueacutes de la puesta en obra del elemento la flecha relativa es menor que L300 para elementos horizontales y menor de L250 para pilares
817PlacasdeanclajeUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles el propio programa nos calcula las propias placas de anclaje incluyendo dimensiones de las mismas rigidizadores y tamantildeo longitud y nuacutemero de pernos debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
818CimentacioacutenUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles ademaacutes de las placas de anclaje el propio programa nos calcula las reacciones y cargas a cimentacioacuten que nos genera nuestra estructura debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
Utilizaremos como tensioacuten de trabajo del suelo 02 MPa confirmado por el tipo de terreno sobre el que se pretende construirTendremos en cuenta para el caacutelculo de la cimentacioacuten de la nave del presente proyecto tanto la Norma EHE como el CTE en su apartado destinado a cimentaciones CTE parte 2-DB SE-C- Seguridad Estructural
82Accionesconsideradas
821CargaspermanentesLas cargas permanentes estaacute constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que estaacuten permanentemente unidos a la
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
ܥ ൌ ͳǡ͵
ൌ ͳ
௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
ǣ
De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
ഝభబ െ ͳሻοߠǡ௧
siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
ܣ
Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
ͺǣ
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
ͻǣ
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4
2PresupuestodeproteccioacutenconrockwoolǩǨǤ3PresupuestodeproteccioacutenconplacasdeyesoǩǨǤ4PresupuestodeproteccioacutenconpinturaintumescenteǩǨǤ
MEMORIA
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1Introduction The aim of this project is to calculate the steel structure of an industrial building in Villareal and its fire passive protection with different methods rock wool plasterboard mortar projection and intumescent paint This industrial building will be dedicated to the storage of electronic equipment which has an specific area to develop the activity inside The industrial building whose shape is perfectly rectangular has the following dimensions 85m (length) x 50m (width) x 9m (height) It is situated in the industrial area of Villareal at the street Camiacute Onda Castelloacute Vell This work borns from the need to study different solutions of fire pasive protection systems to determine which is the best solution from the economic point of view After calculating the metallic structure the design for each one of the alternatives will be developed and from these options it will be studied wich is the best option
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2Objetodelproyecto El objeto de dicho proyectosiempre teniendo en cuenta la normativa vigente es el siguiente -Caacutelculo y descripcioacuten de la estructura metaacutelica que constituiraacute la nave industrial asiacute como la justificacioacuten de las acciones utilizadas y de las soluciones adoptadas -Caacutelculo de la carga de fuego en la nave industrial calculada -Caacutelculo y descripcioacuten de la proteccioacuten necesaria contra el fuego comparando teacutecnica y econoacutemicamente el uso de diferentes protecciones -Anaacutelisis de los presupuestos de las diferentes protecciones para establecer cuaacutel de ella es mejor desde el punto de vista econoacutemico
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3ElaceroLos metales que se emplean en estructuras metaacutelicas son principalmente el acero ordinario el acero inoxidable y el aluminio
El acero es el material estructural por excelencia para grandes alturas puesto que resuelve con eacutexito los planteamientos estructurales de soportar el peso con pilares de dimensiones reducidas resistir el empuje ante el vuelco y evitar movimientos debidos a la accioacuten del viento
El acero ordinario es el maacutes empleado y existen los siguientes tipos (seguacuten la norma EN 10027)
S235JR S235J0 S275JR
S275J0 S355JR S355J0
S235J2 S275J2 S355J2
La primera sigla es una ldquoSrdquo (de Steel acero en lengua inglesa)
La siguiente cantidad numeacuterica es el liacutemite elaacutestico en MPa en elementos cuyo espesor no supere los 16 mm En espesores superiores la resistencia de caacutelculo es menor
Las uacuteltimas siglas indican su sensibilidad a la rotura fraacutegil y su soldabilidad
- JR para construcciones ordinarias
- J0 cuando se requiere alta soldabilidad y resistencia a la rotura fraacutegil
- J2 cuando se requiere exigencias especiales de resistencia resistencia a la rotura fraacutegil y soldabilidad
31CaracteriacutesticasmecaacutenicasdelaceroLos valores fundamentales para el disentildeo de las piezas de acero son
-El liacutemite elaacutestico El liacutemite elaacutestico es la carga unitaria para la que se inicia el escaloacuten de cedencia es decir a partir del cual las deformaciones no son recuperables
-El liacutemite de rotura El liacutemite de rotura es la carga unitaria maacutexima soportada por el acero en el ensayo de traccioacuten Los valores del liacutemite elaacutestico y de rotura dependen del tipo de acero pero hay otras caracteriacutesticas que son comunes para todos los aceros
-Moacutedulo de Elasticidad E=210 GPa
-Moacutedulo de Rigidez G=81 GPa
-Coeficiente de Poisson 03
-Coeficiente de dilatacioacuten teacutermica 12middot10-5 (ordmC)-1
-Densidad 7850 kgm3
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32CaracteriacutesticastecnoloacutegicasdelaceroLa soldabilidades la aptitud de un acero para ser soldado mediante los procedimientos habituales sin que aparezca fisuracioacuten en friacuteo Es una caracteriacutestica tecnoloacutegica importante de cara a la ejecucioacuten de la estructura
La resistencia al desgarro laminar del acero se define como la resistencia a la aparicioacuten de defectos en piezas soldadas sometidas a tensiones de traccioacuten en direccioacuten perpendicular a su superficie
La aptitud al doblado es un iacutendice de la ductilidad del material y se define por la ausencia o presencia de fisuras en el ensayo de doblado
33LostiposdeaceromaacutesusadosenestructurasLos siguientes tipos de acero utilizables en perfiles y chapas para estructuras de acero
-Aceros laminados en caliente Se entiende por tales los aceros no aleados sin caracteriacutesticas especiales de resistencia mecaacutenica ni resistencia a la corrosioacuten y con una microestructura normal
-Aceros con caracteriacutesticas especiales Se consideran los siguientes tipos
-Aceros normalizados de grano fino para construccioacuten soldada
-Aceros de laminado termomecaacutenico de grano fino para construccioacuten soldada
-Aceros con resistencia mejorada a la corrosioacuten
-Aceros templados y revenidos
-Aceros con resistencia mejorada a la deformacioacuten en la direccioacuten perpendicular a la superficie del producto
-Aceros conformados en friacuteo Se entiende por tales los aceros cuyo proceso de fabricacioacuten consiste en un conformado en friacuteo que les confiere unas caracteriacutesticas especiacuteficas desde los puntos de vista de la seccioacuten y la resistencia mecaacutenica
34Ventajasdelasestructurasmetaacutelicas Antantildeo en cuanto al caacutelculo se refiere el eacutexito o el fracaso de la obra se determinaba seguacuten si el edificio a calcular en cuestioacuten era capaz de soportar las cargar que se le aplicaban o no Progresivamente a traveacutes de siglos de estudio y experiencia el conocimiento sobre dimensionado de elementos estructurales se ha visto ampliado gracias al estudio de la materia por lo que se han llegado a establecer diversas teacutecnicas de caacutelculo que permiten que el disentildeo estructural tenga unos resultados muy fiables
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Naturalmente las estructuras metaacutelicas presentan ciertas ventajas frente a las estructuras de hormigoacuten las cuales vienen principalmente de las diferencias entre los materiales Las maacutes importantes se relatan a continuacioacuten -Realizacioacuten del maacuteximo trabajo en taller ejecutando todas las soldaduras y dejando todos los elementos listos para el ensamblaje mediante uniones atornilladas en obra -Garantiza un estricto control de calidad reduciendo la posibilidad de fallo humano -Permite la proyeccioacuten de naves con elevadas luces resultando naves maacutes ligeras y esbeltas -Gracias a la ligereza de la estructura y a las diferencias de seccioacuten necesarias para la misma obra frente a otros materiales el aprovechamiento del espacio es maacuteximo -Enorme adaptabilidad a cualquier solucioacuten deseada ya sea por medio de entramados riacutegidos o articulados -Gran facilidad en el ensamblaje de la obra durante su ejecucioacuten -Precios muy competitivos frente a otros materiales ademaacutes de la rapidez de ejecucioacuten de la obra lo que lleva a un correcto plan de obra que a su vez permitiraacute un ahorro en los costes de construccioacuten A la vez la ligereza de las estructuras metaacutelicas implican una reduccioacuten de los costes de transporte y una reduccioacuten del coste de las cimentaciones -La adaptabilidad del acero es de especial relevancia en casos de rehabilitacioacuten ya sea para reforzar estructuras existentes o para una completa reconstruccioacuten manteniendo las fachadas El acero se entrega prefabricado en obra no necesita ser apuntalado y tampoco sufre retraccioacuten o fluencia por lo que puede asumir carga de inmediato -El desarrollo de nuevos sistemas de proteccioacuten contra la corrosioacuten garantizan con un mantenimiento miacutenimo una vida casi ilimitada para las estructuras realizadas con acero -Cuando termina la vida uacutetil del edificio la estructura metaacutelica de acero puede ser desmontada y posteriormente utilizada en nuevos usos o ser re-aprovechada con un faacutecil reciclaje -La estructura metaacutelica en acero supone un peso reducido segura en caso de seiacutesmo
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4ElementosestructuralesAlgunos de los elementos resistentes de que constan las estructuras industriales son los siguientes
41CimentacioacutenSe denomina cimentacioacuten al conjunto de elementos estructurales cuya misioacuten es transmitir las cargas de la edificacioacuten o elementos apoyados a este al suelo distribuyeacutendolas de forma que no superen su presioacuten admisible ni produzcan cargas zonales Debido a que la resistencia del suelo es generalmente menor que la de los pilares o muros que soportaraacute el aacuterea de contacto entre el suelo y la cimentacioacuten seraacute proporcionalmente maacutes grande que los elementos soportados
La eleccioacuten del tipo de cimentacioacuten depende especialmente de las caracteriacutesticas mecaacutenicas del terreno como su cohesioacuten su aacutengulo de rozamiento interno posicioacuten del nivel freaacutetico y tambieacuten de la magnitud de las cargas existentes A partir de todos esos datos se calcula la capacidad portante que junto con la homogeneidad del terreno aconsejan usar un tipo u otro diferente de cimentacioacuten Siempre que es posible se emplean cimentaciones superficiales ya que son el tipo de cimentacioacuten menos costoso y maacutes simple de ejecutar Cuando por problemas con la capacidad portante o la homogeneidad del mismo no es posible usar cimentacioacuten superficial se valoran otros tipos de cimentaciones Hay dos tipos fundamentales de cimentacioacuten directas y profundas
411CimentacionessuperficialesodirectasSon aquellas que se apoyan en las capas superficiales o poco profundas del suelo por tener eacuteste suficiente capacidad portante por tratarse de construcciones de importancia secundaria y relativamente livianas En este tipo de cimentacioacuten la carga se reparte en un plano de apoyo horizontal Las cimentaciones superficiales se clasifican en -Cimentaciones cicloacutepeas -Zapatas Zapatas aisladas Zapatas corridas Zapatas combinadas -Losas de cimentacioacuten
412CimentacionesprofundasSe basan en el esfuerzo cortante entre el terreno y la cimentacioacuten para soportar las cargas aplicadas o maacutes exactamente en la friccioacuten vertical entre la cimentacioacuten y el terreno Deben ubicarse maacutes profundamente para poder distribuir sobre una gran aacuterea un esfuerzo suficientemente grande para soportar la carga Algunos meacutetodos utilizados en cimentaciones profundas son -Pilotes son elementos de cimentacioacuten esbeltos que se hincan (pilotes de desplazamiento prefabricados) o construyen en una cavidad previamente abierta en el
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terreno (pilotes de extraccioacuten ejecutados in situ) -Pantallas es necesario anclar el muro al terreno
Pantallas isostaacuteticas con una liacutenea de anclajes Pantallas hiperestaacuteticas dos o maacutes liacuteneas de anclajes
42PlacasdeanclajeLas placas de anclaje son elementos estructurales que se emplean para unir los soportes metaacutelicos a la cimentacioacuten y que tienen como objeto hacer que la transicioacuten del acero al hormigoacuten se realice sin que en ninguacuten punto se sobrepasen las tensiones admisibles en este material
El material que constituye el cimiento (casi siempre hormigoacuten) es menos resistente que el acero por lo que la base debe ampliar la seccioacuten del soporte de acero hasta conseguir una superficie adecuada de contacto con el hormigoacuten para que la transmisioacuten de esfuerzos de uno a otro material sea lo maacutes uniforme posible
La placa de anclaje debe estar sujeta al cimiento mediante unos pernos de anclaje que quedan embebidos en el hormigoacuten y que al fraguar y endurecer eacuteste trabajan por adherencia
Los elementos que constituyen una base del tipo generalmente utilizado en edificacioacuten son
-Placa de base o de reparto
-Cartelas de rigidez
-Pernos de anclaje
Salvo en el caso excepcional de que el pie del soporte sea articulado los soportes se consideran empotrados en la cimentacioacuten lo que hace que la placa de anclaje deba prepararse para resistir los siguientes esfuerzos axil momento flector cortante y momento torsor
43PilaresLos pilares son elementos verticales sometidos principalmente a compresioacuten y a flexioacuten pequentildea o nula Son los elementos que transmiten las cargas verticales al terreno a traveacutes de los cimientos y las bases Para dimensionar un pilar se tendraacute en cuenta el tipo de acero el tipo de carga que va a recibir el perfil la longitud del soporte (por si hubiese pandeo) y la carga axial de compresioacuten
Los pilares simples maacutes utilizados son el HEB el HEA el IPN y el IPE Con ellos se obtiene gran aprovechamiento y son muy aptos para formar pilares en poacuterticos riacutegidos
Lo pilares simples de varios perfiles maacutes utilizados son los formados por 2 UPN
Los pilares compuestos se obtienen acoplando perfiles separados enlazados por medio de elementos transversales discontinuos Pueden estar unidos mediante presillas o
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mediante celosiacutea
44VigasLas jaacutecenas o vigas son elementos lineales en las que una dimensioacuten predomina sobre las otras dos Su forma de trabajo es casi exclusivamente a flexioacuten por ello suelen adoptar forma de I para tratar de obtener la maacutexima inercia y el mayor moacutedulo resistente con el material disponible tratando de mejorar el rendimiento
Las vigas son los elementos sustentantes horizontales o como en las cubiertas ligeramente inclinados que reciben las cargas verticales y las transmiten trabajando a flexioacuten a los pilares o apoyos
Las cargas que la viga recibe producen en sus secciones los siguientes esfuerzos momento flector esfuerzo cortante y torsiones (algunas veces)
441VigassimplesLos perfiles empleados son IPN IPE o HE El empleo de los perfiles IPE resulta maacutes econoacutemico en general tanto por su mayor rendimiento mecaacutenico como por la simplificacioacuten que en empalmes y uniones proporciona el espesor uniforme de las alas
Los perfiles simples laminados tienen la ventaja sobre la viga armada que para igual resistencia su coste es menor
442VigasmuacuteltiplesSon las vigas constituidas por dos o maacutes perfiles I adosados unidos a traveacutes de elementos de unioacuten tales como perfiles presillas tornillos pasantes etc que solidaricen eficazmente los perfiles componentes
443VigasreforzadasLa utilizacioacuten de refuerzos con chapa o pletina en las estructuras metaacutelicas es de gran eficacia para conseguir ahorro de material
Que un refuerzo sea econoacutemico o no depende de los valores relativos de la chapa el perfil y el cordoacuten de soldadura
El elemento de refuerzo maacutes utilizado es la chapa o platabanda Se utilizan estos refuerzos cuando queremos moacutedulos resistentes (W) mayores que los existentes en el mercado o cuando exista limitacioacuten de canto
444VigasojaacutecenasarmadasLas vigas armadas estaacuten formadas por varias pletinas o chapas unidas con cualquiera de los medios de unioacuten soldadura roblones angulares y tornillos etc
Para unas solicitaciones determinadas siempre es posible encontrar una viga armada de menor peso que el perfil laminado que corresponderiacutea a esas solicitaciones Sin embargo aun con mayor peso los perfiles laminados son siempre maacutes econoacutemicos que las vigas armadas debido al menor coste de fabricacioacuten
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445VigasojaacutecenasaligeradasSon vigas de alma aligerada
La solucioacuten de las vigas aligeradas puede resultar muy econoacutemica cuando pueda adoptarse el canto que se estime maacutes conveniente y cuando la flexioacuten predomine sobre el esfuerzo cortante es decir cuando se trate de luces grandes y de cargas moderadas
A esta clase de vigas se les ha dado diversas denominaciones vigas alveoladas vigas void en panal de abeja
446VigasdecelosiacuteaLas vigas de celosiacutea son de gran utilidad en las construcciones metaacutelicas especialmente en edificaciones industriales y para grandes luces
Para luces de cierta importancia el peso de estas vigas es inferior al de las vigas de alma llena equivalentes El coste de una estructura es el resultado de tres sumandos coste del material de la fabricacioacuten y del montaje Estos uacuteltimos variacutean notablemente seguacuten las circunstancias
El mejor aprovechamiento a efectos resistentes de las vigas de celosiacutea con relacioacuten a las de alma llena se refleja en que mientras que en una viga de alma llena las tensiones maacuteximas de agotamiento se alcanzaraacuten soacutelo en dos puntos de su seccioacuten en una barra triangulada puede conseguirse que toda la seccioacuten tanto los cordones como las diagonales se agoten uniformemente teniendo en cuenta que las barras a compresioacuten deben dimensionarse teniendo en cuenta el pandeo
Las vigas de celosiacutea suelen estar constituidas por cordoacuten superior cordoacuten inferior elementos de relleno (montantes y diagonales) y medios de unioacuten (cartelas soldadura tornilleriacutea etc)
Los cordones pueden ser paralelos o no A aquellos cuyos cordones son paralelos se les llama ldquovigas de celosiacuteardquo mientras que las que tienen dichos cordones inclinados se les denomina ldquocerchasrdquo
En las cerchas el cordoacuten superior sigue la inclinacioacuten de la cubierta Suelen ser estructuras ligeras con cartelas simples y barras constituidas por angulares o simples T
Las posibilidades y variedades de las vigas de celosiacutea son praacutecticamente infinitas seguacuten el trazado de los cordones y la disposicioacuten de la triangulacioacuten Sin embargo existen unos tipos que podriacuteamos llamar claacutesicos y son Pratt Howe y Warren
45CorreasLas correas son las vigas en que se apoya la chapa u otro tipo de techumbre por lo que tienen que soportar su peso asiacute como el debido a posibles cargas de nieve y viento Se encuentran a su vez apoyadas sobre las cerchas o los poacuterticos normalmente en un plano inclinado lo que hace tender a flectar tambieacuten en el sentido de la inclinacioacuten Siendo variable su separacioacuten dependiendo del material de cubierta etc
El apoyo de las correas sobre las cerchas o poacuterticos se aseguraraacute bien mediante uniones soldadas (un cordoacuten por cada lado de la correa con el maacuteximo espesor que permita la
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unioacuten) bien mediante uniones remachadas ponieacutendose un casquillo en angular
Las correas se calcularaacuten como vigas apoyadas con carga uniformemente distribuida
Suelen emplearse perfiles IPN simple T perfil Z o vigas de celosiacutea
46ArriostramientosTienen la funcioacuten de transmitir los esfuerzos producidos por el viento frontal sobre el poacutertico extremo a las paredes laterales que a su vez los transmitiraacuten al suelo
El arriostramiento baacutesico es la Cruz de San Andreacutes en forma de aspa que se coloca entre dos cerchas o poacuterticos y pueden abarcar varias correas para evitar aacutengulos pequentildeos y repartir bien los esfuerzos a las barras
Este tipo de configuracioacuten presenta el inconveniente de ser estaacuteticamente indeterminado con lo que tenemos que hacer hipoacutetesis para llegar a una que sea determinada Estas hipoacutetesis se hacen respecto a las diagonales cruzadas observando que cuando una diagonal estaacute en tensioacuten la contradiagonal estaacute en compresioacuten Por lo general se toman dos meacutetodos de anaacutelisis
-Si las diagonales se disentildean esbeltas es razonable suponer que no soportaraacuten esfuerzos de compresioacuten pues en caso contrario podriacutean pandear con gran facilidad Por lo tanto la fuerza cortante seraacute absorbida iacutentegramente por la diagonal en tensioacuten mientras que la diagonal en compresioacuten se supone que es un elemento que no trabaja es decir a todos los efectos es como si no existiese
-Si las barras diagonales se construyen con secciones robustas seraacuten capaces de soportar fuerzas de tensioacuten y de compresioacuten En este caso supondremos que cada diagonal toma la mitad de la fuerza cortante que aparezca
-Por estar sometidos a esfuerzos de traccioacuten estos elementos seraacuten esbeltos y de seccioacuten circular o rectangular (barras y varillas) existiendo tambieacuten de seccioacuten angular
-Las varillas (seccioacuten circular) han de engrosarse en sus extremos para compensar la peacuterdida de seccioacuten que supone la realizacioacuten de roscas para su fijacioacuten si bien en ocasiones se opta por disentildear tomando como seccioacuten resistente la correspondiente al aacuterea de la seccioacuten transversal de la rosca pues esta solucioacuten suele resultar maacutes econoacutemica aunque la pieza en este caso resulta ser maacutes sensible a efectos de impacto y de fatiga tendiendo a fallar por la zona de la rosca
47MediosdeUnioacuten
471UnionesatornilladasLos medios de unioacuten contemplados son los constituidos por tornillos tuercas y arandelas que deberaacuten estar normalizados y corresponder a los mismos grados del material que unen liacutemite elaacutestico y resistencia a traccioacuten
472UnionessoldadasUn acero se considera soldable seguacuten un grado un procedimiento determinado y para una aplicacioacuten especiacutefica cuando mediante la teacutecnica apropiada se puede conseguir la
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continuidad metaacutelica de la unioacuten y eacutesta cumpla con las exigencias requeridas
El material de aportacioacuten utilizable para la realizacioacuten de soldaduras (electrodos) deberaacute ser apropiado para el proceso de soldeo teniendo en cuenta al material a soldar y el procedimiento de soldeo ademaacutes deberaacute tener unas caracteriacutesticas mecaacutenicas en teacuterminos de liacutemite elaacutestico resistencia a traccioacuten deformacioacuten bajo carga maacutexima etc no inferiores a las correspondientes del material de base que constituye los perfiles o chapas que se pretende soldar
Meacutetodos de soldadura
-Soldadura manual con electrodo recubierto con recubrimientos de tipo rutilo o baacutesico
-Soldadura semiautomaacutetica bajo proteccioacuten gaseosa con hilo macizo tubular relleno de flux con transferencia de lluvia
-Soldadura semiautomaacutetica con hilo tubular relleno de flux sin proteccioacuten gaseosa con transferencia de lluvia
-Soldadura automaacutetica con arco sumergido
48TipologiacuteasestructuralesA la combinacioacuten de los distintos elementos estructurales y los materiales de que estaacuten hechos se les denomina sistema estructural Dichos sistemas estructurales pueden estar constituidos por la combinacioacuten de uno o varios tipos baacutesicos de estructuras Se recogen seguidamente una breve introduccioacuten a algunos de los tipos estructurales maacutes comunes en las construcciones industriales
481CerchasSon la parte principal de la cubierta Sobre eacutestas se apoyan las correas de tal forma que permiten que se transmitan las cargas actuantes sobre las correas a los soportes
Existen muchos tipos diferentes de cerchas y seguacuten sus triangulaciones asiacute podraacuten ser para mayor o menor luz
482PoacuterticosomarcosSe componen de vigas y columnas que estaacuten unidas entre siacute bien riacutegidamente o bien mediante articulaciones
Se clasifican en poacuterticos simples y poacuterticos muacuteltiples seguacuten consten de uno o varios vanos
Suelen ser poacuterticos a dos aguas adaptaacutendose a la inclinacioacuten de los faldones con lo que se aprovecha maacutes el interior al no existir tirantes
El trabajo de un poacutertico es el de una viga apoyada por medio de empotramiento en dos soportes Los elementos que lo forman suelen ser de alma llena Los encuentros se refuerzan con cartelas formadas por trozos de perfiles que rigidizan el nudo y ayudan a contrarrestar el empuje que ejerce el poacutertico hacia el exterior
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5DurabilidaddelasestructurasLa durabilidad de una estructura de acero es su capacidad para soportar durante la vida uacutetil para la que ha sido proyectada las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que estaacute expuesta y que podriacutean llegar a provocar su degradacioacuten como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el anaacutelisis estructural
Para conseguir la durabilidad adecuada seraacute necesario seguir una estrategia que contemple todos los posibles mecanismos de degradacioacuten adoptando medidas especiacuteficas en funcioacuten de la agresividad a la que se encuentre sometido cada elemento
Deberaacuten incluirse al menos los siguientes aspectos
-Seleccioacuten de la forma estructural definiendo en el proyecto los esquemas estructurales las formas geomeacutetricas y los detalles que sean compatibles con la consecucioacuten de una adecuada durabilidad de la estructura Se facilitaraacute la preparacioacuten de las superficies el pintado las inspecciones y el mantenimiento
-Se procuraraacute evitar el empleo de disentildeos estructurales que conduzcan a una susceptibilidad elevada a la corrosioacuten eligiendo formas de los elementos sencillas
-Se reduciraacute al miacutenimo el contacto directo entre las superficies de acero y el agua
-Se evitaraacute el contacto directo del acero con otros metales (el aluminio de las carpinteriacuteas de cerramiento muros cortina etc)
-Cuando la estructura presente aacutereas cerradas o elementos huecos debe cuidarse que esteacuten protegidos de manera efectiva contra la corrosioacuten mediante soldadura continua
En casos de especial agresividad cuando las medidas normales de proteccioacuten no se consideren suficientes se podraacute recurrir a la disposicioacuten de sistemas especiales de proteccioacuten (materiales de recubrimiento en polvo productos para tratamiento quiacutemico de superficies)
51ProteccionesparaestructurasmetaacutelicasUna vez finalizada la construccioacuten de las estructuras metaacutelicas pueden aparecer problemas por alguna de las siguientes causas
Efectos del calor como consecuencia de incendios
Oxidacioacuten excesiva y consiguiente corrosioacuten
511ProteccioacutencontraincendiosAunque el hierro no es combustible no se puede considerar resistente al fuego no soacutelo porque disminuye sus resistencia en cuanto pasa de 500ordmC sino porque por efecto de su dilatacioacuten sufre grandes deformacionesLos materiales de proteccioacuten del acero que pueden utilizarse son granito maacutermol hormigoacuten faacutebrica de ladrillo ceraacutemico con mortero de cemento placas de yeso pinturas intumescentes etc
512ProteccioacutencontracorrosioacutenLa oxidacioacuten constituye el peor enemigo de las construcciones metaacutelicas Para evitarlo
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se cubre con un revestimiento protector y es indispensable que la superficie a tratar esteacute limpia de suciedad y oacutexido Deberaacute considerarse conjuntamente el tratamiento de proteccioacuten frente a incendio ya que los requisitos del mismo pueden determinar un grado de defensa frente a la corrosioacuten muy superior al estrictamente necesario especialmente en el caso de pinturas intumescentes y morteros proyectados
52DurabilidaddelHormigoacutenSe define en la Instruccioacuten espantildeola EHE la durabilidad del hormigoacuten como la capacidad para comportarse satisfactoriamente frente a las acciones fiacutesicas y quiacutemicas agresivas a lo largo de la vida uacutetil de la estructura protegiendo tambieacuten las armaduras y elementos metaacutelicos embebidos en su interior Por tanto no solo hay que considerar los efectos provocados por las cargas y solicitaciones sino tambieacuten las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que se expone Por ello se considera el tipo de ambiente en que se va a encontrar la estructura y que puede afectar a la corrosioacuten de las armaduras ambientes quiacutemicos agresivos zonas afectadas por ciclos de hielo-deshielo etc Para garantizar la durabilidad del hormigoacuten y la proteccioacuten de las armaduras frente a la corrosioacuten es importante realizar un hormigoacuten con una permeabilidad reducida realizando una mezcla con una relacioacuten aguacemento baja una compactacioacuten idoacutenea un peso en cemento adecuado y la hidratacioacuten suficiente de eacuteste antildeadiendo agua de curado para completarlo De esta forma se consigue que haya los menos poros posibles y una red capilar interna poco comunicada y asiacute se reducen los ataques al hormigoacuten En los casos de existencia de sulfatos en el terreno o de agua de mar se deben emplear cementos especiales Para prevenir la corrosioacuten de armaduras hay que cuidar el recubrimiento miacutenimo de las mismas
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6Casodeestudio 61Descripcioacutendelanave La nave que se pretende calcular es una nave formada por dos poacuterticos adosados a dos aguas con una longitud total de 85m La separacioacuten de los poacuterticos entre siacute va a ser de 5m La luz de dicha nave va a ser de 25m por cada poacutertico la altura de cabeza de pilar va a ser de 7m y la de cumbrera de 9m A continuacioacuten se adjunta una foto del esqueleto de la nave donde se puede observar que en los poacuterticos de los extremos se han situado arriostramientos para transmitir los efectos de las acciones a la cimentacioacuten
Figura 1 Nave industrial del caso de estudio
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62Localizacioacuten La nave industrial que se ha calculado en el presente proyecto se ubicaraacute en la parcela nordm36 del poliacutegono industrial de Villareal con acceso principal en la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell sn El poliacutegono industrial cuanta con buenos viales de comunicacioacuten que permiten localizarla sin dificultad como queda definido en la siguiente imagen de situacioacuten Aclaracioacuten Tras tomar la salida del poliacutegono industrial desde la nacional 340 por la avenida Castelloacute y tomar la primera salida en la primera rotonda se llega a la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell donde esta la nave situada
Figura 2 Accesos a la nave industrial
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63Normativamunicipal
Figura 3 Situacioacuten geograacutefica de la nave industrial Todas las obras a realizar por el presente proyecto se someteraacuten a la normativa municipal que indique el Excmo Ayuntamiento de Villareal Castelloacuten
La superficie total de la parcela seguacuten el catastro es de 719333 m2
La parcela estaacute clasificada como suelo urbano Industrial y su aprovechamiento urbaniacutestico es el que se pasa a detallar a continuacioacuten
Superficie maacutexima edificable 719333 m2 13 = 553333 m2
Ocupacioacuten permitida 100
Volumen maacuteximo sin especificacioacuten
Plazas de parking miacutenimo una plaza por cada 200 m2
Vallado miacutenimo 2m de altura
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64NormativalegalaplicableatodalanaveEn la redaccioacuten del presente Proyecto de Ejecucioacuten se ha tenido en cuenta
-Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacuten (CTE) y particularmente sus siguientes documentos baacutesicos (DB)El DB-SE constituye la base para los Documentos Baacutesicos siguientes y se utilizaraacute conjuntamente con ellos
-Documento Baacutesico SE (Seguridad Estructural)
-Documento Baacutesico SE-AE (Acciones en la Edificacioacuten)
En este Documento Baacutesico se establecen las formas en que deben combinarse las diferentes acciones que actuacutean sobre el edificio definiendo los diferentes coeficientes de seguridad de forma global para todos los materiales De esta forma se establecen entre otros los liacutemites de las deformaciones admisibles que deben verificar las estructuras de edificacioacuten
-Documento Baacutesico SE-A (Acciones de la edificacioacuten)
En el campo de aplicacioacuten de este Documento Baacutesico es el de la determinacioacuten de las acciones permanentes variables y accidentales sobre los edificios para verificar el cumplimiento de los requisitos de seguridad estructural (capacidad portante y estabilidad) y aptitud al servicio establecidos en el DB-SE
-Documento Baacutesico SE-A (Seguridad Estructural Acero)
En este documento se adopta baacutesicamente el enfoque del Eurocoacutedigo de acero EN-1993 contemplando las distintas combinaciones de caacutelculo elaacutestico y plaacutestico en base a la clasificacioacuten de secciones seguacuten el Eurocoacutedigo El documento se adapta al tipo de aceros que se comercializan actualmente e incluye modelos de anaacutelisis para uniones
-Documento Baacutesico SI (Seguridad en caso de Incendio)
Este Documento Baacutesico es una normativa de construccioacuten espantildeola que forma parte del Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacutenregula especiacuteficamente las medidas de proteccioacuten contra incendios con que deben contar los edificios de nueva planta Es una normativa de obligado cumplimiento en Espantildea por lo que todos los edificios construidos desde su entrada en vigor en 2006 deben incorporar las soluciones constructivas que recoge la normativa a excepcioacuten de los edificios industriales que se rigen por el Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales
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7MetodologiacuteadecaacutelculoEl caacutelculo de la nave se llevaraacute a cabo con la herramienta de software de CYPE Ingenieros versioacuten 2015
Este programa es capaz de calcular edificios naves industriales y cualquier otro tupo de estructura Mediante la aplicacioacuten de meacutetodos matriciales obtiene una forma relativamente sencilla y fiable del dimensionado y la optimizacioacuten de estructuras
El software de CYPE Ingenieros se estructura en diferentes aplicaciones cada una de las cuales estaacute especiacuteficamente disentildeada para una finalidad concreta
71GeneradordepoacuterticosEl generados de poacuterticos es un programa perteneciente al paquete CYPE Ingenieros que dada su sencillez y facilidad de uso permite hacer un dimensionado faacutecil y raacutepido de las correas a disponer Entre sus funcionalidades destacan
-Crear de forma sencilla y raacutepida la geometriacutea y las cargas de peso propio sobrecarga de uso viento y nieve de un poacutertico formado por nudos riacutegidos celosiacuteas o cerchas Las cargas de viento y nieve se generan automaacuteticamente seguacuten la norma y la zona elegida
-Proporcionar el dimensionado de correas de cubiertas y laterales de fachadas optimizando el perfil y la separacioacuten entre correas
-Exportar a CYPE 3D la geometriacutea del poacutertico con apoyos biarticulados o biempotrados sus cargas y los coeficientes de pandeo de las barras que lo componen suponiendo la estructura traslacional o intraslacional Se exportan todas las cargas de viento las de cubierta las del los laterales de la nave y las perpendiculares a los poacuterticos de pared final (muro pintildeoacuten) Estas cargas se exportan como cargas superficiales lo que facilita enormementela labor de introduccioacuten de datos
72Cype3DEste moacutedulo ha sido disentildeado para ofrecer al usuario un software de mayores prestaciones con relacioacuten al dimensionado de estructuras de acero Permite calcular cualquier tipo de estructura formada por barras de acero de acuerdo con la normativa seleccionada Estaacute adaptado al CTE y tambieacuten a otras normativas nacionales e internacionales Las funcionalidades maacutes importante que se han utilizado para este proyecto son
-Descripcioacuten de los nudos la tipologiacutea de los nudos es muy completa Pueden definirse las vinculaciones interiores y coacciones exteriores las cuales permiten que los nudos puedan definirse como empotrados semiempotrados apoyos elaacutesticos apoyos con desplazamientos libres seguacuten un plano o recta a definir
-Agrupacioacuten y descripcioacuten de las barras permite la agrupacioacuten e introduccioacuten de barras de acero y dimensiona la seccioacuten llegando a su optimizacioacuten maacutexima Emplea perfiles de acero laminado armado y conformado que gestiona desde su amplia base de daros compuesta por perfiles de los fabricantes maacutes extendidos Puede crear perfiles compuestos a partir de perfiles simples con unioacuten soldada platabandas presillas etc Tambieacuten puede definir cartelas en los extremos perfiles de canto variable vigas boyd y barras mixtas
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-Introduccioacuten a coeficientes de pandeo y pandeo lateral permite introducir coeficientes de pandeo o longitudes de pandeo y el coeficiente de momentos de cada barra Tambieacuten calcula automaacuteticamente la longitud de pandeo de las barras seguacuten el meacutetodo aproximado El usuario tambieacuten puede activar en cualquier barra la comprobacioacuten de pandeo lateral
-Restriccioacuten de flechas liacutemites de las barras de la estructura el programa posibilita al usuario limitar la flecha de las barras para que el dimensionado de los perfiles tenga en cuenta las restriccioacuten impuesta El usuario puede imponer liacutemites a las flechas maacutexima y relativa tanto para sus calores absolutos como para sus calores relativos a la longitud entre los extremos y los puntos de inflexioacuten de la deformada
-Caacutelculo y optimizacioacuten de la estructura el programas hace todas las comprobaciones pertinente siempre de acorde a la norma para que se cumplan todos los requisitos en caso de no ser asiacute muestra que condiciones no se estaacuten cumpliendo
-Caacutelculo y dimensionado de uniones soldadas y atornilladas el programa realiza el caacutelculo y dimensionado automaacutetico de uniones soldadas y atornilladas de perfiles laminados y armados en doble T
-Caacutelculo y dimensionado de placas de anclaje
-Resultados planos y listados se proporciona una memoria justificativa del proyecto los listados detallados de las comprobaciones seguacuten la norma seleccionada y los planos de la estructura metaacutelica de la nave
73Generadordeprecios El generador de precios es una herramienta informaacutetica que pertenece a CYPE ingenieros que permite a los arquitectos y responsables de los proyectos obtener precios (para obra nueva rehabilitacioacuten y espacios urbanos) con las previsiones de costes ajustadas al maacuteximo a la realidad y facilitar la elaboracioacuten de una documentacioacuten de proyecto de calidad (completa consistente y con informacioacuten teacutecnica vinculada a cada unidad de obra) uacutetil para las distintas fases del ciclo de vida del edificio (estudios previos anteproyecto proyecto baacutesico y de ejecucioacuten direccioacuten y ejecucioacuten de la obra uso y mantenimiento deconstruccioacuten y reciclado final) Incluye productos de fabricantes y productos geneacutericos
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8Dimensionado
81Procedimientodedimensionado
811CaacutelculodelascorreasdecubiertaLas correas e cubierta son aquellos elementos cuya misioacuten es la de soportar al propio material de cerramiento de la cubierta transmitiendo su peso a las cerchas y estas a su vez a los pilares los cuales transmitiraacuten la carga a los pilares Asiacute mismo desempentildean la funcioacuten de arriostrar los poacuterticos fuera de su plano
Utilizando el generado de poacuterticos se generara un poacutertico y se estableceraacute cierta separacioacuten entre ellos asiacute como tambieacuten se generaraacuten las diferentes cargas de nieve y viento Se seleccionaraacuten las correas y por uacuteltimo se exporta a CYPE 3D
812CreacioacutendelageometriacuteadelanaveAprovechando la estructura que se ha generado con la exportacioacuten que se ha realizado desde el generador de poacuterticos se introducen los elementos restantes para completar la geometriacutea de la nave
Entre los maacutes destacados hay que resaltar
-Pilares intermedios de los poacuterticos de los extremos
-Vigas de atados de cabeza de pilar
-Vigas montantes
-Tirantes de las cruces de San Andreacutes
813DescripcioacutendelosnudosUna vez definida la geometriacutea de la nave se procederaacute a describir el comportamiento de los nudos de la estructura empotrada en esta nave se han asignado los siguientes nudos
-Todos los pilares van con vinculacioacuten exterior empotrada en la base
-Todas las uniones entre pilar-viga se efectuaraacuten con vinculacioacuten interior empotrada que seraacute resuelta a traveacutes de cartelas
-Las uniones entre las vigas de cumbrera iraacuten con vinculacioacuten interior empotrada donde seraacute necesario introducir cartelas
-Las uniones entre elementos de la estructura como vigas de atado de cabeza de pilares vigas montantes o las cruces de San Andreacutes iraacuten articuladas
814DescripcioacutendebarrasPara finalizar se describiraacuten todas las barras de la estructura Para ello se han agrupado todas las barras del mismo tipo para ahorrar trabajo optimizando la gestioacuten el control de caacutelculo y la ejecucioacuten de la estructura
Todas las barras deben predimensionarse con una porcioacuten parecida a la solucioacuten final para que el programa encuentre la solucioacuten lo antes posible Tambieacuten es muy importante disponer una cartela inicial adecuada ajo los dinteles que sea como miacutenimo
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la decima parte de la luz
Tras agrupar las barras de forma clara hay que asignar a toda la estructura el tipo de material S275
815PandeoEn los planos de los poacuterticos se ha considerado la estructura como traslacional y en los planos de los cerramientos y las cubiertas la nave puede considerarse como intraslacional
El criterio que usa CYPE es el siguiente
-El plano deacutebil del perfil se denomina plano ldquoxyrdquo y se corresponde con el plano paralelo a las alas del perfil
-El plano fuerte del perfil se denomina plano ldquoxzrdquo y se corresponde al plano que contiene el alma ce la pieza
Por lo que se aplicaraacuten los diferentes coeficientes de pandeo teniendo en cuenta las condiciones de contorno de las que dispone cada barra para cada plano Los coeficientes asignados son los siguientes
-Pilares exteriores de los poacuterticos interiores xzAElig14 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos interiores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares exteriores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Jaacutecenas xzAElig10 xyAElig0
-Cruces de San Andreacutes xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos interiores xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos exteriores xzAElig1 xyAElig1
Estos coeficientes de pandeo van a afectar decisivamente al caacutelculo de la estructura Es muy importante aplicar estos coeficientes basados en datos sensatos y coherentes y que despueacutes se materialicen en la obra de lo contrario no estariacuteamos calculando la obra que se esta construyendo con el consiguiente riesgo antildeadido
Entre alma y alma de los pilares consecutivos se supone el caso maacutes desfavorablesin cerramiento Esta condicioacuten de contorno hace que se ponga a 07 este coeficiente de pandeo en el plano xy
En el plano de inercia xz los pilares estaacuten empotrados teniendo en la base un nudo que imposibilita su desplazamiento y giro pero en su conexioacuten con el dintel si que puede existir desplazamiento por ello se asignara un coeficiente de pandeo de 14
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En el plano deacutebil de los dinteles tenemos que las correas los arriostran y en el plano fuerte estos dinteles estaacuten biempotrados en sus extremos al pilar y al otro dintel respectivamente En este plano la pieza es biempotrada traslacional por lo que le corresponde un coeficiente de pandeo aproximadamente de 1
Una vez razonados y aplicados los coeficientes de pandeo en cada planoprincipal de cada barra se modificaraacuten los coeficientes de empotramiento de los extremos de las vigas de atado y de los marcos de las cruces de San Andreacutes en cada uno de sus planos para despueacutes articular sus extremos
816FlechasSe limitaraacute la flecha maacutexima en el plano fuerte de las barras sometidas a flexioacuten que es en el plano en que van a dominar las cargas
Se limita la flecha maacutexima de acuerdo con el tipo de edificio y los elementos implicados en la deformacioacuten Seguacuten CTE DB-SE apartado 43 Cuando se considere la integridad de los elementos constructivos considerando soacutelo las deformaciones que se produce despueacutes de la puesta en obra del elemento la flecha relativa es menor que L300 para elementos horizontales y menor de L250 para pilares
817PlacasdeanclajeUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles el propio programa nos calcula las propias placas de anclaje incluyendo dimensiones de las mismas rigidizadores y tamantildeo longitud y nuacutemero de pernos debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
818CimentacioacutenUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles ademaacutes de las placas de anclaje el propio programa nos calcula las reacciones y cargas a cimentacioacuten que nos genera nuestra estructura debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
Utilizaremos como tensioacuten de trabajo del suelo 02 MPa confirmado por el tipo de terreno sobre el que se pretende construirTendremos en cuenta para el caacutelculo de la cimentacioacuten de la nave del presente proyecto tanto la Norma EHE como el CTE en su apartado destinado a cimentaciones CTE parte 2-DB SE-C- Seguridad Estructural
82Accionesconsideradas
821CargaspermanentesLas cargas permanentes estaacute constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que estaacuten permanentemente unidos a la
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
ܥ ൌ ͳǡ͵
ൌ ͳ
௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
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De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
ഝభబ െ ͳሻοߠǡ௧
siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
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Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
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MEMORIA
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1Introduction The aim of this project is to calculate the steel structure of an industrial building in Villareal and its fire passive protection with different methods rock wool plasterboard mortar projection and intumescent paint This industrial building will be dedicated to the storage of electronic equipment which has an specific area to develop the activity inside The industrial building whose shape is perfectly rectangular has the following dimensions 85m (length) x 50m (width) x 9m (height) It is situated in the industrial area of Villareal at the street Camiacute Onda Castelloacute Vell This work borns from the need to study different solutions of fire pasive protection systems to determine which is the best solution from the economic point of view After calculating the metallic structure the design for each one of the alternatives will be developed and from these options it will be studied wich is the best option
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2Objetodelproyecto El objeto de dicho proyectosiempre teniendo en cuenta la normativa vigente es el siguiente -Caacutelculo y descripcioacuten de la estructura metaacutelica que constituiraacute la nave industrial asiacute como la justificacioacuten de las acciones utilizadas y de las soluciones adoptadas -Caacutelculo de la carga de fuego en la nave industrial calculada -Caacutelculo y descripcioacuten de la proteccioacuten necesaria contra el fuego comparando teacutecnica y econoacutemicamente el uso de diferentes protecciones -Anaacutelisis de los presupuestos de las diferentes protecciones para establecer cuaacutel de ella es mejor desde el punto de vista econoacutemico
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3ElaceroLos metales que se emplean en estructuras metaacutelicas son principalmente el acero ordinario el acero inoxidable y el aluminio
El acero es el material estructural por excelencia para grandes alturas puesto que resuelve con eacutexito los planteamientos estructurales de soportar el peso con pilares de dimensiones reducidas resistir el empuje ante el vuelco y evitar movimientos debidos a la accioacuten del viento
El acero ordinario es el maacutes empleado y existen los siguientes tipos (seguacuten la norma EN 10027)
S235JR S235J0 S275JR
S275J0 S355JR S355J0
S235J2 S275J2 S355J2
La primera sigla es una ldquoSrdquo (de Steel acero en lengua inglesa)
La siguiente cantidad numeacuterica es el liacutemite elaacutestico en MPa en elementos cuyo espesor no supere los 16 mm En espesores superiores la resistencia de caacutelculo es menor
Las uacuteltimas siglas indican su sensibilidad a la rotura fraacutegil y su soldabilidad
- JR para construcciones ordinarias
- J0 cuando se requiere alta soldabilidad y resistencia a la rotura fraacutegil
- J2 cuando se requiere exigencias especiales de resistencia resistencia a la rotura fraacutegil y soldabilidad
31CaracteriacutesticasmecaacutenicasdelaceroLos valores fundamentales para el disentildeo de las piezas de acero son
-El liacutemite elaacutestico El liacutemite elaacutestico es la carga unitaria para la que se inicia el escaloacuten de cedencia es decir a partir del cual las deformaciones no son recuperables
-El liacutemite de rotura El liacutemite de rotura es la carga unitaria maacutexima soportada por el acero en el ensayo de traccioacuten Los valores del liacutemite elaacutestico y de rotura dependen del tipo de acero pero hay otras caracteriacutesticas que son comunes para todos los aceros
-Moacutedulo de Elasticidad E=210 GPa
-Moacutedulo de Rigidez G=81 GPa
-Coeficiente de Poisson 03
-Coeficiente de dilatacioacuten teacutermica 12middot10-5 (ordmC)-1
-Densidad 7850 kgm3
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32CaracteriacutesticastecnoloacutegicasdelaceroLa soldabilidades la aptitud de un acero para ser soldado mediante los procedimientos habituales sin que aparezca fisuracioacuten en friacuteo Es una caracteriacutestica tecnoloacutegica importante de cara a la ejecucioacuten de la estructura
La resistencia al desgarro laminar del acero se define como la resistencia a la aparicioacuten de defectos en piezas soldadas sometidas a tensiones de traccioacuten en direccioacuten perpendicular a su superficie
La aptitud al doblado es un iacutendice de la ductilidad del material y se define por la ausencia o presencia de fisuras en el ensayo de doblado
33LostiposdeaceromaacutesusadosenestructurasLos siguientes tipos de acero utilizables en perfiles y chapas para estructuras de acero
-Aceros laminados en caliente Se entiende por tales los aceros no aleados sin caracteriacutesticas especiales de resistencia mecaacutenica ni resistencia a la corrosioacuten y con una microestructura normal
-Aceros con caracteriacutesticas especiales Se consideran los siguientes tipos
-Aceros normalizados de grano fino para construccioacuten soldada
-Aceros de laminado termomecaacutenico de grano fino para construccioacuten soldada
-Aceros con resistencia mejorada a la corrosioacuten
-Aceros templados y revenidos
-Aceros con resistencia mejorada a la deformacioacuten en la direccioacuten perpendicular a la superficie del producto
-Aceros conformados en friacuteo Se entiende por tales los aceros cuyo proceso de fabricacioacuten consiste en un conformado en friacuteo que les confiere unas caracteriacutesticas especiacuteficas desde los puntos de vista de la seccioacuten y la resistencia mecaacutenica
34Ventajasdelasestructurasmetaacutelicas Antantildeo en cuanto al caacutelculo se refiere el eacutexito o el fracaso de la obra se determinaba seguacuten si el edificio a calcular en cuestioacuten era capaz de soportar las cargar que se le aplicaban o no Progresivamente a traveacutes de siglos de estudio y experiencia el conocimiento sobre dimensionado de elementos estructurales se ha visto ampliado gracias al estudio de la materia por lo que se han llegado a establecer diversas teacutecnicas de caacutelculo que permiten que el disentildeo estructural tenga unos resultados muy fiables
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Naturalmente las estructuras metaacutelicas presentan ciertas ventajas frente a las estructuras de hormigoacuten las cuales vienen principalmente de las diferencias entre los materiales Las maacutes importantes se relatan a continuacioacuten -Realizacioacuten del maacuteximo trabajo en taller ejecutando todas las soldaduras y dejando todos los elementos listos para el ensamblaje mediante uniones atornilladas en obra -Garantiza un estricto control de calidad reduciendo la posibilidad de fallo humano -Permite la proyeccioacuten de naves con elevadas luces resultando naves maacutes ligeras y esbeltas -Gracias a la ligereza de la estructura y a las diferencias de seccioacuten necesarias para la misma obra frente a otros materiales el aprovechamiento del espacio es maacuteximo -Enorme adaptabilidad a cualquier solucioacuten deseada ya sea por medio de entramados riacutegidos o articulados -Gran facilidad en el ensamblaje de la obra durante su ejecucioacuten -Precios muy competitivos frente a otros materiales ademaacutes de la rapidez de ejecucioacuten de la obra lo que lleva a un correcto plan de obra que a su vez permitiraacute un ahorro en los costes de construccioacuten A la vez la ligereza de las estructuras metaacutelicas implican una reduccioacuten de los costes de transporte y una reduccioacuten del coste de las cimentaciones -La adaptabilidad del acero es de especial relevancia en casos de rehabilitacioacuten ya sea para reforzar estructuras existentes o para una completa reconstruccioacuten manteniendo las fachadas El acero se entrega prefabricado en obra no necesita ser apuntalado y tampoco sufre retraccioacuten o fluencia por lo que puede asumir carga de inmediato -El desarrollo de nuevos sistemas de proteccioacuten contra la corrosioacuten garantizan con un mantenimiento miacutenimo una vida casi ilimitada para las estructuras realizadas con acero -Cuando termina la vida uacutetil del edificio la estructura metaacutelica de acero puede ser desmontada y posteriormente utilizada en nuevos usos o ser re-aprovechada con un faacutecil reciclaje -La estructura metaacutelica en acero supone un peso reducido segura en caso de seiacutesmo
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4ElementosestructuralesAlgunos de los elementos resistentes de que constan las estructuras industriales son los siguientes
41CimentacioacutenSe denomina cimentacioacuten al conjunto de elementos estructurales cuya misioacuten es transmitir las cargas de la edificacioacuten o elementos apoyados a este al suelo distribuyeacutendolas de forma que no superen su presioacuten admisible ni produzcan cargas zonales Debido a que la resistencia del suelo es generalmente menor que la de los pilares o muros que soportaraacute el aacuterea de contacto entre el suelo y la cimentacioacuten seraacute proporcionalmente maacutes grande que los elementos soportados
La eleccioacuten del tipo de cimentacioacuten depende especialmente de las caracteriacutesticas mecaacutenicas del terreno como su cohesioacuten su aacutengulo de rozamiento interno posicioacuten del nivel freaacutetico y tambieacuten de la magnitud de las cargas existentes A partir de todos esos datos se calcula la capacidad portante que junto con la homogeneidad del terreno aconsejan usar un tipo u otro diferente de cimentacioacuten Siempre que es posible se emplean cimentaciones superficiales ya que son el tipo de cimentacioacuten menos costoso y maacutes simple de ejecutar Cuando por problemas con la capacidad portante o la homogeneidad del mismo no es posible usar cimentacioacuten superficial se valoran otros tipos de cimentaciones Hay dos tipos fundamentales de cimentacioacuten directas y profundas
411CimentacionessuperficialesodirectasSon aquellas que se apoyan en las capas superficiales o poco profundas del suelo por tener eacuteste suficiente capacidad portante por tratarse de construcciones de importancia secundaria y relativamente livianas En este tipo de cimentacioacuten la carga se reparte en un plano de apoyo horizontal Las cimentaciones superficiales se clasifican en -Cimentaciones cicloacutepeas -Zapatas Zapatas aisladas Zapatas corridas Zapatas combinadas -Losas de cimentacioacuten
412CimentacionesprofundasSe basan en el esfuerzo cortante entre el terreno y la cimentacioacuten para soportar las cargas aplicadas o maacutes exactamente en la friccioacuten vertical entre la cimentacioacuten y el terreno Deben ubicarse maacutes profundamente para poder distribuir sobre una gran aacuterea un esfuerzo suficientemente grande para soportar la carga Algunos meacutetodos utilizados en cimentaciones profundas son -Pilotes son elementos de cimentacioacuten esbeltos que se hincan (pilotes de desplazamiento prefabricados) o construyen en una cavidad previamente abierta en el
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terreno (pilotes de extraccioacuten ejecutados in situ) -Pantallas es necesario anclar el muro al terreno
Pantallas isostaacuteticas con una liacutenea de anclajes Pantallas hiperestaacuteticas dos o maacutes liacuteneas de anclajes
42PlacasdeanclajeLas placas de anclaje son elementos estructurales que se emplean para unir los soportes metaacutelicos a la cimentacioacuten y que tienen como objeto hacer que la transicioacuten del acero al hormigoacuten se realice sin que en ninguacuten punto se sobrepasen las tensiones admisibles en este material
El material que constituye el cimiento (casi siempre hormigoacuten) es menos resistente que el acero por lo que la base debe ampliar la seccioacuten del soporte de acero hasta conseguir una superficie adecuada de contacto con el hormigoacuten para que la transmisioacuten de esfuerzos de uno a otro material sea lo maacutes uniforme posible
La placa de anclaje debe estar sujeta al cimiento mediante unos pernos de anclaje que quedan embebidos en el hormigoacuten y que al fraguar y endurecer eacuteste trabajan por adherencia
Los elementos que constituyen una base del tipo generalmente utilizado en edificacioacuten son
-Placa de base o de reparto
-Cartelas de rigidez
-Pernos de anclaje
Salvo en el caso excepcional de que el pie del soporte sea articulado los soportes se consideran empotrados en la cimentacioacuten lo que hace que la placa de anclaje deba prepararse para resistir los siguientes esfuerzos axil momento flector cortante y momento torsor
43PilaresLos pilares son elementos verticales sometidos principalmente a compresioacuten y a flexioacuten pequentildea o nula Son los elementos que transmiten las cargas verticales al terreno a traveacutes de los cimientos y las bases Para dimensionar un pilar se tendraacute en cuenta el tipo de acero el tipo de carga que va a recibir el perfil la longitud del soporte (por si hubiese pandeo) y la carga axial de compresioacuten
Los pilares simples maacutes utilizados son el HEB el HEA el IPN y el IPE Con ellos se obtiene gran aprovechamiento y son muy aptos para formar pilares en poacuterticos riacutegidos
Lo pilares simples de varios perfiles maacutes utilizados son los formados por 2 UPN
Los pilares compuestos se obtienen acoplando perfiles separados enlazados por medio de elementos transversales discontinuos Pueden estar unidos mediante presillas o
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mediante celosiacutea
44VigasLas jaacutecenas o vigas son elementos lineales en las que una dimensioacuten predomina sobre las otras dos Su forma de trabajo es casi exclusivamente a flexioacuten por ello suelen adoptar forma de I para tratar de obtener la maacutexima inercia y el mayor moacutedulo resistente con el material disponible tratando de mejorar el rendimiento
Las vigas son los elementos sustentantes horizontales o como en las cubiertas ligeramente inclinados que reciben las cargas verticales y las transmiten trabajando a flexioacuten a los pilares o apoyos
Las cargas que la viga recibe producen en sus secciones los siguientes esfuerzos momento flector esfuerzo cortante y torsiones (algunas veces)
441VigassimplesLos perfiles empleados son IPN IPE o HE El empleo de los perfiles IPE resulta maacutes econoacutemico en general tanto por su mayor rendimiento mecaacutenico como por la simplificacioacuten que en empalmes y uniones proporciona el espesor uniforme de las alas
Los perfiles simples laminados tienen la ventaja sobre la viga armada que para igual resistencia su coste es menor
442VigasmuacuteltiplesSon las vigas constituidas por dos o maacutes perfiles I adosados unidos a traveacutes de elementos de unioacuten tales como perfiles presillas tornillos pasantes etc que solidaricen eficazmente los perfiles componentes
443VigasreforzadasLa utilizacioacuten de refuerzos con chapa o pletina en las estructuras metaacutelicas es de gran eficacia para conseguir ahorro de material
Que un refuerzo sea econoacutemico o no depende de los valores relativos de la chapa el perfil y el cordoacuten de soldadura
El elemento de refuerzo maacutes utilizado es la chapa o platabanda Se utilizan estos refuerzos cuando queremos moacutedulos resistentes (W) mayores que los existentes en el mercado o cuando exista limitacioacuten de canto
444VigasojaacutecenasarmadasLas vigas armadas estaacuten formadas por varias pletinas o chapas unidas con cualquiera de los medios de unioacuten soldadura roblones angulares y tornillos etc
Para unas solicitaciones determinadas siempre es posible encontrar una viga armada de menor peso que el perfil laminado que corresponderiacutea a esas solicitaciones Sin embargo aun con mayor peso los perfiles laminados son siempre maacutes econoacutemicos que las vigas armadas debido al menor coste de fabricacioacuten
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445VigasojaacutecenasaligeradasSon vigas de alma aligerada
La solucioacuten de las vigas aligeradas puede resultar muy econoacutemica cuando pueda adoptarse el canto que se estime maacutes conveniente y cuando la flexioacuten predomine sobre el esfuerzo cortante es decir cuando se trate de luces grandes y de cargas moderadas
A esta clase de vigas se les ha dado diversas denominaciones vigas alveoladas vigas void en panal de abeja
446VigasdecelosiacuteaLas vigas de celosiacutea son de gran utilidad en las construcciones metaacutelicas especialmente en edificaciones industriales y para grandes luces
Para luces de cierta importancia el peso de estas vigas es inferior al de las vigas de alma llena equivalentes El coste de una estructura es el resultado de tres sumandos coste del material de la fabricacioacuten y del montaje Estos uacuteltimos variacutean notablemente seguacuten las circunstancias
El mejor aprovechamiento a efectos resistentes de las vigas de celosiacutea con relacioacuten a las de alma llena se refleja en que mientras que en una viga de alma llena las tensiones maacuteximas de agotamiento se alcanzaraacuten soacutelo en dos puntos de su seccioacuten en una barra triangulada puede conseguirse que toda la seccioacuten tanto los cordones como las diagonales se agoten uniformemente teniendo en cuenta que las barras a compresioacuten deben dimensionarse teniendo en cuenta el pandeo
Las vigas de celosiacutea suelen estar constituidas por cordoacuten superior cordoacuten inferior elementos de relleno (montantes y diagonales) y medios de unioacuten (cartelas soldadura tornilleriacutea etc)
Los cordones pueden ser paralelos o no A aquellos cuyos cordones son paralelos se les llama ldquovigas de celosiacuteardquo mientras que las que tienen dichos cordones inclinados se les denomina ldquocerchasrdquo
En las cerchas el cordoacuten superior sigue la inclinacioacuten de la cubierta Suelen ser estructuras ligeras con cartelas simples y barras constituidas por angulares o simples T
Las posibilidades y variedades de las vigas de celosiacutea son praacutecticamente infinitas seguacuten el trazado de los cordones y la disposicioacuten de la triangulacioacuten Sin embargo existen unos tipos que podriacuteamos llamar claacutesicos y son Pratt Howe y Warren
45CorreasLas correas son las vigas en que se apoya la chapa u otro tipo de techumbre por lo que tienen que soportar su peso asiacute como el debido a posibles cargas de nieve y viento Se encuentran a su vez apoyadas sobre las cerchas o los poacuterticos normalmente en un plano inclinado lo que hace tender a flectar tambieacuten en el sentido de la inclinacioacuten Siendo variable su separacioacuten dependiendo del material de cubierta etc
El apoyo de las correas sobre las cerchas o poacuterticos se aseguraraacute bien mediante uniones soldadas (un cordoacuten por cada lado de la correa con el maacuteximo espesor que permita la
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unioacuten) bien mediante uniones remachadas ponieacutendose un casquillo en angular
Las correas se calcularaacuten como vigas apoyadas con carga uniformemente distribuida
Suelen emplearse perfiles IPN simple T perfil Z o vigas de celosiacutea
46ArriostramientosTienen la funcioacuten de transmitir los esfuerzos producidos por el viento frontal sobre el poacutertico extremo a las paredes laterales que a su vez los transmitiraacuten al suelo
El arriostramiento baacutesico es la Cruz de San Andreacutes en forma de aspa que se coloca entre dos cerchas o poacuterticos y pueden abarcar varias correas para evitar aacutengulos pequentildeos y repartir bien los esfuerzos a las barras
Este tipo de configuracioacuten presenta el inconveniente de ser estaacuteticamente indeterminado con lo que tenemos que hacer hipoacutetesis para llegar a una que sea determinada Estas hipoacutetesis se hacen respecto a las diagonales cruzadas observando que cuando una diagonal estaacute en tensioacuten la contradiagonal estaacute en compresioacuten Por lo general se toman dos meacutetodos de anaacutelisis
-Si las diagonales se disentildean esbeltas es razonable suponer que no soportaraacuten esfuerzos de compresioacuten pues en caso contrario podriacutean pandear con gran facilidad Por lo tanto la fuerza cortante seraacute absorbida iacutentegramente por la diagonal en tensioacuten mientras que la diagonal en compresioacuten se supone que es un elemento que no trabaja es decir a todos los efectos es como si no existiese
-Si las barras diagonales se construyen con secciones robustas seraacuten capaces de soportar fuerzas de tensioacuten y de compresioacuten En este caso supondremos que cada diagonal toma la mitad de la fuerza cortante que aparezca
-Por estar sometidos a esfuerzos de traccioacuten estos elementos seraacuten esbeltos y de seccioacuten circular o rectangular (barras y varillas) existiendo tambieacuten de seccioacuten angular
-Las varillas (seccioacuten circular) han de engrosarse en sus extremos para compensar la peacuterdida de seccioacuten que supone la realizacioacuten de roscas para su fijacioacuten si bien en ocasiones se opta por disentildear tomando como seccioacuten resistente la correspondiente al aacuterea de la seccioacuten transversal de la rosca pues esta solucioacuten suele resultar maacutes econoacutemica aunque la pieza en este caso resulta ser maacutes sensible a efectos de impacto y de fatiga tendiendo a fallar por la zona de la rosca
47MediosdeUnioacuten
471UnionesatornilladasLos medios de unioacuten contemplados son los constituidos por tornillos tuercas y arandelas que deberaacuten estar normalizados y corresponder a los mismos grados del material que unen liacutemite elaacutestico y resistencia a traccioacuten
472UnionessoldadasUn acero se considera soldable seguacuten un grado un procedimiento determinado y para una aplicacioacuten especiacutefica cuando mediante la teacutecnica apropiada se puede conseguir la
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continuidad metaacutelica de la unioacuten y eacutesta cumpla con las exigencias requeridas
El material de aportacioacuten utilizable para la realizacioacuten de soldaduras (electrodos) deberaacute ser apropiado para el proceso de soldeo teniendo en cuenta al material a soldar y el procedimiento de soldeo ademaacutes deberaacute tener unas caracteriacutesticas mecaacutenicas en teacuterminos de liacutemite elaacutestico resistencia a traccioacuten deformacioacuten bajo carga maacutexima etc no inferiores a las correspondientes del material de base que constituye los perfiles o chapas que se pretende soldar
Meacutetodos de soldadura
-Soldadura manual con electrodo recubierto con recubrimientos de tipo rutilo o baacutesico
-Soldadura semiautomaacutetica bajo proteccioacuten gaseosa con hilo macizo tubular relleno de flux con transferencia de lluvia
-Soldadura semiautomaacutetica con hilo tubular relleno de flux sin proteccioacuten gaseosa con transferencia de lluvia
-Soldadura automaacutetica con arco sumergido
48TipologiacuteasestructuralesA la combinacioacuten de los distintos elementos estructurales y los materiales de que estaacuten hechos se les denomina sistema estructural Dichos sistemas estructurales pueden estar constituidos por la combinacioacuten de uno o varios tipos baacutesicos de estructuras Se recogen seguidamente una breve introduccioacuten a algunos de los tipos estructurales maacutes comunes en las construcciones industriales
481CerchasSon la parte principal de la cubierta Sobre eacutestas se apoyan las correas de tal forma que permiten que se transmitan las cargas actuantes sobre las correas a los soportes
Existen muchos tipos diferentes de cerchas y seguacuten sus triangulaciones asiacute podraacuten ser para mayor o menor luz
482PoacuterticosomarcosSe componen de vigas y columnas que estaacuten unidas entre siacute bien riacutegidamente o bien mediante articulaciones
Se clasifican en poacuterticos simples y poacuterticos muacuteltiples seguacuten consten de uno o varios vanos
Suelen ser poacuterticos a dos aguas adaptaacutendose a la inclinacioacuten de los faldones con lo que se aprovecha maacutes el interior al no existir tirantes
El trabajo de un poacutertico es el de una viga apoyada por medio de empotramiento en dos soportes Los elementos que lo forman suelen ser de alma llena Los encuentros se refuerzan con cartelas formadas por trozos de perfiles que rigidizan el nudo y ayudan a contrarrestar el empuje que ejerce el poacutertico hacia el exterior
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5DurabilidaddelasestructurasLa durabilidad de una estructura de acero es su capacidad para soportar durante la vida uacutetil para la que ha sido proyectada las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que estaacute expuesta y que podriacutean llegar a provocar su degradacioacuten como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el anaacutelisis estructural
Para conseguir la durabilidad adecuada seraacute necesario seguir una estrategia que contemple todos los posibles mecanismos de degradacioacuten adoptando medidas especiacuteficas en funcioacuten de la agresividad a la que se encuentre sometido cada elemento
Deberaacuten incluirse al menos los siguientes aspectos
-Seleccioacuten de la forma estructural definiendo en el proyecto los esquemas estructurales las formas geomeacutetricas y los detalles que sean compatibles con la consecucioacuten de una adecuada durabilidad de la estructura Se facilitaraacute la preparacioacuten de las superficies el pintado las inspecciones y el mantenimiento
-Se procuraraacute evitar el empleo de disentildeos estructurales que conduzcan a una susceptibilidad elevada a la corrosioacuten eligiendo formas de los elementos sencillas
-Se reduciraacute al miacutenimo el contacto directo entre las superficies de acero y el agua
-Se evitaraacute el contacto directo del acero con otros metales (el aluminio de las carpinteriacuteas de cerramiento muros cortina etc)
-Cuando la estructura presente aacutereas cerradas o elementos huecos debe cuidarse que esteacuten protegidos de manera efectiva contra la corrosioacuten mediante soldadura continua
En casos de especial agresividad cuando las medidas normales de proteccioacuten no se consideren suficientes se podraacute recurrir a la disposicioacuten de sistemas especiales de proteccioacuten (materiales de recubrimiento en polvo productos para tratamiento quiacutemico de superficies)
51ProteccionesparaestructurasmetaacutelicasUna vez finalizada la construccioacuten de las estructuras metaacutelicas pueden aparecer problemas por alguna de las siguientes causas
Efectos del calor como consecuencia de incendios
Oxidacioacuten excesiva y consiguiente corrosioacuten
511ProteccioacutencontraincendiosAunque el hierro no es combustible no se puede considerar resistente al fuego no soacutelo porque disminuye sus resistencia en cuanto pasa de 500ordmC sino porque por efecto de su dilatacioacuten sufre grandes deformacionesLos materiales de proteccioacuten del acero que pueden utilizarse son granito maacutermol hormigoacuten faacutebrica de ladrillo ceraacutemico con mortero de cemento placas de yeso pinturas intumescentes etc
512ProteccioacutencontracorrosioacutenLa oxidacioacuten constituye el peor enemigo de las construcciones metaacutelicas Para evitarlo
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se cubre con un revestimiento protector y es indispensable que la superficie a tratar esteacute limpia de suciedad y oacutexido Deberaacute considerarse conjuntamente el tratamiento de proteccioacuten frente a incendio ya que los requisitos del mismo pueden determinar un grado de defensa frente a la corrosioacuten muy superior al estrictamente necesario especialmente en el caso de pinturas intumescentes y morteros proyectados
52DurabilidaddelHormigoacutenSe define en la Instruccioacuten espantildeola EHE la durabilidad del hormigoacuten como la capacidad para comportarse satisfactoriamente frente a las acciones fiacutesicas y quiacutemicas agresivas a lo largo de la vida uacutetil de la estructura protegiendo tambieacuten las armaduras y elementos metaacutelicos embebidos en su interior Por tanto no solo hay que considerar los efectos provocados por las cargas y solicitaciones sino tambieacuten las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que se expone Por ello se considera el tipo de ambiente en que se va a encontrar la estructura y que puede afectar a la corrosioacuten de las armaduras ambientes quiacutemicos agresivos zonas afectadas por ciclos de hielo-deshielo etc Para garantizar la durabilidad del hormigoacuten y la proteccioacuten de las armaduras frente a la corrosioacuten es importante realizar un hormigoacuten con una permeabilidad reducida realizando una mezcla con una relacioacuten aguacemento baja una compactacioacuten idoacutenea un peso en cemento adecuado y la hidratacioacuten suficiente de eacuteste antildeadiendo agua de curado para completarlo De esta forma se consigue que haya los menos poros posibles y una red capilar interna poco comunicada y asiacute se reducen los ataques al hormigoacuten En los casos de existencia de sulfatos en el terreno o de agua de mar se deben emplear cementos especiales Para prevenir la corrosioacuten de armaduras hay que cuidar el recubrimiento miacutenimo de las mismas
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6Casodeestudio 61Descripcioacutendelanave La nave que se pretende calcular es una nave formada por dos poacuterticos adosados a dos aguas con una longitud total de 85m La separacioacuten de los poacuterticos entre siacute va a ser de 5m La luz de dicha nave va a ser de 25m por cada poacutertico la altura de cabeza de pilar va a ser de 7m y la de cumbrera de 9m A continuacioacuten se adjunta una foto del esqueleto de la nave donde se puede observar que en los poacuterticos de los extremos se han situado arriostramientos para transmitir los efectos de las acciones a la cimentacioacuten
Figura 1 Nave industrial del caso de estudio
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62Localizacioacuten La nave industrial que se ha calculado en el presente proyecto se ubicaraacute en la parcela nordm36 del poliacutegono industrial de Villareal con acceso principal en la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell sn El poliacutegono industrial cuanta con buenos viales de comunicacioacuten que permiten localizarla sin dificultad como queda definido en la siguiente imagen de situacioacuten Aclaracioacuten Tras tomar la salida del poliacutegono industrial desde la nacional 340 por la avenida Castelloacute y tomar la primera salida en la primera rotonda se llega a la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell donde esta la nave situada
Figura 2 Accesos a la nave industrial
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63Normativamunicipal
Figura 3 Situacioacuten geograacutefica de la nave industrial Todas las obras a realizar por el presente proyecto se someteraacuten a la normativa municipal que indique el Excmo Ayuntamiento de Villareal Castelloacuten
La superficie total de la parcela seguacuten el catastro es de 719333 m2
La parcela estaacute clasificada como suelo urbano Industrial y su aprovechamiento urbaniacutestico es el que se pasa a detallar a continuacioacuten
Superficie maacutexima edificable 719333 m2 13 = 553333 m2
Ocupacioacuten permitida 100
Volumen maacuteximo sin especificacioacuten
Plazas de parking miacutenimo una plaza por cada 200 m2
Vallado miacutenimo 2m de altura
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64NormativalegalaplicableatodalanaveEn la redaccioacuten del presente Proyecto de Ejecucioacuten se ha tenido en cuenta
-Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacuten (CTE) y particularmente sus siguientes documentos baacutesicos (DB)El DB-SE constituye la base para los Documentos Baacutesicos siguientes y se utilizaraacute conjuntamente con ellos
-Documento Baacutesico SE (Seguridad Estructural)
-Documento Baacutesico SE-AE (Acciones en la Edificacioacuten)
En este Documento Baacutesico se establecen las formas en que deben combinarse las diferentes acciones que actuacutean sobre el edificio definiendo los diferentes coeficientes de seguridad de forma global para todos los materiales De esta forma se establecen entre otros los liacutemites de las deformaciones admisibles que deben verificar las estructuras de edificacioacuten
-Documento Baacutesico SE-A (Acciones de la edificacioacuten)
En el campo de aplicacioacuten de este Documento Baacutesico es el de la determinacioacuten de las acciones permanentes variables y accidentales sobre los edificios para verificar el cumplimiento de los requisitos de seguridad estructural (capacidad portante y estabilidad) y aptitud al servicio establecidos en el DB-SE
-Documento Baacutesico SE-A (Seguridad Estructural Acero)
En este documento se adopta baacutesicamente el enfoque del Eurocoacutedigo de acero EN-1993 contemplando las distintas combinaciones de caacutelculo elaacutestico y plaacutestico en base a la clasificacioacuten de secciones seguacuten el Eurocoacutedigo El documento se adapta al tipo de aceros que se comercializan actualmente e incluye modelos de anaacutelisis para uniones
-Documento Baacutesico SI (Seguridad en caso de Incendio)
Este Documento Baacutesico es una normativa de construccioacuten espantildeola que forma parte del Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacutenregula especiacuteficamente las medidas de proteccioacuten contra incendios con que deben contar los edificios de nueva planta Es una normativa de obligado cumplimiento en Espantildea por lo que todos los edificios construidos desde su entrada en vigor en 2006 deben incorporar las soluciones constructivas que recoge la normativa a excepcioacuten de los edificios industriales que se rigen por el Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales
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7MetodologiacuteadecaacutelculoEl caacutelculo de la nave se llevaraacute a cabo con la herramienta de software de CYPE Ingenieros versioacuten 2015
Este programa es capaz de calcular edificios naves industriales y cualquier otro tupo de estructura Mediante la aplicacioacuten de meacutetodos matriciales obtiene una forma relativamente sencilla y fiable del dimensionado y la optimizacioacuten de estructuras
El software de CYPE Ingenieros se estructura en diferentes aplicaciones cada una de las cuales estaacute especiacuteficamente disentildeada para una finalidad concreta
71GeneradordepoacuterticosEl generados de poacuterticos es un programa perteneciente al paquete CYPE Ingenieros que dada su sencillez y facilidad de uso permite hacer un dimensionado faacutecil y raacutepido de las correas a disponer Entre sus funcionalidades destacan
-Crear de forma sencilla y raacutepida la geometriacutea y las cargas de peso propio sobrecarga de uso viento y nieve de un poacutertico formado por nudos riacutegidos celosiacuteas o cerchas Las cargas de viento y nieve se generan automaacuteticamente seguacuten la norma y la zona elegida
-Proporcionar el dimensionado de correas de cubiertas y laterales de fachadas optimizando el perfil y la separacioacuten entre correas
-Exportar a CYPE 3D la geometriacutea del poacutertico con apoyos biarticulados o biempotrados sus cargas y los coeficientes de pandeo de las barras que lo componen suponiendo la estructura traslacional o intraslacional Se exportan todas las cargas de viento las de cubierta las del los laterales de la nave y las perpendiculares a los poacuterticos de pared final (muro pintildeoacuten) Estas cargas se exportan como cargas superficiales lo que facilita enormementela labor de introduccioacuten de datos
72Cype3DEste moacutedulo ha sido disentildeado para ofrecer al usuario un software de mayores prestaciones con relacioacuten al dimensionado de estructuras de acero Permite calcular cualquier tipo de estructura formada por barras de acero de acuerdo con la normativa seleccionada Estaacute adaptado al CTE y tambieacuten a otras normativas nacionales e internacionales Las funcionalidades maacutes importante que se han utilizado para este proyecto son
-Descripcioacuten de los nudos la tipologiacutea de los nudos es muy completa Pueden definirse las vinculaciones interiores y coacciones exteriores las cuales permiten que los nudos puedan definirse como empotrados semiempotrados apoyos elaacutesticos apoyos con desplazamientos libres seguacuten un plano o recta a definir
-Agrupacioacuten y descripcioacuten de las barras permite la agrupacioacuten e introduccioacuten de barras de acero y dimensiona la seccioacuten llegando a su optimizacioacuten maacutexima Emplea perfiles de acero laminado armado y conformado que gestiona desde su amplia base de daros compuesta por perfiles de los fabricantes maacutes extendidos Puede crear perfiles compuestos a partir de perfiles simples con unioacuten soldada platabandas presillas etc Tambieacuten puede definir cartelas en los extremos perfiles de canto variable vigas boyd y barras mixtas
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-Introduccioacuten a coeficientes de pandeo y pandeo lateral permite introducir coeficientes de pandeo o longitudes de pandeo y el coeficiente de momentos de cada barra Tambieacuten calcula automaacuteticamente la longitud de pandeo de las barras seguacuten el meacutetodo aproximado El usuario tambieacuten puede activar en cualquier barra la comprobacioacuten de pandeo lateral
-Restriccioacuten de flechas liacutemites de las barras de la estructura el programa posibilita al usuario limitar la flecha de las barras para que el dimensionado de los perfiles tenga en cuenta las restriccioacuten impuesta El usuario puede imponer liacutemites a las flechas maacutexima y relativa tanto para sus calores absolutos como para sus calores relativos a la longitud entre los extremos y los puntos de inflexioacuten de la deformada
-Caacutelculo y optimizacioacuten de la estructura el programas hace todas las comprobaciones pertinente siempre de acorde a la norma para que se cumplan todos los requisitos en caso de no ser asiacute muestra que condiciones no se estaacuten cumpliendo
-Caacutelculo y dimensionado de uniones soldadas y atornilladas el programa realiza el caacutelculo y dimensionado automaacutetico de uniones soldadas y atornilladas de perfiles laminados y armados en doble T
-Caacutelculo y dimensionado de placas de anclaje
-Resultados planos y listados se proporciona una memoria justificativa del proyecto los listados detallados de las comprobaciones seguacuten la norma seleccionada y los planos de la estructura metaacutelica de la nave
73Generadordeprecios El generador de precios es una herramienta informaacutetica que pertenece a CYPE ingenieros que permite a los arquitectos y responsables de los proyectos obtener precios (para obra nueva rehabilitacioacuten y espacios urbanos) con las previsiones de costes ajustadas al maacuteximo a la realidad y facilitar la elaboracioacuten de una documentacioacuten de proyecto de calidad (completa consistente y con informacioacuten teacutecnica vinculada a cada unidad de obra) uacutetil para las distintas fases del ciclo de vida del edificio (estudios previos anteproyecto proyecto baacutesico y de ejecucioacuten direccioacuten y ejecucioacuten de la obra uso y mantenimiento deconstruccioacuten y reciclado final) Incluye productos de fabricantes y productos geneacutericos
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8Dimensionado
81Procedimientodedimensionado
811CaacutelculodelascorreasdecubiertaLas correas e cubierta son aquellos elementos cuya misioacuten es la de soportar al propio material de cerramiento de la cubierta transmitiendo su peso a las cerchas y estas a su vez a los pilares los cuales transmitiraacuten la carga a los pilares Asiacute mismo desempentildean la funcioacuten de arriostrar los poacuterticos fuera de su plano
Utilizando el generado de poacuterticos se generara un poacutertico y se estableceraacute cierta separacioacuten entre ellos asiacute como tambieacuten se generaraacuten las diferentes cargas de nieve y viento Se seleccionaraacuten las correas y por uacuteltimo se exporta a CYPE 3D
812CreacioacutendelageometriacuteadelanaveAprovechando la estructura que se ha generado con la exportacioacuten que se ha realizado desde el generador de poacuterticos se introducen los elementos restantes para completar la geometriacutea de la nave
Entre los maacutes destacados hay que resaltar
-Pilares intermedios de los poacuterticos de los extremos
-Vigas de atados de cabeza de pilar
-Vigas montantes
-Tirantes de las cruces de San Andreacutes
813DescripcioacutendelosnudosUna vez definida la geometriacutea de la nave se procederaacute a describir el comportamiento de los nudos de la estructura empotrada en esta nave se han asignado los siguientes nudos
-Todos los pilares van con vinculacioacuten exterior empotrada en la base
-Todas las uniones entre pilar-viga se efectuaraacuten con vinculacioacuten interior empotrada que seraacute resuelta a traveacutes de cartelas
-Las uniones entre las vigas de cumbrera iraacuten con vinculacioacuten interior empotrada donde seraacute necesario introducir cartelas
-Las uniones entre elementos de la estructura como vigas de atado de cabeza de pilares vigas montantes o las cruces de San Andreacutes iraacuten articuladas
814DescripcioacutendebarrasPara finalizar se describiraacuten todas las barras de la estructura Para ello se han agrupado todas las barras del mismo tipo para ahorrar trabajo optimizando la gestioacuten el control de caacutelculo y la ejecucioacuten de la estructura
Todas las barras deben predimensionarse con una porcioacuten parecida a la solucioacuten final para que el programa encuentre la solucioacuten lo antes posible Tambieacuten es muy importante disponer una cartela inicial adecuada ajo los dinteles que sea como miacutenimo
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la decima parte de la luz
Tras agrupar las barras de forma clara hay que asignar a toda la estructura el tipo de material S275
815PandeoEn los planos de los poacuterticos se ha considerado la estructura como traslacional y en los planos de los cerramientos y las cubiertas la nave puede considerarse como intraslacional
El criterio que usa CYPE es el siguiente
-El plano deacutebil del perfil se denomina plano ldquoxyrdquo y se corresponde con el plano paralelo a las alas del perfil
-El plano fuerte del perfil se denomina plano ldquoxzrdquo y se corresponde al plano que contiene el alma ce la pieza
Por lo que se aplicaraacuten los diferentes coeficientes de pandeo teniendo en cuenta las condiciones de contorno de las que dispone cada barra para cada plano Los coeficientes asignados son los siguientes
-Pilares exteriores de los poacuterticos interiores xzAElig14 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos interiores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares exteriores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Jaacutecenas xzAElig10 xyAElig0
-Cruces de San Andreacutes xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos interiores xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos exteriores xzAElig1 xyAElig1
Estos coeficientes de pandeo van a afectar decisivamente al caacutelculo de la estructura Es muy importante aplicar estos coeficientes basados en datos sensatos y coherentes y que despueacutes se materialicen en la obra de lo contrario no estariacuteamos calculando la obra que se esta construyendo con el consiguiente riesgo antildeadido
Entre alma y alma de los pilares consecutivos se supone el caso maacutes desfavorablesin cerramiento Esta condicioacuten de contorno hace que se ponga a 07 este coeficiente de pandeo en el plano xy
En el plano de inercia xz los pilares estaacuten empotrados teniendo en la base un nudo que imposibilita su desplazamiento y giro pero en su conexioacuten con el dintel si que puede existir desplazamiento por ello se asignara un coeficiente de pandeo de 14
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En el plano deacutebil de los dinteles tenemos que las correas los arriostran y en el plano fuerte estos dinteles estaacuten biempotrados en sus extremos al pilar y al otro dintel respectivamente En este plano la pieza es biempotrada traslacional por lo que le corresponde un coeficiente de pandeo aproximadamente de 1
Una vez razonados y aplicados los coeficientes de pandeo en cada planoprincipal de cada barra se modificaraacuten los coeficientes de empotramiento de los extremos de las vigas de atado y de los marcos de las cruces de San Andreacutes en cada uno de sus planos para despueacutes articular sus extremos
816FlechasSe limitaraacute la flecha maacutexima en el plano fuerte de las barras sometidas a flexioacuten que es en el plano en que van a dominar las cargas
Se limita la flecha maacutexima de acuerdo con el tipo de edificio y los elementos implicados en la deformacioacuten Seguacuten CTE DB-SE apartado 43 Cuando se considere la integridad de los elementos constructivos considerando soacutelo las deformaciones que se produce despueacutes de la puesta en obra del elemento la flecha relativa es menor que L300 para elementos horizontales y menor de L250 para pilares
817PlacasdeanclajeUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles el propio programa nos calcula las propias placas de anclaje incluyendo dimensiones de las mismas rigidizadores y tamantildeo longitud y nuacutemero de pernos debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
818CimentacioacutenUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles ademaacutes de las placas de anclaje el propio programa nos calcula las reacciones y cargas a cimentacioacuten que nos genera nuestra estructura debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
Utilizaremos como tensioacuten de trabajo del suelo 02 MPa confirmado por el tipo de terreno sobre el que se pretende construirTendremos en cuenta para el caacutelculo de la cimentacioacuten de la nave del presente proyecto tanto la Norma EHE como el CTE en su apartado destinado a cimentaciones CTE parte 2-DB SE-C- Seguridad Estructural
82Accionesconsideradas
821CargaspermanentesLas cargas permanentes estaacute constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que estaacuten permanentemente unidos a la
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
ܥ ൌ ͳǡ͵
ൌ ͳ
௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
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De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
ഝభబ െ ͳሻοߠǡ௧
siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
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Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
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1Introduction The aim of this project is to calculate the steel structure of an industrial building in Villareal and its fire passive protection with different methods rock wool plasterboard mortar projection and intumescent paint This industrial building will be dedicated to the storage of electronic equipment which has an specific area to develop the activity inside The industrial building whose shape is perfectly rectangular has the following dimensions 85m (length) x 50m (width) x 9m (height) It is situated in the industrial area of Villareal at the street Camiacute Onda Castelloacute Vell This work borns from the need to study different solutions of fire pasive protection systems to determine which is the best solution from the economic point of view After calculating the metallic structure the design for each one of the alternatives will be developed and from these options it will be studied wich is the best option
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2Objetodelproyecto El objeto de dicho proyectosiempre teniendo en cuenta la normativa vigente es el siguiente -Caacutelculo y descripcioacuten de la estructura metaacutelica que constituiraacute la nave industrial asiacute como la justificacioacuten de las acciones utilizadas y de las soluciones adoptadas -Caacutelculo de la carga de fuego en la nave industrial calculada -Caacutelculo y descripcioacuten de la proteccioacuten necesaria contra el fuego comparando teacutecnica y econoacutemicamente el uso de diferentes protecciones -Anaacutelisis de los presupuestos de las diferentes protecciones para establecer cuaacutel de ella es mejor desde el punto de vista econoacutemico
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3ElaceroLos metales que se emplean en estructuras metaacutelicas son principalmente el acero ordinario el acero inoxidable y el aluminio
El acero es el material estructural por excelencia para grandes alturas puesto que resuelve con eacutexito los planteamientos estructurales de soportar el peso con pilares de dimensiones reducidas resistir el empuje ante el vuelco y evitar movimientos debidos a la accioacuten del viento
El acero ordinario es el maacutes empleado y existen los siguientes tipos (seguacuten la norma EN 10027)
S235JR S235J0 S275JR
S275J0 S355JR S355J0
S235J2 S275J2 S355J2
La primera sigla es una ldquoSrdquo (de Steel acero en lengua inglesa)
La siguiente cantidad numeacuterica es el liacutemite elaacutestico en MPa en elementos cuyo espesor no supere los 16 mm En espesores superiores la resistencia de caacutelculo es menor
Las uacuteltimas siglas indican su sensibilidad a la rotura fraacutegil y su soldabilidad
- JR para construcciones ordinarias
- J0 cuando se requiere alta soldabilidad y resistencia a la rotura fraacutegil
- J2 cuando se requiere exigencias especiales de resistencia resistencia a la rotura fraacutegil y soldabilidad
31CaracteriacutesticasmecaacutenicasdelaceroLos valores fundamentales para el disentildeo de las piezas de acero son
-El liacutemite elaacutestico El liacutemite elaacutestico es la carga unitaria para la que se inicia el escaloacuten de cedencia es decir a partir del cual las deformaciones no son recuperables
-El liacutemite de rotura El liacutemite de rotura es la carga unitaria maacutexima soportada por el acero en el ensayo de traccioacuten Los valores del liacutemite elaacutestico y de rotura dependen del tipo de acero pero hay otras caracteriacutesticas que son comunes para todos los aceros
-Moacutedulo de Elasticidad E=210 GPa
-Moacutedulo de Rigidez G=81 GPa
-Coeficiente de Poisson 03
-Coeficiente de dilatacioacuten teacutermica 12middot10-5 (ordmC)-1
-Densidad 7850 kgm3
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32CaracteriacutesticastecnoloacutegicasdelaceroLa soldabilidades la aptitud de un acero para ser soldado mediante los procedimientos habituales sin que aparezca fisuracioacuten en friacuteo Es una caracteriacutestica tecnoloacutegica importante de cara a la ejecucioacuten de la estructura
La resistencia al desgarro laminar del acero se define como la resistencia a la aparicioacuten de defectos en piezas soldadas sometidas a tensiones de traccioacuten en direccioacuten perpendicular a su superficie
La aptitud al doblado es un iacutendice de la ductilidad del material y se define por la ausencia o presencia de fisuras en el ensayo de doblado
33LostiposdeaceromaacutesusadosenestructurasLos siguientes tipos de acero utilizables en perfiles y chapas para estructuras de acero
-Aceros laminados en caliente Se entiende por tales los aceros no aleados sin caracteriacutesticas especiales de resistencia mecaacutenica ni resistencia a la corrosioacuten y con una microestructura normal
-Aceros con caracteriacutesticas especiales Se consideran los siguientes tipos
-Aceros normalizados de grano fino para construccioacuten soldada
-Aceros de laminado termomecaacutenico de grano fino para construccioacuten soldada
-Aceros con resistencia mejorada a la corrosioacuten
-Aceros templados y revenidos
-Aceros con resistencia mejorada a la deformacioacuten en la direccioacuten perpendicular a la superficie del producto
-Aceros conformados en friacuteo Se entiende por tales los aceros cuyo proceso de fabricacioacuten consiste en un conformado en friacuteo que les confiere unas caracteriacutesticas especiacuteficas desde los puntos de vista de la seccioacuten y la resistencia mecaacutenica
34Ventajasdelasestructurasmetaacutelicas Antantildeo en cuanto al caacutelculo se refiere el eacutexito o el fracaso de la obra se determinaba seguacuten si el edificio a calcular en cuestioacuten era capaz de soportar las cargar que se le aplicaban o no Progresivamente a traveacutes de siglos de estudio y experiencia el conocimiento sobre dimensionado de elementos estructurales se ha visto ampliado gracias al estudio de la materia por lo que se han llegado a establecer diversas teacutecnicas de caacutelculo que permiten que el disentildeo estructural tenga unos resultados muy fiables
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Naturalmente las estructuras metaacutelicas presentan ciertas ventajas frente a las estructuras de hormigoacuten las cuales vienen principalmente de las diferencias entre los materiales Las maacutes importantes se relatan a continuacioacuten -Realizacioacuten del maacuteximo trabajo en taller ejecutando todas las soldaduras y dejando todos los elementos listos para el ensamblaje mediante uniones atornilladas en obra -Garantiza un estricto control de calidad reduciendo la posibilidad de fallo humano -Permite la proyeccioacuten de naves con elevadas luces resultando naves maacutes ligeras y esbeltas -Gracias a la ligereza de la estructura y a las diferencias de seccioacuten necesarias para la misma obra frente a otros materiales el aprovechamiento del espacio es maacuteximo -Enorme adaptabilidad a cualquier solucioacuten deseada ya sea por medio de entramados riacutegidos o articulados -Gran facilidad en el ensamblaje de la obra durante su ejecucioacuten -Precios muy competitivos frente a otros materiales ademaacutes de la rapidez de ejecucioacuten de la obra lo que lleva a un correcto plan de obra que a su vez permitiraacute un ahorro en los costes de construccioacuten A la vez la ligereza de las estructuras metaacutelicas implican una reduccioacuten de los costes de transporte y una reduccioacuten del coste de las cimentaciones -La adaptabilidad del acero es de especial relevancia en casos de rehabilitacioacuten ya sea para reforzar estructuras existentes o para una completa reconstruccioacuten manteniendo las fachadas El acero se entrega prefabricado en obra no necesita ser apuntalado y tampoco sufre retraccioacuten o fluencia por lo que puede asumir carga de inmediato -El desarrollo de nuevos sistemas de proteccioacuten contra la corrosioacuten garantizan con un mantenimiento miacutenimo una vida casi ilimitada para las estructuras realizadas con acero -Cuando termina la vida uacutetil del edificio la estructura metaacutelica de acero puede ser desmontada y posteriormente utilizada en nuevos usos o ser re-aprovechada con un faacutecil reciclaje -La estructura metaacutelica en acero supone un peso reducido segura en caso de seiacutesmo
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4ElementosestructuralesAlgunos de los elementos resistentes de que constan las estructuras industriales son los siguientes
41CimentacioacutenSe denomina cimentacioacuten al conjunto de elementos estructurales cuya misioacuten es transmitir las cargas de la edificacioacuten o elementos apoyados a este al suelo distribuyeacutendolas de forma que no superen su presioacuten admisible ni produzcan cargas zonales Debido a que la resistencia del suelo es generalmente menor que la de los pilares o muros que soportaraacute el aacuterea de contacto entre el suelo y la cimentacioacuten seraacute proporcionalmente maacutes grande que los elementos soportados
La eleccioacuten del tipo de cimentacioacuten depende especialmente de las caracteriacutesticas mecaacutenicas del terreno como su cohesioacuten su aacutengulo de rozamiento interno posicioacuten del nivel freaacutetico y tambieacuten de la magnitud de las cargas existentes A partir de todos esos datos se calcula la capacidad portante que junto con la homogeneidad del terreno aconsejan usar un tipo u otro diferente de cimentacioacuten Siempre que es posible se emplean cimentaciones superficiales ya que son el tipo de cimentacioacuten menos costoso y maacutes simple de ejecutar Cuando por problemas con la capacidad portante o la homogeneidad del mismo no es posible usar cimentacioacuten superficial se valoran otros tipos de cimentaciones Hay dos tipos fundamentales de cimentacioacuten directas y profundas
411CimentacionessuperficialesodirectasSon aquellas que se apoyan en las capas superficiales o poco profundas del suelo por tener eacuteste suficiente capacidad portante por tratarse de construcciones de importancia secundaria y relativamente livianas En este tipo de cimentacioacuten la carga se reparte en un plano de apoyo horizontal Las cimentaciones superficiales se clasifican en -Cimentaciones cicloacutepeas -Zapatas Zapatas aisladas Zapatas corridas Zapatas combinadas -Losas de cimentacioacuten
412CimentacionesprofundasSe basan en el esfuerzo cortante entre el terreno y la cimentacioacuten para soportar las cargas aplicadas o maacutes exactamente en la friccioacuten vertical entre la cimentacioacuten y el terreno Deben ubicarse maacutes profundamente para poder distribuir sobre una gran aacuterea un esfuerzo suficientemente grande para soportar la carga Algunos meacutetodos utilizados en cimentaciones profundas son -Pilotes son elementos de cimentacioacuten esbeltos que se hincan (pilotes de desplazamiento prefabricados) o construyen en una cavidad previamente abierta en el
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terreno (pilotes de extraccioacuten ejecutados in situ) -Pantallas es necesario anclar el muro al terreno
Pantallas isostaacuteticas con una liacutenea de anclajes Pantallas hiperestaacuteticas dos o maacutes liacuteneas de anclajes
42PlacasdeanclajeLas placas de anclaje son elementos estructurales que se emplean para unir los soportes metaacutelicos a la cimentacioacuten y que tienen como objeto hacer que la transicioacuten del acero al hormigoacuten se realice sin que en ninguacuten punto se sobrepasen las tensiones admisibles en este material
El material que constituye el cimiento (casi siempre hormigoacuten) es menos resistente que el acero por lo que la base debe ampliar la seccioacuten del soporte de acero hasta conseguir una superficie adecuada de contacto con el hormigoacuten para que la transmisioacuten de esfuerzos de uno a otro material sea lo maacutes uniforme posible
La placa de anclaje debe estar sujeta al cimiento mediante unos pernos de anclaje que quedan embebidos en el hormigoacuten y que al fraguar y endurecer eacuteste trabajan por adherencia
Los elementos que constituyen una base del tipo generalmente utilizado en edificacioacuten son
-Placa de base o de reparto
-Cartelas de rigidez
-Pernos de anclaje
Salvo en el caso excepcional de que el pie del soporte sea articulado los soportes se consideran empotrados en la cimentacioacuten lo que hace que la placa de anclaje deba prepararse para resistir los siguientes esfuerzos axil momento flector cortante y momento torsor
43PilaresLos pilares son elementos verticales sometidos principalmente a compresioacuten y a flexioacuten pequentildea o nula Son los elementos que transmiten las cargas verticales al terreno a traveacutes de los cimientos y las bases Para dimensionar un pilar se tendraacute en cuenta el tipo de acero el tipo de carga que va a recibir el perfil la longitud del soporte (por si hubiese pandeo) y la carga axial de compresioacuten
Los pilares simples maacutes utilizados son el HEB el HEA el IPN y el IPE Con ellos se obtiene gran aprovechamiento y son muy aptos para formar pilares en poacuterticos riacutegidos
Lo pilares simples de varios perfiles maacutes utilizados son los formados por 2 UPN
Los pilares compuestos se obtienen acoplando perfiles separados enlazados por medio de elementos transversales discontinuos Pueden estar unidos mediante presillas o
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mediante celosiacutea
44VigasLas jaacutecenas o vigas son elementos lineales en las que una dimensioacuten predomina sobre las otras dos Su forma de trabajo es casi exclusivamente a flexioacuten por ello suelen adoptar forma de I para tratar de obtener la maacutexima inercia y el mayor moacutedulo resistente con el material disponible tratando de mejorar el rendimiento
Las vigas son los elementos sustentantes horizontales o como en las cubiertas ligeramente inclinados que reciben las cargas verticales y las transmiten trabajando a flexioacuten a los pilares o apoyos
Las cargas que la viga recibe producen en sus secciones los siguientes esfuerzos momento flector esfuerzo cortante y torsiones (algunas veces)
441VigassimplesLos perfiles empleados son IPN IPE o HE El empleo de los perfiles IPE resulta maacutes econoacutemico en general tanto por su mayor rendimiento mecaacutenico como por la simplificacioacuten que en empalmes y uniones proporciona el espesor uniforme de las alas
Los perfiles simples laminados tienen la ventaja sobre la viga armada que para igual resistencia su coste es menor
442VigasmuacuteltiplesSon las vigas constituidas por dos o maacutes perfiles I adosados unidos a traveacutes de elementos de unioacuten tales como perfiles presillas tornillos pasantes etc que solidaricen eficazmente los perfiles componentes
443VigasreforzadasLa utilizacioacuten de refuerzos con chapa o pletina en las estructuras metaacutelicas es de gran eficacia para conseguir ahorro de material
Que un refuerzo sea econoacutemico o no depende de los valores relativos de la chapa el perfil y el cordoacuten de soldadura
El elemento de refuerzo maacutes utilizado es la chapa o platabanda Se utilizan estos refuerzos cuando queremos moacutedulos resistentes (W) mayores que los existentes en el mercado o cuando exista limitacioacuten de canto
444VigasojaacutecenasarmadasLas vigas armadas estaacuten formadas por varias pletinas o chapas unidas con cualquiera de los medios de unioacuten soldadura roblones angulares y tornillos etc
Para unas solicitaciones determinadas siempre es posible encontrar una viga armada de menor peso que el perfil laminado que corresponderiacutea a esas solicitaciones Sin embargo aun con mayor peso los perfiles laminados son siempre maacutes econoacutemicos que las vigas armadas debido al menor coste de fabricacioacuten
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445VigasojaacutecenasaligeradasSon vigas de alma aligerada
La solucioacuten de las vigas aligeradas puede resultar muy econoacutemica cuando pueda adoptarse el canto que se estime maacutes conveniente y cuando la flexioacuten predomine sobre el esfuerzo cortante es decir cuando se trate de luces grandes y de cargas moderadas
A esta clase de vigas se les ha dado diversas denominaciones vigas alveoladas vigas void en panal de abeja
446VigasdecelosiacuteaLas vigas de celosiacutea son de gran utilidad en las construcciones metaacutelicas especialmente en edificaciones industriales y para grandes luces
Para luces de cierta importancia el peso de estas vigas es inferior al de las vigas de alma llena equivalentes El coste de una estructura es el resultado de tres sumandos coste del material de la fabricacioacuten y del montaje Estos uacuteltimos variacutean notablemente seguacuten las circunstancias
El mejor aprovechamiento a efectos resistentes de las vigas de celosiacutea con relacioacuten a las de alma llena se refleja en que mientras que en una viga de alma llena las tensiones maacuteximas de agotamiento se alcanzaraacuten soacutelo en dos puntos de su seccioacuten en una barra triangulada puede conseguirse que toda la seccioacuten tanto los cordones como las diagonales se agoten uniformemente teniendo en cuenta que las barras a compresioacuten deben dimensionarse teniendo en cuenta el pandeo
Las vigas de celosiacutea suelen estar constituidas por cordoacuten superior cordoacuten inferior elementos de relleno (montantes y diagonales) y medios de unioacuten (cartelas soldadura tornilleriacutea etc)
Los cordones pueden ser paralelos o no A aquellos cuyos cordones son paralelos se les llama ldquovigas de celosiacuteardquo mientras que las que tienen dichos cordones inclinados se les denomina ldquocerchasrdquo
En las cerchas el cordoacuten superior sigue la inclinacioacuten de la cubierta Suelen ser estructuras ligeras con cartelas simples y barras constituidas por angulares o simples T
Las posibilidades y variedades de las vigas de celosiacutea son praacutecticamente infinitas seguacuten el trazado de los cordones y la disposicioacuten de la triangulacioacuten Sin embargo existen unos tipos que podriacuteamos llamar claacutesicos y son Pratt Howe y Warren
45CorreasLas correas son las vigas en que se apoya la chapa u otro tipo de techumbre por lo que tienen que soportar su peso asiacute como el debido a posibles cargas de nieve y viento Se encuentran a su vez apoyadas sobre las cerchas o los poacuterticos normalmente en un plano inclinado lo que hace tender a flectar tambieacuten en el sentido de la inclinacioacuten Siendo variable su separacioacuten dependiendo del material de cubierta etc
El apoyo de las correas sobre las cerchas o poacuterticos se aseguraraacute bien mediante uniones soldadas (un cordoacuten por cada lado de la correa con el maacuteximo espesor que permita la
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unioacuten) bien mediante uniones remachadas ponieacutendose un casquillo en angular
Las correas se calcularaacuten como vigas apoyadas con carga uniformemente distribuida
Suelen emplearse perfiles IPN simple T perfil Z o vigas de celosiacutea
46ArriostramientosTienen la funcioacuten de transmitir los esfuerzos producidos por el viento frontal sobre el poacutertico extremo a las paredes laterales que a su vez los transmitiraacuten al suelo
El arriostramiento baacutesico es la Cruz de San Andreacutes en forma de aspa que se coloca entre dos cerchas o poacuterticos y pueden abarcar varias correas para evitar aacutengulos pequentildeos y repartir bien los esfuerzos a las barras
Este tipo de configuracioacuten presenta el inconveniente de ser estaacuteticamente indeterminado con lo que tenemos que hacer hipoacutetesis para llegar a una que sea determinada Estas hipoacutetesis se hacen respecto a las diagonales cruzadas observando que cuando una diagonal estaacute en tensioacuten la contradiagonal estaacute en compresioacuten Por lo general se toman dos meacutetodos de anaacutelisis
-Si las diagonales se disentildean esbeltas es razonable suponer que no soportaraacuten esfuerzos de compresioacuten pues en caso contrario podriacutean pandear con gran facilidad Por lo tanto la fuerza cortante seraacute absorbida iacutentegramente por la diagonal en tensioacuten mientras que la diagonal en compresioacuten se supone que es un elemento que no trabaja es decir a todos los efectos es como si no existiese
-Si las barras diagonales se construyen con secciones robustas seraacuten capaces de soportar fuerzas de tensioacuten y de compresioacuten En este caso supondremos que cada diagonal toma la mitad de la fuerza cortante que aparezca
-Por estar sometidos a esfuerzos de traccioacuten estos elementos seraacuten esbeltos y de seccioacuten circular o rectangular (barras y varillas) existiendo tambieacuten de seccioacuten angular
-Las varillas (seccioacuten circular) han de engrosarse en sus extremos para compensar la peacuterdida de seccioacuten que supone la realizacioacuten de roscas para su fijacioacuten si bien en ocasiones se opta por disentildear tomando como seccioacuten resistente la correspondiente al aacuterea de la seccioacuten transversal de la rosca pues esta solucioacuten suele resultar maacutes econoacutemica aunque la pieza en este caso resulta ser maacutes sensible a efectos de impacto y de fatiga tendiendo a fallar por la zona de la rosca
47MediosdeUnioacuten
471UnionesatornilladasLos medios de unioacuten contemplados son los constituidos por tornillos tuercas y arandelas que deberaacuten estar normalizados y corresponder a los mismos grados del material que unen liacutemite elaacutestico y resistencia a traccioacuten
472UnionessoldadasUn acero se considera soldable seguacuten un grado un procedimiento determinado y para una aplicacioacuten especiacutefica cuando mediante la teacutecnica apropiada se puede conseguir la
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continuidad metaacutelica de la unioacuten y eacutesta cumpla con las exigencias requeridas
El material de aportacioacuten utilizable para la realizacioacuten de soldaduras (electrodos) deberaacute ser apropiado para el proceso de soldeo teniendo en cuenta al material a soldar y el procedimiento de soldeo ademaacutes deberaacute tener unas caracteriacutesticas mecaacutenicas en teacuterminos de liacutemite elaacutestico resistencia a traccioacuten deformacioacuten bajo carga maacutexima etc no inferiores a las correspondientes del material de base que constituye los perfiles o chapas que se pretende soldar
Meacutetodos de soldadura
-Soldadura manual con electrodo recubierto con recubrimientos de tipo rutilo o baacutesico
-Soldadura semiautomaacutetica bajo proteccioacuten gaseosa con hilo macizo tubular relleno de flux con transferencia de lluvia
-Soldadura semiautomaacutetica con hilo tubular relleno de flux sin proteccioacuten gaseosa con transferencia de lluvia
-Soldadura automaacutetica con arco sumergido
48TipologiacuteasestructuralesA la combinacioacuten de los distintos elementos estructurales y los materiales de que estaacuten hechos se les denomina sistema estructural Dichos sistemas estructurales pueden estar constituidos por la combinacioacuten de uno o varios tipos baacutesicos de estructuras Se recogen seguidamente una breve introduccioacuten a algunos de los tipos estructurales maacutes comunes en las construcciones industriales
481CerchasSon la parte principal de la cubierta Sobre eacutestas se apoyan las correas de tal forma que permiten que se transmitan las cargas actuantes sobre las correas a los soportes
Existen muchos tipos diferentes de cerchas y seguacuten sus triangulaciones asiacute podraacuten ser para mayor o menor luz
482PoacuterticosomarcosSe componen de vigas y columnas que estaacuten unidas entre siacute bien riacutegidamente o bien mediante articulaciones
Se clasifican en poacuterticos simples y poacuterticos muacuteltiples seguacuten consten de uno o varios vanos
Suelen ser poacuterticos a dos aguas adaptaacutendose a la inclinacioacuten de los faldones con lo que se aprovecha maacutes el interior al no existir tirantes
El trabajo de un poacutertico es el de una viga apoyada por medio de empotramiento en dos soportes Los elementos que lo forman suelen ser de alma llena Los encuentros se refuerzan con cartelas formadas por trozos de perfiles que rigidizan el nudo y ayudan a contrarrestar el empuje que ejerce el poacutertico hacia el exterior
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5DurabilidaddelasestructurasLa durabilidad de una estructura de acero es su capacidad para soportar durante la vida uacutetil para la que ha sido proyectada las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que estaacute expuesta y que podriacutean llegar a provocar su degradacioacuten como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el anaacutelisis estructural
Para conseguir la durabilidad adecuada seraacute necesario seguir una estrategia que contemple todos los posibles mecanismos de degradacioacuten adoptando medidas especiacuteficas en funcioacuten de la agresividad a la que se encuentre sometido cada elemento
Deberaacuten incluirse al menos los siguientes aspectos
-Seleccioacuten de la forma estructural definiendo en el proyecto los esquemas estructurales las formas geomeacutetricas y los detalles que sean compatibles con la consecucioacuten de una adecuada durabilidad de la estructura Se facilitaraacute la preparacioacuten de las superficies el pintado las inspecciones y el mantenimiento
-Se procuraraacute evitar el empleo de disentildeos estructurales que conduzcan a una susceptibilidad elevada a la corrosioacuten eligiendo formas de los elementos sencillas
-Se reduciraacute al miacutenimo el contacto directo entre las superficies de acero y el agua
-Se evitaraacute el contacto directo del acero con otros metales (el aluminio de las carpinteriacuteas de cerramiento muros cortina etc)
-Cuando la estructura presente aacutereas cerradas o elementos huecos debe cuidarse que esteacuten protegidos de manera efectiva contra la corrosioacuten mediante soldadura continua
En casos de especial agresividad cuando las medidas normales de proteccioacuten no se consideren suficientes se podraacute recurrir a la disposicioacuten de sistemas especiales de proteccioacuten (materiales de recubrimiento en polvo productos para tratamiento quiacutemico de superficies)
51ProteccionesparaestructurasmetaacutelicasUna vez finalizada la construccioacuten de las estructuras metaacutelicas pueden aparecer problemas por alguna de las siguientes causas
Efectos del calor como consecuencia de incendios
Oxidacioacuten excesiva y consiguiente corrosioacuten
511ProteccioacutencontraincendiosAunque el hierro no es combustible no se puede considerar resistente al fuego no soacutelo porque disminuye sus resistencia en cuanto pasa de 500ordmC sino porque por efecto de su dilatacioacuten sufre grandes deformacionesLos materiales de proteccioacuten del acero que pueden utilizarse son granito maacutermol hormigoacuten faacutebrica de ladrillo ceraacutemico con mortero de cemento placas de yeso pinturas intumescentes etc
512ProteccioacutencontracorrosioacutenLa oxidacioacuten constituye el peor enemigo de las construcciones metaacutelicas Para evitarlo
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se cubre con un revestimiento protector y es indispensable que la superficie a tratar esteacute limpia de suciedad y oacutexido Deberaacute considerarse conjuntamente el tratamiento de proteccioacuten frente a incendio ya que los requisitos del mismo pueden determinar un grado de defensa frente a la corrosioacuten muy superior al estrictamente necesario especialmente en el caso de pinturas intumescentes y morteros proyectados
52DurabilidaddelHormigoacutenSe define en la Instruccioacuten espantildeola EHE la durabilidad del hormigoacuten como la capacidad para comportarse satisfactoriamente frente a las acciones fiacutesicas y quiacutemicas agresivas a lo largo de la vida uacutetil de la estructura protegiendo tambieacuten las armaduras y elementos metaacutelicos embebidos en su interior Por tanto no solo hay que considerar los efectos provocados por las cargas y solicitaciones sino tambieacuten las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que se expone Por ello se considera el tipo de ambiente en que se va a encontrar la estructura y que puede afectar a la corrosioacuten de las armaduras ambientes quiacutemicos agresivos zonas afectadas por ciclos de hielo-deshielo etc Para garantizar la durabilidad del hormigoacuten y la proteccioacuten de las armaduras frente a la corrosioacuten es importante realizar un hormigoacuten con una permeabilidad reducida realizando una mezcla con una relacioacuten aguacemento baja una compactacioacuten idoacutenea un peso en cemento adecuado y la hidratacioacuten suficiente de eacuteste antildeadiendo agua de curado para completarlo De esta forma se consigue que haya los menos poros posibles y una red capilar interna poco comunicada y asiacute se reducen los ataques al hormigoacuten En los casos de existencia de sulfatos en el terreno o de agua de mar se deben emplear cementos especiales Para prevenir la corrosioacuten de armaduras hay que cuidar el recubrimiento miacutenimo de las mismas
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6Casodeestudio 61Descripcioacutendelanave La nave que se pretende calcular es una nave formada por dos poacuterticos adosados a dos aguas con una longitud total de 85m La separacioacuten de los poacuterticos entre siacute va a ser de 5m La luz de dicha nave va a ser de 25m por cada poacutertico la altura de cabeza de pilar va a ser de 7m y la de cumbrera de 9m A continuacioacuten se adjunta una foto del esqueleto de la nave donde se puede observar que en los poacuterticos de los extremos se han situado arriostramientos para transmitir los efectos de las acciones a la cimentacioacuten
Figura 1 Nave industrial del caso de estudio
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62Localizacioacuten La nave industrial que se ha calculado en el presente proyecto se ubicaraacute en la parcela nordm36 del poliacutegono industrial de Villareal con acceso principal en la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell sn El poliacutegono industrial cuanta con buenos viales de comunicacioacuten que permiten localizarla sin dificultad como queda definido en la siguiente imagen de situacioacuten Aclaracioacuten Tras tomar la salida del poliacutegono industrial desde la nacional 340 por la avenida Castelloacute y tomar la primera salida en la primera rotonda se llega a la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell donde esta la nave situada
Figura 2 Accesos a la nave industrial
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63Normativamunicipal
Figura 3 Situacioacuten geograacutefica de la nave industrial Todas las obras a realizar por el presente proyecto se someteraacuten a la normativa municipal que indique el Excmo Ayuntamiento de Villareal Castelloacuten
La superficie total de la parcela seguacuten el catastro es de 719333 m2
La parcela estaacute clasificada como suelo urbano Industrial y su aprovechamiento urbaniacutestico es el que se pasa a detallar a continuacioacuten
Superficie maacutexima edificable 719333 m2 13 = 553333 m2
Ocupacioacuten permitida 100
Volumen maacuteximo sin especificacioacuten
Plazas de parking miacutenimo una plaza por cada 200 m2
Vallado miacutenimo 2m de altura
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64NormativalegalaplicableatodalanaveEn la redaccioacuten del presente Proyecto de Ejecucioacuten se ha tenido en cuenta
-Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacuten (CTE) y particularmente sus siguientes documentos baacutesicos (DB)El DB-SE constituye la base para los Documentos Baacutesicos siguientes y se utilizaraacute conjuntamente con ellos
-Documento Baacutesico SE (Seguridad Estructural)
-Documento Baacutesico SE-AE (Acciones en la Edificacioacuten)
En este Documento Baacutesico se establecen las formas en que deben combinarse las diferentes acciones que actuacutean sobre el edificio definiendo los diferentes coeficientes de seguridad de forma global para todos los materiales De esta forma se establecen entre otros los liacutemites de las deformaciones admisibles que deben verificar las estructuras de edificacioacuten
-Documento Baacutesico SE-A (Acciones de la edificacioacuten)
En el campo de aplicacioacuten de este Documento Baacutesico es el de la determinacioacuten de las acciones permanentes variables y accidentales sobre los edificios para verificar el cumplimiento de los requisitos de seguridad estructural (capacidad portante y estabilidad) y aptitud al servicio establecidos en el DB-SE
-Documento Baacutesico SE-A (Seguridad Estructural Acero)
En este documento se adopta baacutesicamente el enfoque del Eurocoacutedigo de acero EN-1993 contemplando las distintas combinaciones de caacutelculo elaacutestico y plaacutestico en base a la clasificacioacuten de secciones seguacuten el Eurocoacutedigo El documento se adapta al tipo de aceros que se comercializan actualmente e incluye modelos de anaacutelisis para uniones
-Documento Baacutesico SI (Seguridad en caso de Incendio)
Este Documento Baacutesico es una normativa de construccioacuten espantildeola que forma parte del Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacutenregula especiacuteficamente las medidas de proteccioacuten contra incendios con que deben contar los edificios de nueva planta Es una normativa de obligado cumplimiento en Espantildea por lo que todos los edificios construidos desde su entrada en vigor en 2006 deben incorporar las soluciones constructivas que recoge la normativa a excepcioacuten de los edificios industriales que se rigen por el Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales
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7MetodologiacuteadecaacutelculoEl caacutelculo de la nave se llevaraacute a cabo con la herramienta de software de CYPE Ingenieros versioacuten 2015
Este programa es capaz de calcular edificios naves industriales y cualquier otro tupo de estructura Mediante la aplicacioacuten de meacutetodos matriciales obtiene una forma relativamente sencilla y fiable del dimensionado y la optimizacioacuten de estructuras
El software de CYPE Ingenieros se estructura en diferentes aplicaciones cada una de las cuales estaacute especiacuteficamente disentildeada para una finalidad concreta
71GeneradordepoacuterticosEl generados de poacuterticos es un programa perteneciente al paquete CYPE Ingenieros que dada su sencillez y facilidad de uso permite hacer un dimensionado faacutecil y raacutepido de las correas a disponer Entre sus funcionalidades destacan
-Crear de forma sencilla y raacutepida la geometriacutea y las cargas de peso propio sobrecarga de uso viento y nieve de un poacutertico formado por nudos riacutegidos celosiacuteas o cerchas Las cargas de viento y nieve se generan automaacuteticamente seguacuten la norma y la zona elegida
-Proporcionar el dimensionado de correas de cubiertas y laterales de fachadas optimizando el perfil y la separacioacuten entre correas
-Exportar a CYPE 3D la geometriacutea del poacutertico con apoyos biarticulados o biempotrados sus cargas y los coeficientes de pandeo de las barras que lo componen suponiendo la estructura traslacional o intraslacional Se exportan todas las cargas de viento las de cubierta las del los laterales de la nave y las perpendiculares a los poacuterticos de pared final (muro pintildeoacuten) Estas cargas se exportan como cargas superficiales lo que facilita enormementela labor de introduccioacuten de datos
72Cype3DEste moacutedulo ha sido disentildeado para ofrecer al usuario un software de mayores prestaciones con relacioacuten al dimensionado de estructuras de acero Permite calcular cualquier tipo de estructura formada por barras de acero de acuerdo con la normativa seleccionada Estaacute adaptado al CTE y tambieacuten a otras normativas nacionales e internacionales Las funcionalidades maacutes importante que se han utilizado para este proyecto son
-Descripcioacuten de los nudos la tipologiacutea de los nudos es muy completa Pueden definirse las vinculaciones interiores y coacciones exteriores las cuales permiten que los nudos puedan definirse como empotrados semiempotrados apoyos elaacutesticos apoyos con desplazamientos libres seguacuten un plano o recta a definir
-Agrupacioacuten y descripcioacuten de las barras permite la agrupacioacuten e introduccioacuten de barras de acero y dimensiona la seccioacuten llegando a su optimizacioacuten maacutexima Emplea perfiles de acero laminado armado y conformado que gestiona desde su amplia base de daros compuesta por perfiles de los fabricantes maacutes extendidos Puede crear perfiles compuestos a partir de perfiles simples con unioacuten soldada platabandas presillas etc Tambieacuten puede definir cartelas en los extremos perfiles de canto variable vigas boyd y barras mixtas
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-Introduccioacuten a coeficientes de pandeo y pandeo lateral permite introducir coeficientes de pandeo o longitudes de pandeo y el coeficiente de momentos de cada barra Tambieacuten calcula automaacuteticamente la longitud de pandeo de las barras seguacuten el meacutetodo aproximado El usuario tambieacuten puede activar en cualquier barra la comprobacioacuten de pandeo lateral
-Restriccioacuten de flechas liacutemites de las barras de la estructura el programa posibilita al usuario limitar la flecha de las barras para que el dimensionado de los perfiles tenga en cuenta las restriccioacuten impuesta El usuario puede imponer liacutemites a las flechas maacutexima y relativa tanto para sus calores absolutos como para sus calores relativos a la longitud entre los extremos y los puntos de inflexioacuten de la deformada
-Caacutelculo y optimizacioacuten de la estructura el programas hace todas las comprobaciones pertinente siempre de acorde a la norma para que se cumplan todos los requisitos en caso de no ser asiacute muestra que condiciones no se estaacuten cumpliendo
-Caacutelculo y dimensionado de uniones soldadas y atornilladas el programa realiza el caacutelculo y dimensionado automaacutetico de uniones soldadas y atornilladas de perfiles laminados y armados en doble T
-Caacutelculo y dimensionado de placas de anclaje
-Resultados planos y listados se proporciona una memoria justificativa del proyecto los listados detallados de las comprobaciones seguacuten la norma seleccionada y los planos de la estructura metaacutelica de la nave
73Generadordeprecios El generador de precios es una herramienta informaacutetica que pertenece a CYPE ingenieros que permite a los arquitectos y responsables de los proyectos obtener precios (para obra nueva rehabilitacioacuten y espacios urbanos) con las previsiones de costes ajustadas al maacuteximo a la realidad y facilitar la elaboracioacuten de una documentacioacuten de proyecto de calidad (completa consistente y con informacioacuten teacutecnica vinculada a cada unidad de obra) uacutetil para las distintas fases del ciclo de vida del edificio (estudios previos anteproyecto proyecto baacutesico y de ejecucioacuten direccioacuten y ejecucioacuten de la obra uso y mantenimiento deconstruccioacuten y reciclado final) Incluye productos de fabricantes y productos geneacutericos
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8Dimensionado
81Procedimientodedimensionado
811CaacutelculodelascorreasdecubiertaLas correas e cubierta son aquellos elementos cuya misioacuten es la de soportar al propio material de cerramiento de la cubierta transmitiendo su peso a las cerchas y estas a su vez a los pilares los cuales transmitiraacuten la carga a los pilares Asiacute mismo desempentildean la funcioacuten de arriostrar los poacuterticos fuera de su plano
Utilizando el generado de poacuterticos se generara un poacutertico y se estableceraacute cierta separacioacuten entre ellos asiacute como tambieacuten se generaraacuten las diferentes cargas de nieve y viento Se seleccionaraacuten las correas y por uacuteltimo se exporta a CYPE 3D
812CreacioacutendelageometriacuteadelanaveAprovechando la estructura que se ha generado con la exportacioacuten que se ha realizado desde el generador de poacuterticos se introducen los elementos restantes para completar la geometriacutea de la nave
Entre los maacutes destacados hay que resaltar
-Pilares intermedios de los poacuterticos de los extremos
-Vigas de atados de cabeza de pilar
-Vigas montantes
-Tirantes de las cruces de San Andreacutes
813DescripcioacutendelosnudosUna vez definida la geometriacutea de la nave se procederaacute a describir el comportamiento de los nudos de la estructura empotrada en esta nave se han asignado los siguientes nudos
-Todos los pilares van con vinculacioacuten exterior empotrada en la base
-Todas las uniones entre pilar-viga se efectuaraacuten con vinculacioacuten interior empotrada que seraacute resuelta a traveacutes de cartelas
-Las uniones entre las vigas de cumbrera iraacuten con vinculacioacuten interior empotrada donde seraacute necesario introducir cartelas
-Las uniones entre elementos de la estructura como vigas de atado de cabeza de pilares vigas montantes o las cruces de San Andreacutes iraacuten articuladas
814DescripcioacutendebarrasPara finalizar se describiraacuten todas las barras de la estructura Para ello se han agrupado todas las barras del mismo tipo para ahorrar trabajo optimizando la gestioacuten el control de caacutelculo y la ejecucioacuten de la estructura
Todas las barras deben predimensionarse con una porcioacuten parecida a la solucioacuten final para que el programa encuentre la solucioacuten lo antes posible Tambieacuten es muy importante disponer una cartela inicial adecuada ajo los dinteles que sea como miacutenimo
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la decima parte de la luz
Tras agrupar las barras de forma clara hay que asignar a toda la estructura el tipo de material S275
815PandeoEn los planos de los poacuterticos se ha considerado la estructura como traslacional y en los planos de los cerramientos y las cubiertas la nave puede considerarse como intraslacional
El criterio que usa CYPE es el siguiente
-El plano deacutebil del perfil se denomina plano ldquoxyrdquo y se corresponde con el plano paralelo a las alas del perfil
-El plano fuerte del perfil se denomina plano ldquoxzrdquo y se corresponde al plano que contiene el alma ce la pieza
Por lo que se aplicaraacuten los diferentes coeficientes de pandeo teniendo en cuenta las condiciones de contorno de las que dispone cada barra para cada plano Los coeficientes asignados son los siguientes
-Pilares exteriores de los poacuterticos interiores xzAElig14 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos interiores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares exteriores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Jaacutecenas xzAElig10 xyAElig0
-Cruces de San Andreacutes xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos interiores xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos exteriores xzAElig1 xyAElig1
Estos coeficientes de pandeo van a afectar decisivamente al caacutelculo de la estructura Es muy importante aplicar estos coeficientes basados en datos sensatos y coherentes y que despueacutes se materialicen en la obra de lo contrario no estariacuteamos calculando la obra que se esta construyendo con el consiguiente riesgo antildeadido
Entre alma y alma de los pilares consecutivos se supone el caso maacutes desfavorablesin cerramiento Esta condicioacuten de contorno hace que se ponga a 07 este coeficiente de pandeo en el plano xy
En el plano de inercia xz los pilares estaacuten empotrados teniendo en la base un nudo que imposibilita su desplazamiento y giro pero en su conexioacuten con el dintel si que puede existir desplazamiento por ello se asignara un coeficiente de pandeo de 14
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En el plano deacutebil de los dinteles tenemos que las correas los arriostran y en el plano fuerte estos dinteles estaacuten biempotrados en sus extremos al pilar y al otro dintel respectivamente En este plano la pieza es biempotrada traslacional por lo que le corresponde un coeficiente de pandeo aproximadamente de 1
Una vez razonados y aplicados los coeficientes de pandeo en cada planoprincipal de cada barra se modificaraacuten los coeficientes de empotramiento de los extremos de las vigas de atado y de los marcos de las cruces de San Andreacutes en cada uno de sus planos para despueacutes articular sus extremos
816FlechasSe limitaraacute la flecha maacutexima en el plano fuerte de las barras sometidas a flexioacuten que es en el plano en que van a dominar las cargas
Se limita la flecha maacutexima de acuerdo con el tipo de edificio y los elementos implicados en la deformacioacuten Seguacuten CTE DB-SE apartado 43 Cuando se considere la integridad de los elementos constructivos considerando soacutelo las deformaciones que se produce despueacutes de la puesta en obra del elemento la flecha relativa es menor que L300 para elementos horizontales y menor de L250 para pilares
817PlacasdeanclajeUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles el propio programa nos calcula las propias placas de anclaje incluyendo dimensiones de las mismas rigidizadores y tamantildeo longitud y nuacutemero de pernos debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
818CimentacioacutenUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles ademaacutes de las placas de anclaje el propio programa nos calcula las reacciones y cargas a cimentacioacuten que nos genera nuestra estructura debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
Utilizaremos como tensioacuten de trabajo del suelo 02 MPa confirmado por el tipo de terreno sobre el que se pretende construirTendremos en cuenta para el caacutelculo de la cimentacioacuten de la nave del presente proyecto tanto la Norma EHE como el CTE en su apartado destinado a cimentaciones CTE parte 2-DB SE-C- Seguridad Estructural
82Accionesconsideradas
821CargaspermanentesLas cargas permanentes estaacute constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que estaacuten permanentemente unidos a la
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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29
9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
ܥ ൌ ͳǡ͵
ൌ ͳ
௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
ǣ
De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
ഝభబ െ ͳሻοߠǡ௧
siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
ܣ
Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
ͺǣ
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
ͻǣ
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6
2Objetodelproyecto El objeto de dicho proyectosiempre teniendo en cuenta la normativa vigente es el siguiente -Caacutelculo y descripcioacuten de la estructura metaacutelica que constituiraacute la nave industrial asiacute como la justificacioacuten de las acciones utilizadas y de las soluciones adoptadas -Caacutelculo de la carga de fuego en la nave industrial calculada -Caacutelculo y descripcioacuten de la proteccioacuten necesaria contra el fuego comparando teacutecnica y econoacutemicamente el uso de diferentes protecciones -Anaacutelisis de los presupuestos de las diferentes protecciones para establecer cuaacutel de ella es mejor desde el punto de vista econoacutemico
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7
3ElaceroLos metales que se emplean en estructuras metaacutelicas son principalmente el acero ordinario el acero inoxidable y el aluminio
El acero es el material estructural por excelencia para grandes alturas puesto que resuelve con eacutexito los planteamientos estructurales de soportar el peso con pilares de dimensiones reducidas resistir el empuje ante el vuelco y evitar movimientos debidos a la accioacuten del viento
El acero ordinario es el maacutes empleado y existen los siguientes tipos (seguacuten la norma EN 10027)
S235JR S235J0 S275JR
S275J0 S355JR S355J0
S235J2 S275J2 S355J2
La primera sigla es una ldquoSrdquo (de Steel acero en lengua inglesa)
La siguiente cantidad numeacuterica es el liacutemite elaacutestico en MPa en elementos cuyo espesor no supere los 16 mm En espesores superiores la resistencia de caacutelculo es menor
Las uacuteltimas siglas indican su sensibilidad a la rotura fraacutegil y su soldabilidad
- JR para construcciones ordinarias
- J0 cuando se requiere alta soldabilidad y resistencia a la rotura fraacutegil
- J2 cuando se requiere exigencias especiales de resistencia resistencia a la rotura fraacutegil y soldabilidad
31CaracteriacutesticasmecaacutenicasdelaceroLos valores fundamentales para el disentildeo de las piezas de acero son
-El liacutemite elaacutestico El liacutemite elaacutestico es la carga unitaria para la que se inicia el escaloacuten de cedencia es decir a partir del cual las deformaciones no son recuperables
-El liacutemite de rotura El liacutemite de rotura es la carga unitaria maacutexima soportada por el acero en el ensayo de traccioacuten Los valores del liacutemite elaacutestico y de rotura dependen del tipo de acero pero hay otras caracteriacutesticas que son comunes para todos los aceros
-Moacutedulo de Elasticidad E=210 GPa
-Moacutedulo de Rigidez G=81 GPa
-Coeficiente de Poisson 03
-Coeficiente de dilatacioacuten teacutermica 12middot10-5 (ordmC)-1
-Densidad 7850 kgm3
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32CaracteriacutesticastecnoloacutegicasdelaceroLa soldabilidades la aptitud de un acero para ser soldado mediante los procedimientos habituales sin que aparezca fisuracioacuten en friacuteo Es una caracteriacutestica tecnoloacutegica importante de cara a la ejecucioacuten de la estructura
La resistencia al desgarro laminar del acero se define como la resistencia a la aparicioacuten de defectos en piezas soldadas sometidas a tensiones de traccioacuten en direccioacuten perpendicular a su superficie
La aptitud al doblado es un iacutendice de la ductilidad del material y se define por la ausencia o presencia de fisuras en el ensayo de doblado
33LostiposdeaceromaacutesusadosenestructurasLos siguientes tipos de acero utilizables en perfiles y chapas para estructuras de acero
-Aceros laminados en caliente Se entiende por tales los aceros no aleados sin caracteriacutesticas especiales de resistencia mecaacutenica ni resistencia a la corrosioacuten y con una microestructura normal
-Aceros con caracteriacutesticas especiales Se consideran los siguientes tipos
-Aceros normalizados de grano fino para construccioacuten soldada
-Aceros de laminado termomecaacutenico de grano fino para construccioacuten soldada
-Aceros con resistencia mejorada a la corrosioacuten
-Aceros templados y revenidos
-Aceros con resistencia mejorada a la deformacioacuten en la direccioacuten perpendicular a la superficie del producto
-Aceros conformados en friacuteo Se entiende por tales los aceros cuyo proceso de fabricacioacuten consiste en un conformado en friacuteo que les confiere unas caracteriacutesticas especiacuteficas desde los puntos de vista de la seccioacuten y la resistencia mecaacutenica
34Ventajasdelasestructurasmetaacutelicas Antantildeo en cuanto al caacutelculo se refiere el eacutexito o el fracaso de la obra se determinaba seguacuten si el edificio a calcular en cuestioacuten era capaz de soportar las cargar que se le aplicaban o no Progresivamente a traveacutes de siglos de estudio y experiencia el conocimiento sobre dimensionado de elementos estructurales se ha visto ampliado gracias al estudio de la materia por lo que se han llegado a establecer diversas teacutecnicas de caacutelculo que permiten que el disentildeo estructural tenga unos resultados muy fiables
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Naturalmente las estructuras metaacutelicas presentan ciertas ventajas frente a las estructuras de hormigoacuten las cuales vienen principalmente de las diferencias entre los materiales Las maacutes importantes se relatan a continuacioacuten -Realizacioacuten del maacuteximo trabajo en taller ejecutando todas las soldaduras y dejando todos los elementos listos para el ensamblaje mediante uniones atornilladas en obra -Garantiza un estricto control de calidad reduciendo la posibilidad de fallo humano -Permite la proyeccioacuten de naves con elevadas luces resultando naves maacutes ligeras y esbeltas -Gracias a la ligereza de la estructura y a las diferencias de seccioacuten necesarias para la misma obra frente a otros materiales el aprovechamiento del espacio es maacuteximo -Enorme adaptabilidad a cualquier solucioacuten deseada ya sea por medio de entramados riacutegidos o articulados -Gran facilidad en el ensamblaje de la obra durante su ejecucioacuten -Precios muy competitivos frente a otros materiales ademaacutes de la rapidez de ejecucioacuten de la obra lo que lleva a un correcto plan de obra que a su vez permitiraacute un ahorro en los costes de construccioacuten A la vez la ligereza de las estructuras metaacutelicas implican una reduccioacuten de los costes de transporte y una reduccioacuten del coste de las cimentaciones -La adaptabilidad del acero es de especial relevancia en casos de rehabilitacioacuten ya sea para reforzar estructuras existentes o para una completa reconstruccioacuten manteniendo las fachadas El acero se entrega prefabricado en obra no necesita ser apuntalado y tampoco sufre retraccioacuten o fluencia por lo que puede asumir carga de inmediato -El desarrollo de nuevos sistemas de proteccioacuten contra la corrosioacuten garantizan con un mantenimiento miacutenimo una vida casi ilimitada para las estructuras realizadas con acero -Cuando termina la vida uacutetil del edificio la estructura metaacutelica de acero puede ser desmontada y posteriormente utilizada en nuevos usos o ser re-aprovechada con un faacutecil reciclaje -La estructura metaacutelica en acero supone un peso reducido segura en caso de seiacutesmo
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4ElementosestructuralesAlgunos de los elementos resistentes de que constan las estructuras industriales son los siguientes
41CimentacioacutenSe denomina cimentacioacuten al conjunto de elementos estructurales cuya misioacuten es transmitir las cargas de la edificacioacuten o elementos apoyados a este al suelo distribuyeacutendolas de forma que no superen su presioacuten admisible ni produzcan cargas zonales Debido a que la resistencia del suelo es generalmente menor que la de los pilares o muros que soportaraacute el aacuterea de contacto entre el suelo y la cimentacioacuten seraacute proporcionalmente maacutes grande que los elementos soportados
La eleccioacuten del tipo de cimentacioacuten depende especialmente de las caracteriacutesticas mecaacutenicas del terreno como su cohesioacuten su aacutengulo de rozamiento interno posicioacuten del nivel freaacutetico y tambieacuten de la magnitud de las cargas existentes A partir de todos esos datos se calcula la capacidad portante que junto con la homogeneidad del terreno aconsejan usar un tipo u otro diferente de cimentacioacuten Siempre que es posible se emplean cimentaciones superficiales ya que son el tipo de cimentacioacuten menos costoso y maacutes simple de ejecutar Cuando por problemas con la capacidad portante o la homogeneidad del mismo no es posible usar cimentacioacuten superficial se valoran otros tipos de cimentaciones Hay dos tipos fundamentales de cimentacioacuten directas y profundas
411CimentacionessuperficialesodirectasSon aquellas que se apoyan en las capas superficiales o poco profundas del suelo por tener eacuteste suficiente capacidad portante por tratarse de construcciones de importancia secundaria y relativamente livianas En este tipo de cimentacioacuten la carga se reparte en un plano de apoyo horizontal Las cimentaciones superficiales se clasifican en -Cimentaciones cicloacutepeas -Zapatas Zapatas aisladas Zapatas corridas Zapatas combinadas -Losas de cimentacioacuten
412CimentacionesprofundasSe basan en el esfuerzo cortante entre el terreno y la cimentacioacuten para soportar las cargas aplicadas o maacutes exactamente en la friccioacuten vertical entre la cimentacioacuten y el terreno Deben ubicarse maacutes profundamente para poder distribuir sobre una gran aacuterea un esfuerzo suficientemente grande para soportar la carga Algunos meacutetodos utilizados en cimentaciones profundas son -Pilotes son elementos de cimentacioacuten esbeltos que se hincan (pilotes de desplazamiento prefabricados) o construyen en una cavidad previamente abierta en el
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terreno (pilotes de extraccioacuten ejecutados in situ) -Pantallas es necesario anclar el muro al terreno
Pantallas isostaacuteticas con una liacutenea de anclajes Pantallas hiperestaacuteticas dos o maacutes liacuteneas de anclajes
42PlacasdeanclajeLas placas de anclaje son elementos estructurales que se emplean para unir los soportes metaacutelicos a la cimentacioacuten y que tienen como objeto hacer que la transicioacuten del acero al hormigoacuten se realice sin que en ninguacuten punto se sobrepasen las tensiones admisibles en este material
El material que constituye el cimiento (casi siempre hormigoacuten) es menos resistente que el acero por lo que la base debe ampliar la seccioacuten del soporte de acero hasta conseguir una superficie adecuada de contacto con el hormigoacuten para que la transmisioacuten de esfuerzos de uno a otro material sea lo maacutes uniforme posible
La placa de anclaje debe estar sujeta al cimiento mediante unos pernos de anclaje que quedan embebidos en el hormigoacuten y que al fraguar y endurecer eacuteste trabajan por adherencia
Los elementos que constituyen una base del tipo generalmente utilizado en edificacioacuten son
-Placa de base o de reparto
-Cartelas de rigidez
-Pernos de anclaje
Salvo en el caso excepcional de que el pie del soporte sea articulado los soportes se consideran empotrados en la cimentacioacuten lo que hace que la placa de anclaje deba prepararse para resistir los siguientes esfuerzos axil momento flector cortante y momento torsor
43PilaresLos pilares son elementos verticales sometidos principalmente a compresioacuten y a flexioacuten pequentildea o nula Son los elementos que transmiten las cargas verticales al terreno a traveacutes de los cimientos y las bases Para dimensionar un pilar se tendraacute en cuenta el tipo de acero el tipo de carga que va a recibir el perfil la longitud del soporte (por si hubiese pandeo) y la carga axial de compresioacuten
Los pilares simples maacutes utilizados son el HEB el HEA el IPN y el IPE Con ellos se obtiene gran aprovechamiento y son muy aptos para formar pilares en poacuterticos riacutegidos
Lo pilares simples de varios perfiles maacutes utilizados son los formados por 2 UPN
Los pilares compuestos se obtienen acoplando perfiles separados enlazados por medio de elementos transversales discontinuos Pueden estar unidos mediante presillas o
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mediante celosiacutea
44VigasLas jaacutecenas o vigas son elementos lineales en las que una dimensioacuten predomina sobre las otras dos Su forma de trabajo es casi exclusivamente a flexioacuten por ello suelen adoptar forma de I para tratar de obtener la maacutexima inercia y el mayor moacutedulo resistente con el material disponible tratando de mejorar el rendimiento
Las vigas son los elementos sustentantes horizontales o como en las cubiertas ligeramente inclinados que reciben las cargas verticales y las transmiten trabajando a flexioacuten a los pilares o apoyos
Las cargas que la viga recibe producen en sus secciones los siguientes esfuerzos momento flector esfuerzo cortante y torsiones (algunas veces)
441VigassimplesLos perfiles empleados son IPN IPE o HE El empleo de los perfiles IPE resulta maacutes econoacutemico en general tanto por su mayor rendimiento mecaacutenico como por la simplificacioacuten que en empalmes y uniones proporciona el espesor uniforme de las alas
Los perfiles simples laminados tienen la ventaja sobre la viga armada que para igual resistencia su coste es menor
442VigasmuacuteltiplesSon las vigas constituidas por dos o maacutes perfiles I adosados unidos a traveacutes de elementos de unioacuten tales como perfiles presillas tornillos pasantes etc que solidaricen eficazmente los perfiles componentes
443VigasreforzadasLa utilizacioacuten de refuerzos con chapa o pletina en las estructuras metaacutelicas es de gran eficacia para conseguir ahorro de material
Que un refuerzo sea econoacutemico o no depende de los valores relativos de la chapa el perfil y el cordoacuten de soldadura
El elemento de refuerzo maacutes utilizado es la chapa o platabanda Se utilizan estos refuerzos cuando queremos moacutedulos resistentes (W) mayores que los existentes en el mercado o cuando exista limitacioacuten de canto
444VigasojaacutecenasarmadasLas vigas armadas estaacuten formadas por varias pletinas o chapas unidas con cualquiera de los medios de unioacuten soldadura roblones angulares y tornillos etc
Para unas solicitaciones determinadas siempre es posible encontrar una viga armada de menor peso que el perfil laminado que corresponderiacutea a esas solicitaciones Sin embargo aun con mayor peso los perfiles laminados son siempre maacutes econoacutemicos que las vigas armadas debido al menor coste de fabricacioacuten
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445VigasojaacutecenasaligeradasSon vigas de alma aligerada
La solucioacuten de las vigas aligeradas puede resultar muy econoacutemica cuando pueda adoptarse el canto que se estime maacutes conveniente y cuando la flexioacuten predomine sobre el esfuerzo cortante es decir cuando se trate de luces grandes y de cargas moderadas
A esta clase de vigas se les ha dado diversas denominaciones vigas alveoladas vigas void en panal de abeja
446VigasdecelosiacuteaLas vigas de celosiacutea son de gran utilidad en las construcciones metaacutelicas especialmente en edificaciones industriales y para grandes luces
Para luces de cierta importancia el peso de estas vigas es inferior al de las vigas de alma llena equivalentes El coste de una estructura es el resultado de tres sumandos coste del material de la fabricacioacuten y del montaje Estos uacuteltimos variacutean notablemente seguacuten las circunstancias
El mejor aprovechamiento a efectos resistentes de las vigas de celosiacutea con relacioacuten a las de alma llena se refleja en que mientras que en una viga de alma llena las tensiones maacuteximas de agotamiento se alcanzaraacuten soacutelo en dos puntos de su seccioacuten en una barra triangulada puede conseguirse que toda la seccioacuten tanto los cordones como las diagonales se agoten uniformemente teniendo en cuenta que las barras a compresioacuten deben dimensionarse teniendo en cuenta el pandeo
Las vigas de celosiacutea suelen estar constituidas por cordoacuten superior cordoacuten inferior elementos de relleno (montantes y diagonales) y medios de unioacuten (cartelas soldadura tornilleriacutea etc)
Los cordones pueden ser paralelos o no A aquellos cuyos cordones son paralelos se les llama ldquovigas de celosiacuteardquo mientras que las que tienen dichos cordones inclinados se les denomina ldquocerchasrdquo
En las cerchas el cordoacuten superior sigue la inclinacioacuten de la cubierta Suelen ser estructuras ligeras con cartelas simples y barras constituidas por angulares o simples T
Las posibilidades y variedades de las vigas de celosiacutea son praacutecticamente infinitas seguacuten el trazado de los cordones y la disposicioacuten de la triangulacioacuten Sin embargo existen unos tipos que podriacuteamos llamar claacutesicos y son Pratt Howe y Warren
45CorreasLas correas son las vigas en que se apoya la chapa u otro tipo de techumbre por lo que tienen que soportar su peso asiacute como el debido a posibles cargas de nieve y viento Se encuentran a su vez apoyadas sobre las cerchas o los poacuterticos normalmente en un plano inclinado lo que hace tender a flectar tambieacuten en el sentido de la inclinacioacuten Siendo variable su separacioacuten dependiendo del material de cubierta etc
El apoyo de las correas sobre las cerchas o poacuterticos se aseguraraacute bien mediante uniones soldadas (un cordoacuten por cada lado de la correa con el maacuteximo espesor que permita la
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unioacuten) bien mediante uniones remachadas ponieacutendose un casquillo en angular
Las correas se calcularaacuten como vigas apoyadas con carga uniformemente distribuida
Suelen emplearse perfiles IPN simple T perfil Z o vigas de celosiacutea
46ArriostramientosTienen la funcioacuten de transmitir los esfuerzos producidos por el viento frontal sobre el poacutertico extremo a las paredes laterales que a su vez los transmitiraacuten al suelo
El arriostramiento baacutesico es la Cruz de San Andreacutes en forma de aspa que se coloca entre dos cerchas o poacuterticos y pueden abarcar varias correas para evitar aacutengulos pequentildeos y repartir bien los esfuerzos a las barras
Este tipo de configuracioacuten presenta el inconveniente de ser estaacuteticamente indeterminado con lo que tenemos que hacer hipoacutetesis para llegar a una que sea determinada Estas hipoacutetesis se hacen respecto a las diagonales cruzadas observando que cuando una diagonal estaacute en tensioacuten la contradiagonal estaacute en compresioacuten Por lo general se toman dos meacutetodos de anaacutelisis
-Si las diagonales se disentildean esbeltas es razonable suponer que no soportaraacuten esfuerzos de compresioacuten pues en caso contrario podriacutean pandear con gran facilidad Por lo tanto la fuerza cortante seraacute absorbida iacutentegramente por la diagonal en tensioacuten mientras que la diagonal en compresioacuten se supone que es un elemento que no trabaja es decir a todos los efectos es como si no existiese
-Si las barras diagonales se construyen con secciones robustas seraacuten capaces de soportar fuerzas de tensioacuten y de compresioacuten En este caso supondremos que cada diagonal toma la mitad de la fuerza cortante que aparezca
-Por estar sometidos a esfuerzos de traccioacuten estos elementos seraacuten esbeltos y de seccioacuten circular o rectangular (barras y varillas) existiendo tambieacuten de seccioacuten angular
-Las varillas (seccioacuten circular) han de engrosarse en sus extremos para compensar la peacuterdida de seccioacuten que supone la realizacioacuten de roscas para su fijacioacuten si bien en ocasiones se opta por disentildear tomando como seccioacuten resistente la correspondiente al aacuterea de la seccioacuten transversal de la rosca pues esta solucioacuten suele resultar maacutes econoacutemica aunque la pieza en este caso resulta ser maacutes sensible a efectos de impacto y de fatiga tendiendo a fallar por la zona de la rosca
47MediosdeUnioacuten
471UnionesatornilladasLos medios de unioacuten contemplados son los constituidos por tornillos tuercas y arandelas que deberaacuten estar normalizados y corresponder a los mismos grados del material que unen liacutemite elaacutestico y resistencia a traccioacuten
472UnionessoldadasUn acero se considera soldable seguacuten un grado un procedimiento determinado y para una aplicacioacuten especiacutefica cuando mediante la teacutecnica apropiada se puede conseguir la
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continuidad metaacutelica de la unioacuten y eacutesta cumpla con las exigencias requeridas
El material de aportacioacuten utilizable para la realizacioacuten de soldaduras (electrodos) deberaacute ser apropiado para el proceso de soldeo teniendo en cuenta al material a soldar y el procedimiento de soldeo ademaacutes deberaacute tener unas caracteriacutesticas mecaacutenicas en teacuterminos de liacutemite elaacutestico resistencia a traccioacuten deformacioacuten bajo carga maacutexima etc no inferiores a las correspondientes del material de base que constituye los perfiles o chapas que se pretende soldar
Meacutetodos de soldadura
-Soldadura manual con electrodo recubierto con recubrimientos de tipo rutilo o baacutesico
-Soldadura semiautomaacutetica bajo proteccioacuten gaseosa con hilo macizo tubular relleno de flux con transferencia de lluvia
-Soldadura semiautomaacutetica con hilo tubular relleno de flux sin proteccioacuten gaseosa con transferencia de lluvia
-Soldadura automaacutetica con arco sumergido
48TipologiacuteasestructuralesA la combinacioacuten de los distintos elementos estructurales y los materiales de que estaacuten hechos se les denomina sistema estructural Dichos sistemas estructurales pueden estar constituidos por la combinacioacuten de uno o varios tipos baacutesicos de estructuras Se recogen seguidamente una breve introduccioacuten a algunos de los tipos estructurales maacutes comunes en las construcciones industriales
481CerchasSon la parte principal de la cubierta Sobre eacutestas se apoyan las correas de tal forma que permiten que se transmitan las cargas actuantes sobre las correas a los soportes
Existen muchos tipos diferentes de cerchas y seguacuten sus triangulaciones asiacute podraacuten ser para mayor o menor luz
482PoacuterticosomarcosSe componen de vigas y columnas que estaacuten unidas entre siacute bien riacutegidamente o bien mediante articulaciones
Se clasifican en poacuterticos simples y poacuterticos muacuteltiples seguacuten consten de uno o varios vanos
Suelen ser poacuterticos a dos aguas adaptaacutendose a la inclinacioacuten de los faldones con lo que se aprovecha maacutes el interior al no existir tirantes
El trabajo de un poacutertico es el de una viga apoyada por medio de empotramiento en dos soportes Los elementos que lo forman suelen ser de alma llena Los encuentros se refuerzan con cartelas formadas por trozos de perfiles que rigidizan el nudo y ayudan a contrarrestar el empuje que ejerce el poacutertico hacia el exterior
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5DurabilidaddelasestructurasLa durabilidad de una estructura de acero es su capacidad para soportar durante la vida uacutetil para la que ha sido proyectada las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que estaacute expuesta y que podriacutean llegar a provocar su degradacioacuten como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el anaacutelisis estructural
Para conseguir la durabilidad adecuada seraacute necesario seguir una estrategia que contemple todos los posibles mecanismos de degradacioacuten adoptando medidas especiacuteficas en funcioacuten de la agresividad a la que se encuentre sometido cada elemento
Deberaacuten incluirse al menos los siguientes aspectos
-Seleccioacuten de la forma estructural definiendo en el proyecto los esquemas estructurales las formas geomeacutetricas y los detalles que sean compatibles con la consecucioacuten de una adecuada durabilidad de la estructura Se facilitaraacute la preparacioacuten de las superficies el pintado las inspecciones y el mantenimiento
-Se procuraraacute evitar el empleo de disentildeos estructurales que conduzcan a una susceptibilidad elevada a la corrosioacuten eligiendo formas de los elementos sencillas
-Se reduciraacute al miacutenimo el contacto directo entre las superficies de acero y el agua
-Se evitaraacute el contacto directo del acero con otros metales (el aluminio de las carpinteriacuteas de cerramiento muros cortina etc)
-Cuando la estructura presente aacutereas cerradas o elementos huecos debe cuidarse que esteacuten protegidos de manera efectiva contra la corrosioacuten mediante soldadura continua
En casos de especial agresividad cuando las medidas normales de proteccioacuten no se consideren suficientes se podraacute recurrir a la disposicioacuten de sistemas especiales de proteccioacuten (materiales de recubrimiento en polvo productos para tratamiento quiacutemico de superficies)
51ProteccionesparaestructurasmetaacutelicasUna vez finalizada la construccioacuten de las estructuras metaacutelicas pueden aparecer problemas por alguna de las siguientes causas
Efectos del calor como consecuencia de incendios
Oxidacioacuten excesiva y consiguiente corrosioacuten
511ProteccioacutencontraincendiosAunque el hierro no es combustible no se puede considerar resistente al fuego no soacutelo porque disminuye sus resistencia en cuanto pasa de 500ordmC sino porque por efecto de su dilatacioacuten sufre grandes deformacionesLos materiales de proteccioacuten del acero que pueden utilizarse son granito maacutermol hormigoacuten faacutebrica de ladrillo ceraacutemico con mortero de cemento placas de yeso pinturas intumescentes etc
512ProteccioacutencontracorrosioacutenLa oxidacioacuten constituye el peor enemigo de las construcciones metaacutelicas Para evitarlo
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se cubre con un revestimiento protector y es indispensable que la superficie a tratar esteacute limpia de suciedad y oacutexido Deberaacute considerarse conjuntamente el tratamiento de proteccioacuten frente a incendio ya que los requisitos del mismo pueden determinar un grado de defensa frente a la corrosioacuten muy superior al estrictamente necesario especialmente en el caso de pinturas intumescentes y morteros proyectados
52DurabilidaddelHormigoacutenSe define en la Instruccioacuten espantildeola EHE la durabilidad del hormigoacuten como la capacidad para comportarse satisfactoriamente frente a las acciones fiacutesicas y quiacutemicas agresivas a lo largo de la vida uacutetil de la estructura protegiendo tambieacuten las armaduras y elementos metaacutelicos embebidos en su interior Por tanto no solo hay que considerar los efectos provocados por las cargas y solicitaciones sino tambieacuten las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que se expone Por ello se considera el tipo de ambiente en que se va a encontrar la estructura y que puede afectar a la corrosioacuten de las armaduras ambientes quiacutemicos agresivos zonas afectadas por ciclos de hielo-deshielo etc Para garantizar la durabilidad del hormigoacuten y la proteccioacuten de las armaduras frente a la corrosioacuten es importante realizar un hormigoacuten con una permeabilidad reducida realizando una mezcla con una relacioacuten aguacemento baja una compactacioacuten idoacutenea un peso en cemento adecuado y la hidratacioacuten suficiente de eacuteste antildeadiendo agua de curado para completarlo De esta forma se consigue que haya los menos poros posibles y una red capilar interna poco comunicada y asiacute se reducen los ataques al hormigoacuten En los casos de existencia de sulfatos en el terreno o de agua de mar se deben emplear cementos especiales Para prevenir la corrosioacuten de armaduras hay que cuidar el recubrimiento miacutenimo de las mismas
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6Casodeestudio 61Descripcioacutendelanave La nave que se pretende calcular es una nave formada por dos poacuterticos adosados a dos aguas con una longitud total de 85m La separacioacuten de los poacuterticos entre siacute va a ser de 5m La luz de dicha nave va a ser de 25m por cada poacutertico la altura de cabeza de pilar va a ser de 7m y la de cumbrera de 9m A continuacioacuten se adjunta una foto del esqueleto de la nave donde se puede observar que en los poacuterticos de los extremos se han situado arriostramientos para transmitir los efectos de las acciones a la cimentacioacuten
Figura 1 Nave industrial del caso de estudio
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62Localizacioacuten La nave industrial que se ha calculado en el presente proyecto se ubicaraacute en la parcela nordm36 del poliacutegono industrial de Villareal con acceso principal en la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell sn El poliacutegono industrial cuanta con buenos viales de comunicacioacuten que permiten localizarla sin dificultad como queda definido en la siguiente imagen de situacioacuten Aclaracioacuten Tras tomar la salida del poliacutegono industrial desde la nacional 340 por la avenida Castelloacute y tomar la primera salida en la primera rotonda se llega a la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell donde esta la nave situada
Figura 2 Accesos a la nave industrial
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63Normativamunicipal
Figura 3 Situacioacuten geograacutefica de la nave industrial Todas las obras a realizar por el presente proyecto se someteraacuten a la normativa municipal que indique el Excmo Ayuntamiento de Villareal Castelloacuten
La superficie total de la parcela seguacuten el catastro es de 719333 m2
La parcela estaacute clasificada como suelo urbano Industrial y su aprovechamiento urbaniacutestico es el que se pasa a detallar a continuacioacuten
Superficie maacutexima edificable 719333 m2 13 = 553333 m2
Ocupacioacuten permitida 100
Volumen maacuteximo sin especificacioacuten
Plazas de parking miacutenimo una plaza por cada 200 m2
Vallado miacutenimo 2m de altura
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64NormativalegalaplicableatodalanaveEn la redaccioacuten del presente Proyecto de Ejecucioacuten se ha tenido en cuenta
-Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacuten (CTE) y particularmente sus siguientes documentos baacutesicos (DB)El DB-SE constituye la base para los Documentos Baacutesicos siguientes y se utilizaraacute conjuntamente con ellos
-Documento Baacutesico SE (Seguridad Estructural)
-Documento Baacutesico SE-AE (Acciones en la Edificacioacuten)
En este Documento Baacutesico se establecen las formas en que deben combinarse las diferentes acciones que actuacutean sobre el edificio definiendo los diferentes coeficientes de seguridad de forma global para todos los materiales De esta forma se establecen entre otros los liacutemites de las deformaciones admisibles que deben verificar las estructuras de edificacioacuten
-Documento Baacutesico SE-A (Acciones de la edificacioacuten)
En el campo de aplicacioacuten de este Documento Baacutesico es el de la determinacioacuten de las acciones permanentes variables y accidentales sobre los edificios para verificar el cumplimiento de los requisitos de seguridad estructural (capacidad portante y estabilidad) y aptitud al servicio establecidos en el DB-SE
-Documento Baacutesico SE-A (Seguridad Estructural Acero)
En este documento se adopta baacutesicamente el enfoque del Eurocoacutedigo de acero EN-1993 contemplando las distintas combinaciones de caacutelculo elaacutestico y plaacutestico en base a la clasificacioacuten de secciones seguacuten el Eurocoacutedigo El documento se adapta al tipo de aceros que se comercializan actualmente e incluye modelos de anaacutelisis para uniones
-Documento Baacutesico SI (Seguridad en caso de Incendio)
Este Documento Baacutesico es una normativa de construccioacuten espantildeola que forma parte del Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacutenregula especiacuteficamente las medidas de proteccioacuten contra incendios con que deben contar los edificios de nueva planta Es una normativa de obligado cumplimiento en Espantildea por lo que todos los edificios construidos desde su entrada en vigor en 2006 deben incorporar las soluciones constructivas que recoge la normativa a excepcioacuten de los edificios industriales que se rigen por el Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales
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7MetodologiacuteadecaacutelculoEl caacutelculo de la nave se llevaraacute a cabo con la herramienta de software de CYPE Ingenieros versioacuten 2015
Este programa es capaz de calcular edificios naves industriales y cualquier otro tupo de estructura Mediante la aplicacioacuten de meacutetodos matriciales obtiene una forma relativamente sencilla y fiable del dimensionado y la optimizacioacuten de estructuras
El software de CYPE Ingenieros se estructura en diferentes aplicaciones cada una de las cuales estaacute especiacuteficamente disentildeada para una finalidad concreta
71GeneradordepoacuterticosEl generados de poacuterticos es un programa perteneciente al paquete CYPE Ingenieros que dada su sencillez y facilidad de uso permite hacer un dimensionado faacutecil y raacutepido de las correas a disponer Entre sus funcionalidades destacan
-Crear de forma sencilla y raacutepida la geometriacutea y las cargas de peso propio sobrecarga de uso viento y nieve de un poacutertico formado por nudos riacutegidos celosiacuteas o cerchas Las cargas de viento y nieve se generan automaacuteticamente seguacuten la norma y la zona elegida
-Proporcionar el dimensionado de correas de cubiertas y laterales de fachadas optimizando el perfil y la separacioacuten entre correas
-Exportar a CYPE 3D la geometriacutea del poacutertico con apoyos biarticulados o biempotrados sus cargas y los coeficientes de pandeo de las barras que lo componen suponiendo la estructura traslacional o intraslacional Se exportan todas las cargas de viento las de cubierta las del los laterales de la nave y las perpendiculares a los poacuterticos de pared final (muro pintildeoacuten) Estas cargas se exportan como cargas superficiales lo que facilita enormementela labor de introduccioacuten de datos
72Cype3DEste moacutedulo ha sido disentildeado para ofrecer al usuario un software de mayores prestaciones con relacioacuten al dimensionado de estructuras de acero Permite calcular cualquier tipo de estructura formada por barras de acero de acuerdo con la normativa seleccionada Estaacute adaptado al CTE y tambieacuten a otras normativas nacionales e internacionales Las funcionalidades maacutes importante que se han utilizado para este proyecto son
-Descripcioacuten de los nudos la tipologiacutea de los nudos es muy completa Pueden definirse las vinculaciones interiores y coacciones exteriores las cuales permiten que los nudos puedan definirse como empotrados semiempotrados apoyos elaacutesticos apoyos con desplazamientos libres seguacuten un plano o recta a definir
-Agrupacioacuten y descripcioacuten de las barras permite la agrupacioacuten e introduccioacuten de barras de acero y dimensiona la seccioacuten llegando a su optimizacioacuten maacutexima Emplea perfiles de acero laminado armado y conformado que gestiona desde su amplia base de daros compuesta por perfiles de los fabricantes maacutes extendidos Puede crear perfiles compuestos a partir de perfiles simples con unioacuten soldada platabandas presillas etc Tambieacuten puede definir cartelas en los extremos perfiles de canto variable vigas boyd y barras mixtas
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-Introduccioacuten a coeficientes de pandeo y pandeo lateral permite introducir coeficientes de pandeo o longitudes de pandeo y el coeficiente de momentos de cada barra Tambieacuten calcula automaacuteticamente la longitud de pandeo de las barras seguacuten el meacutetodo aproximado El usuario tambieacuten puede activar en cualquier barra la comprobacioacuten de pandeo lateral
-Restriccioacuten de flechas liacutemites de las barras de la estructura el programa posibilita al usuario limitar la flecha de las barras para que el dimensionado de los perfiles tenga en cuenta las restriccioacuten impuesta El usuario puede imponer liacutemites a las flechas maacutexima y relativa tanto para sus calores absolutos como para sus calores relativos a la longitud entre los extremos y los puntos de inflexioacuten de la deformada
-Caacutelculo y optimizacioacuten de la estructura el programas hace todas las comprobaciones pertinente siempre de acorde a la norma para que se cumplan todos los requisitos en caso de no ser asiacute muestra que condiciones no se estaacuten cumpliendo
-Caacutelculo y dimensionado de uniones soldadas y atornilladas el programa realiza el caacutelculo y dimensionado automaacutetico de uniones soldadas y atornilladas de perfiles laminados y armados en doble T
-Caacutelculo y dimensionado de placas de anclaje
-Resultados planos y listados se proporciona una memoria justificativa del proyecto los listados detallados de las comprobaciones seguacuten la norma seleccionada y los planos de la estructura metaacutelica de la nave
73Generadordeprecios El generador de precios es una herramienta informaacutetica que pertenece a CYPE ingenieros que permite a los arquitectos y responsables de los proyectos obtener precios (para obra nueva rehabilitacioacuten y espacios urbanos) con las previsiones de costes ajustadas al maacuteximo a la realidad y facilitar la elaboracioacuten de una documentacioacuten de proyecto de calidad (completa consistente y con informacioacuten teacutecnica vinculada a cada unidad de obra) uacutetil para las distintas fases del ciclo de vida del edificio (estudios previos anteproyecto proyecto baacutesico y de ejecucioacuten direccioacuten y ejecucioacuten de la obra uso y mantenimiento deconstruccioacuten y reciclado final) Incluye productos de fabricantes y productos geneacutericos
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8Dimensionado
81Procedimientodedimensionado
811CaacutelculodelascorreasdecubiertaLas correas e cubierta son aquellos elementos cuya misioacuten es la de soportar al propio material de cerramiento de la cubierta transmitiendo su peso a las cerchas y estas a su vez a los pilares los cuales transmitiraacuten la carga a los pilares Asiacute mismo desempentildean la funcioacuten de arriostrar los poacuterticos fuera de su plano
Utilizando el generado de poacuterticos se generara un poacutertico y se estableceraacute cierta separacioacuten entre ellos asiacute como tambieacuten se generaraacuten las diferentes cargas de nieve y viento Se seleccionaraacuten las correas y por uacuteltimo se exporta a CYPE 3D
812CreacioacutendelageometriacuteadelanaveAprovechando la estructura que se ha generado con la exportacioacuten que se ha realizado desde el generador de poacuterticos se introducen los elementos restantes para completar la geometriacutea de la nave
Entre los maacutes destacados hay que resaltar
-Pilares intermedios de los poacuterticos de los extremos
-Vigas de atados de cabeza de pilar
-Vigas montantes
-Tirantes de las cruces de San Andreacutes
813DescripcioacutendelosnudosUna vez definida la geometriacutea de la nave se procederaacute a describir el comportamiento de los nudos de la estructura empotrada en esta nave se han asignado los siguientes nudos
-Todos los pilares van con vinculacioacuten exterior empotrada en la base
-Todas las uniones entre pilar-viga se efectuaraacuten con vinculacioacuten interior empotrada que seraacute resuelta a traveacutes de cartelas
-Las uniones entre las vigas de cumbrera iraacuten con vinculacioacuten interior empotrada donde seraacute necesario introducir cartelas
-Las uniones entre elementos de la estructura como vigas de atado de cabeza de pilares vigas montantes o las cruces de San Andreacutes iraacuten articuladas
814DescripcioacutendebarrasPara finalizar se describiraacuten todas las barras de la estructura Para ello se han agrupado todas las barras del mismo tipo para ahorrar trabajo optimizando la gestioacuten el control de caacutelculo y la ejecucioacuten de la estructura
Todas las barras deben predimensionarse con una porcioacuten parecida a la solucioacuten final para que el programa encuentre la solucioacuten lo antes posible Tambieacuten es muy importante disponer una cartela inicial adecuada ajo los dinteles que sea como miacutenimo
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la decima parte de la luz
Tras agrupar las barras de forma clara hay que asignar a toda la estructura el tipo de material S275
815PandeoEn los planos de los poacuterticos se ha considerado la estructura como traslacional y en los planos de los cerramientos y las cubiertas la nave puede considerarse como intraslacional
El criterio que usa CYPE es el siguiente
-El plano deacutebil del perfil se denomina plano ldquoxyrdquo y se corresponde con el plano paralelo a las alas del perfil
-El plano fuerte del perfil se denomina plano ldquoxzrdquo y se corresponde al plano que contiene el alma ce la pieza
Por lo que se aplicaraacuten los diferentes coeficientes de pandeo teniendo en cuenta las condiciones de contorno de las que dispone cada barra para cada plano Los coeficientes asignados son los siguientes
-Pilares exteriores de los poacuterticos interiores xzAElig14 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos interiores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares exteriores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Jaacutecenas xzAElig10 xyAElig0
-Cruces de San Andreacutes xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos interiores xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos exteriores xzAElig1 xyAElig1
Estos coeficientes de pandeo van a afectar decisivamente al caacutelculo de la estructura Es muy importante aplicar estos coeficientes basados en datos sensatos y coherentes y que despueacutes se materialicen en la obra de lo contrario no estariacuteamos calculando la obra que se esta construyendo con el consiguiente riesgo antildeadido
Entre alma y alma de los pilares consecutivos se supone el caso maacutes desfavorablesin cerramiento Esta condicioacuten de contorno hace que se ponga a 07 este coeficiente de pandeo en el plano xy
En el plano de inercia xz los pilares estaacuten empotrados teniendo en la base un nudo que imposibilita su desplazamiento y giro pero en su conexioacuten con el dintel si que puede existir desplazamiento por ello se asignara un coeficiente de pandeo de 14
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En el plano deacutebil de los dinteles tenemos que las correas los arriostran y en el plano fuerte estos dinteles estaacuten biempotrados en sus extremos al pilar y al otro dintel respectivamente En este plano la pieza es biempotrada traslacional por lo que le corresponde un coeficiente de pandeo aproximadamente de 1
Una vez razonados y aplicados los coeficientes de pandeo en cada planoprincipal de cada barra se modificaraacuten los coeficientes de empotramiento de los extremos de las vigas de atado y de los marcos de las cruces de San Andreacutes en cada uno de sus planos para despueacutes articular sus extremos
816FlechasSe limitaraacute la flecha maacutexima en el plano fuerte de las barras sometidas a flexioacuten que es en el plano en que van a dominar las cargas
Se limita la flecha maacutexima de acuerdo con el tipo de edificio y los elementos implicados en la deformacioacuten Seguacuten CTE DB-SE apartado 43 Cuando se considere la integridad de los elementos constructivos considerando soacutelo las deformaciones que se produce despueacutes de la puesta en obra del elemento la flecha relativa es menor que L300 para elementos horizontales y menor de L250 para pilares
817PlacasdeanclajeUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles el propio programa nos calcula las propias placas de anclaje incluyendo dimensiones de las mismas rigidizadores y tamantildeo longitud y nuacutemero de pernos debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
818CimentacioacutenUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles ademaacutes de las placas de anclaje el propio programa nos calcula las reacciones y cargas a cimentacioacuten que nos genera nuestra estructura debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
Utilizaremos como tensioacuten de trabajo del suelo 02 MPa confirmado por el tipo de terreno sobre el que se pretende construirTendremos en cuenta para el caacutelculo de la cimentacioacuten de la nave del presente proyecto tanto la Norma EHE como el CTE en su apartado destinado a cimentaciones CTE parte 2-DB SE-C- Seguridad Estructural
82Accionesconsideradas
821CargaspermanentesLas cargas permanentes estaacute constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que estaacuten permanentemente unidos a la
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
ܥ ൌ ͳǡ͵
ൌ ͳ
௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
ǣ
De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
ഝభబ െ ͳሻοߠǡ௧
siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
ܣ
Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
ͺǣ
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46
Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
ͻǣ
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7
3ElaceroLos metales que se emplean en estructuras metaacutelicas son principalmente el acero ordinario el acero inoxidable y el aluminio
El acero es el material estructural por excelencia para grandes alturas puesto que resuelve con eacutexito los planteamientos estructurales de soportar el peso con pilares de dimensiones reducidas resistir el empuje ante el vuelco y evitar movimientos debidos a la accioacuten del viento
El acero ordinario es el maacutes empleado y existen los siguientes tipos (seguacuten la norma EN 10027)
S235JR S235J0 S275JR
S275J0 S355JR S355J0
S235J2 S275J2 S355J2
La primera sigla es una ldquoSrdquo (de Steel acero en lengua inglesa)
La siguiente cantidad numeacuterica es el liacutemite elaacutestico en MPa en elementos cuyo espesor no supere los 16 mm En espesores superiores la resistencia de caacutelculo es menor
Las uacuteltimas siglas indican su sensibilidad a la rotura fraacutegil y su soldabilidad
- JR para construcciones ordinarias
- J0 cuando se requiere alta soldabilidad y resistencia a la rotura fraacutegil
- J2 cuando se requiere exigencias especiales de resistencia resistencia a la rotura fraacutegil y soldabilidad
31CaracteriacutesticasmecaacutenicasdelaceroLos valores fundamentales para el disentildeo de las piezas de acero son
-El liacutemite elaacutestico El liacutemite elaacutestico es la carga unitaria para la que se inicia el escaloacuten de cedencia es decir a partir del cual las deformaciones no son recuperables
-El liacutemite de rotura El liacutemite de rotura es la carga unitaria maacutexima soportada por el acero en el ensayo de traccioacuten Los valores del liacutemite elaacutestico y de rotura dependen del tipo de acero pero hay otras caracteriacutesticas que son comunes para todos los aceros
-Moacutedulo de Elasticidad E=210 GPa
-Moacutedulo de Rigidez G=81 GPa
-Coeficiente de Poisson 03
-Coeficiente de dilatacioacuten teacutermica 12middot10-5 (ordmC)-1
-Densidad 7850 kgm3
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32CaracteriacutesticastecnoloacutegicasdelaceroLa soldabilidades la aptitud de un acero para ser soldado mediante los procedimientos habituales sin que aparezca fisuracioacuten en friacuteo Es una caracteriacutestica tecnoloacutegica importante de cara a la ejecucioacuten de la estructura
La resistencia al desgarro laminar del acero se define como la resistencia a la aparicioacuten de defectos en piezas soldadas sometidas a tensiones de traccioacuten en direccioacuten perpendicular a su superficie
La aptitud al doblado es un iacutendice de la ductilidad del material y se define por la ausencia o presencia de fisuras en el ensayo de doblado
33LostiposdeaceromaacutesusadosenestructurasLos siguientes tipos de acero utilizables en perfiles y chapas para estructuras de acero
-Aceros laminados en caliente Se entiende por tales los aceros no aleados sin caracteriacutesticas especiales de resistencia mecaacutenica ni resistencia a la corrosioacuten y con una microestructura normal
-Aceros con caracteriacutesticas especiales Se consideran los siguientes tipos
-Aceros normalizados de grano fino para construccioacuten soldada
-Aceros de laminado termomecaacutenico de grano fino para construccioacuten soldada
-Aceros con resistencia mejorada a la corrosioacuten
-Aceros templados y revenidos
-Aceros con resistencia mejorada a la deformacioacuten en la direccioacuten perpendicular a la superficie del producto
-Aceros conformados en friacuteo Se entiende por tales los aceros cuyo proceso de fabricacioacuten consiste en un conformado en friacuteo que les confiere unas caracteriacutesticas especiacuteficas desde los puntos de vista de la seccioacuten y la resistencia mecaacutenica
34Ventajasdelasestructurasmetaacutelicas Antantildeo en cuanto al caacutelculo se refiere el eacutexito o el fracaso de la obra se determinaba seguacuten si el edificio a calcular en cuestioacuten era capaz de soportar las cargar que se le aplicaban o no Progresivamente a traveacutes de siglos de estudio y experiencia el conocimiento sobre dimensionado de elementos estructurales se ha visto ampliado gracias al estudio de la materia por lo que se han llegado a establecer diversas teacutecnicas de caacutelculo que permiten que el disentildeo estructural tenga unos resultados muy fiables
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Naturalmente las estructuras metaacutelicas presentan ciertas ventajas frente a las estructuras de hormigoacuten las cuales vienen principalmente de las diferencias entre los materiales Las maacutes importantes se relatan a continuacioacuten -Realizacioacuten del maacuteximo trabajo en taller ejecutando todas las soldaduras y dejando todos los elementos listos para el ensamblaje mediante uniones atornilladas en obra -Garantiza un estricto control de calidad reduciendo la posibilidad de fallo humano -Permite la proyeccioacuten de naves con elevadas luces resultando naves maacutes ligeras y esbeltas -Gracias a la ligereza de la estructura y a las diferencias de seccioacuten necesarias para la misma obra frente a otros materiales el aprovechamiento del espacio es maacuteximo -Enorme adaptabilidad a cualquier solucioacuten deseada ya sea por medio de entramados riacutegidos o articulados -Gran facilidad en el ensamblaje de la obra durante su ejecucioacuten -Precios muy competitivos frente a otros materiales ademaacutes de la rapidez de ejecucioacuten de la obra lo que lleva a un correcto plan de obra que a su vez permitiraacute un ahorro en los costes de construccioacuten A la vez la ligereza de las estructuras metaacutelicas implican una reduccioacuten de los costes de transporte y una reduccioacuten del coste de las cimentaciones -La adaptabilidad del acero es de especial relevancia en casos de rehabilitacioacuten ya sea para reforzar estructuras existentes o para una completa reconstruccioacuten manteniendo las fachadas El acero se entrega prefabricado en obra no necesita ser apuntalado y tampoco sufre retraccioacuten o fluencia por lo que puede asumir carga de inmediato -El desarrollo de nuevos sistemas de proteccioacuten contra la corrosioacuten garantizan con un mantenimiento miacutenimo una vida casi ilimitada para las estructuras realizadas con acero -Cuando termina la vida uacutetil del edificio la estructura metaacutelica de acero puede ser desmontada y posteriormente utilizada en nuevos usos o ser re-aprovechada con un faacutecil reciclaje -La estructura metaacutelica en acero supone un peso reducido segura en caso de seiacutesmo
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4ElementosestructuralesAlgunos de los elementos resistentes de que constan las estructuras industriales son los siguientes
41CimentacioacutenSe denomina cimentacioacuten al conjunto de elementos estructurales cuya misioacuten es transmitir las cargas de la edificacioacuten o elementos apoyados a este al suelo distribuyeacutendolas de forma que no superen su presioacuten admisible ni produzcan cargas zonales Debido a que la resistencia del suelo es generalmente menor que la de los pilares o muros que soportaraacute el aacuterea de contacto entre el suelo y la cimentacioacuten seraacute proporcionalmente maacutes grande que los elementos soportados
La eleccioacuten del tipo de cimentacioacuten depende especialmente de las caracteriacutesticas mecaacutenicas del terreno como su cohesioacuten su aacutengulo de rozamiento interno posicioacuten del nivel freaacutetico y tambieacuten de la magnitud de las cargas existentes A partir de todos esos datos se calcula la capacidad portante que junto con la homogeneidad del terreno aconsejan usar un tipo u otro diferente de cimentacioacuten Siempre que es posible se emplean cimentaciones superficiales ya que son el tipo de cimentacioacuten menos costoso y maacutes simple de ejecutar Cuando por problemas con la capacidad portante o la homogeneidad del mismo no es posible usar cimentacioacuten superficial se valoran otros tipos de cimentaciones Hay dos tipos fundamentales de cimentacioacuten directas y profundas
411CimentacionessuperficialesodirectasSon aquellas que se apoyan en las capas superficiales o poco profundas del suelo por tener eacuteste suficiente capacidad portante por tratarse de construcciones de importancia secundaria y relativamente livianas En este tipo de cimentacioacuten la carga se reparte en un plano de apoyo horizontal Las cimentaciones superficiales se clasifican en -Cimentaciones cicloacutepeas -Zapatas Zapatas aisladas Zapatas corridas Zapatas combinadas -Losas de cimentacioacuten
412CimentacionesprofundasSe basan en el esfuerzo cortante entre el terreno y la cimentacioacuten para soportar las cargas aplicadas o maacutes exactamente en la friccioacuten vertical entre la cimentacioacuten y el terreno Deben ubicarse maacutes profundamente para poder distribuir sobre una gran aacuterea un esfuerzo suficientemente grande para soportar la carga Algunos meacutetodos utilizados en cimentaciones profundas son -Pilotes son elementos de cimentacioacuten esbeltos que se hincan (pilotes de desplazamiento prefabricados) o construyen en una cavidad previamente abierta en el
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terreno (pilotes de extraccioacuten ejecutados in situ) -Pantallas es necesario anclar el muro al terreno
Pantallas isostaacuteticas con una liacutenea de anclajes Pantallas hiperestaacuteticas dos o maacutes liacuteneas de anclajes
42PlacasdeanclajeLas placas de anclaje son elementos estructurales que se emplean para unir los soportes metaacutelicos a la cimentacioacuten y que tienen como objeto hacer que la transicioacuten del acero al hormigoacuten se realice sin que en ninguacuten punto se sobrepasen las tensiones admisibles en este material
El material que constituye el cimiento (casi siempre hormigoacuten) es menos resistente que el acero por lo que la base debe ampliar la seccioacuten del soporte de acero hasta conseguir una superficie adecuada de contacto con el hormigoacuten para que la transmisioacuten de esfuerzos de uno a otro material sea lo maacutes uniforme posible
La placa de anclaje debe estar sujeta al cimiento mediante unos pernos de anclaje que quedan embebidos en el hormigoacuten y que al fraguar y endurecer eacuteste trabajan por adherencia
Los elementos que constituyen una base del tipo generalmente utilizado en edificacioacuten son
-Placa de base o de reparto
-Cartelas de rigidez
-Pernos de anclaje
Salvo en el caso excepcional de que el pie del soporte sea articulado los soportes se consideran empotrados en la cimentacioacuten lo que hace que la placa de anclaje deba prepararse para resistir los siguientes esfuerzos axil momento flector cortante y momento torsor
43PilaresLos pilares son elementos verticales sometidos principalmente a compresioacuten y a flexioacuten pequentildea o nula Son los elementos que transmiten las cargas verticales al terreno a traveacutes de los cimientos y las bases Para dimensionar un pilar se tendraacute en cuenta el tipo de acero el tipo de carga que va a recibir el perfil la longitud del soporte (por si hubiese pandeo) y la carga axial de compresioacuten
Los pilares simples maacutes utilizados son el HEB el HEA el IPN y el IPE Con ellos se obtiene gran aprovechamiento y son muy aptos para formar pilares en poacuterticos riacutegidos
Lo pilares simples de varios perfiles maacutes utilizados son los formados por 2 UPN
Los pilares compuestos se obtienen acoplando perfiles separados enlazados por medio de elementos transversales discontinuos Pueden estar unidos mediante presillas o
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mediante celosiacutea
44VigasLas jaacutecenas o vigas son elementos lineales en las que una dimensioacuten predomina sobre las otras dos Su forma de trabajo es casi exclusivamente a flexioacuten por ello suelen adoptar forma de I para tratar de obtener la maacutexima inercia y el mayor moacutedulo resistente con el material disponible tratando de mejorar el rendimiento
Las vigas son los elementos sustentantes horizontales o como en las cubiertas ligeramente inclinados que reciben las cargas verticales y las transmiten trabajando a flexioacuten a los pilares o apoyos
Las cargas que la viga recibe producen en sus secciones los siguientes esfuerzos momento flector esfuerzo cortante y torsiones (algunas veces)
441VigassimplesLos perfiles empleados son IPN IPE o HE El empleo de los perfiles IPE resulta maacutes econoacutemico en general tanto por su mayor rendimiento mecaacutenico como por la simplificacioacuten que en empalmes y uniones proporciona el espesor uniforme de las alas
Los perfiles simples laminados tienen la ventaja sobre la viga armada que para igual resistencia su coste es menor
442VigasmuacuteltiplesSon las vigas constituidas por dos o maacutes perfiles I adosados unidos a traveacutes de elementos de unioacuten tales como perfiles presillas tornillos pasantes etc que solidaricen eficazmente los perfiles componentes
443VigasreforzadasLa utilizacioacuten de refuerzos con chapa o pletina en las estructuras metaacutelicas es de gran eficacia para conseguir ahorro de material
Que un refuerzo sea econoacutemico o no depende de los valores relativos de la chapa el perfil y el cordoacuten de soldadura
El elemento de refuerzo maacutes utilizado es la chapa o platabanda Se utilizan estos refuerzos cuando queremos moacutedulos resistentes (W) mayores que los existentes en el mercado o cuando exista limitacioacuten de canto
444VigasojaacutecenasarmadasLas vigas armadas estaacuten formadas por varias pletinas o chapas unidas con cualquiera de los medios de unioacuten soldadura roblones angulares y tornillos etc
Para unas solicitaciones determinadas siempre es posible encontrar una viga armada de menor peso que el perfil laminado que corresponderiacutea a esas solicitaciones Sin embargo aun con mayor peso los perfiles laminados son siempre maacutes econoacutemicos que las vigas armadas debido al menor coste de fabricacioacuten
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445VigasojaacutecenasaligeradasSon vigas de alma aligerada
La solucioacuten de las vigas aligeradas puede resultar muy econoacutemica cuando pueda adoptarse el canto que se estime maacutes conveniente y cuando la flexioacuten predomine sobre el esfuerzo cortante es decir cuando se trate de luces grandes y de cargas moderadas
A esta clase de vigas se les ha dado diversas denominaciones vigas alveoladas vigas void en panal de abeja
446VigasdecelosiacuteaLas vigas de celosiacutea son de gran utilidad en las construcciones metaacutelicas especialmente en edificaciones industriales y para grandes luces
Para luces de cierta importancia el peso de estas vigas es inferior al de las vigas de alma llena equivalentes El coste de una estructura es el resultado de tres sumandos coste del material de la fabricacioacuten y del montaje Estos uacuteltimos variacutean notablemente seguacuten las circunstancias
El mejor aprovechamiento a efectos resistentes de las vigas de celosiacutea con relacioacuten a las de alma llena se refleja en que mientras que en una viga de alma llena las tensiones maacuteximas de agotamiento se alcanzaraacuten soacutelo en dos puntos de su seccioacuten en una barra triangulada puede conseguirse que toda la seccioacuten tanto los cordones como las diagonales se agoten uniformemente teniendo en cuenta que las barras a compresioacuten deben dimensionarse teniendo en cuenta el pandeo
Las vigas de celosiacutea suelen estar constituidas por cordoacuten superior cordoacuten inferior elementos de relleno (montantes y diagonales) y medios de unioacuten (cartelas soldadura tornilleriacutea etc)
Los cordones pueden ser paralelos o no A aquellos cuyos cordones son paralelos se les llama ldquovigas de celosiacuteardquo mientras que las que tienen dichos cordones inclinados se les denomina ldquocerchasrdquo
En las cerchas el cordoacuten superior sigue la inclinacioacuten de la cubierta Suelen ser estructuras ligeras con cartelas simples y barras constituidas por angulares o simples T
Las posibilidades y variedades de las vigas de celosiacutea son praacutecticamente infinitas seguacuten el trazado de los cordones y la disposicioacuten de la triangulacioacuten Sin embargo existen unos tipos que podriacuteamos llamar claacutesicos y son Pratt Howe y Warren
45CorreasLas correas son las vigas en que se apoya la chapa u otro tipo de techumbre por lo que tienen que soportar su peso asiacute como el debido a posibles cargas de nieve y viento Se encuentran a su vez apoyadas sobre las cerchas o los poacuterticos normalmente en un plano inclinado lo que hace tender a flectar tambieacuten en el sentido de la inclinacioacuten Siendo variable su separacioacuten dependiendo del material de cubierta etc
El apoyo de las correas sobre las cerchas o poacuterticos se aseguraraacute bien mediante uniones soldadas (un cordoacuten por cada lado de la correa con el maacuteximo espesor que permita la
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unioacuten) bien mediante uniones remachadas ponieacutendose un casquillo en angular
Las correas se calcularaacuten como vigas apoyadas con carga uniformemente distribuida
Suelen emplearse perfiles IPN simple T perfil Z o vigas de celosiacutea
46ArriostramientosTienen la funcioacuten de transmitir los esfuerzos producidos por el viento frontal sobre el poacutertico extremo a las paredes laterales que a su vez los transmitiraacuten al suelo
El arriostramiento baacutesico es la Cruz de San Andreacutes en forma de aspa que se coloca entre dos cerchas o poacuterticos y pueden abarcar varias correas para evitar aacutengulos pequentildeos y repartir bien los esfuerzos a las barras
Este tipo de configuracioacuten presenta el inconveniente de ser estaacuteticamente indeterminado con lo que tenemos que hacer hipoacutetesis para llegar a una que sea determinada Estas hipoacutetesis se hacen respecto a las diagonales cruzadas observando que cuando una diagonal estaacute en tensioacuten la contradiagonal estaacute en compresioacuten Por lo general se toman dos meacutetodos de anaacutelisis
-Si las diagonales se disentildean esbeltas es razonable suponer que no soportaraacuten esfuerzos de compresioacuten pues en caso contrario podriacutean pandear con gran facilidad Por lo tanto la fuerza cortante seraacute absorbida iacutentegramente por la diagonal en tensioacuten mientras que la diagonal en compresioacuten se supone que es un elemento que no trabaja es decir a todos los efectos es como si no existiese
-Si las barras diagonales se construyen con secciones robustas seraacuten capaces de soportar fuerzas de tensioacuten y de compresioacuten En este caso supondremos que cada diagonal toma la mitad de la fuerza cortante que aparezca
-Por estar sometidos a esfuerzos de traccioacuten estos elementos seraacuten esbeltos y de seccioacuten circular o rectangular (barras y varillas) existiendo tambieacuten de seccioacuten angular
-Las varillas (seccioacuten circular) han de engrosarse en sus extremos para compensar la peacuterdida de seccioacuten que supone la realizacioacuten de roscas para su fijacioacuten si bien en ocasiones se opta por disentildear tomando como seccioacuten resistente la correspondiente al aacuterea de la seccioacuten transversal de la rosca pues esta solucioacuten suele resultar maacutes econoacutemica aunque la pieza en este caso resulta ser maacutes sensible a efectos de impacto y de fatiga tendiendo a fallar por la zona de la rosca
47MediosdeUnioacuten
471UnionesatornilladasLos medios de unioacuten contemplados son los constituidos por tornillos tuercas y arandelas que deberaacuten estar normalizados y corresponder a los mismos grados del material que unen liacutemite elaacutestico y resistencia a traccioacuten
472UnionessoldadasUn acero se considera soldable seguacuten un grado un procedimiento determinado y para una aplicacioacuten especiacutefica cuando mediante la teacutecnica apropiada se puede conseguir la
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continuidad metaacutelica de la unioacuten y eacutesta cumpla con las exigencias requeridas
El material de aportacioacuten utilizable para la realizacioacuten de soldaduras (electrodos) deberaacute ser apropiado para el proceso de soldeo teniendo en cuenta al material a soldar y el procedimiento de soldeo ademaacutes deberaacute tener unas caracteriacutesticas mecaacutenicas en teacuterminos de liacutemite elaacutestico resistencia a traccioacuten deformacioacuten bajo carga maacutexima etc no inferiores a las correspondientes del material de base que constituye los perfiles o chapas que se pretende soldar
Meacutetodos de soldadura
-Soldadura manual con electrodo recubierto con recubrimientos de tipo rutilo o baacutesico
-Soldadura semiautomaacutetica bajo proteccioacuten gaseosa con hilo macizo tubular relleno de flux con transferencia de lluvia
-Soldadura semiautomaacutetica con hilo tubular relleno de flux sin proteccioacuten gaseosa con transferencia de lluvia
-Soldadura automaacutetica con arco sumergido
48TipologiacuteasestructuralesA la combinacioacuten de los distintos elementos estructurales y los materiales de que estaacuten hechos se les denomina sistema estructural Dichos sistemas estructurales pueden estar constituidos por la combinacioacuten de uno o varios tipos baacutesicos de estructuras Se recogen seguidamente una breve introduccioacuten a algunos de los tipos estructurales maacutes comunes en las construcciones industriales
481CerchasSon la parte principal de la cubierta Sobre eacutestas se apoyan las correas de tal forma que permiten que se transmitan las cargas actuantes sobre las correas a los soportes
Existen muchos tipos diferentes de cerchas y seguacuten sus triangulaciones asiacute podraacuten ser para mayor o menor luz
482PoacuterticosomarcosSe componen de vigas y columnas que estaacuten unidas entre siacute bien riacutegidamente o bien mediante articulaciones
Se clasifican en poacuterticos simples y poacuterticos muacuteltiples seguacuten consten de uno o varios vanos
Suelen ser poacuterticos a dos aguas adaptaacutendose a la inclinacioacuten de los faldones con lo que se aprovecha maacutes el interior al no existir tirantes
El trabajo de un poacutertico es el de una viga apoyada por medio de empotramiento en dos soportes Los elementos que lo forman suelen ser de alma llena Los encuentros se refuerzan con cartelas formadas por trozos de perfiles que rigidizan el nudo y ayudan a contrarrestar el empuje que ejerce el poacutertico hacia el exterior
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5DurabilidaddelasestructurasLa durabilidad de una estructura de acero es su capacidad para soportar durante la vida uacutetil para la que ha sido proyectada las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que estaacute expuesta y que podriacutean llegar a provocar su degradacioacuten como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el anaacutelisis estructural
Para conseguir la durabilidad adecuada seraacute necesario seguir una estrategia que contemple todos los posibles mecanismos de degradacioacuten adoptando medidas especiacuteficas en funcioacuten de la agresividad a la que se encuentre sometido cada elemento
Deberaacuten incluirse al menos los siguientes aspectos
-Seleccioacuten de la forma estructural definiendo en el proyecto los esquemas estructurales las formas geomeacutetricas y los detalles que sean compatibles con la consecucioacuten de una adecuada durabilidad de la estructura Se facilitaraacute la preparacioacuten de las superficies el pintado las inspecciones y el mantenimiento
-Se procuraraacute evitar el empleo de disentildeos estructurales que conduzcan a una susceptibilidad elevada a la corrosioacuten eligiendo formas de los elementos sencillas
-Se reduciraacute al miacutenimo el contacto directo entre las superficies de acero y el agua
-Se evitaraacute el contacto directo del acero con otros metales (el aluminio de las carpinteriacuteas de cerramiento muros cortina etc)
-Cuando la estructura presente aacutereas cerradas o elementos huecos debe cuidarse que esteacuten protegidos de manera efectiva contra la corrosioacuten mediante soldadura continua
En casos de especial agresividad cuando las medidas normales de proteccioacuten no se consideren suficientes se podraacute recurrir a la disposicioacuten de sistemas especiales de proteccioacuten (materiales de recubrimiento en polvo productos para tratamiento quiacutemico de superficies)
51ProteccionesparaestructurasmetaacutelicasUna vez finalizada la construccioacuten de las estructuras metaacutelicas pueden aparecer problemas por alguna de las siguientes causas
Efectos del calor como consecuencia de incendios
Oxidacioacuten excesiva y consiguiente corrosioacuten
511ProteccioacutencontraincendiosAunque el hierro no es combustible no se puede considerar resistente al fuego no soacutelo porque disminuye sus resistencia en cuanto pasa de 500ordmC sino porque por efecto de su dilatacioacuten sufre grandes deformacionesLos materiales de proteccioacuten del acero que pueden utilizarse son granito maacutermol hormigoacuten faacutebrica de ladrillo ceraacutemico con mortero de cemento placas de yeso pinturas intumescentes etc
512ProteccioacutencontracorrosioacutenLa oxidacioacuten constituye el peor enemigo de las construcciones metaacutelicas Para evitarlo
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se cubre con un revestimiento protector y es indispensable que la superficie a tratar esteacute limpia de suciedad y oacutexido Deberaacute considerarse conjuntamente el tratamiento de proteccioacuten frente a incendio ya que los requisitos del mismo pueden determinar un grado de defensa frente a la corrosioacuten muy superior al estrictamente necesario especialmente en el caso de pinturas intumescentes y morteros proyectados
52DurabilidaddelHormigoacutenSe define en la Instruccioacuten espantildeola EHE la durabilidad del hormigoacuten como la capacidad para comportarse satisfactoriamente frente a las acciones fiacutesicas y quiacutemicas agresivas a lo largo de la vida uacutetil de la estructura protegiendo tambieacuten las armaduras y elementos metaacutelicos embebidos en su interior Por tanto no solo hay que considerar los efectos provocados por las cargas y solicitaciones sino tambieacuten las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que se expone Por ello se considera el tipo de ambiente en que se va a encontrar la estructura y que puede afectar a la corrosioacuten de las armaduras ambientes quiacutemicos agresivos zonas afectadas por ciclos de hielo-deshielo etc Para garantizar la durabilidad del hormigoacuten y la proteccioacuten de las armaduras frente a la corrosioacuten es importante realizar un hormigoacuten con una permeabilidad reducida realizando una mezcla con una relacioacuten aguacemento baja una compactacioacuten idoacutenea un peso en cemento adecuado y la hidratacioacuten suficiente de eacuteste antildeadiendo agua de curado para completarlo De esta forma se consigue que haya los menos poros posibles y una red capilar interna poco comunicada y asiacute se reducen los ataques al hormigoacuten En los casos de existencia de sulfatos en el terreno o de agua de mar se deben emplear cementos especiales Para prevenir la corrosioacuten de armaduras hay que cuidar el recubrimiento miacutenimo de las mismas
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6Casodeestudio 61Descripcioacutendelanave La nave que se pretende calcular es una nave formada por dos poacuterticos adosados a dos aguas con una longitud total de 85m La separacioacuten de los poacuterticos entre siacute va a ser de 5m La luz de dicha nave va a ser de 25m por cada poacutertico la altura de cabeza de pilar va a ser de 7m y la de cumbrera de 9m A continuacioacuten se adjunta una foto del esqueleto de la nave donde se puede observar que en los poacuterticos de los extremos se han situado arriostramientos para transmitir los efectos de las acciones a la cimentacioacuten
Figura 1 Nave industrial del caso de estudio
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62Localizacioacuten La nave industrial que se ha calculado en el presente proyecto se ubicaraacute en la parcela nordm36 del poliacutegono industrial de Villareal con acceso principal en la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell sn El poliacutegono industrial cuanta con buenos viales de comunicacioacuten que permiten localizarla sin dificultad como queda definido en la siguiente imagen de situacioacuten Aclaracioacuten Tras tomar la salida del poliacutegono industrial desde la nacional 340 por la avenida Castelloacute y tomar la primera salida en la primera rotonda se llega a la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell donde esta la nave situada
Figura 2 Accesos a la nave industrial
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63Normativamunicipal
Figura 3 Situacioacuten geograacutefica de la nave industrial Todas las obras a realizar por el presente proyecto se someteraacuten a la normativa municipal que indique el Excmo Ayuntamiento de Villareal Castelloacuten
La superficie total de la parcela seguacuten el catastro es de 719333 m2
La parcela estaacute clasificada como suelo urbano Industrial y su aprovechamiento urbaniacutestico es el que se pasa a detallar a continuacioacuten
Superficie maacutexima edificable 719333 m2 13 = 553333 m2
Ocupacioacuten permitida 100
Volumen maacuteximo sin especificacioacuten
Plazas de parking miacutenimo una plaza por cada 200 m2
Vallado miacutenimo 2m de altura
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64NormativalegalaplicableatodalanaveEn la redaccioacuten del presente Proyecto de Ejecucioacuten se ha tenido en cuenta
-Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacuten (CTE) y particularmente sus siguientes documentos baacutesicos (DB)El DB-SE constituye la base para los Documentos Baacutesicos siguientes y se utilizaraacute conjuntamente con ellos
-Documento Baacutesico SE (Seguridad Estructural)
-Documento Baacutesico SE-AE (Acciones en la Edificacioacuten)
En este Documento Baacutesico se establecen las formas en que deben combinarse las diferentes acciones que actuacutean sobre el edificio definiendo los diferentes coeficientes de seguridad de forma global para todos los materiales De esta forma se establecen entre otros los liacutemites de las deformaciones admisibles que deben verificar las estructuras de edificacioacuten
-Documento Baacutesico SE-A (Acciones de la edificacioacuten)
En el campo de aplicacioacuten de este Documento Baacutesico es el de la determinacioacuten de las acciones permanentes variables y accidentales sobre los edificios para verificar el cumplimiento de los requisitos de seguridad estructural (capacidad portante y estabilidad) y aptitud al servicio establecidos en el DB-SE
-Documento Baacutesico SE-A (Seguridad Estructural Acero)
En este documento se adopta baacutesicamente el enfoque del Eurocoacutedigo de acero EN-1993 contemplando las distintas combinaciones de caacutelculo elaacutestico y plaacutestico en base a la clasificacioacuten de secciones seguacuten el Eurocoacutedigo El documento se adapta al tipo de aceros que se comercializan actualmente e incluye modelos de anaacutelisis para uniones
-Documento Baacutesico SI (Seguridad en caso de Incendio)
Este Documento Baacutesico es una normativa de construccioacuten espantildeola que forma parte del Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacutenregula especiacuteficamente las medidas de proteccioacuten contra incendios con que deben contar los edificios de nueva planta Es una normativa de obligado cumplimiento en Espantildea por lo que todos los edificios construidos desde su entrada en vigor en 2006 deben incorporar las soluciones constructivas que recoge la normativa a excepcioacuten de los edificios industriales que se rigen por el Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales
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7MetodologiacuteadecaacutelculoEl caacutelculo de la nave se llevaraacute a cabo con la herramienta de software de CYPE Ingenieros versioacuten 2015
Este programa es capaz de calcular edificios naves industriales y cualquier otro tupo de estructura Mediante la aplicacioacuten de meacutetodos matriciales obtiene una forma relativamente sencilla y fiable del dimensionado y la optimizacioacuten de estructuras
El software de CYPE Ingenieros se estructura en diferentes aplicaciones cada una de las cuales estaacute especiacuteficamente disentildeada para una finalidad concreta
71GeneradordepoacuterticosEl generados de poacuterticos es un programa perteneciente al paquete CYPE Ingenieros que dada su sencillez y facilidad de uso permite hacer un dimensionado faacutecil y raacutepido de las correas a disponer Entre sus funcionalidades destacan
-Crear de forma sencilla y raacutepida la geometriacutea y las cargas de peso propio sobrecarga de uso viento y nieve de un poacutertico formado por nudos riacutegidos celosiacuteas o cerchas Las cargas de viento y nieve se generan automaacuteticamente seguacuten la norma y la zona elegida
-Proporcionar el dimensionado de correas de cubiertas y laterales de fachadas optimizando el perfil y la separacioacuten entre correas
-Exportar a CYPE 3D la geometriacutea del poacutertico con apoyos biarticulados o biempotrados sus cargas y los coeficientes de pandeo de las barras que lo componen suponiendo la estructura traslacional o intraslacional Se exportan todas las cargas de viento las de cubierta las del los laterales de la nave y las perpendiculares a los poacuterticos de pared final (muro pintildeoacuten) Estas cargas se exportan como cargas superficiales lo que facilita enormementela labor de introduccioacuten de datos
72Cype3DEste moacutedulo ha sido disentildeado para ofrecer al usuario un software de mayores prestaciones con relacioacuten al dimensionado de estructuras de acero Permite calcular cualquier tipo de estructura formada por barras de acero de acuerdo con la normativa seleccionada Estaacute adaptado al CTE y tambieacuten a otras normativas nacionales e internacionales Las funcionalidades maacutes importante que se han utilizado para este proyecto son
-Descripcioacuten de los nudos la tipologiacutea de los nudos es muy completa Pueden definirse las vinculaciones interiores y coacciones exteriores las cuales permiten que los nudos puedan definirse como empotrados semiempotrados apoyos elaacutesticos apoyos con desplazamientos libres seguacuten un plano o recta a definir
-Agrupacioacuten y descripcioacuten de las barras permite la agrupacioacuten e introduccioacuten de barras de acero y dimensiona la seccioacuten llegando a su optimizacioacuten maacutexima Emplea perfiles de acero laminado armado y conformado que gestiona desde su amplia base de daros compuesta por perfiles de los fabricantes maacutes extendidos Puede crear perfiles compuestos a partir de perfiles simples con unioacuten soldada platabandas presillas etc Tambieacuten puede definir cartelas en los extremos perfiles de canto variable vigas boyd y barras mixtas
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-Introduccioacuten a coeficientes de pandeo y pandeo lateral permite introducir coeficientes de pandeo o longitudes de pandeo y el coeficiente de momentos de cada barra Tambieacuten calcula automaacuteticamente la longitud de pandeo de las barras seguacuten el meacutetodo aproximado El usuario tambieacuten puede activar en cualquier barra la comprobacioacuten de pandeo lateral
-Restriccioacuten de flechas liacutemites de las barras de la estructura el programa posibilita al usuario limitar la flecha de las barras para que el dimensionado de los perfiles tenga en cuenta las restriccioacuten impuesta El usuario puede imponer liacutemites a las flechas maacutexima y relativa tanto para sus calores absolutos como para sus calores relativos a la longitud entre los extremos y los puntos de inflexioacuten de la deformada
-Caacutelculo y optimizacioacuten de la estructura el programas hace todas las comprobaciones pertinente siempre de acorde a la norma para que se cumplan todos los requisitos en caso de no ser asiacute muestra que condiciones no se estaacuten cumpliendo
-Caacutelculo y dimensionado de uniones soldadas y atornilladas el programa realiza el caacutelculo y dimensionado automaacutetico de uniones soldadas y atornilladas de perfiles laminados y armados en doble T
-Caacutelculo y dimensionado de placas de anclaje
-Resultados planos y listados se proporciona una memoria justificativa del proyecto los listados detallados de las comprobaciones seguacuten la norma seleccionada y los planos de la estructura metaacutelica de la nave
73Generadordeprecios El generador de precios es una herramienta informaacutetica que pertenece a CYPE ingenieros que permite a los arquitectos y responsables de los proyectos obtener precios (para obra nueva rehabilitacioacuten y espacios urbanos) con las previsiones de costes ajustadas al maacuteximo a la realidad y facilitar la elaboracioacuten de una documentacioacuten de proyecto de calidad (completa consistente y con informacioacuten teacutecnica vinculada a cada unidad de obra) uacutetil para las distintas fases del ciclo de vida del edificio (estudios previos anteproyecto proyecto baacutesico y de ejecucioacuten direccioacuten y ejecucioacuten de la obra uso y mantenimiento deconstruccioacuten y reciclado final) Incluye productos de fabricantes y productos geneacutericos
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8Dimensionado
81Procedimientodedimensionado
811CaacutelculodelascorreasdecubiertaLas correas e cubierta son aquellos elementos cuya misioacuten es la de soportar al propio material de cerramiento de la cubierta transmitiendo su peso a las cerchas y estas a su vez a los pilares los cuales transmitiraacuten la carga a los pilares Asiacute mismo desempentildean la funcioacuten de arriostrar los poacuterticos fuera de su plano
Utilizando el generado de poacuterticos se generara un poacutertico y se estableceraacute cierta separacioacuten entre ellos asiacute como tambieacuten se generaraacuten las diferentes cargas de nieve y viento Se seleccionaraacuten las correas y por uacuteltimo se exporta a CYPE 3D
812CreacioacutendelageometriacuteadelanaveAprovechando la estructura que se ha generado con la exportacioacuten que se ha realizado desde el generador de poacuterticos se introducen los elementos restantes para completar la geometriacutea de la nave
Entre los maacutes destacados hay que resaltar
-Pilares intermedios de los poacuterticos de los extremos
-Vigas de atados de cabeza de pilar
-Vigas montantes
-Tirantes de las cruces de San Andreacutes
813DescripcioacutendelosnudosUna vez definida la geometriacutea de la nave se procederaacute a describir el comportamiento de los nudos de la estructura empotrada en esta nave se han asignado los siguientes nudos
-Todos los pilares van con vinculacioacuten exterior empotrada en la base
-Todas las uniones entre pilar-viga se efectuaraacuten con vinculacioacuten interior empotrada que seraacute resuelta a traveacutes de cartelas
-Las uniones entre las vigas de cumbrera iraacuten con vinculacioacuten interior empotrada donde seraacute necesario introducir cartelas
-Las uniones entre elementos de la estructura como vigas de atado de cabeza de pilares vigas montantes o las cruces de San Andreacutes iraacuten articuladas
814DescripcioacutendebarrasPara finalizar se describiraacuten todas las barras de la estructura Para ello se han agrupado todas las barras del mismo tipo para ahorrar trabajo optimizando la gestioacuten el control de caacutelculo y la ejecucioacuten de la estructura
Todas las barras deben predimensionarse con una porcioacuten parecida a la solucioacuten final para que el programa encuentre la solucioacuten lo antes posible Tambieacuten es muy importante disponer una cartela inicial adecuada ajo los dinteles que sea como miacutenimo
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la decima parte de la luz
Tras agrupar las barras de forma clara hay que asignar a toda la estructura el tipo de material S275
815PandeoEn los planos de los poacuterticos se ha considerado la estructura como traslacional y en los planos de los cerramientos y las cubiertas la nave puede considerarse como intraslacional
El criterio que usa CYPE es el siguiente
-El plano deacutebil del perfil se denomina plano ldquoxyrdquo y se corresponde con el plano paralelo a las alas del perfil
-El plano fuerte del perfil se denomina plano ldquoxzrdquo y se corresponde al plano que contiene el alma ce la pieza
Por lo que se aplicaraacuten los diferentes coeficientes de pandeo teniendo en cuenta las condiciones de contorno de las que dispone cada barra para cada plano Los coeficientes asignados son los siguientes
-Pilares exteriores de los poacuterticos interiores xzAElig14 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos interiores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares exteriores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Jaacutecenas xzAElig10 xyAElig0
-Cruces de San Andreacutes xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos interiores xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos exteriores xzAElig1 xyAElig1
Estos coeficientes de pandeo van a afectar decisivamente al caacutelculo de la estructura Es muy importante aplicar estos coeficientes basados en datos sensatos y coherentes y que despueacutes se materialicen en la obra de lo contrario no estariacuteamos calculando la obra que se esta construyendo con el consiguiente riesgo antildeadido
Entre alma y alma de los pilares consecutivos se supone el caso maacutes desfavorablesin cerramiento Esta condicioacuten de contorno hace que se ponga a 07 este coeficiente de pandeo en el plano xy
En el plano de inercia xz los pilares estaacuten empotrados teniendo en la base un nudo que imposibilita su desplazamiento y giro pero en su conexioacuten con el dintel si que puede existir desplazamiento por ello se asignara un coeficiente de pandeo de 14
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En el plano deacutebil de los dinteles tenemos que las correas los arriostran y en el plano fuerte estos dinteles estaacuten biempotrados en sus extremos al pilar y al otro dintel respectivamente En este plano la pieza es biempotrada traslacional por lo que le corresponde un coeficiente de pandeo aproximadamente de 1
Una vez razonados y aplicados los coeficientes de pandeo en cada planoprincipal de cada barra se modificaraacuten los coeficientes de empotramiento de los extremos de las vigas de atado y de los marcos de las cruces de San Andreacutes en cada uno de sus planos para despueacutes articular sus extremos
816FlechasSe limitaraacute la flecha maacutexima en el plano fuerte de las barras sometidas a flexioacuten que es en el plano en que van a dominar las cargas
Se limita la flecha maacutexima de acuerdo con el tipo de edificio y los elementos implicados en la deformacioacuten Seguacuten CTE DB-SE apartado 43 Cuando se considere la integridad de los elementos constructivos considerando soacutelo las deformaciones que se produce despueacutes de la puesta en obra del elemento la flecha relativa es menor que L300 para elementos horizontales y menor de L250 para pilares
817PlacasdeanclajeUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles el propio programa nos calcula las propias placas de anclaje incluyendo dimensiones de las mismas rigidizadores y tamantildeo longitud y nuacutemero de pernos debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
818CimentacioacutenUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles ademaacutes de las placas de anclaje el propio programa nos calcula las reacciones y cargas a cimentacioacuten que nos genera nuestra estructura debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
Utilizaremos como tensioacuten de trabajo del suelo 02 MPa confirmado por el tipo de terreno sobre el que se pretende construirTendremos en cuenta para el caacutelculo de la cimentacioacuten de la nave del presente proyecto tanto la Norma EHE como el CTE en su apartado destinado a cimentaciones CTE parte 2-DB SE-C- Seguridad Estructural
82Accionesconsideradas
821CargaspermanentesLas cargas permanentes estaacute constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que estaacuten permanentemente unidos a la
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
ܥ ൌ ͳǡ͵
ൌ ͳ
௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
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De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
ഝభబ െ ͳሻοߠǡ௧
siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
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Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
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32CaracteriacutesticastecnoloacutegicasdelaceroLa soldabilidades la aptitud de un acero para ser soldado mediante los procedimientos habituales sin que aparezca fisuracioacuten en friacuteo Es una caracteriacutestica tecnoloacutegica importante de cara a la ejecucioacuten de la estructura
La resistencia al desgarro laminar del acero se define como la resistencia a la aparicioacuten de defectos en piezas soldadas sometidas a tensiones de traccioacuten en direccioacuten perpendicular a su superficie
La aptitud al doblado es un iacutendice de la ductilidad del material y se define por la ausencia o presencia de fisuras en el ensayo de doblado
33LostiposdeaceromaacutesusadosenestructurasLos siguientes tipos de acero utilizables en perfiles y chapas para estructuras de acero
-Aceros laminados en caliente Se entiende por tales los aceros no aleados sin caracteriacutesticas especiales de resistencia mecaacutenica ni resistencia a la corrosioacuten y con una microestructura normal
-Aceros con caracteriacutesticas especiales Se consideran los siguientes tipos
-Aceros normalizados de grano fino para construccioacuten soldada
-Aceros de laminado termomecaacutenico de grano fino para construccioacuten soldada
-Aceros con resistencia mejorada a la corrosioacuten
-Aceros templados y revenidos
-Aceros con resistencia mejorada a la deformacioacuten en la direccioacuten perpendicular a la superficie del producto
-Aceros conformados en friacuteo Se entiende por tales los aceros cuyo proceso de fabricacioacuten consiste en un conformado en friacuteo que les confiere unas caracteriacutesticas especiacuteficas desde los puntos de vista de la seccioacuten y la resistencia mecaacutenica
34Ventajasdelasestructurasmetaacutelicas Antantildeo en cuanto al caacutelculo se refiere el eacutexito o el fracaso de la obra se determinaba seguacuten si el edificio a calcular en cuestioacuten era capaz de soportar las cargar que se le aplicaban o no Progresivamente a traveacutes de siglos de estudio y experiencia el conocimiento sobre dimensionado de elementos estructurales se ha visto ampliado gracias al estudio de la materia por lo que se han llegado a establecer diversas teacutecnicas de caacutelculo que permiten que el disentildeo estructural tenga unos resultados muy fiables
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Naturalmente las estructuras metaacutelicas presentan ciertas ventajas frente a las estructuras de hormigoacuten las cuales vienen principalmente de las diferencias entre los materiales Las maacutes importantes se relatan a continuacioacuten -Realizacioacuten del maacuteximo trabajo en taller ejecutando todas las soldaduras y dejando todos los elementos listos para el ensamblaje mediante uniones atornilladas en obra -Garantiza un estricto control de calidad reduciendo la posibilidad de fallo humano -Permite la proyeccioacuten de naves con elevadas luces resultando naves maacutes ligeras y esbeltas -Gracias a la ligereza de la estructura y a las diferencias de seccioacuten necesarias para la misma obra frente a otros materiales el aprovechamiento del espacio es maacuteximo -Enorme adaptabilidad a cualquier solucioacuten deseada ya sea por medio de entramados riacutegidos o articulados -Gran facilidad en el ensamblaje de la obra durante su ejecucioacuten -Precios muy competitivos frente a otros materiales ademaacutes de la rapidez de ejecucioacuten de la obra lo que lleva a un correcto plan de obra que a su vez permitiraacute un ahorro en los costes de construccioacuten A la vez la ligereza de las estructuras metaacutelicas implican una reduccioacuten de los costes de transporte y una reduccioacuten del coste de las cimentaciones -La adaptabilidad del acero es de especial relevancia en casos de rehabilitacioacuten ya sea para reforzar estructuras existentes o para una completa reconstruccioacuten manteniendo las fachadas El acero se entrega prefabricado en obra no necesita ser apuntalado y tampoco sufre retraccioacuten o fluencia por lo que puede asumir carga de inmediato -El desarrollo de nuevos sistemas de proteccioacuten contra la corrosioacuten garantizan con un mantenimiento miacutenimo una vida casi ilimitada para las estructuras realizadas con acero -Cuando termina la vida uacutetil del edificio la estructura metaacutelica de acero puede ser desmontada y posteriormente utilizada en nuevos usos o ser re-aprovechada con un faacutecil reciclaje -La estructura metaacutelica en acero supone un peso reducido segura en caso de seiacutesmo
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4ElementosestructuralesAlgunos de los elementos resistentes de que constan las estructuras industriales son los siguientes
41CimentacioacutenSe denomina cimentacioacuten al conjunto de elementos estructurales cuya misioacuten es transmitir las cargas de la edificacioacuten o elementos apoyados a este al suelo distribuyeacutendolas de forma que no superen su presioacuten admisible ni produzcan cargas zonales Debido a que la resistencia del suelo es generalmente menor que la de los pilares o muros que soportaraacute el aacuterea de contacto entre el suelo y la cimentacioacuten seraacute proporcionalmente maacutes grande que los elementos soportados
La eleccioacuten del tipo de cimentacioacuten depende especialmente de las caracteriacutesticas mecaacutenicas del terreno como su cohesioacuten su aacutengulo de rozamiento interno posicioacuten del nivel freaacutetico y tambieacuten de la magnitud de las cargas existentes A partir de todos esos datos se calcula la capacidad portante que junto con la homogeneidad del terreno aconsejan usar un tipo u otro diferente de cimentacioacuten Siempre que es posible se emplean cimentaciones superficiales ya que son el tipo de cimentacioacuten menos costoso y maacutes simple de ejecutar Cuando por problemas con la capacidad portante o la homogeneidad del mismo no es posible usar cimentacioacuten superficial se valoran otros tipos de cimentaciones Hay dos tipos fundamentales de cimentacioacuten directas y profundas
411CimentacionessuperficialesodirectasSon aquellas que se apoyan en las capas superficiales o poco profundas del suelo por tener eacuteste suficiente capacidad portante por tratarse de construcciones de importancia secundaria y relativamente livianas En este tipo de cimentacioacuten la carga se reparte en un plano de apoyo horizontal Las cimentaciones superficiales se clasifican en -Cimentaciones cicloacutepeas -Zapatas Zapatas aisladas Zapatas corridas Zapatas combinadas -Losas de cimentacioacuten
412CimentacionesprofundasSe basan en el esfuerzo cortante entre el terreno y la cimentacioacuten para soportar las cargas aplicadas o maacutes exactamente en la friccioacuten vertical entre la cimentacioacuten y el terreno Deben ubicarse maacutes profundamente para poder distribuir sobre una gran aacuterea un esfuerzo suficientemente grande para soportar la carga Algunos meacutetodos utilizados en cimentaciones profundas son -Pilotes son elementos de cimentacioacuten esbeltos que se hincan (pilotes de desplazamiento prefabricados) o construyen en una cavidad previamente abierta en el
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terreno (pilotes de extraccioacuten ejecutados in situ) -Pantallas es necesario anclar el muro al terreno
Pantallas isostaacuteticas con una liacutenea de anclajes Pantallas hiperestaacuteticas dos o maacutes liacuteneas de anclajes
42PlacasdeanclajeLas placas de anclaje son elementos estructurales que se emplean para unir los soportes metaacutelicos a la cimentacioacuten y que tienen como objeto hacer que la transicioacuten del acero al hormigoacuten se realice sin que en ninguacuten punto se sobrepasen las tensiones admisibles en este material
El material que constituye el cimiento (casi siempre hormigoacuten) es menos resistente que el acero por lo que la base debe ampliar la seccioacuten del soporte de acero hasta conseguir una superficie adecuada de contacto con el hormigoacuten para que la transmisioacuten de esfuerzos de uno a otro material sea lo maacutes uniforme posible
La placa de anclaje debe estar sujeta al cimiento mediante unos pernos de anclaje que quedan embebidos en el hormigoacuten y que al fraguar y endurecer eacuteste trabajan por adherencia
Los elementos que constituyen una base del tipo generalmente utilizado en edificacioacuten son
-Placa de base o de reparto
-Cartelas de rigidez
-Pernos de anclaje
Salvo en el caso excepcional de que el pie del soporte sea articulado los soportes se consideran empotrados en la cimentacioacuten lo que hace que la placa de anclaje deba prepararse para resistir los siguientes esfuerzos axil momento flector cortante y momento torsor
43PilaresLos pilares son elementos verticales sometidos principalmente a compresioacuten y a flexioacuten pequentildea o nula Son los elementos que transmiten las cargas verticales al terreno a traveacutes de los cimientos y las bases Para dimensionar un pilar se tendraacute en cuenta el tipo de acero el tipo de carga que va a recibir el perfil la longitud del soporte (por si hubiese pandeo) y la carga axial de compresioacuten
Los pilares simples maacutes utilizados son el HEB el HEA el IPN y el IPE Con ellos se obtiene gran aprovechamiento y son muy aptos para formar pilares en poacuterticos riacutegidos
Lo pilares simples de varios perfiles maacutes utilizados son los formados por 2 UPN
Los pilares compuestos se obtienen acoplando perfiles separados enlazados por medio de elementos transversales discontinuos Pueden estar unidos mediante presillas o
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mediante celosiacutea
44VigasLas jaacutecenas o vigas son elementos lineales en las que una dimensioacuten predomina sobre las otras dos Su forma de trabajo es casi exclusivamente a flexioacuten por ello suelen adoptar forma de I para tratar de obtener la maacutexima inercia y el mayor moacutedulo resistente con el material disponible tratando de mejorar el rendimiento
Las vigas son los elementos sustentantes horizontales o como en las cubiertas ligeramente inclinados que reciben las cargas verticales y las transmiten trabajando a flexioacuten a los pilares o apoyos
Las cargas que la viga recibe producen en sus secciones los siguientes esfuerzos momento flector esfuerzo cortante y torsiones (algunas veces)
441VigassimplesLos perfiles empleados son IPN IPE o HE El empleo de los perfiles IPE resulta maacutes econoacutemico en general tanto por su mayor rendimiento mecaacutenico como por la simplificacioacuten que en empalmes y uniones proporciona el espesor uniforme de las alas
Los perfiles simples laminados tienen la ventaja sobre la viga armada que para igual resistencia su coste es menor
442VigasmuacuteltiplesSon las vigas constituidas por dos o maacutes perfiles I adosados unidos a traveacutes de elementos de unioacuten tales como perfiles presillas tornillos pasantes etc que solidaricen eficazmente los perfiles componentes
443VigasreforzadasLa utilizacioacuten de refuerzos con chapa o pletina en las estructuras metaacutelicas es de gran eficacia para conseguir ahorro de material
Que un refuerzo sea econoacutemico o no depende de los valores relativos de la chapa el perfil y el cordoacuten de soldadura
El elemento de refuerzo maacutes utilizado es la chapa o platabanda Se utilizan estos refuerzos cuando queremos moacutedulos resistentes (W) mayores que los existentes en el mercado o cuando exista limitacioacuten de canto
444VigasojaacutecenasarmadasLas vigas armadas estaacuten formadas por varias pletinas o chapas unidas con cualquiera de los medios de unioacuten soldadura roblones angulares y tornillos etc
Para unas solicitaciones determinadas siempre es posible encontrar una viga armada de menor peso que el perfil laminado que corresponderiacutea a esas solicitaciones Sin embargo aun con mayor peso los perfiles laminados son siempre maacutes econoacutemicos que las vigas armadas debido al menor coste de fabricacioacuten
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445VigasojaacutecenasaligeradasSon vigas de alma aligerada
La solucioacuten de las vigas aligeradas puede resultar muy econoacutemica cuando pueda adoptarse el canto que se estime maacutes conveniente y cuando la flexioacuten predomine sobre el esfuerzo cortante es decir cuando se trate de luces grandes y de cargas moderadas
A esta clase de vigas se les ha dado diversas denominaciones vigas alveoladas vigas void en panal de abeja
446VigasdecelosiacuteaLas vigas de celosiacutea son de gran utilidad en las construcciones metaacutelicas especialmente en edificaciones industriales y para grandes luces
Para luces de cierta importancia el peso de estas vigas es inferior al de las vigas de alma llena equivalentes El coste de una estructura es el resultado de tres sumandos coste del material de la fabricacioacuten y del montaje Estos uacuteltimos variacutean notablemente seguacuten las circunstancias
El mejor aprovechamiento a efectos resistentes de las vigas de celosiacutea con relacioacuten a las de alma llena se refleja en que mientras que en una viga de alma llena las tensiones maacuteximas de agotamiento se alcanzaraacuten soacutelo en dos puntos de su seccioacuten en una barra triangulada puede conseguirse que toda la seccioacuten tanto los cordones como las diagonales se agoten uniformemente teniendo en cuenta que las barras a compresioacuten deben dimensionarse teniendo en cuenta el pandeo
Las vigas de celosiacutea suelen estar constituidas por cordoacuten superior cordoacuten inferior elementos de relleno (montantes y diagonales) y medios de unioacuten (cartelas soldadura tornilleriacutea etc)
Los cordones pueden ser paralelos o no A aquellos cuyos cordones son paralelos se les llama ldquovigas de celosiacuteardquo mientras que las que tienen dichos cordones inclinados se les denomina ldquocerchasrdquo
En las cerchas el cordoacuten superior sigue la inclinacioacuten de la cubierta Suelen ser estructuras ligeras con cartelas simples y barras constituidas por angulares o simples T
Las posibilidades y variedades de las vigas de celosiacutea son praacutecticamente infinitas seguacuten el trazado de los cordones y la disposicioacuten de la triangulacioacuten Sin embargo existen unos tipos que podriacuteamos llamar claacutesicos y son Pratt Howe y Warren
45CorreasLas correas son las vigas en que se apoya la chapa u otro tipo de techumbre por lo que tienen que soportar su peso asiacute como el debido a posibles cargas de nieve y viento Se encuentran a su vez apoyadas sobre las cerchas o los poacuterticos normalmente en un plano inclinado lo que hace tender a flectar tambieacuten en el sentido de la inclinacioacuten Siendo variable su separacioacuten dependiendo del material de cubierta etc
El apoyo de las correas sobre las cerchas o poacuterticos se aseguraraacute bien mediante uniones soldadas (un cordoacuten por cada lado de la correa con el maacuteximo espesor que permita la
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unioacuten) bien mediante uniones remachadas ponieacutendose un casquillo en angular
Las correas se calcularaacuten como vigas apoyadas con carga uniformemente distribuida
Suelen emplearse perfiles IPN simple T perfil Z o vigas de celosiacutea
46ArriostramientosTienen la funcioacuten de transmitir los esfuerzos producidos por el viento frontal sobre el poacutertico extremo a las paredes laterales que a su vez los transmitiraacuten al suelo
El arriostramiento baacutesico es la Cruz de San Andreacutes en forma de aspa que se coloca entre dos cerchas o poacuterticos y pueden abarcar varias correas para evitar aacutengulos pequentildeos y repartir bien los esfuerzos a las barras
Este tipo de configuracioacuten presenta el inconveniente de ser estaacuteticamente indeterminado con lo que tenemos que hacer hipoacutetesis para llegar a una que sea determinada Estas hipoacutetesis se hacen respecto a las diagonales cruzadas observando que cuando una diagonal estaacute en tensioacuten la contradiagonal estaacute en compresioacuten Por lo general se toman dos meacutetodos de anaacutelisis
-Si las diagonales se disentildean esbeltas es razonable suponer que no soportaraacuten esfuerzos de compresioacuten pues en caso contrario podriacutean pandear con gran facilidad Por lo tanto la fuerza cortante seraacute absorbida iacutentegramente por la diagonal en tensioacuten mientras que la diagonal en compresioacuten se supone que es un elemento que no trabaja es decir a todos los efectos es como si no existiese
-Si las barras diagonales se construyen con secciones robustas seraacuten capaces de soportar fuerzas de tensioacuten y de compresioacuten En este caso supondremos que cada diagonal toma la mitad de la fuerza cortante que aparezca
-Por estar sometidos a esfuerzos de traccioacuten estos elementos seraacuten esbeltos y de seccioacuten circular o rectangular (barras y varillas) existiendo tambieacuten de seccioacuten angular
-Las varillas (seccioacuten circular) han de engrosarse en sus extremos para compensar la peacuterdida de seccioacuten que supone la realizacioacuten de roscas para su fijacioacuten si bien en ocasiones se opta por disentildear tomando como seccioacuten resistente la correspondiente al aacuterea de la seccioacuten transversal de la rosca pues esta solucioacuten suele resultar maacutes econoacutemica aunque la pieza en este caso resulta ser maacutes sensible a efectos de impacto y de fatiga tendiendo a fallar por la zona de la rosca
47MediosdeUnioacuten
471UnionesatornilladasLos medios de unioacuten contemplados son los constituidos por tornillos tuercas y arandelas que deberaacuten estar normalizados y corresponder a los mismos grados del material que unen liacutemite elaacutestico y resistencia a traccioacuten
472UnionessoldadasUn acero se considera soldable seguacuten un grado un procedimiento determinado y para una aplicacioacuten especiacutefica cuando mediante la teacutecnica apropiada se puede conseguir la
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continuidad metaacutelica de la unioacuten y eacutesta cumpla con las exigencias requeridas
El material de aportacioacuten utilizable para la realizacioacuten de soldaduras (electrodos) deberaacute ser apropiado para el proceso de soldeo teniendo en cuenta al material a soldar y el procedimiento de soldeo ademaacutes deberaacute tener unas caracteriacutesticas mecaacutenicas en teacuterminos de liacutemite elaacutestico resistencia a traccioacuten deformacioacuten bajo carga maacutexima etc no inferiores a las correspondientes del material de base que constituye los perfiles o chapas que se pretende soldar
Meacutetodos de soldadura
-Soldadura manual con electrodo recubierto con recubrimientos de tipo rutilo o baacutesico
-Soldadura semiautomaacutetica bajo proteccioacuten gaseosa con hilo macizo tubular relleno de flux con transferencia de lluvia
-Soldadura semiautomaacutetica con hilo tubular relleno de flux sin proteccioacuten gaseosa con transferencia de lluvia
-Soldadura automaacutetica con arco sumergido
48TipologiacuteasestructuralesA la combinacioacuten de los distintos elementos estructurales y los materiales de que estaacuten hechos se les denomina sistema estructural Dichos sistemas estructurales pueden estar constituidos por la combinacioacuten de uno o varios tipos baacutesicos de estructuras Se recogen seguidamente una breve introduccioacuten a algunos de los tipos estructurales maacutes comunes en las construcciones industriales
481CerchasSon la parte principal de la cubierta Sobre eacutestas se apoyan las correas de tal forma que permiten que se transmitan las cargas actuantes sobre las correas a los soportes
Existen muchos tipos diferentes de cerchas y seguacuten sus triangulaciones asiacute podraacuten ser para mayor o menor luz
482PoacuterticosomarcosSe componen de vigas y columnas que estaacuten unidas entre siacute bien riacutegidamente o bien mediante articulaciones
Se clasifican en poacuterticos simples y poacuterticos muacuteltiples seguacuten consten de uno o varios vanos
Suelen ser poacuterticos a dos aguas adaptaacutendose a la inclinacioacuten de los faldones con lo que se aprovecha maacutes el interior al no existir tirantes
El trabajo de un poacutertico es el de una viga apoyada por medio de empotramiento en dos soportes Los elementos que lo forman suelen ser de alma llena Los encuentros se refuerzan con cartelas formadas por trozos de perfiles que rigidizan el nudo y ayudan a contrarrestar el empuje que ejerce el poacutertico hacia el exterior
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5DurabilidaddelasestructurasLa durabilidad de una estructura de acero es su capacidad para soportar durante la vida uacutetil para la que ha sido proyectada las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que estaacute expuesta y que podriacutean llegar a provocar su degradacioacuten como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el anaacutelisis estructural
Para conseguir la durabilidad adecuada seraacute necesario seguir una estrategia que contemple todos los posibles mecanismos de degradacioacuten adoptando medidas especiacuteficas en funcioacuten de la agresividad a la que se encuentre sometido cada elemento
Deberaacuten incluirse al menos los siguientes aspectos
-Seleccioacuten de la forma estructural definiendo en el proyecto los esquemas estructurales las formas geomeacutetricas y los detalles que sean compatibles con la consecucioacuten de una adecuada durabilidad de la estructura Se facilitaraacute la preparacioacuten de las superficies el pintado las inspecciones y el mantenimiento
-Se procuraraacute evitar el empleo de disentildeos estructurales que conduzcan a una susceptibilidad elevada a la corrosioacuten eligiendo formas de los elementos sencillas
-Se reduciraacute al miacutenimo el contacto directo entre las superficies de acero y el agua
-Se evitaraacute el contacto directo del acero con otros metales (el aluminio de las carpinteriacuteas de cerramiento muros cortina etc)
-Cuando la estructura presente aacutereas cerradas o elementos huecos debe cuidarse que esteacuten protegidos de manera efectiva contra la corrosioacuten mediante soldadura continua
En casos de especial agresividad cuando las medidas normales de proteccioacuten no se consideren suficientes se podraacute recurrir a la disposicioacuten de sistemas especiales de proteccioacuten (materiales de recubrimiento en polvo productos para tratamiento quiacutemico de superficies)
51ProteccionesparaestructurasmetaacutelicasUna vez finalizada la construccioacuten de las estructuras metaacutelicas pueden aparecer problemas por alguna de las siguientes causas
Efectos del calor como consecuencia de incendios
Oxidacioacuten excesiva y consiguiente corrosioacuten
511ProteccioacutencontraincendiosAunque el hierro no es combustible no se puede considerar resistente al fuego no soacutelo porque disminuye sus resistencia en cuanto pasa de 500ordmC sino porque por efecto de su dilatacioacuten sufre grandes deformacionesLos materiales de proteccioacuten del acero que pueden utilizarse son granito maacutermol hormigoacuten faacutebrica de ladrillo ceraacutemico con mortero de cemento placas de yeso pinturas intumescentes etc
512ProteccioacutencontracorrosioacutenLa oxidacioacuten constituye el peor enemigo de las construcciones metaacutelicas Para evitarlo
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se cubre con un revestimiento protector y es indispensable que la superficie a tratar esteacute limpia de suciedad y oacutexido Deberaacute considerarse conjuntamente el tratamiento de proteccioacuten frente a incendio ya que los requisitos del mismo pueden determinar un grado de defensa frente a la corrosioacuten muy superior al estrictamente necesario especialmente en el caso de pinturas intumescentes y morteros proyectados
52DurabilidaddelHormigoacutenSe define en la Instruccioacuten espantildeola EHE la durabilidad del hormigoacuten como la capacidad para comportarse satisfactoriamente frente a las acciones fiacutesicas y quiacutemicas agresivas a lo largo de la vida uacutetil de la estructura protegiendo tambieacuten las armaduras y elementos metaacutelicos embebidos en su interior Por tanto no solo hay que considerar los efectos provocados por las cargas y solicitaciones sino tambieacuten las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que se expone Por ello se considera el tipo de ambiente en que se va a encontrar la estructura y que puede afectar a la corrosioacuten de las armaduras ambientes quiacutemicos agresivos zonas afectadas por ciclos de hielo-deshielo etc Para garantizar la durabilidad del hormigoacuten y la proteccioacuten de las armaduras frente a la corrosioacuten es importante realizar un hormigoacuten con una permeabilidad reducida realizando una mezcla con una relacioacuten aguacemento baja una compactacioacuten idoacutenea un peso en cemento adecuado y la hidratacioacuten suficiente de eacuteste antildeadiendo agua de curado para completarlo De esta forma se consigue que haya los menos poros posibles y una red capilar interna poco comunicada y asiacute se reducen los ataques al hormigoacuten En los casos de existencia de sulfatos en el terreno o de agua de mar se deben emplear cementos especiales Para prevenir la corrosioacuten de armaduras hay que cuidar el recubrimiento miacutenimo de las mismas
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6Casodeestudio 61Descripcioacutendelanave La nave que se pretende calcular es una nave formada por dos poacuterticos adosados a dos aguas con una longitud total de 85m La separacioacuten de los poacuterticos entre siacute va a ser de 5m La luz de dicha nave va a ser de 25m por cada poacutertico la altura de cabeza de pilar va a ser de 7m y la de cumbrera de 9m A continuacioacuten se adjunta una foto del esqueleto de la nave donde se puede observar que en los poacuterticos de los extremos se han situado arriostramientos para transmitir los efectos de las acciones a la cimentacioacuten
Figura 1 Nave industrial del caso de estudio
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62Localizacioacuten La nave industrial que se ha calculado en el presente proyecto se ubicaraacute en la parcela nordm36 del poliacutegono industrial de Villareal con acceso principal en la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell sn El poliacutegono industrial cuanta con buenos viales de comunicacioacuten que permiten localizarla sin dificultad como queda definido en la siguiente imagen de situacioacuten Aclaracioacuten Tras tomar la salida del poliacutegono industrial desde la nacional 340 por la avenida Castelloacute y tomar la primera salida en la primera rotonda se llega a la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell donde esta la nave situada
Figura 2 Accesos a la nave industrial
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63Normativamunicipal
Figura 3 Situacioacuten geograacutefica de la nave industrial Todas las obras a realizar por el presente proyecto se someteraacuten a la normativa municipal que indique el Excmo Ayuntamiento de Villareal Castelloacuten
La superficie total de la parcela seguacuten el catastro es de 719333 m2
La parcela estaacute clasificada como suelo urbano Industrial y su aprovechamiento urbaniacutestico es el que se pasa a detallar a continuacioacuten
Superficie maacutexima edificable 719333 m2 13 = 553333 m2
Ocupacioacuten permitida 100
Volumen maacuteximo sin especificacioacuten
Plazas de parking miacutenimo una plaza por cada 200 m2
Vallado miacutenimo 2m de altura
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64NormativalegalaplicableatodalanaveEn la redaccioacuten del presente Proyecto de Ejecucioacuten se ha tenido en cuenta
-Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacuten (CTE) y particularmente sus siguientes documentos baacutesicos (DB)El DB-SE constituye la base para los Documentos Baacutesicos siguientes y se utilizaraacute conjuntamente con ellos
-Documento Baacutesico SE (Seguridad Estructural)
-Documento Baacutesico SE-AE (Acciones en la Edificacioacuten)
En este Documento Baacutesico se establecen las formas en que deben combinarse las diferentes acciones que actuacutean sobre el edificio definiendo los diferentes coeficientes de seguridad de forma global para todos los materiales De esta forma se establecen entre otros los liacutemites de las deformaciones admisibles que deben verificar las estructuras de edificacioacuten
-Documento Baacutesico SE-A (Acciones de la edificacioacuten)
En el campo de aplicacioacuten de este Documento Baacutesico es el de la determinacioacuten de las acciones permanentes variables y accidentales sobre los edificios para verificar el cumplimiento de los requisitos de seguridad estructural (capacidad portante y estabilidad) y aptitud al servicio establecidos en el DB-SE
-Documento Baacutesico SE-A (Seguridad Estructural Acero)
En este documento se adopta baacutesicamente el enfoque del Eurocoacutedigo de acero EN-1993 contemplando las distintas combinaciones de caacutelculo elaacutestico y plaacutestico en base a la clasificacioacuten de secciones seguacuten el Eurocoacutedigo El documento se adapta al tipo de aceros que se comercializan actualmente e incluye modelos de anaacutelisis para uniones
-Documento Baacutesico SI (Seguridad en caso de Incendio)
Este Documento Baacutesico es una normativa de construccioacuten espantildeola que forma parte del Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacutenregula especiacuteficamente las medidas de proteccioacuten contra incendios con que deben contar los edificios de nueva planta Es una normativa de obligado cumplimiento en Espantildea por lo que todos los edificios construidos desde su entrada en vigor en 2006 deben incorporar las soluciones constructivas que recoge la normativa a excepcioacuten de los edificios industriales que se rigen por el Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales
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7MetodologiacuteadecaacutelculoEl caacutelculo de la nave se llevaraacute a cabo con la herramienta de software de CYPE Ingenieros versioacuten 2015
Este programa es capaz de calcular edificios naves industriales y cualquier otro tupo de estructura Mediante la aplicacioacuten de meacutetodos matriciales obtiene una forma relativamente sencilla y fiable del dimensionado y la optimizacioacuten de estructuras
El software de CYPE Ingenieros se estructura en diferentes aplicaciones cada una de las cuales estaacute especiacuteficamente disentildeada para una finalidad concreta
71GeneradordepoacuterticosEl generados de poacuterticos es un programa perteneciente al paquete CYPE Ingenieros que dada su sencillez y facilidad de uso permite hacer un dimensionado faacutecil y raacutepido de las correas a disponer Entre sus funcionalidades destacan
-Crear de forma sencilla y raacutepida la geometriacutea y las cargas de peso propio sobrecarga de uso viento y nieve de un poacutertico formado por nudos riacutegidos celosiacuteas o cerchas Las cargas de viento y nieve se generan automaacuteticamente seguacuten la norma y la zona elegida
-Proporcionar el dimensionado de correas de cubiertas y laterales de fachadas optimizando el perfil y la separacioacuten entre correas
-Exportar a CYPE 3D la geometriacutea del poacutertico con apoyos biarticulados o biempotrados sus cargas y los coeficientes de pandeo de las barras que lo componen suponiendo la estructura traslacional o intraslacional Se exportan todas las cargas de viento las de cubierta las del los laterales de la nave y las perpendiculares a los poacuterticos de pared final (muro pintildeoacuten) Estas cargas se exportan como cargas superficiales lo que facilita enormementela labor de introduccioacuten de datos
72Cype3DEste moacutedulo ha sido disentildeado para ofrecer al usuario un software de mayores prestaciones con relacioacuten al dimensionado de estructuras de acero Permite calcular cualquier tipo de estructura formada por barras de acero de acuerdo con la normativa seleccionada Estaacute adaptado al CTE y tambieacuten a otras normativas nacionales e internacionales Las funcionalidades maacutes importante que se han utilizado para este proyecto son
-Descripcioacuten de los nudos la tipologiacutea de los nudos es muy completa Pueden definirse las vinculaciones interiores y coacciones exteriores las cuales permiten que los nudos puedan definirse como empotrados semiempotrados apoyos elaacutesticos apoyos con desplazamientos libres seguacuten un plano o recta a definir
-Agrupacioacuten y descripcioacuten de las barras permite la agrupacioacuten e introduccioacuten de barras de acero y dimensiona la seccioacuten llegando a su optimizacioacuten maacutexima Emplea perfiles de acero laminado armado y conformado que gestiona desde su amplia base de daros compuesta por perfiles de los fabricantes maacutes extendidos Puede crear perfiles compuestos a partir de perfiles simples con unioacuten soldada platabandas presillas etc Tambieacuten puede definir cartelas en los extremos perfiles de canto variable vigas boyd y barras mixtas
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-Introduccioacuten a coeficientes de pandeo y pandeo lateral permite introducir coeficientes de pandeo o longitudes de pandeo y el coeficiente de momentos de cada barra Tambieacuten calcula automaacuteticamente la longitud de pandeo de las barras seguacuten el meacutetodo aproximado El usuario tambieacuten puede activar en cualquier barra la comprobacioacuten de pandeo lateral
-Restriccioacuten de flechas liacutemites de las barras de la estructura el programa posibilita al usuario limitar la flecha de las barras para que el dimensionado de los perfiles tenga en cuenta las restriccioacuten impuesta El usuario puede imponer liacutemites a las flechas maacutexima y relativa tanto para sus calores absolutos como para sus calores relativos a la longitud entre los extremos y los puntos de inflexioacuten de la deformada
-Caacutelculo y optimizacioacuten de la estructura el programas hace todas las comprobaciones pertinente siempre de acorde a la norma para que se cumplan todos los requisitos en caso de no ser asiacute muestra que condiciones no se estaacuten cumpliendo
-Caacutelculo y dimensionado de uniones soldadas y atornilladas el programa realiza el caacutelculo y dimensionado automaacutetico de uniones soldadas y atornilladas de perfiles laminados y armados en doble T
-Caacutelculo y dimensionado de placas de anclaje
-Resultados planos y listados se proporciona una memoria justificativa del proyecto los listados detallados de las comprobaciones seguacuten la norma seleccionada y los planos de la estructura metaacutelica de la nave
73Generadordeprecios El generador de precios es una herramienta informaacutetica que pertenece a CYPE ingenieros que permite a los arquitectos y responsables de los proyectos obtener precios (para obra nueva rehabilitacioacuten y espacios urbanos) con las previsiones de costes ajustadas al maacuteximo a la realidad y facilitar la elaboracioacuten de una documentacioacuten de proyecto de calidad (completa consistente y con informacioacuten teacutecnica vinculada a cada unidad de obra) uacutetil para las distintas fases del ciclo de vida del edificio (estudios previos anteproyecto proyecto baacutesico y de ejecucioacuten direccioacuten y ejecucioacuten de la obra uso y mantenimiento deconstruccioacuten y reciclado final) Incluye productos de fabricantes y productos geneacutericos
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8Dimensionado
81Procedimientodedimensionado
811CaacutelculodelascorreasdecubiertaLas correas e cubierta son aquellos elementos cuya misioacuten es la de soportar al propio material de cerramiento de la cubierta transmitiendo su peso a las cerchas y estas a su vez a los pilares los cuales transmitiraacuten la carga a los pilares Asiacute mismo desempentildean la funcioacuten de arriostrar los poacuterticos fuera de su plano
Utilizando el generado de poacuterticos se generara un poacutertico y se estableceraacute cierta separacioacuten entre ellos asiacute como tambieacuten se generaraacuten las diferentes cargas de nieve y viento Se seleccionaraacuten las correas y por uacuteltimo se exporta a CYPE 3D
812CreacioacutendelageometriacuteadelanaveAprovechando la estructura que se ha generado con la exportacioacuten que se ha realizado desde el generador de poacuterticos se introducen los elementos restantes para completar la geometriacutea de la nave
Entre los maacutes destacados hay que resaltar
-Pilares intermedios de los poacuterticos de los extremos
-Vigas de atados de cabeza de pilar
-Vigas montantes
-Tirantes de las cruces de San Andreacutes
813DescripcioacutendelosnudosUna vez definida la geometriacutea de la nave se procederaacute a describir el comportamiento de los nudos de la estructura empotrada en esta nave se han asignado los siguientes nudos
-Todos los pilares van con vinculacioacuten exterior empotrada en la base
-Todas las uniones entre pilar-viga se efectuaraacuten con vinculacioacuten interior empotrada que seraacute resuelta a traveacutes de cartelas
-Las uniones entre las vigas de cumbrera iraacuten con vinculacioacuten interior empotrada donde seraacute necesario introducir cartelas
-Las uniones entre elementos de la estructura como vigas de atado de cabeza de pilares vigas montantes o las cruces de San Andreacutes iraacuten articuladas
814DescripcioacutendebarrasPara finalizar se describiraacuten todas las barras de la estructura Para ello se han agrupado todas las barras del mismo tipo para ahorrar trabajo optimizando la gestioacuten el control de caacutelculo y la ejecucioacuten de la estructura
Todas las barras deben predimensionarse con una porcioacuten parecida a la solucioacuten final para que el programa encuentre la solucioacuten lo antes posible Tambieacuten es muy importante disponer una cartela inicial adecuada ajo los dinteles que sea como miacutenimo
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la decima parte de la luz
Tras agrupar las barras de forma clara hay que asignar a toda la estructura el tipo de material S275
815PandeoEn los planos de los poacuterticos se ha considerado la estructura como traslacional y en los planos de los cerramientos y las cubiertas la nave puede considerarse como intraslacional
El criterio que usa CYPE es el siguiente
-El plano deacutebil del perfil se denomina plano ldquoxyrdquo y se corresponde con el plano paralelo a las alas del perfil
-El plano fuerte del perfil se denomina plano ldquoxzrdquo y se corresponde al plano que contiene el alma ce la pieza
Por lo que se aplicaraacuten los diferentes coeficientes de pandeo teniendo en cuenta las condiciones de contorno de las que dispone cada barra para cada plano Los coeficientes asignados son los siguientes
-Pilares exteriores de los poacuterticos interiores xzAElig14 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos interiores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares exteriores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Jaacutecenas xzAElig10 xyAElig0
-Cruces de San Andreacutes xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos interiores xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos exteriores xzAElig1 xyAElig1
Estos coeficientes de pandeo van a afectar decisivamente al caacutelculo de la estructura Es muy importante aplicar estos coeficientes basados en datos sensatos y coherentes y que despueacutes se materialicen en la obra de lo contrario no estariacuteamos calculando la obra que se esta construyendo con el consiguiente riesgo antildeadido
Entre alma y alma de los pilares consecutivos se supone el caso maacutes desfavorablesin cerramiento Esta condicioacuten de contorno hace que se ponga a 07 este coeficiente de pandeo en el plano xy
En el plano de inercia xz los pilares estaacuten empotrados teniendo en la base un nudo que imposibilita su desplazamiento y giro pero en su conexioacuten con el dintel si que puede existir desplazamiento por ello se asignara un coeficiente de pandeo de 14
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En el plano deacutebil de los dinteles tenemos que las correas los arriostran y en el plano fuerte estos dinteles estaacuten biempotrados en sus extremos al pilar y al otro dintel respectivamente En este plano la pieza es biempotrada traslacional por lo que le corresponde un coeficiente de pandeo aproximadamente de 1
Una vez razonados y aplicados los coeficientes de pandeo en cada planoprincipal de cada barra se modificaraacuten los coeficientes de empotramiento de los extremos de las vigas de atado y de los marcos de las cruces de San Andreacutes en cada uno de sus planos para despueacutes articular sus extremos
816FlechasSe limitaraacute la flecha maacutexima en el plano fuerte de las barras sometidas a flexioacuten que es en el plano en que van a dominar las cargas
Se limita la flecha maacutexima de acuerdo con el tipo de edificio y los elementos implicados en la deformacioacuten Seguacuten CTE DB-SE apartado 43 Cuando se considere la integridad de los elementos constructivos considerando soacutelo las deformaciones que se produce despueacutes de la puesta en obra del elemento la flecha relativa es menor que L300 para elementos horizontales y menor de L250 para pilares
817PlacasdeanclajeUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles el propio programa nos calcula las propias placas de anclaje incluyendo dimensiones de las mismas rigidizadores y tamantildeo longitud y nuacutemero de pernos debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
818CimentacioacutenUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles ademaacutes de las placas de anclaje el propio programa nos calcula las reacciones y cargas a cimentacioacuten que nos genera nuestra estructura debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
Utilizaremos como tensioacuten de trabajo del suelo 02 MPa confirmado por el tipo de terreno sobre el que se pretende construirTendremos en cuenta para el caacutelculo de la cimentacioacuten de la nave del presente proyecto tanto la Norma EHE como el CTE en su apartado destinado a cimentaciones CTE parte 2-DB SE-C- Seguridad Estructural
82Accionesconsideradas
821CargaspermanentesLas cargas permanentes estaacute constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que estaacuten permanentemente unidos a la
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
ܥ ൌ ͳǡ͵
ൌ ͳ
௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
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De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
ഝభబ െ ͳሻοߠǡ௧
siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
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Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
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Naturalmente las estructuras metaacutelicas presentan ciertas ventajas frente a las estructuras de hormigoacuten las cuales vienen principalmente de las diferencias entre los materiales Las maacutes importantes se relatan a continuacioacuten -Realizacioacuten del maacuteximo trabajo en taller ejecutando todas las soldaduras y dejando todos los elementos listos para el ensamblaje mediante uniones atornilladas en obra -Garantiza un estricto control de calidad reduciendo la posibilidad de fallo humano -Permite la proyeccioacuten de naves con elevadas luces resultando naves maacutes ligeras y esbeltas -Gracias a la ligereza de la estructura y a las diferencias de seccioacuten necesarias para la misma obra frente a otros materiales el aprovechamiento del espacio es maacuteximo -Enorme adaptabilidad a cualquier solucioacuten deseada ya sea por medio de entramados riacutegidos o articulados -Gran facilidad en el ensamblaje de la obra durante su ejecucioacuten -Precios muy competitivos frente a otros materiales ademaacutes de la rapidez de ejecucioacuten de la obra lo que lleva a un correcto plan de obra que a su vez permitiraacute un ahorro en los costes de construccioacuten A la vez la ligereza de las estructuras metaacutelicas implican una reduccioacuten de los costes de transporte y una reduccioacuten del coste de las cimentaciones -La adaptabilidad del acero es de especial relevancia en casos de rehabilitacioacuten ya sea para reforzar estructuras existentes o para una completa reconstruccioacuten manteniendo las fachadas El acero se entrega prefabricado en obra no necesita ser apuntalado y tampoco sufre retraccioacuten o fluencia por lo que puede asumir carga de inmediato -El desarrollo de nuevos sistemas de proteccioacuten contra la corrosioacuten garantizan con un mantenimiento miacutenimo una vida casi ilimitada para las estructuras realizadas con acero -Cuando termina la vida uacutetil del edificio la estructura metaacutelica de acero puede ser desmontada y posteriormente utilizada en nuevos usos o ser re-aprovechada con un faacutecil reciclaje -La estructura metaacutelica en acero supone un peso reducido segura en caso de seiacutesmo
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4ElementosestructuralesAlgunos de los elementos resistentes de que constan las estructuras industriales son los siguientes
41CimentacioacutenSe denomina cimentacioacuten al conjunto de elementos estructurales cuya misioacuten es transmitir las cargas de la edificacioacuten o elementos apoyados a este al suelo distribuyeacutendolas de forma que no superen su presioacuten admisible ni produzcan cargas zonales Debido a que la resistencia del suelo es generalmente menor que la de los pilares o muros que soportaraacute el aacuterea de contacto entre el suelo y la cimentacioacuten seraacute proporcionalmente maacutes grande que los elementos soportados
La eleccioacuten del tipo de cimentacioacuten depende especialmente de las caracteriacutesticas mecaacutenicas del terreno como su cohesioacuten su aacutengulo de rozamiento interno posicioacuten del nivel freaacutetico y tambieacuten de la magnitud de las cargas existentes A partir de todos esos datos se calcula la capacidad portante que junto con la homogeneidad del terreno aconsejan usar un tipo u otro diferente de cimentacioacuten Siempre que es posible se emplean cimentaciones superficiales ya que son el tipo de cimentacioacuten menos costoso y maacutes simple de ejecutar Cuando por problemas con la capacidad portante o la homogeneidad del mismo no es posible usar cimentacioacuten superficial se valoran otros tipos de cimentaciones Hay dos tipos fundamentales de cimentacioacuten directas y profundas
411CimentacionessuperficialesodirectasSon aquellas que se apoyan en las capas superficiales o poco profundas del suelo por tener eacuteste suficiente capacidad portante por tratarse de construcciones de importancia secundaria y relativamente livianas En este tipo de cimentacioacuten la carga se reparte en un plano de apoyo horizontal Las cimentaciones superficiales se clasifican en -Cimentaciones cicloacutepeas -Zapatas Zapatas aisladas Zapatas corridas Zapatas combinadas -Losas de cimentacioacuten
412CimentacionesprofundasSe basan en el esfuerzo cortante entre el terreno y la cimentacioacuten para soportar las cargas aplicadas o maacutes exactamente en la friccioacuten vertical entre la cimentacioacuten y el terreno Deben ubicarse maacutes profundamente para poder distribuir sobre una gran aacuterea un esfuerzo suficientemente grande para soportar la carga Algunos meacutetodos utilizados en cimentaciones profundas son -Pilotes son elementos de cimentacioacuten esbeltos que se hincan (pilotes de desplazamiento prefabricados) o construyen en una cavidad previamente abierta en el
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terreno (pilotes de extraccioacuten ejecutados in situ) -Pantallas es necesario anclar el muro al terreno
Pantallas isostaacuteticas con una liacutenea de anclajes Pantallas hiperestaacuteticas dos o maacutes liacuteneas de anclajes
42PlacasdeanclajeLas placas de anclaje son elementos estructurales que se emplean para unir los soportes metaacutelicos a la cimentacioacuten y que tienen como objeto hacer que la transicioacuten del acero al hormigoacuten se realice sin que en ninguacuten punto se sobrepasen las tensiones admisibles en este material
El material que constituye el cimiento (casi siempre hormigoacuten) es menos resistente que el acero por lo que la base debe ampliar la seccioacuten del soporte de acero hasta conseguir una superficie adecuada de contacto con el hormigoacuten para que la transmisioacuten de esfuerzos de uno a otro material sea lo maacutes uniforme posible
La placa de anclaje debe estar sujeta al cimiento mediante unos pernos de anclaje que quedan embebidos en el hormigoacuten y que al fraguar y endurecer eacuteste trabajan por adherencia
Los elementos que constituyen una base del tipo generalmente utilizado en edificacioacuten son
-Placa de base o de reparto
-Cartelas de rigidez
-Pernos de anclaje
Salvo en el caso excepcional de que el pie del soporte sea articulado los soportes se consideran empotrados en la cimentacioacuten lo que hace que la placa de anclaje deba prepararse para resistir los siguientes esfuerzos axil momento flector cortante y momento torsor
43PilaresLos pilares son elementos verticales sometidos principalmente a compresioacuten y a flexioacuten pequentildea o nula Son los elementos que transmiten las cargas verticales al terreno a traveacutes de los cimientos y las bases Para dimensionar un pilar se tendraacute en cuenta el tipo de acero el tipo de carga que va a recibir el perfil la longitud del soporte (por si hubiese pandeo) y la carga axial de compresioacuten
Los pilares simples maacutes utilizados son el HEB el HEA el IPN y el IPE Con ellos se obtiene gran aprovechamiento y son muy aptos para formar pilares en poacuterticos riacutegidos
Lo pilares simples de varios perfiles maacutes utilizados son los formados por 2 UPN
Los pilares compuestos se obtienen acoplando perfiles separados enlazados por medio de elementos transversales discontinuos Pueden estar unidos mediante presillas o
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mediante celosiacutea
44VigasLas jaacutecenas o vigas son elementos lineales en las que una dimensioacuten predomina sobre las otras dos Su forma de trabajo es casi exclusivamente a flexioacuten por ello suelen adoptar forma de I para tratar de obtener la maacutexima inercia y el mayor moacutedulo resistente con el material disponible tratando de mejorar el rendimiento
Las vigas son los elementos sustentantes horizontales o como en las cubiertas ligeramente inclinados que reciben las cargas verticales y las transmiten trabajando a flexioacuten a los pilares o apoyos
Las cargas que la viga recibe producen en sus secciones los siguientes esfuerzos momento flector esfuerzo cortante y torsiones (algunas veces)
441VigassimplesLos perfiles empleados son IPN IPE o HE El empleo de los perfiles IPE resulta maacutes econoacutemico en general tanto por su mayor rendimiento mecaacutenico como por la simplificacioacuten que en empalmes y uniones proporciona el espesor uniforme de las alas
Los perfiles simples laminados tienen la ventaja sobre la viga armada que para igual resistencia su coste es menor
442VigasmuacuteltiplesSon las vigas constituidas por dos o maacutes perfiles I adosados unidos a traveacutes de elementos de unioacuten tales como perfiles presillas tornillos pasantes etc que solidaricen eficazmente los perfiles componentes
443VigasreforzadasLa utilizacioacuten de refuerzos con chapa o pletina en las estructuras metaacutelicas es de gran eficacia para conseguir ahorro de material
Que un refuerzo sea econoacutemico o no depende de los valores relativos de la chapa el perfil y el cordoacuten de soldadura
El elemento de refuerzo maacutes utilizado es la chapa o platabanda Se utilizan estos refuerzos cuando queremos moacutedulos resistentes (W) mayores que los existentes en el mercado o cuando exista limitacioacuten de canto
444VigasojaacutecenasarmadasLas vigas armadas estaacuten formadas por varias pletinas o chapas unidas con cualquiera de los medios de unioacuten soldadura roblones angulares y tornillos etc
Para unas solicitaciones determinadas siempre es posible encontrar una viga armada de menor peso que el perfil laminado que corresponderiacutea a esas solicitaciones Sin embargo aun con mayor peso los perfiles laminados son siempre maacutes econoacutemicos que las vigas armadas debido al menor coste de fabricacioacuten
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445VigasojaacutecenasaligeradasSon vigas de alma aligerada
La solucioacuten de las vigas aligeradas puede resultar muy econoacutemica cuando pueda adoptarse el canto que se estime maacutes conveniente y cuando la flexioacuten predomine sobre el esfuerzo cortante es decir cuando se trate de luces grandes y de cargas moderadas
A esta clase de vigas se les ha dado diversas denominaciones vigas alveoladas vigas void en panal de abeja
446VigasdecelosiacuteaLas vigas de celosiacutea son de gran utilidad en las construcciones metaacutelicas especialmente en edificaciones industriales y para grandes luces
Para luces de cierta importancia el peso de estas vigas es inferior al de las vigas de alma llena equivalentes El coste de una estructura es el resultado de tres sumandos coste del material de la fabricacioacuten y del montaje Estos uacuteltimos variacutean notablemente seguacuten las circunstancias
El mejor aprovechamiento a efectos resistentes de las vigas de celosiacutea con relacioacuten a las de alma llena se refleja en que mientras que en una viga de alma llena las tensiones maacuteximas de agotamiento se alcanzaraacuten soacutelo en dos puntos de su seccioacuten en una barra triangulada puede conseguirse que toda la seccioacuten tanto los cordones como las diagonales se agoten uniformemente teniendo en cuenta que las barras a compresioacuten deben dimensionarse teniendo en cuenta el pandeo
Las vigas de celosiacutea suelen estar constituidas por cordoacuten superior cordoacuten inferior elementos de relleno (montantes y diagonales) y medios de unioacuten (cartelas soldadura tornilleriacutea etc)
Los cordones pueden ser paralelos o no A aquellos cuyos cordones son paralelos se les llama ldquovigas de celosiacuteardquo mientras que las que tienen dichos cordones inclinados se les denomina ldquocerchasrdquo
En las cerchas el cordoacuten superior sigue la inclinacioacuten de la cubierta Suelen ser estructuras ligeras con cartelas simples y barras constituidas por angulares o simples T
Las posibilidades y variedades de las vigas de celosiacutea son praacutecticamente infinitas seguacuten el trazado de los cordones y la disposicioacuten de la triangulacioacuten Sin embargo existen unos tipos que podriacuteamos llamar claacutesicos y son Pratt Howe y Warren
45CorreasLas correas son las vigas en que se apoya la chapa u otro tipo de techumbre por lo que tienen que soportar su peso asiacute como el debido a posibles cargas de nieve y viento Se encuentran a su vez apoyadas sobre las cerchas o los poacuterticos normalmente en un plano inclinado lo que hace tender a flectar tambieacuten en el sentido de la inclinacioacuten Siendo variable su separacioacuten dependiendo del material de cubierta etc
El apoyo de las correas sobre las cerchas o poacuterticos se aseguraraacute bien mediante uniones soldadas (un cordoacuten por cada lado de la correa con el maacuteximo espesor que permita la
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unioacuten) bien mediante uniones remachadas ponieacutendose un casquillo en angular
Las correas se calcularaacuten como vigas apoyadas con carga uniformemente distribuida
Suelen emplearse perfiles IPN simple T perfil Z o vigas de celosiacutea
46ArriostramientosTienen la funcioacuten de transmitir los esfuerzos producidos por el viento frontal sobre el poacutertico extremo a las paredes laterales que a su vez los transmitiraacuten al suelo
El arriostramiento baacutesico es la Cruz de San Andreacutes en forma de aspa que se coloca entre dos cerchas o poacuterticos y pueden abarcar varias correas para evitar aacutengulos pequentildeos y repartir bien los esfuerzos a las barras
Este tipo de configuracioacuten presenta el inconveniente de ser estaacuteticamente indeterminado con lo que tenemos que hacer hipoacutetesis para llegar a una que sea determinada Estas hipoacutetesis se hacen respecto a las diagonales cruzadas observando que cuando una diagonal estaacute en tensioacuten la contradiagonal estaacute en compresioacuten Por lo general se toman dos meacutetodos de anaacutelisis
-Si las diagonales se disentildean esbeltas es razonable suponer que no soportaraacuten esfuerzos de compresioacuten pues en caso contrario podriacutean pandear con gran facilidad Por lo tanto la fuerza cortante seraacute absorbida iacutentegramente por la diagonal en tensioacuten mientras que la diagonal en compresioacuten se supone que es un elemento que no trabaja es decir a todos los efectos es como si no existiese
-Si las barras diagonales se construyen con secciones robustas seraacuten capaces de soportar fuerzas de tensioacuten y de compresioacuten En este caso supondremos que cada diagonal toma la mitad de la fuerza cortante que aparezca
-Por estar sometidos a esfuerzos de traccioacuten estos elementos seraacuten esbeltos y de seccioacuten circular o rectangular (barras y varillas) existiendo tambieacuten de seccioacuten angular
-Las varillas (seccioacuten circular) han de engrosarse en sus extremos para compensar la peacuterdida de seccioacuten que supone la realizacioacuten de roscas para su fijacioacuten si bien en ocasiones se opta por disentildear tomando como seccioacuten resistente la correspondiente al aacuterea de la seccioacuten transversal de la rosca pues esta solucioacuten suele resultar maacutes econoacutemica aunque la pieza en este caso resulta ser maacutes sensible a efectos de impacto y de fatiga tendiendo a fallar por la zona de la rosca
47MediosdeUnioacuten
471UnionesatornilladasLos medios de unioacuten contemplados son los constituidos por tornillos tuercas y arandelas que deberaacuten estar normalizados y corresponder a los mismos grados del material que unen liacutemite elaacutestico y resistencia a traccioacuten
472UnionessoldadasUn acero se considera soldable seguacuten un grado un procedimiento determinado y para una aplicacioacuten especiacutefica cuando mediante la teacutecnica apropiada se puede conseguir la
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continuidad metaacutelica de la unioacuten y eacutesta cumpla con las exigencias requeridas
El material de aportacioacuten utilizable para la realizacioacuten de soldaduras (electrodos) deberaacute ser apropiado para el proceso de soldeo teniendo en cuenta al material a soldar y el procedimiento de soldeo ademaacutes deberaacute tener unas caracteriacutesticas mecaacutenicas en teacuterminos de liacutemite elaacutestico resistencia a traccioacuten deformacioacuten bajo carga maacutexima etc no inferiores a las correspondientes del material de base que constituye los perfiles o chapas que se pretende soldar
Meacutetodos de soldadura
-Soldadura manual con electrodo recubierto con recubrimientos de tipo rutilo o baacutesico
-Soldadura semiautomaacutetica bajo proteccioacuten gaseosa con hilo macizo tubular relleno de flux con transferencia de lluvia
-Soldadura semiautomaacutetica con hilo tubular relleno de flux sin proteccioacuten gaseosa con transferencia de lluvia
-Soldadura automaacutetica con arco sumergido
48TipologiacuteasestructuralesA la combinacioacuten de los distintos elementos estructurales y los materiales de que estaacuten hechos se les denomina sistema estructural Dichos sistemas estructurales pueden estar constituidos por la combinacioacuten de uno o varios tipos baacutesicos de estructuras Se recogen seguidamente una breve introduccioacuten a algunos de los tipos estructurales maacutes comunes en las construcciones industriales
481CerchasSon la parte principal de la cubierta Sobre eacutestas se apoyan las correas de tal forma que permiten que se transmitan las cargas actuantes sobre las correas a los soportes
Existen muchos tipos diferentes de cerchas y seguacuten sus triangulaciones asiacute podraacuten ser para mayor o menor luz
482PoacuterticosomarcosSe componen de vigas y columnas que estaacuten unidas entre siacute bien riacutegidamente o bien mediante articulaciones
Se clasifican en poacuterticos simples y poacuterticos muacuteltiples seguacuten consten de uno o varios vanos
Suelen ser poacuterticos a dos aguas adaptaacutendose a la inclinacioacuten de los faldones con lo que se aprovecha maacutes el interior al no existir tirantes
El trabajo de un poacutertico es el de una viga apoyada por medio de empotramiento en dos soportes Los elementos que lo forman suelen ser de alma llena Los encuentros se refuerzan con cartelas formadas por trozos de perfiles que rigidizan el nudo y ayudan a contrarrestar el empuje que ejerce el poacutertico hacia el exterior
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5DurabilidaddelasestructurasLa durabilidad de una estructura de acero es su capacidad para soportar durante la vida uacutetil para la que ha sido proyectada las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que estaacute expuesta y que podriacutean llegar a provocar su degradacioacuten como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el anaacutelisis estructural
Para conseguir la durabilidad adecuada seraacute necesario seguir una estrategia que contemple todos los posibles mecanismos de degradacioacuten adoptando medidas especiacuteficas en funcioacuten de la agresividad a la que se encuentre sometido cada elemento
Deberaacuten incluirse al menos los siguientes aspectos
-Seleccioacuten de la forma estructural definiendo en el proyecto los esquemas estructurales las formas geomeacutetricas y los detalles que sean compatibles con la consecucioacuten de una adecuada durabilidad de la estructura Se facilitaraacute la preparacioacuten de las superficies el pintado las inspecciones y el mantenimiento
-Se procuraraacute evitar el empleo de disentildeos estructurales que conduzcan a una susceptibilidad elevada a la corrosioacuten eligiendo formas de los elementos sencillas
-Se reduciraacute al miacutenimo el contacto directo entre las superficies de acero y el agua
-Se evitaraacute el contacto directo del acero con otros metales (el aluminio de las carpinteriacuteas de cerramiento muros cortina etc)
-Cuando la estructura presente aacutereas cerradas o elementos huecos debe cuidarse que esteacuten protegidos de manera efectiva contra la corrosioacuten mediante soldadura continua
En casos de especial agresividad cuando las medidas normales de proteccioacuten no se consideren suficientes se podraacute recurrir a la disposicioacuten de sistemas especiales de proteccioacuten (materiales de recubrimiento en polvo productos para tratamiento quiacutemico de superficies)
51ProteccionesparaestructurasmetaacutelicasUna vez finalizada la construccioacuten de las estructuras metaacutelicas pueden aparecer problemas por alguna de las siguientes causas
Efectos del calor como consecuencia de incendios
Oxidacioacuten excesiva y consiguiente corrosioacuten
511ProteccioacutencontraincendiosAunque el hierro no es combustible no se puede considerar resistente al fuego no soacutelo porque disminuye sus resistencia en cuanto pasa de 500ordmC sino porque por efecto de su dilatacioacuten sufre grandes deformacionesLos materiales de proteccioacuten del acero que pueden utilizarse son granito maacutermol hormigoacuten faacutebrica de ladrillo ceraacutemico con mortero de cemento placas de yeso pinturas intumescentes etc
512ProteccioacutencontracorrosioacutenLa oxidacioacuten constituye el peor enemigo de las construcciones metaacutelicas Para evitarlo
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se cubre con un revestimiento protector y es indispensable que la superficie a tratar esteacute limpia de suciedad y oacutexido Deberaacute considerarse conjuntamente el tratamiento de proteccioacuten frente a incendio ya que los requisitos del mismo pueden determinar un grado de defensa frente a la corrosioacuten muy superior al estrictamente necesario especialmente en el caso de pinturas intumescentes y morteros proyectados
52DurabilidaddelHormigoacutenSe define en la Instruccioacuten espantildeola EHE la durabilidad del hormigoacuten como la capacidad para comportarse satisfactoriamente frente a las acciones fiacutesicas y quiacutemicas agresivas a lo largo de la vida uacutetil de la estructura protegiendo tambieacuten las armaduras y elementos metaacutelicos embebidos en su interior Por tanto no solo hay que considerar los efectos provocados por las cargas y solicitaciones sino tambieacuten las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que se expone Por ello se considera el tipo de ambiente en que se va a encontrar la estructura y que puede afectar a la corrosioacuten de las armaduras ambientes quiacutemicos agresivos zonas afectadas por ciclos de hielo-deshielo etc Para garantizar la durabilidad del hormigoacuten y la proteccioacuten de las armaduras frente a la corrosioacuten es importante realizar un hormigoacuten con una permeabilidad reducida realizando una mezcla con una relacioacuten aguacemento baja una compactacioacuten idoacutenea un peso en cemento adecuado y la hidratacioacuten suficiente de eacuteste antildeadiendo agua de curado para completarlo De esta forma se consigue que haya los menos poros posibles y una red capilar interna poco comunicada y asiacute se reducen los ataques al hormigoacuten En los casos de existencia de sulfatos en el terreno o de agua de mar se deben emplear cementos especiales Para prevenir la corrosioacuten de armaduras hay que cuidar el recubrimiento miacutenimo de las mismas
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6Casodeestudio 61Descripcioacutendelanave La nave que se pretende calcular es una nave formada por dos poacuterticos adosados a dos aguas con una longitud total de 85m La separacioacuten de los poacuterticos entre siacute va a ser de 5m La luz de dicha nave va a ser de 25m por cada poacutertico la altura de cabeza de pilar va a ser de 7m y la de cumbrera de 9m A continuacioacuten se adjunta una foto del esqueleto de la nave donde se puede observar que en los poacuterticos de los extremos se han situado arriostramientos para transmitir los efectos de las acciones a la cimentacioacuten
Figura 1 Nave industrial del caso de estudio
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62Localizacioacuten La nave industrial que se ha calculado en el presente proyecto se ubicaraacute en la parcela nordm36 del poliacutegono industrial de Villareal con acceso principal en la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell sn El poliacutegono industrial cuanta con buenos viales de comunicacioacuten que permiten localizarla sin dificultad como queda definido en la siguiente imagen de situacioacuten Aclaracioacuten Tras tomar la salida del poliacutegono industrial desde la nacional 340 por la avenida Castelloacute y tomar la primera salida en la primera rotonda se llega a la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell donde esta la nave situada
Figura 2 Accesos a la nave industrial
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63Normativamunicipal
Figura 3 Situacioacuten geograacutefica de la nave industrial Todas las obras a realizar por el presente proyecto se someteraacuten a la normativa municipal que indique el Excmo Ayuntamiento de Villareal Castelloacuten
La superficie total de la parcela seguacuten el catastro es de 719333 m2
La parcela estaacute clasificada como suelo urbano Industrial y su aprovechamiento urbaniacutestico es el que se pasa a detallar a continuacioacuten
Superficie maacutexima edificable 719333 m2 13 = 553333 m2
Ocupacioacuten permitida 100
Volumen maacuteximo sin especificacioacuten
Plazas de parking miacutenimo una plaza por cada 200 m2
Vallado miacutenimo 2m de altura
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64NormativalegalaplicableatodalanaveEn la redaccioacuten del presente Proyecto de Ejecucioacuten se ha tenido en cuenta
-Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacuten (CTE) y particularmente sus siguientes documentos baacutesicos (DB)El DB-SE constituye la base para los Documentos Baacutesicos siguientes y se utilizaraacute conjuntamente con ellos
-Documento Baacutesico SE (Seguridad Estructural)
-Documento Baacutesico SE-AE (Acciones en la Edificacioacuten)
En este Documento Baacutesico se establecen las formas en que deben combinarse las diferentes acciones que actuacutean sobre el edificio definiendo los diferentes coeficientes de seguridad de forma global para todos los materiales De esta forma se establecen entre otros los liacutemites de las deformaciones admisibles que deben verificar las estructuras de edificacioacuten
-Documento Baacutesico SE-A (Acciones de la edificacioacuten)
En el campo de aplicacioacuten de este Documento Baacutesico es el de la determinacioacuten de las acciones permanentes variables y accidentales sobre los edificios para verificar el cumplimiento de los requisitos de seguridad estructural (capacidad portante y estabilidad) y aptitud al servicio establecidos en el DB-SE
-Documento Baacutesico SE-A (Seguridad Estructural Acero)
En este documento se adopta baacutesicamente el enfoque del Eurocoacutedigo de acero EN-1993 contemplando las distintas combinaciones de caacutelculo elaacutestico y plaacutestico en base a la clasificacioacuten de secciones seguacuten el Eurocoacutedigo El documento se adapta al tipo de aceros que se comercializan actualmente e incluye modelos de anaacutelisis para uniones
-Documento Baacutesico SI (Seguridad en caso de Incendio)
Este Documento Baacutesico es una normativa de construccioacuten espantildeola que forma parte del Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacutenregula especiacuteficamente las medidas de proteccioacuten contra incendios con que deben contar los edificios de nueva planta Es una normativa de obligado cumplimiento en Espantildea por lo que todos los edificios construidos desde su entrada en vigor en 2006 deben incorporar las soluciones constructivas que recoge la normativa a excepcioacuten de los edificios industriales que se rigen por el Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales
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7MetodologiacuteadecaacutelculoEl caacutelculo de la nave se llevaraacute a cabo con la herramienta de software de CYPE Ingenieros versioacuten 2015
Este programa es capaz de calcular edificios naves industriales y cualquier otro tupo de estructura Mediante la aplicacioacuten de meacutetodos matriciales obtiene una forma relativamente sencilla y fiable del dimensionado y la optimizacioacuten de estructuras
El software de CYPE Ingenieros se estructura en diferentes aplicaciones cada una de las cuales estaacute especiacuteficamente disentildeada para una finalidad concreta
71GeneradordepoacuterticosEl generados de poacuterticos es un programa perteneciente al paquete CYPE Ingenieros que dada su sencillez y facilidad de uso permite hacer un dimensionado faacutecil y raacutepido de las correas a disponer Entre sus funcionalidades destacan
-Crear de forma sencilla y raacutepida la geometriacutea y las cargas de peso propio sobrecarga de uso viento y nieve de un poacutertico formado por nudos riacutegidos celosiacuteas o cerchas Las cargas de viento y nieve se generan automaacuteticamente seguacuten la norma y la zona elegida
-Proporcionar el dimensionado de correas de cubiertas y laterales de fachadas optimizando el perfil y la separacioacuten entre correas
-Exportar a CYPE 3D la geometriacutea del poacutertico con apoyos biarticulados o biempotrados sus cargas y los coeficientes de pandeo de las barras que lo componen suponiendo la estructura traslacional o intraslacional Se exportan todas las cargas de viento las de cubierta las del los laterales de la nave y las perpendiculares a los poacuterticos de pared final (muro pintildeoacuten) Estas cargas se exportan como cargas superficiales lo que facilita enormementela labor de introduccioacuten de datos
72Cype3DEste moacutedulo ha sido disentildeado para ofrecer al usuario un software de mayores prestaciones con relacioacuten al dimensionado de estructuras de acero Permite calcular cualquier tipo de estructura formada por barras de acero de acuerdo con la normativa seleccionada Estaacute adaptado al CTE y tambieacuten a otras normativas nacionales e internacionales Las funcionalidades maacutes importante que se han utilizado para este proyecto son
-Descripcioacuten de los nudos la tipologiacutea de los nudos es muy completa Pueden definirse las vinculaciones interiores y coacciones exteriores las cuales permiten que los nudos puedan definirse como empotrados semiempotrados apoyos elaacutesticos apoyos con desplazamientos libres seguacuten un plano o recta a definir
-Agrupacioacuten y descripcioacuten de las barras permite la agrupacioacuten e introduccioacuten de barras de acero y dimensiona la seccioacuten llegando a su optimizacioacuten maacutexima Emplea perfiles de acero laminado armado y conformado que gestiona desde su amplia base de daros compuesta por perfiles de los fabricantes maacutes extendidos Puede crear perfiles compuestos a partir de perfiles simples con unioacuten soldada platabandas presillas etc Tambieacuten puede definir cartelas en los extremos perfiles de canto variable vigas boyd y barras mixtas
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-Introduccioacuten a coeficientes de pandeo y pandeo lateral permite introducir coeficientes de pandeo o longitudes de pandeo y el coeficiente de momentos de cada barra Tambieacuten calcula automaacuteticamente la longitud de pandeo de las barras seguacuten el meacutetodo aproximado El usuario tambieacuten puede activar en cualquier barra la comprobacioacuten de pandeo lateral
-Restriccioacuten de flechas liacutemites de las barras de la estructura el programa posibilita al usuario limitar la flecha de las barras para que el dimensionado de los perfiles tenga en cuenta las restriccioacuten impuesta El usuario puede imponer liacutemites a las flechas maacutexima y relativa tanto para sus calores absolutos como para sus calores relativos a la longitud entre los extremos y los puntos de inflexioacuten de la deformada
-Caacutelculo y optimizacioacuten de la estructura el programas hace todas las comprobaciones pertinente siempre de acorde a la norma para que se cumplan todos los requisitos en caso de no ser asiacute muestra que condiciones no se estaacuten cumpliendo
-Caacutelculo y dimensionado de uniones soldadas y atornilladas el programa realiza el caacutelculo y dimensionado automaacutetico de uniones soldadas y atornilladas de perfiles laminados y armados en doble T
-Caacutelculo y dimensionado de placas de anclaje
-Resultados planos y listados se proporciona una memoria justificativa del proyecto los listados detallados de las comprobaciones seguacuten la norma seleccionada y los planos de la estructura metaacutelica de la nave
73Generadordeprecios El generador de precios es una herramienta informaacutetica que pertenece a CYPE ingenieros que permite a los arquitectos y responsables de los proyectos obtener precios (para obra nueva rehabilitacioacuten y espacios urbanos) con las previsiones de costes ajustadas al maacuteximo a la realidad y facilitar la elaboracioacuten de una documentacioacuten de proyecto de calidad (completa consistente y con informacioacuten teacutecnica vinculada a cada unidad de obra) uacutetil para las distintas fases del ciclo de vida del edificio (estudios previos anteproyecto proyecto baacutesico y de ejecucioacuten direccioacuten y ejecucioacuten de la obra uso y mantenimiento deconstruccioacuten y reciclado final) Incluye productos de fabricantes y productos geneacutericos
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8Dimensionado
81Procedimientodedimensionado
811CaacutelculodelascorreasdecubiertaLas correas e cubierta son aquellos elementos cuya misioacuten es la de soportar al propio material de cerramiento de la cubierta transmitiendo su peso a las cerchas y estas a su vez a los pilares los cuales transmitiraacuten la carga a los pilares Asiacute mismo desempentildean la funcioacuten de arriostrar los poacuterticos fuera de su plano
Utilizando el generado de poacuterticos se generara un poacutertico y se estableceraacute cierta separacioacuten entre ellos asiacute como tambieacuten se generaraacuten las diferentes cargas de nieve y viento Se seleccionaraacuten las correas y por uacuteltimo se exporta a CYPE 3D
812CreacioacutendelageometriacuteadelanaveAprovechando la estructura que se ha generado con la exportacioacuten que se ha realizado desde el generador de poacuterticos se introducen los elementos restantes para completar la geometriacutea de la nave
Entre los maacutes destacados hay que resaltar
-Pilares intermedios de los poacuterticos de los extremos
-Vigas de atados de cabeza de pilar
-Vigas montantes
-Tirantes de las cruces de San Andreacutes
813DescripcioacutendelosnudosUna vez definida la geometriacutea de la nave se procederaacute a describir el comportamiento de los nudos de la estructura empotrada en esta nave se han asignado los siguientes nudos
-Todos los pilares van con vinculacioacuten exterior empotrada en la base
-Todas las uniones entre pilar-viga se efectuaraacuten con vinculacioacuten interior empotrada que seraacute resuelta a traveacutes de cartelas
-Las uniones entre las vigas de cumbrera iraacuten con vinculacioacuten interior empotrada donde seraacute necesario introducir cartelas
-Las uniones entre elementos de la estructura como vigas de atado de cabeza de pilares vigas montantes o las cruces de San Andreacutes iraacuten articuladas
814DescripcioacutendebarrasPara finalizar se describiraacuten todas las barras de la estructura Para ello se han agrupado todas las barras del mismo tipo para ahorrar trabajo optimizando la gestioacuten el control de caacutelculo y la ejecucioacuten de la estructura
Todas las barras deben predimensionarse con una porcioacuten parecida a la solucioacuten final para que el programa encuentre la solucioacuten lo antes posible Tambieacuten es muy importante disponer una cartela inicial adecuada ajo los dinteles que sea como miacutenimo
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la decima parte de la luz
Tras agrupar las barras de forma clara hay que asignar a toda la estructura el tipo de material S275
815PandeoEn los planos de los poacuterticos se ha considerado la estructura como traslacional y en los planos de los cerramientos y las cubiertas la nave puede considerarse como intraslacional
El criterio que usa CYPE es el siguiente
-El plano deacutebil del perfil se denomina plano ldquoxyrdquo y se corresponde con el plano paralelo a las alas del perfil
-El plano fuerte del perfil se denomina plano ldquoxzrdquo y se corresponde al plano que contiene el alma ce la pieza
Por lo que se aplicaraacuten los diferentes coeficientes de pandeo teniendo en cuenta las condiciones de contorno de las que dispone cada barra para cada plano Los coeficientes asignados son los siguientes
-Pilares exteriores de los poacuterticos interiores xzAElig14 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos interiores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares exteriores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Jaacutecenas xzAElig10 xyAElig0
-Cruces de San Andreacutes xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos interiores xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos exteriores xzAElig1 xyAElig1
Estos coeficientes de pandeo van a afectar decisivamente al caacutelculo de la estructura Es muy importante aplicar estos coeficientes basados en datos sensatos y coherentes y que despueacutes se materialicen en la obra de lo contrario no estariacuteamos calculando la obra que se esta construyendo con el consiguiente riesgo antildeadido
Entre alma y alma de los pilares consecutivos se supone el caso maacutes desfavorablesin cerramiento Esta condicioacuten de contorno hace que se ponga a 07 este coeficiente de pandeo en el plano xy
En el plano de inercia xz los pilares estaacuten empotrados teniendo en la base un nudo que imposibilita su desplazamiento y giro pero en su conexioacuten con el dintel si que puede existir desplazamiento por ello se asignara un coeficiente de pandeo de 14
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En el plano deacutebil de los dinteles tenemos que las correas los arriostran y en el plano fuerte estos dinteles estaacuten biempotrados en sus extremos al pilar y al otro dintel respectivamente En este plano la pieza es biempotrada traslacional por lo que le corresponde un coeficiente de pandeo aproximadamente de 1
Una vez razonados y aplicados los coeficientes de pandeo en cada planoprincipal de cada barra se modificaraacuten los coeficientes de empotramiento de los extremos de las vigas de atado y de los marcos de las cruces de San Andreacutes en cada uno de sus planos para despueacutes articular sus extremos
816FlechasSe limitaraacute la flecha maacutexima en el plano fuerte de las barras sometidas a flexioacuten que es en el plano en que van a dominar las cargas
Se limita la flecha maacutexima de acuerdo con el tipo de edificio y los elementos implicados en la deformacioacuten Seguacuten CTE DB-SE apartado 43 Cuando se considere la integridad de los elementos constructivos considerando soacutelo las deformaciones que se produce despueacutes de la puesta en obra del elemento la flecha relativa es menor que L300 para elementos horizontales y menor de L250 para pilares
817PlacasdeanclajeUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles el propio programa nos calcula las propias placas de anclaje incluyendo dimensiones de las mismas rigidizadores y tamantildeo longitud y nuacutemero de pernos debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
818CimentacioacutenUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles ademaacutes de las placas de anclaje el propio programa nos calcula las reacciones y cargas a cimentacioacuten que nos genera nuestra estructura debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
Utilizaremos como tensioacuten de trabajo del suelo 02 MPa confirmado por el tipo de terreno sobre el que se pretende construirTendremos en cuenta para el caacutelculo de la cimentacioacuten de la nave del presente proyecto tanto la Norma EHE como el CTE en su apartado destinado a cimentaciones CTE parte 2-DB SE-C- Seguridad Estructural
82Accionesconsideradas
821CargaspermanentesLas cargas permanentes estaacute constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que estaacuten permanentemente unidos a la
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
ܥ ൌ ͳǡ͵
ൌ ͳ
௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
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Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
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௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
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De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
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ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
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siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
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Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
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4ElementosestructuralesAlgunos de los elementos resistentes de que constan las estructuras industriales son los siguientes
41CimentacioacutenSe denomina cimentacioacuten al conjunto de elementos estructurales cuya misioacuten es transmitir las cargas de la edificacioacuten o elementos apoyados a este al suelo distribuyeacutendolas de forma que no superen su presioacuten admisible ni produzcan cargas zonales Debido a que la resistencia del suelo es generalmente menor que la de los pilares o muros que soportaraacute el aacuterea de contacto entre el suelo y la cimentacioacuten seraacute proporcionalmente maacutes grande que los elementos soportados
La eleccioacuten del tipo de cimentacioacuten depende especialmente de las caracteriacutesticas mecaacutenicas del terreno como su cohesioacuten su aacutengulo de rozamiento interno posicioacuten del nivel freaacutetico y tambieacuten de la magnitud de las cargas existentes A partir de todos esos datos se calcula la capacidad portante que junto con la homogeneidad del terreno aconsejan usar un tipo u otro diferente de cimentacioacuten Siempre que es posible se emplean cimentaciones superficiales ya que son el tipo de cimentacioacuten menos costoso y maacutes simple de ejecutar Cuando por problemas con la capacidad portante o la homogeneidad del mismo no es posible usar cimentacioacuten superficial se valoran otros tipos de cimentaciones Hay dos tipos fundamentales de cimentacioacuten directas y profundas
411CimentacionessuperficialesodirectasSon aquellas que se apoyan en las capas superficiales o poco profundas del suelo por tener eacuteste suficiente capacidad portante por tratarse de construcciones de importancia secundaria y relativamente livianas En este tipo de cimentacioacuten la carga se reparte en un plano de apoyo horizontal Las cimentaciones superficiales se clasifican en -Cimentaciones cicloacutepeas -Zapatas Zapatas aisladas Zapatas corridas Zapatas combinadas -Losas de cimentacioacuten
412CimentacionesprofundasSe basan en el esfuerzo cortante entre el terreno y la cimentacioacuten para soportar las cargas aplicadas o maacutes exactamente en la friccioacuten vertical entre la cimentacioacuten y el terreno Deben ubicarse maacutes profundamente para poder distribuir sobre una gran aacuterea un esfuerzo suficientemente grande para soportar la carga Algunos meacutetodos utilizados en cimentaciones profundas son -Pilotes son elementos de cimentacioacuten esbeltos que se hincan (pilotes de desplazamiento prefabricados) o construyen en una cavidad previamente abierta en el
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terreno (pilotes de extraccioacuten ejecutados in situ) -Pantallas es necesario anclar el muro al terreno
Pantallas isostaacuteticas con una liacutenea de anclajes Pantallas hiperestaacuteticas dos o maacutes liacuteneas de anclajes
42PlacasdeanclajeLas placas de anclaje son elementos estructurales que se emplean para unir los soportes metaacutelicos a la cimentacioacuten y que tienen como objeto hacer que la transicioacuten del acero al hormigoacuten se realice sin que en ninguacuten punto se sobrepasen las tensiones admisibles en este material
El material que constituye el cimiento (casi siempre hormigoacuten) es menos resistente que el acero por lo que la base debe ampliar la seccioacuten del soporte de acero hasta conseguir una superficie adecuada de contacto con el hormigoacuten para que la transmisioacuten de esfuerzos de uno a otro material sea lo maacutes uniforme posible
La placa de anclaje debe estar sujeta al cimiento mediante unos pernos de anclaje que quedan embebidos en el hormigoacuten y que al fraguar y endurecer eacuteste trabajan por adherencia
Los elementos que constituyen una base del tipo generalmente utilizado en edificacioacuten son
-Placa de base o de reparto
-Cartelas de rigidez
-Pernos de anclaje
Salvo en el caso excepcional de que el pie del soporte sea articulado los soportes se consideran empotrados en la cimentacioacuten lo que hace que la placa de anclaje deba prepararse para resistir los siguientes esfuerzos axil momento flector cortante y momento torsor
43PilaresLos pilares son elementos verticales sometidos principalmente a compresioacuten y a flexioacuten pequentildea o nula Son los elementos que transmiten las cargas verticales al terreno a traveacutes de los cimientos y las bases Para dimensionar un pilar se tendraacute en cuenta el tipo de acero el tipo de carga que va a recibir el perfil la longitud del soporte (por si hubiese pandeo) y la carga axial de compresioacuten
Los pilares simples maacutes utilizados son el HEB el HEA el IPN y el IPE Con ellos se obtiene gran aprovechamiento y son muy aptos para formar pilares en poacuterticos riacutegidos
Lo pilares simples de varios perfiles maacutes utilizados son los formados por 2 UPN
Los pilares compuestos se obtienen acoplando perfiles separados enlazados por medio de elementos transversales discontinuos Pueden estar unidos mediante presillas o
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mediante celosiacutea
44VigasLas jaacutecenas o vigas son elementos lineales en las que una dimensioacuten predomina sobre las otras dos Su forma de trabajo es casi exclusivamente a flexioacuten por ello suelen adoptar forma de I para tratar de obtener la maacutexima inercia y el mayor moacutedulo resistente con el material disponible tratando de mejorar el rendimiento
Las vigas son los elementos sustentantes horizontales o como en las cubiertas ligeramente inclinados que reciben las cargas verticales y las transmiten trabajando a flexioacuten a los pilares o apoyos
Las cargas que la viga recibe producen en sus secciones los siguientes esfuerzos momento flector esfuerzo cortante y torsiones (algunas veces)
441VigassimplesLos perfiles empleados son IPN IPE o HE El empleo de los perfiles IPE resulta maacutes econoacutemico en general tanto por su mayor rendimiento mecaacutenico como por la simplificacioacuten que en empalmes y uniones proporciona el espesor uniforme de las alas
Los perfiles simples laminados tienen la ventaja sobre la viga armada que para igual resistencia su coste es menor
442VigasmuacuteltiplesSon las vigas constituidas por dos o maacutes perfiles I adosados unidos a traveacutes de elementos de unioacuten tales como perfiles presillas tornillos pasantes etc que solidaricen eficazmente los perfiles componentes
443VigasreforzadasLa utilizacioacuten de refuerzos con chapa o pletina en las estructuras metaacutelicas es de gran eficacia para conseguir ahorro de material
Que un refuerzo sea econoacutemico o no depende de los valores relativos de la chapa el perfil y el cordoacuten de soldadura
El elemento de refuerzo maacutes utilizado es la chapa o platabanda Se utilizan estos refuerzos cuando queremos moacutedulos resistentes (W) mayores que los existentes en el mercado o cuando exista limitacioacuten de canto
444VigasojaacutecenasarmadasLas vigas armadas estaacuten formadas por varias pletinas o chapas unidas con cualquiera de los medios de unioacuten soldadura roblones angulares y tornillos etc
Para unas solicitaciones determinadas siempre es posible encontrar una viga armada de menor peso que el perfil laminado que corresponderiacutea a esas solicitaciones Sin embargo aun con mayor peso los perfiles laminados son siempre maacutes econoacutemicos que las vigas armadas debido al menor coste de fabricacioacuten
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445VigasojaacutecenasaligeradasSon vigas de alma aligerada
La solucioacuten de las vigas aligeradas puede resultar muy econoacutemica cuando pueda adoptarse el canto que se estime maacutes conveniente y cuando la flexioacuten predomine sobre el esfuerzo cortante es decir cuando se trate de luces grandes y de cargas moderadas
A esta clase de vigas se les ha dado diversas denominaciones vigas alveoladas vigas void en panal de abeja
446VigasdecelosiacuteaLas vigas de celosiacutea son de gran utilidad en las construcciones metaacutelicas especialmente en edificaciones industriales y para grandes luces
Para luces de cierta importancia el peso de estas vigas es inferior al de las vigas de alma llena equivalentes El coste de una estructura es el resultado de tres sumandos coste del material de la fabricacioacuten y del montaje Estos uacuteltimos variacutean notablemente seguacuten las circunstancias
El mejor aprovechamiento a efectos resistentes de las vigas de celosiacutea con relacioacuten a las de alma llena se refleja en que mientras que en una viga de alma llena las tensiones maacuteximas de agotamiento se alcanzaraacuten soacutelo en dos puntos de su seccioacuten en una barra triangulada puede conseguirse que toda la seccioacuten tanto los cordones como las diagonales se agoten uniformemente teniendo en cuenta que las barras a compresioacuten deben dimensionarse teniendo en cuenta el pandeo
Las vigas de celosiacutea suelen estar constituidas por cordoacuten superior cordoacuten inferior elementos de relleno (montantes y diagonales) y medios de unioacuten (cartelas soldadura tornilleriacutea etc)
Los cordones pueden ser paralelos o no A aquellos cuyos cordones son paralelos se les llama ldquovigas de celosiacuteardquo mientras que las que tienen dichos cordones inclinados se les denomina ldquocerchasrdquo
En las cerchas el cordoacuten superior sigue la inclinacioacuten de la cubierta Suelen ser estructuras ligeras con cartelas simples y barras constituidas por angulares o simples T
Las posibilidades y variedades de las vigas de celosiacutea son praacutecticamente infinitas seguacuten el trazado de los cordones y la disposicioacuten de la triangulacioacuten Sin embargo existen unos tipos que podriacuteamos llamar claacutesicos y son Pratt Howe y Warren
45CorreasLas correas son las vigas en que se apoya la chapa u otro tipo de techumbre por lo que tienen que soportar su peso asiacute como el debido a posibles cargas de nieve y viento Se encuentran a su vez apoyadas sobre las cerchas o los poacuterticos normalmente en un plano inclinado lo que hace tender a flectar tambieacuten en el sentido de la inclinacioacuten Siendo variable su separacioacuten dependiendo del material de cubierta etc
El apoyo de las correas sobre las cerchas o poacuterticos se aseguraraacute bien mediante uniones soldadas (un cordoacuten por cada lado de la correa con el maacuteximo espesor que permita la
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unioacuten) bien mediante uniones remachadas ponieacutendose un casquillo en angular
Las correas se calcularaacuten como vigas apoyadas con carga uniformemente distribuida
Suelen emplearse perfiles IPN simple T perfil Z o vigas de celosiacutea
46ArriostramientosTienen la funcioacuten de transmitir los esfuerzos producidos por el viento frontal sobre el poacutertico extremo a las paredes laterales que a su vez los transmitiraacuten al suelo
El arriostramiento baacutesico es la Cruz de San Andreacutes en forma de aspa que se coloca entre dos cerchas o poacuterticos y pueden abarcar varias correas para evitar aacutengulos pequentildeos y repartir bien los esfuerzos a las barras
Este tipo de configuracioacuten presenta el inconveniente de ser estaacuteticamente indeterminado con lo que tenemos que hacer hipoacutetesis para llegar a una que sea determinada Estas hipoacutetesis se hacen respecto a las diagonales cruzadas observando que cuando una diagonal estaacute en tensioacuten la contradiagonal estaacute en compresioacuten Por lo general se toman dos meacutetodos de anaacutelisis
-Si las diagonales se disentildean esbeltas es razonable suponer que no soportaraacuten esfuerzos de compresioacuten pues en caso contrario podriacutean pandear con gran facilidad Por lo tanto la fuerza cortante seraacute absorbida iacutentegramente por la diagonal en tensioacuten mientras que la diagonal en compresioacuten se supone que es un elemento que no trabaja es decir a todos los efectos es como si no existiese
-Si las barras diagonales se construyen con secciones robustas seraacuten capaces de soportar fuerzas de tensioacuten y de compresioacuten En este caso supondremos que cada diagonal toma la mitad de la fuerza cortante que aparezca
-Por estar sometidos a esfuerzos de traccioacuten estos elementos seraacuten esbeltos y de seccioacuten circular o rectangular (barras y varillas) existiendo tambieacuten de seccioacuten angular
-Las varillas (seccioacuten circular) han de engrosarse en sus extremos para compensar la peacuterdida de seccioacuten que supone la realizacioacuten de roscas para su fijacioacuten si bien en ocasiones se opta por disentildear tomando como seccioacuten resistente la correspondiente al aacuterea de la seccioacuten transversal de la rosca pues esta solucioacuten suele resultar maacutes econoacutemica aunque la pieza en este caso resulta ser maacutes sensible a efectos de impacto y de fatiga tendiendo a fallar por la zona de la rosca
47MediosdeUnioacuten
471UnionesatornilladasLos medios de unioacuten contemplados son los constituidos por tornillos tuercas y arandelas que deberaacuten estar normalizados y corresponder a los mismos grados del material que unen liacutemite elaacutestico y resistencia a traccioacuten
472UnionessoldadasUn acero se considera soldable seguacuten un grado un procedimiento determinado y para una aplicacioacuten especiacutefica cuando mediante la teacutecnica apropiada se puede conseguir la
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continuidad metaacutelica de la unioacuten y eacutesta cumpla con las exigencias requeridas
El material de aportacioacuten utilizable para la realizacioacuten de soldaduras (electrodos) deberaacute ser apropiado para el proceso de soldeo teniendo en cuenta al material a soldar y el procedimiento de soldeo ademaacutes deberaacute tener unas caracteriacutesticas mecaacutenicas en teacuterminos de liacutemite elaacutestico resistencia a traccioacuten deformacioacuten bajo carga maacutexima etc no inferiores a las correspondientes del material de base que constituye los perfiles o chapas que se pretende soldar
Meacutetodos de soldadura
-Soldadura manual con electrodo recubierto con recubrimientos de tipo rutilo o baacutesico
-Soldadura semiautomaacutetica bajo proteccioacuten gaseosa con hilo macizo tubular relleno de flux con transferencia de lluvia
-Soldadura semiautomaacutetica con hilo tubular relleno de flux sin proteccioacuten gaseosa con transferencia de lluvia
-Soldadura automaacutetica con arco sumergido
48TipologiacuteasestructuralesA la combinacioacuten de los distintos elementos estructurales y los materiales de que estaacuten hechos se les denomina sistema estructural Dichos sistemas estructurales pueden estar constituidos por la combinacioacuten de uno o varios tipos baacutesicos de estructuras Se recogen seguidamente una breve introduccioacuten a algunos de los tipos estructurales maacutes comunes en las construcciones industriales
481CerchasSon la parte principal de la cubierta Sobre eacutestas se apoyan las correas de tal forma que permiten que se transmitan las cargas actuantes sobre las correas a los soportes
Existen muchos tipos diferentes de cerchas y seguacuten sus triangulaciones asiacute podraacuten ser para mayor o menor luz
482PoacuterticosomarcosSe componen de vigas y columnas que estaacuten unidas entre siacute bien riacutegidamente o bien mediante articulaciones
Se clasifican en poacuterticos simples y poacuterticos muacuteltiples seguacuten consten de uno o varios vanos
Suelen ser poacuterticos a dos aguas adaptaacutendose a la inclinacioacuten de los faldones con lo que se aprovecha maacutes el interior al no existir tirantes
El trabajo de un poacutertico es el de una viga apoyada por medio de empotramiento en dos soportes Los elementos que lo forman suelen ser de alma llena Los encuentros se refuerzan con cartelas formadas por trozos de perfiles que rigidizan el nudo y ayudan a contrarrestar el empuje que ejerce el poacutertico hacia el exterior
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5DurabilidaddelasestructurasLa durabilidad de una estructura de acero es su capacidad para soportar durante la vida uacutetil para la que ha sido proyectada las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que estaacute expuesta y que podriacutean llegar a provocar su degradacioacuten como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el anaacutelisis estructural
Para conseguir la durabilidad adecuada seraacute necesario seguir una estrategia que contemple todos los posibles mecanismos de degradacioacuten adoptando medidas especiacuteficas en funcioacuten de la agresividad a la que se encuentre sometido cada elemento
Deberaacuten incluirse al menos los siguientes aspectos
-Seleccioacuten de la forma estructural definiendo en el proyecto los esquemas estructurales las formas geomeacutetricas y los detalles que sean compatibles con la consecucioacuten de una adecuada durabilidad de la estructura Se facilitaraacute la preparacioacuten de las superficies el pintado las inspecciones y el mantenimiento
-Se procuraraacute evitar el empleo de disentildeos estructurales que conduzcan a una susceptibilidad elevada a la corrosioacuten eligiendo formas de los elementos sencillas
-Se reduciraacute al miacutenimo el contacto directo entre las superficies de acero y el agua
-Se evitaraacute el contacto directo del acero con otros metales (el aluminio de las carpinteriacuteas de cerramiento muros cortina etc)
-Cuando la estructura presente aacutereas cerradas o elementos huecos debe cuidarse que esteacuten protegidos de manera efectiva contra la corrosioacuten mediante soldadura continua
En casos de especial agresividad cuando las medidas normales de proteccioacuten no se consideren suficientes se podraacute recurrir a la disposicioacuten de sistemas especiales de proteccioacuten (materiales de recubrimiento en polvo productos para tratamiento quiacutemico de superficies)
51ProteccionesparaestructurasmetaacutelicasUna vez finalizada la construccioacuten de las estructuras metaacutelicas pueden aparecer problemas por alguna de las siguientes causas
Efectos del calor como consecuencia de incendios
Oxidacioacuten excesiva y consiguiente corrosioacuten
511ProteccioacutencontraincendiosAunque el hierro no es combustible no se puede considerar resistente al fuego no soacutelo porque disminuye sus resistencia en cuanto pasa de 500ordmC sino porque por efecto de su dilatacioacuten sufre grandes deformacionesLos materiales de proteccioacuten del acero que pueden utilizarse son granito maacutermol hormigoacuten faacutebrica de ladrillo ceraacutemico con mortero de cemento placas de yeso pinturas intumescentes etc
512ProteccioacutencontracorrosioacutenLa oxidacioacuten constituye el peor enemigo de las construcciones metaacutelicas Para evitarlo
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se cubre con un revestimiento protector y es indispensable que la superficie a tratar esteacute limpia de suciedad y oacutexido Deberaacute considerarse conjuntamente el tratamiento de proteccioacuten frente a incendio ya que los requisitos del mismo pueden determinar un grado de defensa frente a la corrosioacuten muy superior al estrictamente necesario especialmente en el caso de pinturas intumescentes y morteros proyectados
52DurabilidaddelHormigoacutenSe define en la Instruccioacuten espantildeola EHE la durabilidad del hormigoacuten como la capacidad para comportarse satisfactoriamente frente a las acciones fiacutesicas y quiacutemicas agresivas a lo largo de la vida uacutetil de la estructura protegiendo tambieacuten las armaduras y elementos metaacutelicos embebidos en su interior Por tanto no solo hay que considerar los efectos provocados por las cargas y solicitaciones sino tambieacuten las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que se expone Por ello se considera el tipo de ambiente en que se va a encontrar la estructura y que puede afectar a la corrosioacuten de las armaduras ambientes quiacutemicos agresivos zonas afectadas por ciclos de hielo-deshielo etc Para garantizar la durabilidad del hormigoacuten y la proteccioacuten de las armaduras frente a la corrosioacuten es importante realizar un hormigoacuten con una permeabilidad reducida realizando una mezcla con una relacioacuten aguacemento baja una compactacioacuten idoacutenea un peso en cemento adecuado y la hidratacioacuten suficiente de eacuteste antildeadiendo agua de curado para completarlo De esta forma se consigue que haya los menos poros posibles y una red capilar interna poco comunicada y asiacute se reducen los ataques al hormigoacuten En los casos de existencia de sulfatos en el terreno o de agua de mar se deben emplear cementos especiales Para prevenir la corrosioacuten de armaduras hay que cuidar el recubrimiento miacutenimo de las mismas
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6Casodeestudio 61Descripcioacutendelanave La nave que se pretende calcular es una nave formada por dos poacuterticos adosados a dos aguas con una longitud total de 85m La separacioacuten de los poacuterticos entre siacute va a ser de 5m La luz de dicha nave va a ser de 25m por cada poacutertico la altura de cabeza de pilar va a ser de 7m y la de cumbrera de 9m A continuacioacuten se adjunta una foto del esqueleto de la nave donde se puede observar que en los poacuterticos de los extremos se han situado arriostramientos para transmitir los efectos de las acciones a la cimentacioacuten
Figura 1 Nave industrial del caso de estudio
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62Localizacioacuten La nave industrial que se ha calculado en el presente proyecto se ubicaraacute en la parcela nordm36 del poliacutegono industrial de Villareal con acceso principal en la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell sn El poliacutegono industrial cuanta con buenos viales de comunicacioacuten que permiten localizarla sin dificultad como queda definido en la siguiente imagen de situacioacuten Aclaracioacuten Tras tomar la salida del poliacutegono industrial desde la nacional 340 por la avenida Castelloacute y tomar la primera salida en la primera rotonda se llega a la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell donde esta la nave situada
Figura 2 Accesos a la nave industrial
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63Normativamunicipal
Figura 3 Situacioacuten geograacutefica de la nave industrial Todas las obras a realizar por el presente proyecto se someteraacuten a la normativa municipal que indique el Excmo Ayuntamiento de Villareal Castelloacuten
La superficie total de la parcela seguacuten el catastro es de 719333 m2
La parcela estaacute clasificada como suelo urbano Industrial y su aprovechamiento urbaniacutestico es el que se pasa a detallar a continuacioacuten
Superficie maacutexima edificable 719333 m2 13 = 553333 m2
Ocupacioacuten permitida 100
Volumen maacuteximo sin especificacioacuten
Plazas de parking miacutenimo una plaza por cada 200 m2
Vallado miacutenimo 2m de altura
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64NormativalegalaplicableatodalanaveEn la redaccioacuten del presente Proyecto de Ejecucioacuten se ha tenido en cuenta
-Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacuten (CTE) y particularmente sus siguientes documentos baacutesicos (DB)El DB-SE constituye la base para los Documentos Baacutesicos siguientes y se utilizaraacute conjuntamente con ellos
-Documento Baacutesico SE (Seguridad Estructural)
-Documento Baacutesico SE-AE (Acciones en la Edificacioacuten)
En este Documento Baacutesico se establecen las formas en que deben combinarse las diferentes acciones que actuacutean sobre el edificio definiendo los diferentes coeficientes de seguridad de forma global para todos los materiales De esta forma se establecen entre otros los liacutemites de las deformaciones admisibles que deben verificar las estructuras de edificacioacuten
-Documento Baacutesico SE-A (Acciones de la edificacioacuten)
En el campo de aplicacioacuten de este Documento Baacutesico es el de la determinacioacuten de las acciones permanentes variables y accidentales sobre los edificios para verificar el cumplimiento de los requisitos de seguridad estructural (capacidad portante y estabilidad) y aptitud al servicio establecidos en el DB-SE
-Documento Baacutesico SE-A (Seguridad Estructural Acero)
En este documento se adopta baacutesicamente el enfoque del Eurocoacutedigo de acero EN-1993 contemplando las distintas combinaciones de caacutelculo elaacutestico y plaacutestico en base a la clasificacioacuten de secciones seguacuten el Eurocoacutedigo El documento se adapta al tipo de aceros que se comercializan actualmente e incluye modelos de anaacutelisis para uniones
-Documento Baacutesico SI (Seguridad en caso de Incendio)
Este Documento Baacutesico es una normativa de construccioacuten espantildeola que forma parte del Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacutenregula especiacuteficamente las medidas de proteccioacuten contra incendios con que deben contar los edificios de nueva planta Es una normativa de obligado cumplimiento en Espantildea por lo que todos los edificios construidos desde su entrada en vigor en 2006 deben incorporar las soluciones constructivas que recoge la normativa a excepcioacuten de los edificios industriales que se rigen por el Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales
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7MetodologiacuteadecaacutelculoEl caacutelculo de la nave se llevaraacute a cabo con la herramienta de software de CYPE Ingenieros versioacuten 2015
Este programa es capaz de calcular edificios naves industriales y cualquier otro tupo de estructura Mediante la aplicacioacuten de meacutetodos matriciales obtiene una forma relativamente sencilla y fiable del dimensionado y la optimizacioacuten de estructuras
El software de CYPE Ingenieros se estructura en diferentes aplicaciones cada una de las cuales estaacute especiacuteficamente disentildeada para una finalidad concreta
71GeneradordepoacuterticosEl generados de poacuterticos es un programa perteneciente al paquete CYPE Ingenieros que dada su sencillez y facilidad de uso permite hacer un dimensionado faacutecil y raacutepido de las correas a disponer Entre sus funcionalidades destacan
-Crear de forma sencilla y raacutepida la geometriacutea y las cargas de peso propio sobrecarga de uso viento y nieve de un poacutertico formado por nudos riacutegidos celosiacuteas o cerchas Las cargas de viento y nieve se generan automaacuteticamente seguacuten la norma y la zona elegida
-Proporcionar el dimensionado de correas de cubiertas y laterales de fachadas optimizando el perfil y la separacioacuten entre correas
-Exportar a CYPE 3D la geometriacutea del poacutertico con apoyos biarticulados o biempotrados sus cargas y los coeficientes de pandeo de las barras que lo componen suponiendo la estructura traslacional o intraslacional Se exportan todas las cargas de viento las de cubierta las del los laterales de la nave y las perpendiculares a los poacuterticos de pared final (muro pintildeoacuten) Estas cargas se exportan como cargas superficiales lo que facilita enormementela labor de introduccioacuten de datos
72Cype3DEste moacutedulo ha sido disentildeado para ofrecer al usuario un software de mayores prestaciones con relacioacuten al dimensionado de estructuras de acero Permite calcular cualquier tipo de estructura formada por barras de acero de acuerdo con la normativa seleccionada Estaacute adaptado al CTE y tambieacuten a otras normativas nacionales e internacionales Las funcionalidades maacutes importante que se han utilizado para este proyecto son
-Descripcioacuten de los nudos la tipologiacutea de los nudos es muy completa Pueden definirse las vinculaciones interiores y coacciones exteriores las cuales permiten que los nudos puedan definirse como empotrados semiempotrados apoyos elaacutesticos apoyos con desplazamientos libres seguacuten un plano o recta a definir
-Agrupacioacuten y descripcioacuten de las barras permite la agrupacioacuten e introduccioacuten de barras de acero y dimensiona la seccioacuten llegando a su optimizacioacuten maacutexima Emplea perfiles de acero laminado armado y conformado que gestiona desde su amplia base de daros compuesta por perfiles de los fabricantes maacutes extendidos Puede crear perfiles compuestos a partir de perfiles simples con unioacuten soldada platabandas presillas etc Tambieacuten puede definir cartelas en los extremos perfiles de canto variable vigas boyd y barras mixtas
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-Introduccioacuten a coeficientes de pandeo y pandeo lateral permite introducir coeficientes de pandeo o longitudes de pandeo y el coeficiente de momentos de cada barra Tambieacuten calcula automaacuteticamente la longitud de pandeo de las barras seguacuten el meacutetodo aproximado El usuario tambieacuten puede activar en cualquier barra la comprobacioacuten de pandeo lateral
-Restriccioacuten de flechas liacutemites de las barras de la estructura el programa posibilita al usuario limitar la flecha de las barras para que el dimensionado de los perfiles tenga en cuenta las restriccioacuten impuesta El usuario puede imponer liacutemites a las flechas maacutexima y relativa tanto para sus calores absolutos como para sus calores relativos a la longitud entre los extremos y los puntos de inflexioacuten de la deformada
-Caacutelculo y optimizacioacuten de la estructura el programas hace todas las comprobaciones pertinente siempre de acorde a la norma para que se cumplan todos los requisitos en caso de no ser asiacute muestra que condiciones no se estaacuten cumpliendo
-Caacutelculo y dimensionado de uniones soldadas y atornilladas el programa realiza el caacutelculo y dimensionado automaacutetico de uniones soldadas y atornilladas de perfiles laminados y armados en doble T
-Caacutelculo y dimensionado de placas de anclaje
-Resultados planos y listados se proporciona una memoria justificativa del proyecto los listados detallados de las comprobaciones seguacuten la norma seleccionada y los planos de la estructura metaacutelica de la nave
73Generadordeprecios El generador de precios es una herramienta informaacutetica que pertenece a CYPE ingenieros que permite a los arquitectos y responsables de los proyectos obtener precios (para obra nueva rehabilitacioacuten y espacios urbanos) con las previsiones de costes ajustadas al maacuteximo a la realidad y facilitar la elaboracioacuten de una documentacioacuten de proyecto de calidad (completa consistente y con informacioacuten teacutecnica vinculada a cada unidad de obra) uacutetil para las distintas fases del ciclo de vida del edificio (estudios previos anteproyecto proyecto baacutesico y de ejecucioacuten direccioacuten y ejecucioacuten de la obra uso y mantenimiento deconstruccioacuten y reciclado final) Incluye productos de fabricantes y productos geneacutericos
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8Dimensionado
81Procedimientodedimensionado
811CaacutelculodelascorreasdecubiertaLas correas e cubierta son aquellos elementos cuya misioacuten es la de soportar al propio material de cerramiento de la cubierta transmitiendo su peso a las cerchas y estas a su vez a los pilares los cuales transmitiraacuten la carga a los pilares Asiacute mismo desempentildean la funcioacuten de arriostrar los poacuterticos fuera de su plano
Utilizando el generado de poacuterticos se generara un poacutertico y se estableceraacute cierta separacioacuten entre ellos asiacute como tambieacuten se generaraacuten las diferentes cargas de nieve y viento Se seleccionaraacuten las correas y por uacuteltimo se exporta a CYPE 3D
812CreacioacutendelageometriacuteadelanaveAprovechando la estructura que se ha generado con la exportacioacuten que se ha realizado desde el generador de poacuterticos se introducen los elementos restantes para completar la geometriacutea de la nave
Entre los maacutes destacados hay que resaltar
-Pilares intermedios de los poacuterticos de los extremos
-Vigas de atados de cabeza de pilar
-Vigas montantes
-Tirantes de las cruces de San Andreacutes
813DescripcioacutendelosnudosUna vez definida la geometriacutea de la nave se procederaacute a describir el comportamiento de los nudos de la estructura empotrada en esta nave se han asignado los siguientes nudos
-Todos los pilares van con vinculacioacuten exterior empotrada en la base
-Todas las uniones entre pilar-viga se efectuaraacuten con vinculacioacuten interior empotrada que seraacute resuelta a traveacutes de cartelas
-Las uniones entre las vigas de cumbrera iraacuten con vinculacioacuten interior empotrada donde seraacute necesario introducir cartelas
-Las uniones entre elementos de la estructura como vigas de atado de cabeza de pilares vigas montantes o las cruces de San Andreacutes iraacuten articuladas
814DescripcioacutendebarrasPara finalizar se describiraacuten todas las barras de la estructura Para ello se han agrupado todas las barras del mismo tipo para ahorrar trabajo optimizando la gestioacuten el control de caacutelculo y la ejecucioacuten de la estructura
Todas las barras deben predimensionarse con una porcioacuten parecida a la solucioacuten final para que el programa encuentre la solucioacuten lo antes posible Tambieacuten es muy importante disponer una cartela inicial adecuada ajo los dinteles que sea como miacutenimo
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la decima parte de la luz
Tras agrupar las barras de forma clara hay que asignar a toda la estructura el tipo de material S275
815PandeoEn los planos de los poacuterticos se ha considerado la estructura como traslacional y en los planos de los cerramientos y las cubiertas la nave puede considerarse como intraslacional
El criterio que usa CYPE es el siguiente
-El plano deacutebil del perfil se denomina plano ldquoxyrdquo y se corresponde con el plano paralelo a las alas del perfil
-El plano fuerte del perfil se denomina plano ldquoxzrdquo y se corresponde al plano que contiene el alma ce la pieza
Por lo que se aplicaraacuten los diferentes coeficientes de pandeo teniendo en cuenta las condiciones de contorno de las que dispone cada barra para cada plano Los coeficientes asignados son los siguientes
-Pilares exteriores de los poacuterticos interiores xzAElig14 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos interiores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares exteriores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Jaacutecenas xzAElig10 xyAElig0
-Cruces de San Andreacutes xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos interiores xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos exteriores xzAElig1 xyAElig1
Estos coeficientes de pandeo van a afectar decisivamente al caacutelculo de la estructura Es muy importante aplicar estos coeficientes basados en datos sensatos y coherentes y que despueacutes se materialicen en la obra de lo contrario no estariacuteamos calculando la obra que se esta construyendo con el consiguiente riesgo antildeadido
Entre alma y alma de los pilares consecutivos se supone el caso maacutes desfavorablesin cerramiento Esta condicioacuten de contorno hace que se ponga a 07 este coeficiente de pandeo en el plano xy
En el plano de inercia xz los pilares estaacuten empotrados teniendo en la base un nudo que imposibilita su desplazamiento y giro pero en su conexioacuten con el dintel si que puede existir desplazamiento por ello se asignara un coeficiente de pandeo de 14
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En el plano deacutebil de los dinteles tenemos que las correas los arriostran y en el plano fuerte estos dinteles estaacuten biempotrados en sus extremos al pilar y al otro dintel respectivamente En este plano la pieza es biempotrada traslacional por lo que le corresponde un coeficiente de pandeo aproximadamente de 1
Una vez razonados y aplicados los coeficientes de pandeo en cada planoprincipal de cada barra se modificaraacuten los coeficientes de empotramiento de los extremos de las vigas de atado y de los marcos de las cruces de San Andreacutes en cada uno de sus planos para despueacutes articular sus extremos
816FlechasSe limitaraacute la flecha maacutexima en el plano fuerte de las barras sometidas a flexioacuten que es en el plano en que van a dominar las cargas
Se limita la flecha maacutexima de acuerdo con el tipo de edificio y los elementos implicados en la deformacioacuten Seguacuten CTE DB-SE apartado 43 Cuando se considere la integridad de los elementos constructivos considerando soacutelo las deformaciones que se produce despueacutes de la puesta en obra del elemento la flecha relativa es menor que L300 para elementos horizontales y menor de L250 para pilares
817PlacasdeanclajeUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles el propio programa nos calcula las propias placas de anclaje incluyendo dimensiones de las mismas rigidizadores y tamantildeo longitud y nuacutemero de pernos debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
818CimentacioacutenUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles ademaacutes de las placas de anclaje el propio programa nos calcula las reacciones y cargas a cimentacioacuten que nos genera nuestra estructura debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
Utilizaremos como tensioacuten de trabajo del suelo 02 MPa confirmado por el tipo de terreno sobre el que se pretende construirTendremos en cuenta para el caacutelculo de la cimentacioacuten de la nave del presente proyecto tanto la Norma EHE como el CTE en su apartado destinado a cimentaciones CTE parte 2-DB SE-C- Seguridad Estructural
82Accionesconsideradas
821CargaspermanentesLas cargas permanentes estaacute constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que estaacuten permanentemente unidos a la
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
ܥ ൌ ͳǡ͵
ൌ ͳ
௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
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De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
ഝభబ െ ͳሻοߠǡ௧
siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
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Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
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terreno (pilotes de extraccioacuten ejecutados in situ) -Pantallas es necesario anclar el muro al terreno
Pantallas isostaacuteticas con una liacutenea de anclajes Pantallas hiperestaacuteticas dos o maacutes liacuteneas de anclajes
42PlacasdeanclajeLas placas de anclaje son elementos estructurales que se emplean para unir los soportes metaacutelicos a la cimentacioacuten y que tienen como objeto hacer que la transicioacuten del acero al hormigoacuten se realice sin que en ninguacuten punto se sobrepasen las tensiones admisibles en este material
El material que constituye el cimiento (casi siempre hormigoacuten) es menos resistente que el acero por lo que la base debe ampliar la seccioacuten del soporte de acero hasta conseguir una superficie adecuada de contacto con el hormigoacuten para que la transmisioacuten de esfuerzos de uno a otro material sea lo maacutes uniforme posible
La placa de anclaje debe estar sujeta al cimiento mediante unos pernos de anclaje que quedan embebidos en el hormigoacuten y que al fraguar y endurecer eacuteste trabajan por adherencia
Los elementos que constituyen una base del tipo generalmente utilizado en edificacioacuten son
-Placa de base o de reparto
-Cartelas de rigidez
-Pernos de anclaje
Salvo en el caso excepcional de que el pie del soporte sea articulado los soportes se consideran empotrados en la cimentacioacuten lo que hace que la placa de anclaje deba prepararse para resistir los siguientes esfuerzos axil momento flector cortante y momento torsor
43PilaresLos pilares son elementos verticales sometidos principalmente a compresioacuten y a flexioacuten pequentildea o nula Son los elementos que transmiten las cargas verticales al terreno a traveacutes de los cimientos y las bases Para dimensionar un pilar se tendraacute en cuenta el tipo de acero el tipo de carga que va a recibir el perfil la longitud del soporte (por si hubiese pandeo) y la carga axial de compresioacuten
Los pilares simples maacutes utilizados son el HEB el HEA el IPN y el IPE Con ellos se obtiene gran aprovechamiento y son muy aptos para formar pilares en poacuterticos riacutegidos
Lo pilares simples de varios perfiles maacutes utilizados son los formados por 2 UPN
Los pilares compuestos se obtienen acoplando perfiles separados enlazados por medio de elementos transversales discontinuos Pueden estar unidos mediante presillas o
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mediante celosiacutea
44VigasLas jaacutecenas o vigas son elementos lineales en las que una dimensioacuten predomina sobre las otras dos Su forma de trabajo es casi exclusivamente a flexioacuten por ello suelen adoptar forma de I para tratar de obtener la maacutexima inercia y el mayor moacutedulo resistente con el material disponible tratando de mejorar el rendimiento
Las vigas son los elementos sustentantes horizontales o como en las cubiertas ligeramente inclinados que reciben las cargas verticales y las transmiten trabajando a flexioacuten a los pilares o apoyos
Las cargas que la viga recibe producen en sus secciones los siguientes esfuerzos momento flector esfuerzo cortante y torsiones (algunas veces)
441VigassimplesLos perfiles empleados son IPN IPE o HE El empleo de los perfiles IPE resulta maacutes econoacutemico en general tanto por su mayor rendimiento mecaacutenico como por la simplificacioacuten que en empalmes y uniones proporciona el espesor uniforme de las alas
Los perfiles simples laminados tienen la ventaja sobre la viga armada que para igual resistencia su coste es menor
442VigasmuacuteltiplesSon las vigas constituidas por dos o maacutes perfiles I adosados unidos a traveacutes de elementos de unioacuten tales como perfiles presillas tornillos pasantes etc que solidaricen eficazmente los perfiles componentes
443VigasreforzadasLa utilizacioacuten de refuerzos con chapa o pletina en las estructuras metaacutelicas es de gran eficacia para conseguir ahorro de material
Que un refuerzo sea econoacutemico o no depende de los valores relativos de la chapa el perfil y el cordoacuten de soldadura
El elemento de refuerzo maacutes utilizado es la chapa o platabanda Se utilizan estos refuerzos cuando queremos moacutedulos resistentes (W) mayores que los existentes en el mercado o cuando exista limitacioacuten de canto
444VigasojaacutecenasarmadasLas vigas armadas estaacuten formadas por varias pletinas o chapas unidas con cualquiera de los medios de unioacuten soldadura roblones angulares y tornillos etc
Para unas solicitaciones determinadas siempre es posible encontrar una viga armada de menor peso que el perfil laminado que corresponderiacutea a esas solicitaciones Sin embargo aun con mayor peso los perfiles laminados son siempre maacutes econoacutemicos que las vigas armadas debido al menor coste de fabricacioacuten
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445VigasojaacutecenasaligeradasSon vigas de alma aligerada
La solucioacuten de las vigas aligeradas puede resultar muy econoacutemica cuando pueda adoptarse el canto que se estime maacutes conveniente y cuando la flexioacuten predomine sobre el esfuerzo cortante es decir cuando se trate de luces grandes y de cargas moderadas
A esta clase de vigas se les ha dado diversas denominaciones vigas alveoladas vigas void en panal de abeja
446VigasdecelosiacuteaLas vigas de celosiacutea son de gran utilidad en las construcciones metaacutelicas especialmente en edificaciones industriales y para grandes luces
Para luces de cierta importancia el peso de estas vigas es inferior al de las vigas de alma llena equivalentes El coste de una estructura es el resultado de tres sumandos coste del material de la fabricacioacuten y del montaje Estos uacuteltimos variacutean notablemente seguacuten las circunstancias
El mejor aprovechamiento a efectos resistentes de las vigas de celosiacutea con relacioacuten a las de alma llena se refleja en que mientras que en una viga de alma llena las tensiones maacuteximas de agotamiento se alcanzaraacuten soacutelo en dos puntos de su seccioacuten en una barra triangulada puede conseguirse que toda la seccioacuten tanto los cordones como las diagonales se agoten uniformemente teniendo en cuenta que las barras a compresioacuten deben dimensionarse teniendo en cuenta el pandeo
Las vigas de celosiacutea suelen estar constituidas por cordoacuten superior cordoacuten inferior elementos de relleno (montantes y diagonales) y medios de unioacuten (cartelas soldadura tornilleriacutea etc)
Los cordones pueden ser paralelos o no A aquellos cuyos cordones son paralelos se les llama ldquovigas de celosiacuteardquo mientras que las que tienen dichos cordones inclinados se les denomina ldquocerchasrdquo
En las cerchas el cordoacuten superior sigue la inclinacioacuten de la cubierta Suelen ser estructuras ligeras con cartelas simples y barras constituidas por angulares o simples T
Las posibilidades y variedades de las vigas de celosiacutea son praacutecticamente infinitas seguacuten el trazado de los cordones y la disposicioacuten de la triangulacioacuten Sin embargo existen unos tipos que podriacuteamos llamar claacutesicos y son Pratt Howe y Warren
45CorreasLas correas son las vigas en que se apoya la chapa u otro tipo de techumbre por lo que tienen que soportar su peso asiacute como el debido a posibles cargas de nieve y viento Se encuentran a su vez apoyadas sobre las cerchas o los poacuterticos normalmente en un plano inclinado lo que hace tender a flectar tambieacuten en el sentido de la inclinacioacuten Siendo variable su separacioacuten dependiendo del material de cubierta etc
El apoyo de las correas sobre las cerchas o poacuterticos se aseguraraacute bien mediante uniones soldadas (un cordoacuten por cada lado de la correa con el maacuteximo espesor que permita la
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unioacuten) bien mediante uniones remachadas ponieacutendose un casquillo en angular
Las correas se calcularaacuten como vigas apoyadas con carga uniformemente distribuida
Suelen emplearse perfiles IPN simple T perfil Z o vigas de celosiacutea
46ArriostramientosTienen la funcioacuten de transmitir los esfuerzos producidos por el viento frontal sobre el poacutertico extremo a las paredes laterales que a su vez los transmitiraacuten al suelo
El arriostramiento baacutesico es la Cruz de San Andreacutes en forma de aspa que se coloca entre dos cerchas o poacuterticos y pueden abarcar varias correas para evitar aacutengulos pequentildeos y repartir bien los esfuerzos a las barras
Este tipo de configuracioacuten presenta el inconveniente de ser estaacuteticamente indeterminado con lo que tenemos que hacer hipoacutetesis para llegar a una que sea determinada Estas hipoacutetesis se hacen respecto a las diagonales cruzadas observando que cuando una diagonal estaacute en tensioacuten la contradiagonal estaacute en compresioacuten Por lo general se toman dos meacutetodos de anaacutelisis
-Si las diagonales se disentildean esbeltas es razonable suponer que no soportaraacuten esfuerzos de compresioacuten pues en caso contrario podriacutean pandear con gran facilidad Por lo tanto la fuerza cortante seraacute absorbida iacutentegramente por la diagonal en tensioacuten mientras que la diagonal en compresioacuten se supone que es un elemento que no trabaja es decir a todos los efectos es como si no existiese
-Si las barras diagonales se construyen con secciones robustas seraacuten capaces de soportar fuerzas de tensioacuten y de compresioacuten En este caso supondremos que cada diagonal toma la mitad de la fuerza cortante que aparezca
-Por estar sometidos a esfuerzos de traccioacuten estos elementos seraacuten esbeltos y de seccioacuten circular o rectangular (barras y varillas) existiendo tambieacuten de seccioacuten angular
-Las varillas (seccioacuten circular) han de engrosarse en sus extremos para compensar la peacuterdida de seccioacuten que supone la realizacioacuten de roscas para su fijacioacuten si bien en ocasiones se opta por disentildear tomando como seccioacuten resistente la correspondiente al aacuterea de la seccioacuten transversal de la rosca pues esta solucioacuten suele resultar maacutes econoacutemica aunque la pieza en este caso resulta ser maacutes sensible a efectos de impacto y de fatiga tendiendo a fallar por la zona de la rosca
47MediosdeUnioacuten
471UnionesatornilladasLos medios de unioacuten contemplados son los constituidos por tornillos tuercas y arandelas que deberaacuten estar normalizados y corresponder a los mismos grados del material que unen liacutemite elaacutestico y resistencia a traccioacuten
472UnionessoldadasUn acero se considera soldable seguacuten un grado un procedimiento determinado y para una aplicacioacuten especiacutefica cuando mediante la teacutecnica apropiada se puede conseguir la
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continuidad metaacutelica de la unioacuten y eacutesta cumpla con las exigencias requeridas
El material de aportacioacuten utilizable para la realizacioacuten de soldaduras (electrodos) deberaacute ser apropiado para el proceso de soldeo teniendo en cuenta al material a soldar y el procedimiento de soldeo ademaacutes deberaacute tener unas caracteriacutesticas mecaacutenicas en teacuterminos de liacutemite elaacutestico resistencia a traccioacuten deformacioacuten bajo carga maacutexima etc no inferiores a las correspondientes del material de base que constituye los perfiles o chapas que se pretende soldar
Meacutetodos de soldadura
-Soldadura manual con electrodo recubierto con recubrimientos de tipo rutilo o baacutesico
-Soldadura semiautomaacutetica bajo proteccioacuten gaseosa con hilo macizo tubular relleno de flux con transferencia de lluvia
-Soldadura semiautomaacutetica con hilo tubular relleno de flux sin proteccioacuten gaseosa con transferencia de lluvia
-Soldadura automaacutetica con arco sumergido
48TipologiacuteasestructuralesA la combinacioacuten de los distintos elementos estructurales y los materiales de que estaacuten hechos se les denomina sistema estructural Dichos sistemas estructurales pueden estar constituidos por la combinacioacuten de uno o varios tipos baacutesicos de estructuras Se recogen seguidamente una breve introduccioacuten a algunos de los tipos estructurales maacutes comunes en las construcciones industriales
481CerchasSon la parte principal de la cubierta Sobre eacutestas se apoyan las correas de tal forma que permiten que se transmitan las cargas actuantes sobre las correas a los soportes
Existen muchos tipos diferentes de cerchas y seguacuten sus triangulaciones asiacute podraacuten ser para mayor o menor luz
482PoacuterticosomarcosSe componen de vigas y columnas que estaacuten unidas entre siacute bien riacutegidamente o bien mediante articulaciones
Se clasifican en poacuterticos simples y poacuterticos muacuteltiples seguacuten consten de uno o varios vanos
Suelen ser poacuterticos a dos aguas adaptaacutendose a la inclinacioacuten de los faldones con lo que se aprovecha maacutes el interior al no existir tirantes
El trabajo de un poacutertico es el de una viga apoyada por medio de empotramiento en dos soportes Los elementos que lo forman suelen ser de alma llena Los encuentros se refuerzan con cartelas formadas por trozos de perfiles que rigidizan el nudo y ayudan a contrarrestar el empuje que ejerce el poacutertico hacia el exterior
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5DurabilidaddelasestructurasLa durabilidad de una estructura de acero es su capacidad para soportar durante la vida uacutetil para la que ha sido proyectada las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que estaacute expuesta y que podriacutean llegar a provocar su degradacioacuten como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el anaacutelisis estructural
Para conseguir la durabilidad adecuada seraacute necesario seguir una estrategia que contemple todos los posibles mecanismos de degradacioacuten adoptando medidas especiacuteficas en funcioacuten de la agresividad a la que se encuentre sometido cada elemento
Deberaacuten incluirse al menos los siguientes aspectos
-Seleccioacuten de la forma estructural definiendo en el proyecto los esquemas estructurales las formas geomeacutetricas y los detalles que sean compatibles con la consecucioacuten de una adecuada durabilidad de la estructura Se facilitaraacute la preparacioacuten de las superficies el pintado las inspecciones y el mantenimiento
-Se procuraraacute evitar el empleo de disentildeos estructurales que conduzcan a una susceptibilidad elevada a la corrosioacuten eligiendo formas de los elementos sencillas
-Se reduciraacute al miacutenimo el contacto directo entre las superficies de acero y el agua
-Se evitaraacute el contacto directo del acero con otros metales (el aluminio de las carpinteriacuteas de cerramiento muros cortina etc)
-Cuando la estructura presente aacutereas cerradas o elementos huecos debe cuidarse que esteacuten protegidos de manera efectiva contra la corrosioacuten mediante soldadura continua
En casos de especial agresividad cuando las medidas normales de proteccioacuten no se consideren suficientes se podraacute recurrir a la disposicioacuten de sistemas especiales de proteccioacuten (materiales de recubrimiento en polvo productos para tratamiento quiacutemico de superficies)
51ProteccionesparaestructurasmetaacutelicasUna vez finalizada la construccioacuten de las estructuras metaacutelicas pueden aparecer problemas por alguna de las siguientes causas
Efectos del calor como consecuencia de incendios
Oxidacioacuten excesiva y consiguiente corrosioacuten
511ProteccioacutencontraincendiosAunque el hierro no es combustible no se puede considerar resistente al fuego no soacutelo porque disminuye sus resistencia en cuanto pasa de 500ordmC sino porque por efecto de su dilatacioacuten sufre grandes deformacionesLos materiales de proteccioacuten del acero que pueden utilizarse son granito maacutermol hormigoacuten faacutebrica de ladrillo ceraacutemico con mortero de cemento placas de yeso pinturas intumescentes etc
512ProteccioacutencontracorrosioacutenLa oxidacioacuten constituye el peor enemigo de las construcciones metaacutelicas Para evitarlo
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se cubre con un revestimiento protector y es indispensable que la superficie a tratar esteacute limpia de suciedad y oacutexido Deberaacute considerarse conjuntamente el tratamiento de proteccioacuten frente a incendio ya que los requisitos del mismo pueden determinar un grado de defensa frente a la corrosioacuten muy superior al estrictamente necesario especialmente en el caso de pinturas intumescentes y morteros proyectados
52DurabilidaddelHormigoacutenSe define en la Instruccioacuten espantildeola EHE la durabilidad del hormigoacuten como la capacidad para comportarse satisfactoriamente frente a las acciones fiacutesicas y quiacutemicas agresivas a lo largo de la vida uacutetil de la estructura protegiendo tambieacuten las armaduras y elementos metaacutelicos embebidos en su interior Por tanto no solo hay que considerar los efectos provocados por las cargas y solicitaciones sino tambieacuten las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que se expone Por ello se considera el tipo de ambiente en que se va a encontrar la estructura y que puede afectar a la corrosioacuten de las armaduras ambientes quiacutemicos agresivos zonas afectadas por ciclos de hielo-deshielo etc Para garantizar la durabilidad del hormigoacuten y la proteccioacuten de las armaduras frente a la corrosioacuten es importante realizar un hormigoacuten con una permeabilidad reducida realizando una mezcla con una relacioacuten aguacemento baja una compactacioacuten idoacutenea un peso en cemento adecuado y la hidratacioacuten suficiente de eacuteste antildeadiendo agua de curado para completarlo De esta forma se consigue que haya los menos poros posibles y una red capilar interna poco comunicada y asiacute se reducen los ataques al hormigoacuten En los casos de existencia de sulfatos en el terreno o de agua de mar se deben emplear cementos especiales Para prevenir la corrosioacuten de armaduras hay que cuidar el recubrimiento miacutenimo de las mismas
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6Casodeestudio 61Descripcioacutendelanave La nave que se pretende calcular es una nave formada por dos poacuterticos adosados a dos aguas con una longitud total de 85m La separacioacuten de los poacuterticos entre siacute va a ser de 5m La luz de dicha nave va a ser de 25m por cada poacutertico la altura de cabeza de pilar va a ser de 7m y la de cumbrera de 9m A continuacioacuten se adjunta una foto del esqueleto de la nave donde se puede observar que en los poacuterticos de los extremos se han situado arriostramientos para transmitir los efectos de las acciones a la cimentacioacuten
Figura 1 Nave industrial del caso de estudio
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62Localizacioacuten La nave industrial que se ha calculado en el presente proyecto se ubicaraacute en la parcela nordm36 del poliacutegono industrial de Villareal con acceso principal en la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell sn El poliacutegono industrial cuanta con buenos viales de comunicacioacuten que permiten localizarla sin dificultad como queda definido en la siguiente imagen de situacioacuten Aclaracioacuten Tras tomar la salida del poliacutegono industrial desde la nacional 340 por la avenida Castelloacute y tomar la primera salida en la primera rotonda se llega a la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell donde esta la nave situada
Figura 2 Accesos a la nave industrial
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63Normativamunicipal
Figura 3 Situacioacuten geograacutefica de la nave industrial Todas las obras a realizar por el presente proyecto se someteraacuten a la normativa municipal que indique el Excmo Ayuntamiento de Villareal Castelloacuten
La superficie total de la parcela seguacuten el catastro es de 719333 m2
La parcela estaacute clasificada como suelo urbano Industrial y su aprovechamiento urbaniacutestico es el que se pasa a detallar a continuacioacuten
Superficie maacutexima edificable 719333 m2 13 = 553333 m2
Ocupacioacuten permitida 100
Volumen maacuteximo sin especificacioacuten
Plazas de parking miacutenimo una plaza por cada 200 m2
Vallado miacutenimo 2m de altura
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64NormativalegalaplicableatodalanaveEn la redaccioacuten del presente Proyecto de Ejecucioacuten se ha tenido en cuenta
-Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacuten (CTE) y particularmente sus siguientes documentos baacutesicos (DB)El DB-SE constituye la base para los Documentos Baacutesicos siguientes y se utilizaraacute conjuntamente con ellos
-Documento Baacutesico SE (Seguridad Estructural)
-Documento Baacutesico SE-AE (Acciones en la Edificacioacuten)
En este Documento Baacutesico se establecen las formas en que deben combinarse las diferentes acciones que actuacutean sobre el edificio definiendo los diferentes coeficientes de seguridad de forma global para todos los materiales De esta forma se establecen entre otros los liacutemites de las deformaciones admisibles que deben verificar las estructuras de edificacioacuten
-Documento Baacutesico SE-A (Acciones de la edificacioacuten)
En el campo de aplicacioacuten de este Documento Baacutesico es el de la determinacioacuten de las acciones permanentes variables y accidentales sobre los edificios para verificar el cumplimiento de los requisitos de seguridad estructural (capacidad portante y estabilidad) y aptitud al servicio establecidos en el DB-SE
-Documento Baacutesico SE-A (Seguridad Estructural Acero)
En este documento se adopta baacutesicamente el enfoque del Eurocoacutedigo de acero EN-1993 contemplando las distintas combinaciones de caacutelculo elaacutestico y plaacutestico en base a la clasificacioacuten de secciones seguacuten el Eurocoacutedigo El documento se adapta al tipo de aceros que se comercializan actualmente e incluye modelos de anaacutelisis para uniones
-Documento Baacutesico SI (Seguridad en caso de Incendio)
Este Documento Baacutesico es una normativa de construccioacuten espantildeola que forma parte del Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacutenregula especiacuteficamente las medidas de proteccioacuten contra incendios con que deben contar los edificios de nueva planta Es una normativa de obligado cumplimiento en Espantildea por lo que todos los edificios construidos desde su entrada en vigor en 2006 deben incorporar las soluciones constructivas que recoge la normativa a excepcioacuten de los edificios industriales que se rigen por el Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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7MetodologiacuteadecaacutelculoEl caacutelculo de la nave se llevaraacute a cabo con la herramienta de software de CYPE Ingenieros versioacuten 2015
Este programa es capaz de calcular edificios naves industriales y cualquier otro tupo de estructura Mediante la aplicacioacuten de meacutetodos matriciales obtiene una forma relativamente sencilla y fiable del dimensionado y la optimizacioacuten de estructuras
El software de CYPE Ingenieros se estructura en diferentes aplicaciones cada una de las cuales estaacute especiacuteficamente disentildeada para una finalidad concreta
71GeneradordepoacuterticosEl generados de poacuterticos es un programa perteneciente al paquete CYPE Ingenieros que dada su sencillez y facilidad de uso permite hacer un dimensionado faacutecil y raacutepido de las correas a disponer Entre sus funcionalidades destacan
-Crear de forma sencilla y raacutepida la geometriacutea y las cargas de peso propio sobrecarga de uso viento y nieve de un poacutertico formado por nudos riacutegidos celosiacuteas o cerchas Las cargas de viento y nieve se generan automaacuteticamente seguacuten la norma y la zona elegida
-Proporcionar el dimensionado de correas de cubiertas y laterales de fachadas optimizando el perfil y la separacioacuten entre correas
-Exportar a CYPE 3D la geometriacutea del poacutertico con apoyos biarticulados o biempotrados sus cargas y los coeficientes de pandeo de las barras que lo componen suponiendo la estructura traslacional o intraslacional Se exportan todas las cargas de viento las de cubierta las del los laterales de la nave y las perpendiculares a los poacuterticos de pared final (muro pintildeoacuten) Estas cargas se exportan como cargas superficiales lo que facilita enormementela labor de introduccioacuten de datos
72Cype3DEste moacutedulo ha sido disentildeado para ofrecer al usuario un software de mayores prestaciones con relacioacuten al dimensionado de estructuras de acero Permite calcular cualquier tipo de estructura formada por barras de acero de acuerdo con la normativa seleccionada Estaacute adaptado al CTE y tambieacuten a otras normativas nacionales e internacionales Las funcionalidades maacutes importante que se han utilizado para este proyecto son
-Descripcioacuten de los nudos la tipologiacutea de los nudos es muy completa Pueden definirse las vinculaciones interiores y coacciones exteriores las cuales permiten que los nudos puedan definirse como empotrados semiempotrados apoyos elaacutesticos apoyos con desplazamientos libres seguacuten un plano o recta a definir
-Agrupacioacuten y descripcioacuten de las barras permite la agrupacioacuten e introduccioacuten de barras de acero y dimensiona la seccioacuten llegando a su optimizacioacuten maacutexima Emplea perfiles de acero laminado armado y conformado que gestiona desde su amplia base de daros compuesta por perfiles de los fabricantes maacutes extendidos Puede crear perfiles compuestos a partir de perfiles simples con unioacuten soldada platabandas presillas etc Tambieacuten puede definir cartelas en los extremos perfiles de canto variable vigas boyd y barras mixtas
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-Introduccioacuten a coeficientes de pandeo y pandeo lateral permite introducir coeficientes de pandeo o longitudes de pandeo y el coeficiente de momentos de cada barra Tambieacuten calcula automaacuteticamente la longitud de pandeo de las barras seguacuten el meacutetodo aproximado El usuario tambieacuten puede activar en cualquier barra la comprobacioacuten de pandeo lateral
-Restriccioacuten de flechas liacutemites de las barras de la estructura el programa posibilita al usuario limitar la flecha de las barras para que el dimensionado de los perfiles tenga en cuenta las restriccioacuten impuesta El usuario puede imponer liacutemites a las flechas maacutexima y relativa tanto para sus calores absolutos como para sus calores relativos a la longitud entre los extremos y los puntos de inflexioacuten de la deformada
-Caacutelculo y optimizacioacuten de la estructura el programas hace todas las comprobaciones pertinente siempre de acorde a la norma para que se cumplan todos los requisitos en caso de no ser asiacute muestra que condiciones no se estaacuten cumpliendo
-Caacutelculo y dimensionado de uniones soldadas y atornilladas el programa realiza el caacutelculo y dimensionado automaacutetico de uniones soldadas y atornilladas de perfiles laminados y armados en doble T
-Caacutelculo y dimensionado de placas de anclaje
-Resultados planos y listados se proporciona una memoria justificativa del proyecto los listados detallados de las comprobaciones seguacuten la norma seleccionada y los planos de la estructura metaacutelica de la nave
73Generadordeprecios El generador de precios es una herramienta informaacutetica que pertenece a CYPE ingenieros que permite a los arquitectos y responsables de los proyectos obtener precios (para obra nueva rehabilitacioacuten y espacios urbanos) con las previsiones de costes ajustadas al maacuteximo a la realidad y facilitar la elaboracioacuten de una documentacioacuten de proyecto de calidad (completa consistente y con informacioacuten teacutecnica vinculada a cada unidad de obra) uacutetil para las distintas fases del ciclo de vida del edificio (estudios previos anteproyecto proyecto baacutesico y de ejecucioacuten direccioacuten y ejecucioacuten de la obra uso y mantenimiento deconstruccioacuten y reciclado final) Incluye productos de fabricantes y productos geneacutericos
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8Dimensionado
81Procedimientodedimensionado
811CaacutelculodelascorreasdecubiertaLas correas e cubierta son aquellos elementos cuya misioacuten es la de soportar al propio material de cerramiento de la cubierta transmitiendo su peso a las cerchas y estas a su vez a los pilares los cuales transmitiraacuten la carga a los pilares Asiacute mismo desempentildean la funcioacuten de arriostrar los poacuterticos fuera de su plano
Utilizando el generado de poacuterticos se generara un poacutertico y se estableceraacute cierta separacioacuten entre ellos asiacute como tambieacuten se generaraacuten las diferentes cargas de nieve y viento Se seleccionaraacuten las correas y por uacuteltimo se exporta a CYPE 3D
812CreacioacutendelageometriacuteadelanaveAprovechando la estructura que se ha generado con la exportacioacuten que se ha realizado desde el generador de poacuterticos se introducen los elementos restantes para completar la geometriacutea de la nave
Entre los maacutes destacados hay que resaltar
-Pilares intermedios de los poacuterticos de los extremos
-Vigas de atados de cabeza de pilar
-Vigas montantes
-Tirantes de las cruces de San Andreacutes
813DescripcioacutendelosnudosUna vez definida la geometriacutea de la nave se procederaacute a describir el comportamiento de los nudos de la estructura empotrada en esta nave se han asignado los siguientes nudos
-Todos los pilares van con vinculacioacuten exterior empotrada en la base
-Todas las uniones entre pilar-viga se efectuaraacuten con vinculacioacuten interior empotrada que seraacute resuelta a traveacutes de cartelas
-Las uniones entre las vigas de cumbrera iraacuten con vinculacioacuten interior empotrada donde seraacute necesario introducir cartelas
-Las uniones entre elementos de la estructura como vigas de atado de cabeza de pilares vigas montantes o las cruces de San Andreacutes iraacuten articuladas
814DescripcioacutendebarrasPara finalizar se describiraacuten todas las barras de la estructura Para ello se han agrupado todas las barras del mismo tipo para ahorrar trabajo optimizando la gestioacuten el control de caacutelculo y la ejecucioacuten de la estructura
Todas las barras deben predimensionarse con una porcioacuten parecida a la solucioacuten final para que el programa encuentre la solucioacuten lo antes posible Tambieacuten es muy importante disponer una cartela inicial adecuada ajo los dinteles que sea como miacutenimo
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la decima parte de la luz
Tras agrupar las barras de forma clara hay que asignar a toda la estructura el tipo de material S275
815PandeoEn los planos de los poacuterticos se ha considerado la estructura como traslacional y en los planos de los cerramientos y las cubiertas la nave puede considerarse como intraslacional
El criterio que usa CYPE es el siguiente
-El plano deacutebil del perfil se denomina plano ldquoxyrdquo y se corresponde con el plano paralelo a las alas del perfil
-El plano fuerte del perfil se denomina plano ldquoxzrdquo y se corresponde al plano que contiene el alma ce la pieza
Por lo que se aplicaraacuten los diferentes coeficientes de pandeo teniendo en cuenta las condiciones de contorno de las que dispone cada barra para cada plano Los coeficientes asignados son los siguientes
-Pilares exteriores de los poacuterticos interiores xzAElig14 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos interiores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares exteriores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Jaacutecenas xzAElig10 xyAElig0
-Cruces de San Andreacutes xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos interiores xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos exteriores xzAElig1 xyAElig1
Estos coeficientes de pandeo van a afectar decisivamente al caacutelculo de la estructura Es muy importante aplicar estos coeficientes basados en datos sensatos y coherentes y que despueacutes se materialicen en la obra de lo contrario no estariacuteamos calculando la obra que se esta construyendo con el consiguiente riesgo antildeadido
Entre alma y alma de los pilares consecutivos se supone el caso maacutes desfavorablesin cerramiento Esta condicioacuten de contorno hace que se ponga a 07 este coeficiente de pandeo en el plano xy
En el plano de inercia xz los pilares estaacuten empotrados teniendo en la base un nudo que imposibilita su desplazamiento y giro pero en su conexioacuten con el dintel si que puede existir desplazamiento por ello se asignara un coeficiente de pandeo de 14
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En el plano deacutebil de los dinteles tenemos que las correas los arriostran y en el plano fuerte estos dinteles estaacuten biempotrados en sus extremos al pilar y al otro dintel respectivamente En este plano la pieza es biempotrada traslacional por lo que le corresponde un coeficiente de pandeo aproximadamente de 1
Una vez razonados y aplicados los coeficientes de pandeo en cada planoprincipal de cada barra se modificaraacuten los coeficientes de empotramiento de los extremos de las vigas de atado y de los marcos de las cruces de San Andreacutes en cada uno de sus planos para despueacutes articular sus extremos
816FlechasSe limitaraacute la flecha maacutexima en el plano fuerte de las barras sometidas a flexioacuten que es en el plano en que van a dominar las cargas
Se limita la flecha maacutexima de acuerdo con el tipo de edificio y los elementos implicados en la deformacioacuten Seguacuten CTE DB-SE apartado 43 Cuando se considere la integridad de los elementos constructivos considerando soacutelo las deformaciones que se produce despueacutes de la puesta en obra del elemento la flecha relativa es menor que L300 para elementos horizontales y menor de L250 para pilares
817PlacasdeanclajeUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles el propio programa nos calcula las propias placas de anclaje incluyendo dimensiones de las mismas rigidizadores y tamantildeo longitud y nuacutemero de pernos debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
818CimentacioacutenUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles ademaacutes de las placas de anclaje el propio programa nos calcula las reacciones y cargas a cimentacioacuten que nos genera nuestra estructura debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
Utilizaremos como tensioacuten de trabajo del suelo 02 MPa confirmado por el tipo de terreno sobre el que se pretende construirTendremos en cuenta para el caacutelculo de la cimentacioacuten de la nave del presente proyecto tanto la Norma EHE como el CTE en su apartado destinado a cimentaciones CTE parte 2-DB SE-C- Seguridad Estructural
82Accionesconsideradas
821CargaspermanentesLas cargas permanentes estaacute constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que estaacuten permanentemente unidos a la
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
ܥ ൌ ͳǡ͵
ൌ ͳ
௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
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Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
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௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
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De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
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siendo
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Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
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mediante celosiacutea
44VigasLas jaacutecenas o vigas son elementos lineales en las que una dimensioacuten predomina sobre las otras dos Su forma de trabajo es casi exclusivamente a flexioacuten por ello suelen adoptar forma de I para tratar de obtener la maacutexima inercia y el mayor moacutedulo resistente con el material disponible tratando de mejorar el rendimiento
Las vigas son los elementos sustentantes horizontales o como en las cubiertas ligeramente inclinados que reciben las cargas verticales y las transmiten trabajando a flexioacuten a los pilares o apoyos
Las cargas que la viga recibe producen en sus secciones los siguientes esfuerzos momento flector esfuerzo cortante y torsiones (algunas veces)
441VigassimplesLos perfiles empleados son IPN IPE o HE El empleo de los perfiles IPE resulta maacutes econoacutemico en general tanto por su mayor rendimiento mecaacutenico como por la simplificacioacuten que en empalmes y uniones proporciona el espesor uniforme de las alas
Los perfiles simples laminados tienen la ventaja sobre la viga armada que para igual resistencia su coste es menor
442VigasmuacuteltiplesSon las vigas constituidas por dos o maacutes perfiles I adosados unidos a traveacutes de elementos de unioacuten tales como perfiles presillas tornillos pasantes etc que solidaricen eficazmente los perfiles componentes
443VigasreforzadasLa utilizacioacuten de refuerzos con chapa o pletina en las estructuras metaacutelicas es de gran eficacia para conseguir ahorro de material
Que un refuerzo sea econoacutemico o no depende de los valores relativos de la chapa el perfil y el cordoacuten de soldadura
El elemento de refuerzo maacutes utilizado es la chapa o platabanda Se utilizan estos refuerzos cuando queremos moacutedulos resistentes (W) mayores que los existentes en el mercado o cuando exista limitacioacuten de canto
444VigasojaacutecenasarmadasLas vigas armadas estaacuten formadas por varias pletinas o chapas unidas con cualquiera de los medios de unioacuten soldadura roblones angulares y tornillos etc
Para unas solicitaciones determinadas siempre es posible encontrar una viga armada de menor peso que el perfil laminado que corresponderiacutea a esas solicitaciones Sin embargo aun con mayor peso los perfiles laminados son siempre maacutes econoacutemicos que las vigas armadas debido al menor coste de fabricacioacuten
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445VigasojaacutecenasaligeradasSon vigas de alma aligerada
La solucioacuten de las vigas aligeradas puede resultar muy econoacutemica cuando pueda adoptarse el canto que se estime maacutes conveniente y cuando la flexioacuten predomine sobre el esfuerzo cortante es decir cuando se trate de luces grandes y de cargas moderadas
A esta clase de vigas se les ha dado diversas denominaciones vigas alveoladas vigas void en panal de abeja
446VigasdecelosiacuteaLas vigas de celosiacutea son de gran utilidad en las construcciones metaacutelicas especialmente en edificaciones industriales y para grandes luces
Para luces de cierta importancia el peso de estas vigas es inferior al de las vigas de alma llena equivalentes El coste de una estructura es el resultado de tres sumandos coste del material de la fabricacioacuten y del montaje Estos uacuteltimos variacutean notablemente seguacuten las circunstancias
El mejor aprovechamiento a efectos resistentes de las vigas de celosiacutea con relacioacuten a las de alma llena se refleja en que mientras que en una viga de alma llena las tensiones maacuteximas de agotamiento se alcanzaraacuten soacutelo en dos puntos de su seccioacuten en una barra triangulada puede conseguirse que toda la seccioacuten tanto los cordones como las diagonales se agoten uniformemente teniendo en cuenta que las barras a compresioacuten deben dimensionarse teniendo en cuenta el pandeo
Las vigas de celosiacutea suelen estar constituidas por cordoacuten superior cordoacuten inferior elementos de relleno (montantes y diagonales) y medios de unioacuten (cartelas soldadura tornilleriacutea etc)
Los cordones pueden ser paralelos o no A aquellos cuyos cordones son paralelos se les llama ldquovigas de celosiacuteardquo mientras que las que tienen dichos cordones inclinados se les denomina ldquocerchasrdquo
En las cerchas el cordoacuten superior sigue la inclinacioacuten de la cubierta Suelen ser estructuras ligeras con cartelas simples y barras constituidas por angulares o simples T
Las posibilidades y variedades de las vigas de celosiacutea son praacutecticamente infinitas seguacuten el trazado de los cordones y la disposicioacuten de la triangulacioacuten Sin embargo existen unos tipos que podriacuteamos llamar claacutesicos y son Pratt Howe y Warren
45CorreasLas correas son las vigas en que se apoya la chapa u otro tipo de techumbre por lo que tienen que soportar su peso asiacute como el debido a posibles cargas de nieve y viento Se encuentran a su vez apoyadas sobre las cerchas o los poacuterticos normalmente en un plano inclinado lo que hace tender a flectar tambieacuten en el sentido de la inclinacioacuten Siendo variable su separacioacuten dependiendo del material de cubierta etc
El apoyo de las correas sobre las cerchas o poacuterticos se aseguraraacute bien mediante uniones soldadas (un cordoacuten por cada lado de la correa con el maacuteximo espesor que permita la
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unioacuten) bien mediante uniones remachadas ponieacutendose un casquillo en angular
Las correas se calcularaacuten como vigas apoyadas con carga uniformemente distribuida
Suelen emplearse perfiles IPN simple T perfil Z o vigas de celosiacutea
46ArriostramientosTienen la funcioacuten de transmitir los esfuerzos producidos por el viento frontal sobre el poacutertico extremo a las paredes laterales que a su vez los transmitiraacuten al suelo
El arriostramiento baacutesico es la Cruz de San Andreacutes en forma de aspa que se coloca entre dos cerchas o poacuterticos y pueden abarcar varias correas para evitar aacutengulos pequentildeos y repartir bien los esfuerzos a las barras
Este tipo de configuracioacuten presenta el inconveniente de ser estaacuteticamente indeterminado con lo que tenemos que hacer hipoacutetesis para llegar a una que sea determinada Estas hipoacutetesis se hacen respecto a las diagonales cruzadas observando que cuando una diagonal estaacute en tensioacuten la contradiagonal estaacute en compresioacuten Por lo general se toman dos meacutetodos de anaacutelisis
-Si las diagonales se disentildean esbeltas es razonable suponer que no soportaraacuten esfuerzos de compresioacuten pues en caso contrario podriacutean pandear con gran facilidad Por lo tanto la fuerza cortante seraacute absorbida iacutentegramente por la diagonal en tensioacuten mientras que la diagonal en compresioacuten se supone que es un elemento que no trabaja es decir a todos los efectos es como si no existiese
-Si las barras diagonales se construyen con secciones robustas seraacuten capaces de soportar fuerzas de tensioacuten y de compresioacuten En este caso supondremos que cada diagonal toma la mitad de la fuerza cortante que aparezca
-Por estar sometidos a esfuerzos de traccioacuten estos elementos seraacuten esbeltos y de seccioacuten circular o rectangular (barras y varillas) existiendo tambieacuten de seccioacuten angular
-Las varillas (seccioacuten circular) han de engrosarse en sus extremos para compensar la peacuterdida de seccioacuten que supone la realizacioacuten de roscas para su fijacioacuten si bien en ocasiones se opta por disentildear tomando como seccioacuten resistente la correspondiente al aacuterea de la seccioacuten transversal de la rosca pues esta solucioacuten suele resultar maacutes econoacutemica aunque la pieza en este caso resulta ser maacutes sensible a efectos de impacto y de fatiga tendiendo a fallar por la zona de la rosca
47MediosdeUnioacuten
471UnionesatornilladasLos medios de unioacuten contemplados son los constituidos por tornillos tuercas y arandelas que deberaacuten estar normalizados y corresponder a los mismos grados del material que unen liacutemite elaacutestico y resistencia a traccioacuten
472UnionessoldadasUn acero se considera soldable seguacuten un grado un procedimiento determinado y para una aplicacioacuten especiacutefica cuando mediante la teacutecnica apropiada se puede conseguir la
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continuidad metaacutelica de la unioacuten y eacutesta cumpla con las exigencias requeridas
El material de aportacioacuten utilizable para la realizacioacuten de soldaduras (electrodos) deberaacute ser apropiado para el proceso de soldeo teniendo en cuenta al material a soldar y el procedimiento de soldeo ademaacutes deberaacute tener unas caracteriacutesticas mecaacutenicas en teacuterminos de liacutemite elaacutestico resistencia a traccioacuten deformacioacuten bajo carga maacutexima etc no inferiores a las correspondientes del material de base que constituye los perfiles o chapas que se pretende soldar
Meacutetodos de soldadura
-Soldadura manual con electrodo recubierto con recubrimientos de tipo rutilo o baacutesico
-Soldadura semiautomaacutetica bajo proteccioacuten gaseosa con hilo macizo tubular relleno de flux con transferencia de lluvia
-Soldadura semiautomaacutetica con hilo tubular relleno de flux sin proteccioacuten gaseosa con transferencia de lluvia
-Soldadura automaacutetica con arco sumergido
48TipologiacuteasestructuralesA la combinacioacuten de los distintos elementos estructurales y los materiales de que estaacuten hechos se les denomina sistema estructural Dichos sistemas estructurales pueden estar constituidos por la combinacioacuten de uno o varios tipos baacutesicos de estructuras Se recogen seguidamente una breve introduccioacuten a algunos de los tipos estructurales maacutes comunes en las construcciones industriales
481CerchasSon la parte principal de la cubierta Sobre eacutestas se apoyan las correas de tal forma que permiten que se transmitan las cargas actuantes sobre las correas a los soportes
Existen muchos tipos diferentes de cerchas y seguacuten sus triangulaciones asiacute podraacuten ser para mayor o menor luz
482PoacuterticosomarcosSe componen de vigas y columnas que estaacuten unidas entre siacute bien riacutegidamente o bien mediante articulaciones
Se clasifican en poacuterticos simples y poacuterticos muacuteltiples seguacuten consten de uno o varios vanos
Suelen ser poacuterticos a dos aguas adaptaacutendose a la inclinacioacuten de los faldones con lo que se aprovecha maacutes el interior al no existir tirantes
El trabajo de un poacutertico es el de una viga apoyada por medio de empotramiento en dos soportes Los elementos que lo forman suelen ser de alma llena Los encuentros se refuerzan con cartelas formadas por trozos de perfiles que rigidizan el nudo y ayudan a contrarrestar el empuje que ejerce el poacutertico hacia el exterior
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5DurabilidaddelasestructurasLa durabilidad de una estructura de acero es su capacidad para soportar durante la vida uacutetil para la que ha sido proyectada las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que estaacute expuesta y que podriacutean llegar a provocar su degradacioacuten como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el anaacutelisis estructural
Para conseguir la durabilidad adecuada seraacute necesario seguir una estrategia que contemple todos los posibles mecanismos de degradacioacuten adoptando medidas especiacuteficas en funcioacuten de la agresividad a la que se encuentre sometido cada elemento
Deberaacuten incluirse al menos los siguientes aspectos
-Seleccioacuten de la forma estructural definiendo en el proyecto los esquemas estructurales las formas geomeacutetricas y los detalles que sean compatibles con la consecucioacuten de una adecuada durabilidad de la estructura Se facilitaraacute la preparacioacuten de las superficies el pintado las inspecciones y el mantenimiento
-Se procuraraacute evitar el empleo de disentildeos estructurales que conduzcan a una susceptibilidad elevada a la corrosioacuten eligiendo formas de los elementos sencillas
-Se reduciraacute al miacutenimo el contacto directo entre las superficies de acero y el agua
-Se evitaraacute el contacto directo del acero con otros metales (el aluminio de las carpinteriacuteas de cerramiento muros cortina etc)
-Cuando la estructura presente aacutereas cerradas o elementos huecos debe cuidarse que esteacuten protegidos de manera efectiva contra la corrosioacuten mediante soldadura continua
En casos de especial agresividad cuando las medidas normales de proteccioacuten no se consideren suficientes se podraacute recurrir a la disposicioacuten de sistemas especiales de proteccioacuten (materiales de recubrimiento en polvo productos para tratamiento quiacutemico de superficies)
51ProteccionesparaestructurasmetaacutelicasUna vez finalizada la construccioacuten de las estructuras metaacutelicas pueden aparecer problemas por alguna de las siguientes causas
Efectos del calor como consecuencia de incendios
Oxidacioacuten excesiva y consiguiente corrosioacuten
511ProteccioacutencontraincendiosAunque el hierro no es combustible no se puede considerar resistente al fuego no soacutelo porque disminuye sus resistencia en cuanto pasa de 500ordmC sino porque por efecto de su dilatacioacuten sufre grandes deformacionesLos materiales de proteccioacuten del acero que pueden utilizarse son granito maacutermol hormigoacuten faacutebrica de ladrillo ceraacutemico con mortero de cemento placas de yeso pinturas intumescentes etc
512ProteccioacutencontracorrosioacutenLa oxidacioacuten constituye el peor enemigo de las construcciones metaacutelicas Para evitarlo
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se cubre con un revestimiento protector y es indispensable que la superficie a tratar esteacute limpia de suciedad y oacutexido Deberaacute considerarse conjuntamente el tratamiento de proteccioacuten frente a incendio ya que los requisitos del mismo pueden determinar un grado de defensa frente a la corrosioacuten muy superior al estrictamente necesario especialmente en el caso de pinturas intumescentes y morteros proyectados
52DurabilidaddelHormigoacutenSe define en la Instruccioacuten espantildeola EHE la durabilidad del hormigoacuten como la capacidad para comportarse satisfactoriamente frente a las acciones fiacutesicas y quiacutemicas agresivas a lo largo de la vida uacutetil de la estructura protegiendo tambieacuten las armaduras y elementos metaacutelicos embebidos en su interior Por tanto no solo hay que considerar los efectos provocados por las cargas y solicitaciones sino tambieacuten las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que se expone Por ello se considera el tipo de ambiente en que se va a encontrar la estructura y que puede afectar a la corrosioacuten de las armaduras ambientes quiacutemicos agresivos zonas afectadas por ciclos de hielo-deshielo etc Para garantizar la durabilidad del hormigoacuten y la proteccioacuten de las armaduras frente a la corrosioacuten es importante realizar un hormigoacuten con una permeabilidad reducida realizando una mezcla con una relacioacuten aguacemento baja una compactacioacuten idoacutenea un peso en cemento adecuado y la hidratacioacuten suficiente de eacuteste antildeadiendo agua de curado para completarlo De esta forma se consigue que haya los menos poros posibles y una red capilar interna poco comunicada y asiacute se reducen los ataques al hormigoacuten En los casos de existencia de sulfatos en el terreno o de agua de mar se deben emplear cementos especiales Para prevenir la corrosioacuten de armaduras hay que cuidar el recubrimiento miacutenimo de las mismas
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6Casodeestudio 61Descripcioacutendelanave La nave que se pretende calcular es una nave formada por dos poacuterticos adosados a dos aguas con una longitud total de 85m La separacioacuten de los poacuterticos entre siacute va a ser de 5m La luz de dicha nave va a ser de 25m por cada poacutertico la altura de cabeza de pilar va a ser de 7m y la de cumbrera de 9m A continuacioacuten se adjunta una foto del esqueleto de la nave donde se puede observar que en los poacuterticos de los extremos se han situado arriostramientos para transmitir los efectos de las acciones a la cimentacioacuten
Figura 1 Nave industrial del caso de estudio
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62Localizacioacuten La nave industrial que se ha calculado en el presente proyecto se ubicaraacute en la parcela nordm36 del poliacutegono industrial de Villareal con acceso principal en la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell sn El poliacutegono industrial cuanta con buenos viales de comunicacioacuten que permiten localizarla sin dificultad como queda definido en la siguiente imagen de situacioacuten Aclaracioacuten Tras tomar la salida del poliacutegono industrial desde la nacional 340 por la avenida Castelloacute y tomar la primera salida en la primera rotonda se llega a la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell donde esta la nave situada
Figura 2 Accesos a la nave industrial
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63Normativamunicipal
Figura 3 Situacioacuten geograacutefica de la nave industrial Todas las obras a realizar por el presente proyecto se someteraacuten a la normativa municipal que indique el Excmo Ayuntamiento de Villareal Castelloacuten
La superficie total de la parcela seguacuten el catastro es de 719333 m2
La parcela estaacute clasificada como suelo urbano Industrial y su aprovechamiento urbaniacutestico es el que se pasa a detallar a continuacioacuten
Superficie maacutexima edificable 719333 m2 13 = 553333 m2
Ocupacioacuten permitida 100
Volumen maacuteximo sin especificacioacuten
Plazas de parking miacutenimo una plaza por cada 200 m2
Vallado miacutenimo 2m de altura
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64NormativalegalaplicableatodalanaveEn la redaccioacuten del presente Proyecto de Ejecucioacuten se ha tenido en cuenta
-Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacuten (CTE) y particularmente sus siguientes documentos baacutesicos (DB)El DB-SE constituye la base para los Documentos Baacutesicos siguientes y se utilizaraacute conjuntamente con ellos
-Documento Baacutesico SE (Seguridad Estructural)
-Documento Baacutesico SE-AE (Acciones en la Edificacioacuten)
En este Documento Baacutesico se establecen las formas en que deben combinarse las diferentes acciones que actuacutean sobre el edificio definiendo los diferentes coeficientes de seguridad de forma global para todos los materiales De esta forma se establecen entre otros los liacutemites de las deformaciones admisibles que deben verificar las estructuras de edificacioacuten
-Documento Baacutesico SE-A (Acciones de la edificacioacuten)
En el campo de aplicacioacuten de este Documento Baacutesico es el de la determinacioacuten de las acciones permanentes variables y accidentales sobre los edificios para verificar el cumplimiento de los requisitos de seguridad estructural (capacidad portante y estabilidad) y aptitud al servicio establecidos en el DB-SE
-Documento Baacutesico SE-A (Seguridad Estructural Acero)
En este documento se adopta baacutesicamente el enfoque del Eurocoacutedigo de acero EN-1993 contemplando las distintas combinaciones de caacutelculo elaacutestico y plaacutestico en base a la clasificacioacuten de secciones seguacuten el Eurocoacutedigo El documento se adapta al tipo de aceros que se comercializan actualmente e incluye modelos de anaacutelisis para uniones
-Documento Baacutesico SI (Seguridad en caso de Incendio)
Este Documento Baacutesico es una normativa de construccioacuten espantildeola que forma parte del Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacutenregula especiacuteficamente las medidas de proteccioacuten contra incendios con que deben contar los edificios de nueva planta Es una normativa de obligado cumplimiento en Espantildea por lo que todos los edificios construidos desde su entrada en vigor en 2006 deben incorporar las soluciones constructivas que recoge la normativa a excepcioacuten de los edificios industriales que se rigen por el Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales
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7MetodologiacuteadecaacutelculoEl caacutelculo de la nave se llevaraacute a cabo con la herramienta de software de CYPE Ingenieros versioacuten 2015
Este programa es capaz de calcular edificios naves industriales y cualquier otro tupo de estructura Mediante la aplicacioacuten de meacutetodos matriciales obtiene una forma relativamente sencilla y fiable del dimensionado y la optimizacioacuten de estructuras
El software de CYPE Ingenieros se estructura en diferentes aplicaciones cada una de las cuales estaacute especiacuteficamente disentildeada para una finalidad concreta
71GeneradordepoacuterticosEl generados de poacuterticos es un programa perteneciente al paquete CYPE Ingenieros que dada su sencillez y facilidad de uso permite hacer un dimensionado faacutecil y raacutepido de las correas a disponer Entre sus funcionalidades destacan
-Crear de forma sencilla y raacutepida la geometriacutea y las cargas de peso propio sobrecarga de uso viento y nieve de un poacutertico formado por nudos riacutegidos celosiacuteas o cerchas Las cargas de viento y nieve se generan automaacuteticamente seguacuten la norma y la zona elegida
-Proporcionar el dimensionado de correas de cubiertas y laterales de fachadas optimizando el perfil y la separacioacuten entre correas
-Exportar a CYPE 3D la geometriacutea del poacutertico con apoyos biarticulados o biempotrados sus cargas y los coeficientes de pandeo de las barras que lo componen suponiendo la estructura traslacional o intraslacional Se exportan todas las cargas de viento las de cubierta las del los laterales de la nave y las perpendiculares a los poacuterticos de pared final (muro pintildeoacuten) Estas cargas se exportan como cargas superficiales lo que facilita enormementela labor de introduccioacuten de datos
72Cype3DEste moacutedulo ha sido disentildeado para ofrecer al usuario un software de mayores prestaciones con relacioacuten al dimensionado de estructuras de acero Permite calcular cualquier tipo de estructura formada por barras de acero de acuerdo con la normativa seleccionada Estaacute adaptado al CTE y tambieacuten a otras normativas nacionales e internacionales Las funcionalidades maacutes importante que se han utilizado para este proyecto son
-Descripcioacuten de los nudos la tipologiacutea de los nudos es muy completa Pueden definirse las vinculaciones interiores y coacciones exteriores las cuales permiten que los nudos puedan definirse como empotrados semiempotrados apoyos elaacutesticos apoyos con desplazamientos libres seguacuten un plano o recta a definir
-Agrupacioacuten y descripcioacuten de las barras permite la agrupacioacuten e introduccioacuten de barras de acero y dimensiona la seccioacuten llegando a su optimizacioacuten maacutexima Emplea perfiles de acero laminado armado y conformado que gestiona desde su amplia base de daros compuesta por perfiles de los fabricantes maacutes extendidos Puede crear perfiles compuestos a partir de perfiles simples con unioacuten soldada platabandas presillas etc Tambieacuten puede definir cartelas en los extremos perfiles de canto variable vigas boyd y barras mixtas
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-Introduccioacuten a coeficientes de pandeo y pandeo lateral permite introducir coeficientes de pandeo o longitudes de pandeo y el coeficiente de momentos de cada barra Tambieacuten calcula automaacuteticamente la longitud de pandeo de las barras seguacuten el meacutetodo aproximado El usuario tambieacuten puede activar en cualquier barra la comprobacioacuten de pandeo lateral
-Restriccioacuten de flechas liacutemites de las barras de la estructura el programa posibilita al usuario limitar la flecha de las barras para que el dimensionado de los perfiles tenga en cuenta las restriccioacuten impuesta El usuario puede imponer liacutemites a las flechas maacutexima y relativa tanto para sus calores absolutos como para sus calores relativos a la longitud entre los extremos y los puntos de inflexioacuten de la deformada
-Caacutelculo y optimizacioacuten de la estructura el programas hace todas las comprobaciones pertinente siempre de acorde a la norma para que se cumplan todos los requisitos en caso de no ser asiacute muestra que condiciones no se estaacuten cumpliendo
-Caacutelculo y dimensionado de uniones soldadas y atornilladas el programa realiza el caacutelculo y dimensionado automaacutetico de uniones soldadas y atornilladas de perfiles laminados y armados en doble T
-Caacutelculo y dimensionado de placas de anclaje
-Resultados planos y listados se proporciona una memoria justificativa del proyecto los listados detallados de las comprobaciones seguacuten la norma seleccionada y los planos de la estructura metaacutelica de la nave
73Generadordeprecios El generador de precios es una herramienta informaacutetica que pertenece a CYPE ingenieros que permite a los arquitectos y responsables de los proyectos obtener precios (para obra nueva rehabilitacioacuten y espacios urbanos) con las previsiones de costes ajustadas al maacuteximo a la realidad y facilitar la elaboracioacuten de una documentacioacuten de proyecto de calidad (completa consistente y con informacioacuten teacutecnica vinculada a cada unidad de obra) uacutetil para las distintas fases del ciclo de vida del edificio (estudios previos anteproyecto proyecto baacutesico y de ejecucioacuten direccioacuten y ejecucioacuten de la obra uso y mantenimiento deconstruccioacuten y reciclado final) Incluye productos de fabricantes y productos geneacutericos
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8Dimensionado
81Procedimientodedimensionado
811CaacutelculodelascorreasdecubiertaLas correas e cubierta son aquellos elementos cuya misioacuten es la de soportar al propio material de cerramiento de la cubierta transmitiendo su peso a las cerchas y estas a su vez a los pilares los cuales transmitiraacuten la carga a los pilares Asiacute mismo desempentildean la funcioacuten de arriostrar los poacuterticos fuera de su plano
Utilizando el generado de poacuterticos se generara un poacutertico y se estableceraacute cierta separacioacuten entre ellos asiacute como tambieacuten se generaraacuten las diferentes cargas de nieve y viento Se seleccionaraacuten las correas y por uacuteltimo se exporta a CYPE 3D
812CreacioacutendelageometriacuteadelanaveAprovechando la estructura que se ha generado con la exportacioacuten que se ha realizado desde el generador de poacuterticos se introducen los elementos restantes para completar la geometriacutea de la nave
Entre los maacutes destacados hay que resaltar
-Pilares intermedios de los poacuterticos de los extremos
-Vigas de atados de cabeza de pilar
-Vigas montantes
-Tirantes de las cruces de San Andreacutes
813DescripcioacutendelosnudosUna vez definida la geometriacutea de la nave se procederaacute a describir el comportamiento de los nudos de la estructura empotrada en esta nave se han asignado los siguientes nudos
-Todos los pilares van con vinculacioacuten exterior empotrada en la base
-Todas las uniones entre pilar-viga se efectuaraacuten con vinculacioacuten interior empotrada que seraacute resuelta a traveacutes de cartelas
-Las uniones entre las vigas de cumbrera iraacuten con vinculacioacuten interior empotrada donde seraacute necesario introducir cartelas
-Las uniones entre elementos de la estructura como vigas de atado de cabeza de pilares vigas montantes o las cruces de San Andreacutes iraacuten articuladas
814DescripcioacutendebarrasPara finalizar se describiraacuten todas las barras de la estructura Para ello se han agrupado todas las barras del mismo tipo para ahorrar trabajo optimizando la gestioacuten el control de caacutelculo y la ejecucioacuten de la estructura
Todas las barras deben predimensionarse con una porcioacuten parecida a la solucioacuten final para que el programa encuentre la solucioacuten lo antes posible Tambieacuten es muy importante disponer una cartela inicial adecuada ajo los dinteles que sea como miacutenimo
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la decima parte de la luz
Tras agrupar las barras de forma clara hay que asignar a toda la estructura el tipo de material S275
815PandeoEn los planos de los poacuterticos se ha considerado la estructura como traslacional y en los planos de los cerramientos y las cubiertas la nave puede considerarse como intraslacional
El criterio que usa CYPE es el siguiente
-El plano deacutebil del perfil se denomina plano ldquoxyrdquo y se corresponde con el plano paralelo a las alas del perfil
-El plano fuerte del perfil se denomina plano ldquoxzrdquo y se corresponde al plano que contiene el alma ce la pieza
Por lo que se aplicaraacuten los diferentes coeficientes de pandeo teniendo en cuenta las condiciones de contorno de las que dispone cada barra para cada plano Los coeficientes asignados son los siguientes
-Pilares exteriores de los poacuterticos interiores xzAElig14 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos interiores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares exteriores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Jaacutecenas xzAElig10 xyAElig0
-Cruces de San Andreacutes xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos interiores xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos exteriores xzAElig1 xyAElig1
Estos coeficientes de pandeo van a afectar decisivamente al caacutelculo de la estructura Es muy importante aplicar estos coeficientes basados en datos sensatos y coherentes y que despueacutes se materialicen en la obra de lo contrario no estariacuteamos calculando la obra que se esta construyendo con el consiguiente riesgo antildeadido
Entre alma y alma de los pilares consecutivos se supone el caso maacutes desfavorablesin cerramiento Esta condicioacuten de contorno hace que se ponga a 07 este coeficiente de pandeo en el plano xy
En el plano de inercia xz los pilares estaacuten empotrados teniendo en la base un nudo que imposibilita su desplazamiento y giro pero en su conexioacuten con el dintel si que puede existir desplazamiento por ello se asignara un coeficiente de pandeo de 14
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En el plano deacutebil de los dinteles tenemos que las correas los arriostran y en el plano fuerte estos dinteles estaacuten biempotrados en sus extremos al pilar y al otro dintel respectivamente En este plano la pieza es biempotrada traslacional por lo que le corresponde un coeficiente de pandeo aproximadamente de 1
Una vez razonados y aplicados los coeficientes de pandeo en cada planoprincipal de cada barra se modificaraacuten los coeficientes de empotramiento de los extremos de las vigas de atado y de los marcos de las cruces de San Andreacutes en cada uno de sus planos para despueacutes articular sus extremos
816FlechasSe limitaraacute la flecha maacutexima en el plano fuerte de las barras sometidas a flexioacuten que es en el plano en que van a dominar las cargas
Se limita la flecha maacutexima de acuerdo con el tipo de edificio y los elementos implicados en la deformacioacuten Seguacuten CTE DB-SE apartado 43 Cuando se considere la integridad de los elementos constructivos considerando soacutelo las deformaciones que se produce despueacutes de la puesta en obra del elemento la flecha relativa es menor que L300 para elementos horizontales y menor de L250 para pilares
817PlacasdeanclajeUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles el propio programa nos calcula las propias placas de anclaje incluyendo dimensiones de las mismas rigidizadores y tamantildeo longitud y nuacutemero de pernos debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
818CimentacioacutenUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles ademaacutes de las placas de anclaje el propio programa nos calcula las reacciones y cargas a cimentacioacuten que nos genera nuestra estructura debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
Utilizaremos como tensioacuten de trabajo del suelo 02 MPa confirmado por el tipo de terreno sobre el que se pretende construirTendremos en cuenta para el caacutelculo de la cimentacioacuten de la nave del presente proyecto tanto la Norma EHE como el CTE en su apartado destinado a cimentaciones CTE parte 2-DB SE-C- Seguridad Estructural
82Accionesconsideradas
821CargaspermanentesLas cargas permanentes estaacute constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que estaacuten permanentemente unidos a la
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
ܥ ൌ ͳǡ͵
ൌ ͳ
௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
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De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
ഝభబ െ ͳሻοߠǡ௧
siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
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Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
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445VigasojaacutecenasaligeradasSon vigas de alma aligerada
La solucioacuten de las vigas aligeradas puede resultar muy econoacutemica cuando pueda adoptarse el canto que se estime maacutes conveniente y cuando la flexioacuten predomine sobre el esfuerzo cortante es decir cuando se trate de luces grandes y de cargas moderadas
A esta clase de vigas se les ha dado diversas denominaciones vigas alveoladas vigas void en panal de abeja
446VigasdecelosiacuteaLas vigas de celosiacutea son de gran utilidad en las construcciones metaacutelicas especialmente en edificaciones industriales y para grandes luces
Para luces de cierta importancia el peso de estas vigas es inferior al de las vigas de alma llena equivalentes El coste de una estructura es el resultado de tres sumandos coste del material de la fabricacioacuten y del montaje Estos uacuteltimos variacutean notablemente seguacuten las circunstancias
El mejor aprovechamiento a efectos resistentes de las vigas de celosiacutea con relacioacuten a las de alma llena se refleja en que mientras que en una viga de alma llena las tensiones maacuteximas de agotamiento se alcanzaraacuten soacutelo en dos puntos de su seccioacuten en una barra triangulada puede conseguirse que toda la seccioacuten tanto los cordones como las diagonales se agoten uniformemente teniendo en cuenta que las barras a compresioacuten deben dimensionarse teniendo en cuenta el pandeo
Las vigas de celosiacutea suelen estar constituidas por cordoacuten superior cordoacuten inferior elementos de relleno (montantes y diagonales) y medios de unioacuten (cartelas soldadura tornilleriacutea etc)
Los cordones pueden ser paralelos o no A aquellos cuyos cordones son paralelos se les llama ldquovigas de celosiacuteardquo mientras que las que tienen dichos cordones inclinados se les denomina ldquocerchasrdquo
En las cerchas el cordoacuten superior sigue la inclinacioacuten de la cubierta Suelen ser estructuras ligeras con cartelas simples y barras constituidas por angulares o simples T
Las posibilidades y variedades de las vigas de celosiacutea son praacutecticamente infinitas seguacuten el trazado de los cordones y la disposicioacuten de la triangulacioacuten Sin embargo existen unos tipos que podriacuteamos llamar claacutesicos y son Pratt Howe y Warren
45CorreasLas correas son las vigas en que se apoya la chapa u otro tipo de techumbre por lo que tienen que soportar su peso asiacute como el debido a posibles cargas de nieve y viento Se encuentran a su vez apoyadas sobre las cerchas o los poacuterticos normalmente en un plano inclinado lo que hace tender a flectar tambieacuten en el sentido de la inclinacioacuten Siendo variable su separacioacuten dependiendo del material de cubierta etc
El apoyo de las correas sobre las cerchas o poacuterticos se aseguraraacute bien mediante uniones soldadas (un cordoacuten por cada lado de la correa con el maacuteximo espesor que permita la
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unioacuten) bien mediante uniones remachadas ponieacutendose un casquillo en angular
Las correas se calcularaacuten como vigas apoyadas con carga uniformemente distribuida
Suelen emplearse perfiles IPN simple T perfil Z o vigas de celosiacutea
46ArriostramientosTienen la funcioacuten de transmitir los esfuerzos producidos por el viento frontal sobre el poacutertico extremo a las paredes laterales que a su vez los transmitiraacuten al suelo
El arriostramiento baacutesico es la Cruz de San Andreacutes en forma de aspa que se coloca entre dos cerchas o poacuterticos y pueden abarcar varias correas para evitar aacutengulos pequentildeos y repartir bien los esfuerzos a las barras
Este tipo de configuracioacuten presenta el inconveniente de ser estaacuteticamente indeterminado con lo que tenemos que hacer hipoacutetesis para llegar a una que sea determinada Estas hipoacutetesis se hacen respecto a las diagonales cruzadas observando que cuando una diagonal estaacute en tensioacuten la contradiagonal estaacute en compresioacuten Por lo general se toman dos meacutetodos de anaacutelisis
-Si las diagonales se disentildean esbeltas es razonable suponer que no soportaraacuten esfuerzos de compresioacuten pues en caso contrario podriacutean pandear con gran facilidad Por lo tanto la fuerza cortante seraacute absorbida iacutentegramente por la diagonal en tensioacuten mientras que la diagonal en compresioacuten se supone que es un elemento que no trabaja es decir a todos los efectos es como si no existiese
-Si las barras diagonales se construyen con secciones robustas seraacuten capaces de soportar fuerzas de tensioacuten y de compresioacuten En este caso supondremos que cada diagonal toma la mitad de la fuerza cortante que aparezca
-Por estar sometidos a esfuerzos de traccioacuten estos elementos seraacuten esbeltos y de seccioacuten circular o rectangular (barras y varillas) existiendo tambieacuten de seccioacuten angular
-Las varillas (seccioacuten circular) han de engrosarse en sus extremos para compensar la peacuterdida de seccioacuten que supone la realizacioacuten de roscas para su fijacioacuten si bien en ocasiones se opta por disentildear tomando como seccioacuten resistente la correspondiente al aacuterea de la seccioacuten transversal de la rosca pues esta solucioacuten suele resultar maacutes econoacutemica aunque la pieza en este caso resulta ser maacutes sensible a efectos de impacto y de fatiga tendiendo a fallar por la zona de la rosca
47MediosdeUnioacuten
471UnionesatornilladasLos medios de unioacuten contemplados son los constituidos por tornillos tuercas y arandelas que deberaacuten estar normalizados y corresponder a los mismos grados del material que unen liacutemite elaacutestico y resistencia a traccioacuten
472UnionessoldadasUn acero se considera soldable seguacuten un grado un procedimiento determinado y para una aplicacioacuten especiacutefica cuando mediante la teacutecnica apropiada se puede conseguir la
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continuidad metaacutelica de la unioacuten y eacutesta cumpla con las exigencias requeridas
El material de aportacioacuten utilizable para la realizacioacuten de soldaduras (electrodos) deberaacute ser apropiado para el proceso de soldeo teniendo en cuenta al material a soldar y el procedimiento de soldeo ademaacutes deberaacute tener unas caracteriacutesticas mecaacutenicas en teacuterminos de liacutemite elaacutestico resistencia a traccioacuten deformacioacuten bajo carga maacutexima etc no inferiores a las correspondientes del material de base que constituye los perfiles o chapas que se pretende soldar
Meacutetodos de soldadura
-Soldadura manual con electrodo recubierto con recubrimientos de tipo rutilo o baacutesico
-Soldadura semiautomaacutetica bajo proteccioacuten gaseosa con hilo macizo tubular relleno de flux con transferencia de lluvia
-Soldadura semiautomaacutetica con hilo tubular relleno de flux sin proteccioacuten gaseosa con transferencia de lluvia
-Soldadura automaacutetica con arco sumergido
48TipologiacuteasestructuralesA la combinacioacuten de los distintos elementos estructurales y los materiales de que estaacuten hechos se les denomina sistema estructural Dichos sistemas estructurales pueden estar constituidos por la combinacioacuten de uno o varios tipos baacutesicos de estructuras Se recogen seguidamente una breve introduccioacuten a algunos de los tipos estructurales maacutes comunes en las construcciones industriales
481CerchasSon la parte principal de la cubierta Sobre eacutestas se apoyan las correas de tal forma que permiten que se transmitan las cargas actuantes sobre las correas a los soportes
Existen muchos tipos diferentes de cerchas y seguacuten sus triangulaciones asiacute podraacuten ser para mayor o menor luz
482PoacuterticosomarcosSe componen de vigas y columnas que estaacuten unidas entre siacute bien riacutegidamente o bien mediante articulaciones
Se clasifican en poacuterticos simples y poacuterticos muacuteltiples seguacuten consten de uno o varios vanos
Suelen ser poacuterticos a dos aguas adaptaacutendose a la inclinacioacuten de los faldones con lo que se aprovecha maacutes el interior al no existir tirantes
El trabajo de un poacutertico es el de una viga apoyada por medio de empotramiento en dos soportes Los elementos que lo forman suelen ser de alma llena Los encuentros se refuerzan con cartelas formadas por trozos de perfiles que rigidizan el nudo y ayudan a contrarrestar el empuje que ejerce el poacutertico hacia el exterior
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5DurabilidaddelasestructurasLa durabilidad de una estructura de acero es su capacidad para soportar durante la vida uacutetil para la que ha sido proyectada las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que estaacute expuesta y que podriacutean llegar a provocar su degradacioacuten como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el anaacutelisis estructural
Para conseguir la durabilidad adecuada seraacute necesario seguir una estrategia que contemple todos los posibles mecanismos de degradacioacuten adoptando medidas especiacuteficas en funcioacuten de la agresividad a la que se encuentre sometido cada elemento
Deberaacuten incluirse al menos los siguientes aspectos
-Seleccioacuten de la forma estructural definiendo en el proyecto los esquemas estructurales las formas geomeacutetricas y los detalles que sean compatibles con la consecucioacuten de una adecuada durabilidad de la estructura Se facilitaraacute la preparacioacuten de las superficies el pintado las inspecciones y el mantenimiento
-Se procuraraacute evitar el empleo de disentildeos estructurales que conduzcan a una susceptibilidad elevada a la corrosioacuten eligiendo formas de los elementos sencillas
-Se reduciraacute al miacutenimo el contacto directo entre las superficies de acero y el agua
-Se evitaraacute el contacto directo del acero con otros metales (el aluminio de las carpinteriacuteas de cerramiento muros cortina etc)
-Cuando la estructura presente aacutereas cerradas o elementos huecos debe cuidarse que esteacuten protegidos de manera efectiva contra la corrosioacuten mediante soldadura continua
En casos de especial agresividad cuando las medidas normales de proteccioacuten no se consideren suficientes se podraacute recurrir a la disposicioacuten de sistemas especiales de proteccioacuten (materiales de recubrimiento en polvo productos para tratamiento quiacutemico de superficies)
51ProteccionesparaestructurasmetaacutelicasUna vez finalizada la construccioacuten de las estructuras metaacutelicas pueden aparecer problemas por alguna de las siguientes causas
Efectos del calor como consecuencia de incendios
Oxidacioacuten excesiva y consiguiente corrosioacuten
511ProteccioacutencontraincendiosAunque el hierro no es combustible no se puede considerar resistente al fuego no soacutelo porque disminuye sus resistencia en cuanto pasa de 500ordmC sino porque por efecto de su dilatacioacuten sufre grandes deformacionesLos materiales de proteccioacuten del acero que pueden utilizarse son granito maacutermol hormigoacuten faacutebrica de ladrillo ceraacutemico con mortero de cemento placas de yeso pinturas intumescentes etc
512ProteccioacutencontracorrosioacutenLa oxidacioacuten constituye el peor enemigo de las construcciones metaacutelicas Para evitarlo
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se cubre con un revestimiento protector y es indispensable que la superficie a tratar esteacute limpia de suciedad y oacutexido Deberaacute considerarse conjuntamente el tratamiento de proteccioacuten frente a incendio ya que los requisitos del mismo pueden determinar un grado de defensa frente a la corrosioacuten muy superior al estrictamente necesario especialmente en el caso de pinturas intumescentes y morteros proyectados
52DurabilidaddelHormigoacutenSe define en la Instruccioacuten espantildeola EHE la durabilidad del hormigoacuten como la capacidad para comportarse satisfactoriamente frente a las acciones fiacutesicas y quiacutemicas agresivas a lo largo de la vida uacutetil de la estructura protegiendo tambieacuten las armaduras y elementos metaacutelicos embebidos en su interior Por tanto no solo hay que considerar los efectos provocados por las cargas y solicitaciones sino tambieacuten las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que se expone Por ello se considera el tipo de ambiente en que se va a encontrar la estructura y que puede afectar a la corrosioacuten de las armaduras ambientes quiacutemicos agresivos zonas afectadas por ciclos de hielo-deshielo etc Para garantizar la durabilidad del hormigoacuten y la proteccioacuten de las armaduras frente a la corrosioacuten es importante realizar un hormigoacuten con una permeabilidad reducida realizando una mezcla con una relacioacuten aguacemento baja una compactacioacuten idoacutenea un peso en cemento adecuado y la hidratacioacuten suficiente de eacuteste antildeadiendo agua de curado para completarlo De esta forma se consigue que haya los menos poros posibles y una red capilar interna poco comunicada y asiacute se reducen los ataques al hormigoacuten En los casos de existencia de sulfatos en el terreno o de agua de mar se deben emplear cementos especiales Para prevenir la corrosioacuten de armaduras hay que cuidar el recubrimiento miacutenimo de las mismas
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6Casodeestudio 61Descripcioacutendelanave La nave que se pretende calcular es una nave formada por dos poacuterticos adosados a dos aguas con una longitud total de 85m La separacioacuten de los poacuterticos entre siacute va a ser de 5m La luz de dicha nave va a ser de 25m por cada poacutertico la altura de cabeza de pilar va a ser de 7m y la de cumbrera de 9m A continuacioacuten se adjunta una foto del esqueleto de la nave donde se puede observar que en los poacuterticos de los extremos se han situado arriostramientos para transmitir los efectos de las acciones a la cimentacioacuten
Figura 1 Nave industrial del caso de estudio
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62Localizacioacuten La nave industrial que se ha calculado en el presente proyecto se ubicaraacute en la parcela nordm36 del poliacutegono industrial de Villareal con acceso principal en la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell sn El poliacutegono industrial cuanta con buenos viales de comunicacioacuten que permiten localizarla sin dificultad como queda definido en la siguiente imagen de situacioacuten Aclaracioacuten Tras tomar la salida del poliacutegono industrial desde la nacional 340 por la avenida Castelloacute y tomar la primera salida en la primera rotonda se llega a la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell donde esta la nave situada
Figura 2 Accesos a la nave industrial
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63Normativamunicipal
Figura 3 Situacioacuten geograacutefica de la nave industrial Todas las obras a realizar por el presente proyecto se someteraacuten a la normativa municipal que indique el Excmo Ayuntamiento de Villareal Castelloacuten
La superficie total de la parcela seguacuten el catastro es de 719333 m2
La parcela estaacute clasificada como suelo urbano Industrial y su aprovechamiento urbaniacutestico es el que se pasa a detallar a continuacioacuten
Superficie maacutexima edificable 719333 m2 13 = 553333 m2
Ocupacioacuten permitida 100
Volumen maacuteximo sin especificacioacuten
Plazas de parking miacutenimo una plaza por cada 200 m2
Vallado miacutenimo 2m de altura
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64NormativalegalaplicableatodalanaveEn la redaccioacuten del presente Proyecto de Ejecucioacuten se ha tenido en cuenta
-Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacuten (CTE) y particularmente sus siguientes documentos baacutesicos (DB)El DB-SE constituye la base para los Documentos Baacutesicos siguientes y se utilizaraacute conjuntamente con ellos
-Documento Baacutesico SE (Seguridad Estructural)
-Documento Baacutesico SE-AE (Acciones en la Edificacioacuten)
En este Documento Baacutesico se establecen las formas en que deben combinarse las diferentes acciones que actuacutean sobre el edificio definiendo los diferentes coeficientes de seguridad de forma global para todos los materiales De esta forma se establecen entre otros los liacutemites de las deformaciones admisibles que deben verificar las estructuras de edificacioacuten
-Documento Baacutesico SE-A (Acciones de la edificacioacuten)
En el campo de aplicacioacuten de este Documento Baacutesico es el de la determinacioacuten de las acciones permanentes variables y accidentales sobre los edificios para verificar el cumplimiento de los requisitos de seguridad estructural (capacidad portante y estabilidad) y aptitud al servicio establecidos en el DB-SE
-Documento Baacutesico SE-A (Seguridad Estructural Acero)
En este documento se adopta baacutesicamente el enfoque del Eurocoacutedigo de acero EN-1993 contemplando las distintas combinaciones de caacutelculo elaacutestico y plaacutestico en base a la clasificacioacuten de secciones seguacuten el Eurocoacutedigo El documento se adapta al tipo de aceros que se comercializan actualmente e incluye modelos de anaacutelisis para uniones
-Documento Baacutesico SI (Seguridad en caso de Incendio)
Este Documento Baacutesico es una normativa de construccioacuten espantildeola que forma parte del Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacutenregula especiacuteficamente las medidas de proteccioacuten contra incendios con que deben contar los edificios de nueva planta Es una normativa de obligado cumplimiento en Espantildea por lo que todos los edificios construidos desde su entrada en vigor en 2006 deben incorporar las soluciones constructivas que recoge la normativa a excepcioacuten de los edificios industriales que se rigen por el Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales
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7MetodologiacuteadecaacutelculoEl caacutelculo de la nave se llevaraacute a cabo con la herramienta de software de CYPE Ingenieros versioacuten 2015
Este programa es capaz de calcular edificios naves industriales y cualquier otro tupo de estructura Mediante la aplicacioacuten de meacutetodos matriciales obtiene una forma relativamente sencilla y fiable del dimensionado y la optimizacioacuten de estructuras
El software de CYPE Ingenieros se estructura en diferentes aplicaciones cada una de las cuales estaacute especiacuteficamente disentildeada para una finalidad concreta
71GeneradordepoacuterticosEl generados de poacuterticos es un programa perteneciente al paquete CYPE Ingenieros que dada su sencillez y facilidad de uso permite hacer un dimensionado faacutecil y raacutepido de las correas a disponer Entre sus funcionalidades destacan
-Crear de forma sencilla y raacutepida la geometriacutea y las cargas de peso propio sobrecarga de uso viento y nieve de un poacutertico formado por nudos riacutegidos celosiacuteas o cerchas Las cargas de viento y nieve se generan automaacuteticamente seguacuten la norma y la zona elegida
-Proporcionar el dimensionado de correas de cubiertas y laterales de fachadas optimizando el perfil y la separacioacuten entre correas
-Exportar a CYPE 3D la geometriacutea del poacutertico con apoyos biarticulados o biempotrados sus cargas y los coeficientes de pandeo de las barras que lo componen suponiendo la estructura traslacional o intraslacional Se exportan todas las cargas de viento las de cubierta las del los laterales de la nave y las perpendiculares a los poacuterticos de pared final (muro pintildeoacuten) Estas cargas se exportan como cargas superficiales lo que facilita enormementela labor de introduccioacuten de datos
72Cype3DEste moacutedulo ha sido disentildeado para ofrecer al usuario un software de mayores prestaciones con relacioacuten al dimensionado de estructuras de acero Permite calcular cualquier tipo de estructura formada por barras de acero de acuerdo con la normativa seleccionada Estaacute adaptado al CTE y tambieacuten a otras normativas nacionales e internacionales Las funcionalidades maacutes importante que se han utilizado para este proyecto son
-Descripcioacuten de los nudos la tipologiacutea de los nudos es muy completa Pueden definirse las vinculaciones interiores y coacciones exteriores las cuales permiten que los nudos puedan definirse como empotrados semiempotrados apoyos elaacutesticos apoyos con desplazamientos libres seguacuten un plano o recta a definir
-Agrupacioacuten y descripcioacuten de las barras permite la agrupacioacuten e introduccioacuten de barras de acero y dimensiona la seccioacuten llegando a su optimizacioacuten maacutexima Emplea perfiles de acero laminado armado y conformado que gestiona desde su amplia base de daros compuesta por perfiles de los fabricantes maacutes extendidos Puede crear perfiles compuestos a partir de perfiles simples con unioacuten soldada platabandas presillas etc Tambieacuten puede definir cartelas en los extremos perfiles de canto variable vigas boyd y barras mixtas
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-Introduccioacuten a coeficientes de pandeo y pandeo lateral permite introducir coeficientes de pandeo o longitudes de pandeo y el coeficiente de momentos de cada barra Tambieacuten calcula automaacuteticamente la longitud de pandeo de las barras seguacuten el meacutetodo aproximado El usuario tambieacuten puede activar en cualquier barra la comprobacioacuten de pandeo lateral
-Restriccioacuten de flechas liacutemites de las barras de la estructura el programa posibilita al usuario limitar la flecha de las barras para que el dimensionado de los perfiles tenga en cuenta las restriccioacuten impuesta El usuario puede imponer liacutemites a las flechas maacutexima y relativa tanto para sus calores absolutos como para sus calores relativos a la longitud entre los extremos y los puntos de inflexioacuten de la deformada
-Caacutelculo y optimizacioacuten de la estructura el programas hace todas las comprobaciones pertinente siempre de acorde a la norma para que se cumplan todos los requisitos en caso de no ser asiacute muestra que condiciones no se estaacuten cumpliendo
-Caacutelculo y dimensionado de uniones soldadas y atornilladas el programa realiza el caacutelculo y dimensionado automaacutetico de uniones soldadas y atornilladas de perfiles laminados y armados en doble T
-Caacutelculo y dimensionado de placas de anclaje
-Resultados planos y listados se proporciona una memoria justificativa del proyecto los listados detallados de las comprobaciones seguacuten la norma seleccionada y los planos de la estructura metaacutelica de la nave
73Generadordeprecios El generador de precios es una herramienta informaacutetica que pertenece a CYPE ingenieros que permite a los arquitectos y responsables de los proyectos obtener precios (para obra nueva rehabilitacioacuten y espacios urbanos) con las previsiones de costes ajustadas al maacuteximo a la realidad y facilitar la elaboracioacuten de una documentacioacuten de proyecto de calidad (completa consistente y con informacioacuten teacutecnica vinculada a cada unidad de obra) uacutetil para las distintas fases del ciclo de vida del edificio (estudios previos anteproyecto proyecto baacutesico y de ejecucioacuten direccioacuten y ejecucioacuten de la obra uso y mantenimiento deconstruccioacuten y reciclado final) Incluye productos de fabricantes y productos geneacutericos
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8Dimensionado
81Procedimientodedimensionado
811CaacutelculodelascorreasdecubiertaLas correas e cubierta son aquellos elementos cuya misioacuten es la de soportar al propio material de cerramiento de la cubierta transmitiendo su peso a las cerchas y estas a su vez a los pilares los cuales transmitiraacuten la carga a los pilares Asiacute mismo desempentildean la funcioacuten de arriostrar los poacuterticos fuera de su plano
Utilizando el generado de poacuterticos se generara un poacutertico y se estableceraacute cierta separacioacuten entre ellos asiacute como tambieacuten se generaraacuten las diferentes cargas de nieve y viento Se seleccionaraacuten las correas y por uacuteltimo se exporta a CYPE 3D
812CreacioacutendelageometriacuteadelanaveAprovechando la estructura que se ha generado con la exportacioacuten que se ha realizado desde el generador de poacuterticos se introducen los elementos restantes para completar la geometriacutea de la nave
Entre los maacutes destacados hay que resaltar
-Pilares intermedios de los poacuterticos de los extremos
-Vigas de atados de cabeza de pilar
-Vigas montantes
-Tirantes de las cruces de San Andreacutes
813DescripcioacutendelosnudosUna vez definida la geometriacutea de la nave se procederaacute a describir el comportamiento de los nudos de la estructura empotrada en esta nave se han asignado los siguientes nudos
-Todos los pilares van con vinculacioacuten exterior empotrada en la base
-Todas las uniones entre pilar-viga se efectuaraacuten con vinculacioacuten interior empotrada que seraacute resuelta a traveacutes de cartelas
-Las uniones entre las vigas de cumbrera iraacuten con vinculacioacuten interior empotrada donde seraacute necesario introducir cartelas
-Las uniones entre elementos de la estructura como vigas de atado de cabeza de pilares vigas montantes o las cruces de San Andreacutes iraacuten articuladas
814DescripcioacutendebarrasPara finalizar se describiraacuten todas las barras de la estructura Para ello se han agrupado todas las barras del mismo tipo para ahorrar trabajo optimizando la gestioacuten el control de caacutelculo y la ejecucioacuten de la estructura
Todas las barras deben predimensionarse con una porcioacuten parecida a la solucioacuten final para que el programa encuentre la solucioacuten lo antes posible Tambieacuten es muy importante disponer una cartela inicial adecuada ajo los dinteles que sea como miacutenimo
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la decima parte de la luz
Tras agrupar las barras de forma clara hay que asignar a toda la estructura el tipo de material S275
815PandeoEn los planos de los poacuterticos se ha considerado la estructura como traslacional y en los planos de los cerramientos y las cubiertas la nave puede considerarse como intraslacional
El criterio que usa CYPE es el siguiente
-El plano deacutebil del perfil se denomina plano ldquoxyrdquo y se corresponde con el plano paralelo a las alas del perfil
-El plano fuerte del perfil se denomina plano ldquoxzrdquo y se corresponde al plano que contiene el alma ce la pieza
Por lo que se aplicaraacuten los diferentes coeficientes de pandeo teniendo en cuenta las condiciones de contorno de las que dispone cada barra para cada plano Los coeficientes asignados son los siguientes
-Pilares exteriores de los poacuterticos interiores xzAElig14 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos interiores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares exteriores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Jaacutecenas xzAElig10 xyAElig0
-Cruces de San Andreacutes xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos interiores xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos exteriores xzAElig1 xyAElig1
Estos coeficientes de pandeo van a afectar decisivamente al caacutelculo de la estructura Es muy importante aplicar estos coeficientes basados en datos sensatos y coherentes y que despueacutes se materialicen en la obra de lo contrario no estariacuteamos calculando la obra que se esta construyendo con el consiguiente riesgo antildeadido
Entre alma y alma de los pilares consecutivos se supone el caso maacutes desfavorablesin cerramiento Esta condicioacuten de contorno hace que se ponga a 07 este coeficiente de pandeo en el plano xy
En el plano de inercia xz los pilares estaacuten empotrados teniendo en la base un nudo que imposibilita su desplazamiento y giro pero en su conexioacuten con el dintel si que puede existir desplazamiento por ello se asignara un coeficiente de pandeo de 14
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En el plano deacutebil de los dinteles tenemos que las correas los arriostran y en el plano fuerte estos dinteles estaacuten biempotrados en sus extremos al pilar y al otro dintel respectivamente En este plano la pieza es biempotrada traslacional por lo que le corresponde un coeficiente de pandeo aproximadamente de 1
Una vez razonados y aplicados los coeficientes de pandeo en cada planoprincipal de cada barra se modificaraacuten los coeficientes de empotramiento de los extremos de las vigas de atado y de los marcos de las cruces de San Andreacutes en cada uno de sus planos para despueacutes articular sus extremos
816FlechasSe limitaraacute la flecha maacutexima en el plano fuerte de las barras sometidas a flexioacuten que es en el plano en que van a dominar las cargas
Se limita la flecha maacutexima de acuerdo con el tipo de edificio y los elementos implicados en la deformacioacuten Seguacuten CTE DB-SE apartado 43 Cuando se considere la integridad de los elementos constructivos considerando soacutelo las deformaciones que se produce despueacutes de la puesta en obra del elemento la flecha relativa es menor que L300 para elementos horizontales y menor de L250 para pilares
817PlacasdeanclajeUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles el propio programa nos calcula las propias placas de anclaje incluyendo dimensiones de las mismas rigidizadores y tamantildeo longitud y nuacutemero de pernos debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
818CimentacioacutenUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles ademaacutes de las placas de anclaje el propio programa nos calcula las reacciones y cargas a cimentacioacuten que nos genera nuestra estructura debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
Utilizaremos como tensioacuten de trabajo del suelo 02 MPa confirmado por el tipo de terreno sobre el que se pretende construirTendremos en cuenta para el caacutelculo de la cimentacioacuten de la nave del presente proyecto tanto la Norma EHE como el CTE en su apartado destinado a cimentaciones CTE parte 2-DB SE-C- Seguridad Estructural
82Accionesconsideradas
821CargaspermanentesLas cargas permanentes estaacute constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que estaacuten permanentemente unidos a la
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
ܥ ൌ ͳǡ͵
ൌ ͳ
௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
ǣ
De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
ഝభబ െ ͳሻοߠǡ௧
siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
ܣ
Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
ͺǣ
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
ͻǣ
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unioacuten) bien mediante uniones remachadas ponieacutendose un casquillo en angular
Las correas se calcularaacuten como vigas apoyadas con carga uniformemente distribuida
Suelen emplearse perfiles IPN simple T perfil Z o vigas de celosiacutea
46ArriostramientosTienen la funcioacuten de transmitir los esfuerzos producidos por el viento frontal sobre el poacutertico extremo a las paredes laterales que a su vez los transmitiraacuten al suelo
El arriostramiento baacutesico es la Cruz de San Andreacutes en forma de aspa que se coloca entre dos cerchas o poacuterticos y pueden abarcar varias correas para evitar aacutengulos pequentildeos y repartir bien los esfuerzos a las barras
Este tipo de configuracioacuten presenta el inconveniente de ser estaacuteticamente indeterminado con lo que tenemos que hacer hipoacutetesis para llegar a una que sea determinada Estas hipoacutetesis se hacen respecto a las diagonales cruzadas observando que cuando una diagonal estaacute en tensioacuten la contradiagonal estaacute en compresioacuten Por lo general se toman dos meacutetodos de anaacutelisis
-Si las diagonales se disentildean esbeltas es razonable suponer que no soportaraacuten esfuerzos de compresioacuten pues en caso contrario podriacutean pandear con gran facilidad Por lo tanto la fuerza cortante seraacute absorbida iacutentegramente por la diagonal en tensioacuten mientras que la diagonal en compresioacuten se supone que es un elemento que no trabaja es decir a todos los efectos es como si no existiese
-Si las barras diagonales se construyen con secciones robustas seraacuten capaces de soportar fuerzas de tensioacuten y de compresioacuten En este caso supondremos que cada diagonal toma la mitad de la fuerza cortante que aparezca
-Por estar sometidos a esfuerzos de traccioacuten estos elementos seraacuten esbeltos y de seccioacuten circular o rectangular (barras y varillas) existiendo tambieacuten de seccioacuten angular
-Las varillas (seccioacuten circular) han de engrosarse en sus extremos para compensar la peacuterdida de seccioacuten que supone la realizacioacuten de roscas para su fijacioacuten si bien en ocasiones se opta por disentildear tomando como seccioacuten resistente la correspondiente al aacuterea de la seccioacuten transversal de la rosca pues esta solucioacuten suele resultar maacutes econoacutemica aunque la pieza en este caso resulta ser maacutes sensible a efectos de impacto y de fatiga tendiendo a fallar por la zona de la rosca
47MediosdeUnioacuten
471UnionesatornilladasLos medios de unioacuten contemplados son los constituidos por tornillos tuercas y arandelas que deberaacuten estar normalizados y corresponder a los mismos grados del material que unen liacutemite elaacutestico y resistencia a traccioacuten
472UnionessoldadasUn acero se considera soldable seguacuten un grado un procedimiento determinado y para una aplicacioacuten especiacutefica cuando mediante la teacutecnica apropiada se puede conseguir la
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continuidad metaacutelica de la unioacuten y eacutesta cumpla con las exigencias requeridas
El material de aportacioacuten utilizable para la realizacioacuten de soldaduras (electrodos) deberaacute ser apropiado para el proceso de soldeo teniendo en cuenta al material a soldar y el procedimiento de soldeo ademaacutes deberaacute tener unas caracteriacutesticas mecaacutenicas en teacuterminos de liacutemite elaacutestico resistencia a traccioacuten deformacioacuten bajo carga maacutexima etc no inferiores a las correspondientes del material de base que constituye los perfiles o chapas que se pretende soldar
Meacutetodos de soldadura
-Soldadura manual con electrodo recubierto con recubrimientos de tipo rutilo o baacutesico
-Soldadura semiautomaacutetica bajo proteccioacuten gaseosa con hilo macizo tubular relleno de flux con transferencia de lluvia
-Soldadura semiautomaacutetica con hilo tubular relleno de flux sin proteccioacuten gaseosa con transferencia de lluvia
-Soldadura automaacutetica con arco sumergido
48TipologiacuteasestructuralesA la combinacioacuten de los distintos elementos estructurales y los materiales de que estaacuten hechos se les denomina sistema estructural Dichos sistemas estructurales pueden estar constituidos por la combinacioacuten de uno o varios tipos baacutesicos de estructuras Se recogen seguidamente una breve introduccioacuten a algunos de los tipos estructurales maacutes comunes en las construcciones industriales
481CerchasSon la parte principal de la cubierta Sobre eacutestas se apoyan las correas de tal forma que permiten que se transmitan las cargas actuantes sobre las correas a los soportes
Existen muchos tipos diferentes de cerchas y seguacuten sus triangulaciones asiacute podraacuten ser para mayor o menor luz
482PoacuterticosomarcosSe componen de vigas y columnas que estaacuten unidas entre siacute bien riacutegidamente o bien mediante articulaciones
Se clasifican en poacuterticos simples y poacuterticos muacuteltiples seguacuten consten de uno o varios vanos
Suelen ser poacuterticos a dos aguas adaptaacutendose a la inclinacioacuten de los faldones con lo que se aprovecha maacutes el interior al no existir tirantes
El trabajo de un poacutertico es el de una viga apoyada por medio de empotramiento en dos soportes Los elementos que lo forman suelen ser de alma llena Los encuentros se refuerzan con cartelas formadas por trozos de perfiles que rigidizan el nudo y ayudan a contrarrestar el empuje que ejerce el poacutertico hacia el exterior
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5DurabilidaddelasestructurasLa durabilidad de una estructura de acero es su capacidad para soportar durante la vida uacutetil para la que ha sido proyectada las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que estaacute expuesta y que podriacutean llegar a provocar su degradacioacuten como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el anaacutelisis estructural
Para conseguir la durabilidad adecuada seraacute necesario seguir una estrategia que contemple todos los posibles mecanismos de degradacioacuten adoptando medidas especiacuteficas en funcioacuten de la agresividad a la que se encuentre sometido cada elemento
Deberaacuten incluirse al menos los siguientes aspectos
-Seleccioacuten de la forma estructural definiendo en el proyecto los esquemas estructurales las formas geomeacutetricas y los detalles que sean compatibles con la consecucioacuten de una adecuada durabilidad de la estructura Se facilitaraacute la preparacioacuten de las superficies el pintado las inspecciones y el mantenimiento
-Se procuraraacute evitar el empleo de disentildeos estructurales que conduzcan a una susceptibilidad elevada a la corrosioacuten eligiendo formas de los elementos sencillas
-Se reduciraacute al miacutenimo el contacto directo entre las superficies de acero y el agua
-Se evitaraacute el contacto directo del acero con otros metales (el aluminio de las carpinteriacuteas de cerramiento muros cortina etc)
-Cuando la estructura presente aacutereas cerradas o elementos huecos debe cuidarse que esteacuten protegidos de manera efectiva contra la corrosioacuten mediante soldadura continua
En casos de especial agresividad cuando las medidas normales de proteccioacuten no se consideren suficientes se podraacute recurrir a la disposicioacuten de sistemas especiales de proteccioacuten (materiales de recubrimiento en polvo productos para tratamiento quiacutemico de superficies)
51ProteccionesparaestructurasmetaacutelicasUna vez finalizada la construccioacuten de las estructuras metaacutelicas pueden aparecer problemas por alguna de las siguientes causas
Efectos del calor como consecuencia de incendios
Oxidacioacuten excesiva y consiguiente corrosioacuten
511ProteccioacutencontraincendiosAunque el hierro no es combustible no se puede considerar resistente al fuego no soacutelo porque disminuye sus resistencia en cuanto pasa de 500ordmC sino porque por efecto de su dilatacioacuten sufre grandes deformacionesLos materiales de proteccioacuten del acero que pueden utilizarse son granito maacutermol hormigoacuten faacutebrica de ladrillo ceraacutemico con mortero de cemento placas de yeso pinturas intumescentes etc
512ProteccioacutencontracorrosioacutenLa oxidacioacuten constituye el peor enemigo de las construcciones metaacutelicas Para evitarlo
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se cubre con un revestimiento protector y es indispensable que la superficie a tratar esteacute limpia de suciedad y oacutexido Deberaacute considerarse conjuntamente el tratamiento de proteccioacuten frente a incendio ya que los requisitos del mismo pueden determinar un grado de defensa frente a la corrosioacuten muy superior al estrictamente necesario especialmente en el caso de pinturas intumescentes y morteros proyectados
52DurabilidaddelHormigoacutenSe define en la Instruccioacuten espantildeola EHE la durabilidad del hormigoacuten como la capacidad para comportarse satisfactoriamente frente a las acciones fiacutesicas y quiacutemicas agresivas a lo largo de la vida uacutetil de la estructura protegiendo tambieacuten las armaduras y elementos metaacutelicos embebidos en su interior Por tanto no solo hay que considerar los efectos provocados por las cargas y solicitaciones sino tambieacuten las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que se expone Por ello se considera el tipo de ambiente en que se va a encontrar la estructura y que puede afectar a la corrosioacuten de las armaduras ambientes quiacutemicos agresivos zonas afectadas por ciclos de hielo-deshielo etc Para garantizar la durabilidad del hormigoacuten y la proteccioacuten de las armaduras frente a la corrosioacuten es importante realizar un hormigoacuten con una permeabilidad reducida realizando una mezcla con una relacioacuten aguacemento baja una compactacioacuten idoacutenea un peso en cemento adecuado y la hidratacioacuten suficiente de eacuteste antildeadiendo agua de curado para completarlo De esta forma se consigue que haya los menos poros posibles y una red capilar interna poco comunicada y asiacute se reducen los ataques al hormigoacuten En los casos de existencia de sulfatos en el terreno o de agua de mar se deben emplear cementos especiales Para prevenir la corrosioacuten de armaduras hay que cuidar el recubrimiento miacutenimo de las mismas
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6Casodeestudio 61Descripcioacutendelanave La nave que se pretende calcular es una nave formada por dos poacuterticos adosados a dos aguas con una longitud total de 85m La separacioacuten de los poacuterticos entre siacute va a ser de 5m La luz de dicha nave va a ser de 25m por cada poacutertico la altura de cabeza de pilar va a ser de 7m y la de cumbrera de 9m A continuacioacuten se adjunta una foto del esqueleto de la nave donde se puede observar que en los poacuterticos de los extremos se han situado arriostramientos para transmitir los efectos de las acciones a la cimentacioacuten
Figura 1 Nave industrial del caso de estudio
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62Localizacioacuten La nave industrial que se ha calculado en el presente proyecto se ubicaraacute en la parcela nordm36 del poliacutegono industrial de Villareal con acceso principal en la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell sn El poliacutegono industrial cuanta con buenos viales de comunicacioacuten que permiten localizarla sin dificultad como queda definido en la siguiente imagen de situacioacuten Aclaracioacuten Tras tomar la salida del poliacutegono industrial desde la nacional 340 por la avenida Castelloacute y tomar la primera salida en la primera rotonda se llega a la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell donde esta la nave situada
Figura 2 Accesos a la nave industrial
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63Normativamunicipal
Figura 3 Situacioacuten geograacutefica de la nave industrial Todas las obras a realizar por el presente proyecto se someteraacuten a la normativa municipal que indique el Excmo Ayuntamiento de Villareal Castelloacuten
La superficie total de la parcela seguacuten el catastro es de 719333 m2
La parcela estaacute clasificada como suelo urbano Industrial y su aprovechamiento urbaniacutestico es el que se pasa a detallar a continuacioacuten
Superficie maacutexima edificable 719333 m2 13 = 553333 m2
Ocupacioacuten permitida 100
Volumen maacuteximo sin especificacioacuten
Plazas de parking miacutenimo una plaza por cada 200 m2
Vallado miacutenimo 2m de altura
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64NormativalegalaplicableatodalanaveEn la redaccioacuten del presente Proyecto de Ejecucioacuten se ha tenido en cuenta
-Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacuten (CTE) y particularmente sus siguientes documentos baacutesicos (DB)El DB-SE constituye la base para los Documentos Baacutesicos siguientes y se utilizaraacute conjuntamente con ellos
-Documento Baacutesico SE (Seguridad Estructural)
-Documento Baacutesico SE-AE (Acciones en la Edificacioacuten)
En este Documento Baacutesico se establecen las formas en que deben combinarse las diferentes acciones que actuacutean sobre el edificio definiendo los diferentes coeficientes de seguridad de forma global para todos los materiales De esta forma se establecen entre otros los liacutemites de las deformaciones admisibles que deben verificar las estructuras de edificacioacuten
-Documento Baacutesico SE-A (Acciones de la edificacioacuten)
En el campo de aplicacioacuten de este Documento Baacutesico es el de la determinacioacuten de las acciones permanentes variables y accidentales sobre los edificios para verificar el cumplimiento de los requisitos de seguridad estructural (capacidad portante y estabilidad) y aptitud al servicio establecidos en el DB-SE
-Documento Baacutesico SE-A (Seguridad Estructural Acero)
En este documento se adopta baacutesicamente el enfoque del Eurocoacutedigo de acero EN-1993 contemplando las distintas combinaciones de caacutelculo elaacutestico y plaacutestico en base a la clasificacioacuten de secciones seguacuten el Eurocoacutedigo El documento se adapta al tipo de aceros que se comercializan actualmente e incluye modelos de anaacutelisis para uniones
-Documento Baacutesico SI (Seguridad en caso de Incendio)
Este Documento Baacutesico es una normativa de construccioacuten espantildeola que forma parte del Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacutenregula especiacuteficamente las medidas de proteccioacuten contra incendios con que deben contar los edificios de nueva planta Es una normativa de obligado cumplimiento en Espantildea por lo que todos los edificios construidos desde su entrada en vigor en 2006 deben incorporar las soluciones constructivas que recoge la normativa a excepcioacuten de los edificios industriales que se rigen por el Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales
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7MetodologiacuteadecaacutelculoEl caacutelculo de la nave se llevaraacute a cabo con la herramienta de software de CYPE Ingenieros versioacuten 2015
Este programa es capaz de calcular edificios naves industriales y cualquier otro tupo de estructura Mediante la aplicacioacuten de meacutetodos matriciales obtiene una forma relativamente sencilla y fiable del dimensionado y la optimizacioacuten de estructuras
El software de CYPE Ingenieros se estructura en diferentes aplicaciones cada una de las cuales estaacute especiacuteficamente disentildeada para una finalidad concreta
71GeneradordepoacuterticosEl generados de poacuterticos es un programa perteneciente al paquete CYPE Ingenieros que dada su sencillez y facilidad de uso permite hacer un dimensionado faacutecil y raacutepido de las correas a disponer Entre sus funcionalidades destacan
-Crear de forma sencilla y raacutepida la geometriacutea y las cargas de peso propio sobrecarga de uso viento y nieve de un poacutertico formado por nudos riacutegidos celosiacuteas o cerchas Las cargas de viento y nieve se generan automaacuteticamente seguacuten la norma y la zona elegida
-Proporcionar el dimensionado de correas de cubiertas y laterales de fachadas optimizando el perfil y la separacioacuten entre correas
-Exportar a CYPE 3D la geometriacutea del poacutertico con apoyos biarticulados o biempotrados sus cargas y los coeficientes de pandeo de las barras que lo componen suponiendo la estructura traslacional o intraslacional Se exportan todas las cargas de viento las de cubierta las del los laterales de la nave y las perpendiculares a los poacuterticos de pared final (muro pintildeoacuten) Estas cargas se exportan como cargas superficiales lo que facilita enormementela labor de introduccioacuten de datos
72Cype3DEste moacutedulo ha sido disentildeado para ofrecer al usuario un software de mayores prestaciones con relacioacuten al dimensionado de estructuras de acero Permite calcular cualquier tipo de estructura formada por barras de acero de acuerdo con la normativa seleccionada Estaacute adaptado al CTE y tambieacuten a otras normativas nacionales e internacionales Las funcionalidades maacutes importante que se han utilizado para este proyecto son
-Descripcioacuten de los nudos la tipologiacutea de los nudos es muy completa Pueden definirse las vinculaciones interiores y coacciones exteriores las cuales permiten que los nudos puedan definirse como empotrados semiempotrados apoyos elaacutesticos apoyos con desplazamientos libres seguacuten un plano o recta a definir
-Agrupacioacuten y descripcioacuten de las barras permite la agrupacioacuten e introduccioacuten de barras de acero y dimensiona la seccioacuten llegando a su optimizacioacuten maacutexima Emplea perfiles de acero laminado armado y conformado que gestiona desde su amplia base de daros compuesta por perfiles de los fabricantes maacutes extendidos Puede crear perfiles compuestos a partir de perfiles simples con unioacuten soldada platabandas presillas etc Tambieacuten puede definir cartelas en los extremos perfiles de canto variable vigas boyd y barras mixtas
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-Introduccioacuten a coeficientes de pandeo y pandeo lateral permite introducir coeficientes de pandeo o longitudes de pandeo y el coeficiente de momentos de cada barra Tambieacuten calcula automaacuteticamente la longitud de pandeo de las barras seguacuten el meacutetodo aproximado El usuario tambieacuten puede activar en cualquier barra la comprobacioacuten de pandeo lateral
-Restriccioacuten de flechas liacutemites de las barras de la estructura el programa posibilita al usuario limitar la flecha de las barras para que el dimensionado de los perfiles tenga en cuenta las restriccioacuten impuesta El usuario puede imponer liacutemites a las flechas maacutexima y relativa tanto para sus calores absolutos como para sus calores relativos a la longitud entre los extremos y los puntos de inflexioacuten de la deformada
-Caacutelculo y optimizacioacuten de la estructura el programas hace todas las comprobaciones pertinente siempre de acorde a la norma para que se cumplan todos los requisitos en caso de no ser asiacute muestra que condiciones no se estaacuten cumpliendo
-Caacutelculo y dimensionado de uniones soldadas y atornilladas el programa realiza el caacutelculo y dimensionado automaacutetico de uniones soldadas y atornilladas de perfiles laminados y armados en doble T
-Caacutelculo y dimensionado de placas de anclaje
-Resultados planos y listados se proporciona una memoria justificativa del proyecto los listados detallados de las comprobaciones seguacuten la norma seleccionada y los planos de la estructura metaacutelica de la nave
73Generadordeprecios El generador de precios es una herramienta informaacutetica que pertenece a CYPE ingenieros que permite a los arquitectos y responsables de los proyectos obtener precios (para obra nueva rehabilitacioacuten y espacios urbanos) con las previsiones de costes ajustadas al maacuteximo a la realidad y facilitar la elaboracioacuten de una documentacioacuten de proyecto de calidad (completa consistente y con informacioacuten teacutecnica vinculada a cada unidad de obra) uacutetil para las distintas fases del ciclo de vida del edificio (estudios previos anteproyecto proyecto baacutesico y de ejecucioacuten direccioacuten y ejecucioacuten de la obra uso y mantenimiento deconstruccioacuten y reciclado final) Incluye productos de fabricantes y productos geneacutericos
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8Dimensionado
81Procedimientodedimensionado
811CaacutelculodelascorreasdecubiertaLas correas e cubierta son aquellos elementos cuya misioacuten es la de soportar al propio material de cerramiento de la cubierta transmitiendo su peso a las cerchas y estas a su vez a los pilares los cuales transmitiraacuten la carga a los pilares Asiacute mismo desempentildean la funcioacuten de arriostrar los poacuterticos fuera de su plano
Utilizando el generado de poacuterticos se generara un poacutertico y se estableceraacute cierta separacioacuten entre ellos asiacute como tambieacuten se generaraacuten las diferentes cargas de nieve y viento Se seleccionaraacuten las correas y por uacuteltimo se exporta a CYPE 3D
812CreacioacutendelageometriacuteadelanaveAprovechando la estructura que se ha generado con la exportacioacuten que se ha realizado desde el generador de poacuterticos se introducen los elementos restantes para completar la geometriacutea de la nave
Entre los maacutes destacados hay que resaltar
-Pilares intermedios de los poacuterticos de los extremos
-Vigas de atados de cabeza de pilar
-Vigas montantes
-Tirantes de las cruces de San Andreacutes
813DescripcioacutendelosnudosUna vez definida la geometriacutea de la nave se procederaacute a describir el comportamiento de los nudos de la estructura empotrada en esta nave se han asignado los siguientes nudos
-Todos los pilares van con vinculacioacuten exterior empotrada en la base
-Todas las uniones entre pilar-viga se efectuaraacuten con vinculacioacuten interior empotrada que seraacute resuelta a traveacutes de cartelas
-Las uniones entre las vigas de cumbrera iraacuten con vinculacioacuten interior empotrada donde seraacute necesario introducir cartelas
-Las uniones entre elementos de la estructura como vigas de atado de cabeza de pilares vigas montantes o las cruces de San Andreacutes iraacuten articuladas
814DescripcioacutendebarrasPara finalizar se describiraacuten todas las barras de la estructura Para ello se han agrupado todas las barras del mismo tipo para ahorrar trabajo optimizando la gestioacuten el control de caacutelculo y la ejecucioacuten de la estructura
Todas las barras deben predimensionarse con una porcioacuten parecida a la solucioacuten final para que el programa encuentre la solucioacuten lo antes posible Tambieacuten es muy importante disponer una cartela inicial adecuada ajo los dinteles que sea como miacutenimo
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la decima parte de la luz
Tras agrupar las barras de forma clara hay que asignar a toda la estructura el tipo de material S275
815PandeoEn los planos de los poacuterticos se ha considerado la estructura como traslacional y en los planos de los cerramientos y las cubiertas la nave puede considerarse como intraslacional
El criterio que usa CYPE es el siguiente
-El plano deacutebil del perfil se denomina plano ldquoxyrdquo y se corresponde con el plano paralelo a las alas del perfil
-El plano fuerte del perfil se denomina plano ldquoxzrdquo y se corresponde al plano que contiene el alma ce la pieza
Por lo que se aplicaraacuten los diferentes coeficientes de pandeo teniendo en cuenta las condiciones de contorno de las que dispone cada barra para cada plano Los coeficientes asignados son los siguientes
-Pilares exteriores de los poacuterticos interiores xzAElig14 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos interiores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares exteriores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Jaacutecenas xzAElig10 xyAElig0
-Cruces de San Andreacutes xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos interiores xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos exteriores xzAElig1 xyAElig1
Estos coeficientes de pandeo van a afectar decisivamente al caacutelculo de la estructura Es muy importante aplicar estos coeficientes basados en datos sensatos y coherentes y que despueacutes se materialicen en la obra de lo contrario no estariacuteamos calculando la obra que se esta construyendo con el consiguiente riesgo antildeadido
Entre alma y alma de los pilares consecutivos se supone el caso maacutes desfavorablesin cerramiento Esta condicioacuten de contorno hace que se ponga a 07 este coeficiente de pandeo en el plano xy
En el plano de inercia xz los pilares estaacuten empotrados teniendo en la base un nudo que imposibilita su desplazamiento y giro pero en su conexioacuten con el dintel si que puede existir desplazamiento por ello se asignara un coeficiente de pandeo de 14
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En el plano deacutebil de los dinteles tenemos que las correas los arriostran y en el plano fuerte estos dinteles estaacuten biempotrados en sus extremos al pilar y al otro dintel respectivamente En este plano la pieza es biempotrada traslacional por lo que le corresponde un coeficiente de pandeo aproximadamente de 1
Una vez razonados y aplicados los coeficientes de pandeo en cada planoprincipal de cada barra se modificaraacuten los coeficientes de empotramiento de los extremos de las vigas de atado y de los marcos de las cruces de San Andreacutes en cada uno de sus planos para despueacutes articular sus extremos
816FlechasSe limitaraacute la flecha maacutexima en el plano fuerte de las barras sometidas a flexioacuten que es en el plano en que van a dominar las cargas
Se limita la flecha maacutexima de acuerdo con el tipo de edificio y los elementos implicados en la deformacioacuten Seguacuten CTE DB-SE apartado 43 Cuando se considere la integridad de los elementos constructivos considerando soacutelo las deformaciones que se produce despueacutes de la puesta en obra del elemento la flecha relativa es menor que L300 para elementos horizontales y menor de L250 para pilares
817PlacasdeanclajeUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles el propio programa nos calcula las propias placas de anclaje incluyendo dimensiones de las mismas rigidizadores y tamantildeo longitud y nuacutemero de pernos debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
818CimentacioacutenUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles ademaacutes de las placas de anclaje el propio programa nos calcula las reacciones y cargas a cimentacioacuten que nos genera nuestra estructura debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
Utilizaremos como tensioacuten de trabajo del suelo 02 MPa confirmado por el tipo de terreno sobre el que se pretende construirTendremos en cuenta para el caacutelculo de la cimentacioacuten de la nave del presente proyecto tanto la Norma EHE como el CTE en su apartado destinado a cimentaciones CTE parte 2-DB SE-C- Seguridad Estructural
82Accionesconsideradas
821CargaspermanentesLas cargas permanentes estaacute constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que estaacuten permanentemente unidos a la
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
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௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
ǣ
De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
ഝభబ െ ͳሻοߠǡ௧
siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
ܣ
Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
ͺǣ
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
ͻǣ
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continuidad metaacutelica de la unioacuten y eacutesta cumpla con las exigencias requeridas
El material de aportacioacuten utilizable para la realizacioacuten de soldaduras (electrodos) deberaacute ser apropiado para el proceso de soldeo teniendo en cuenta al material a soldar y el procedimiento de soldeo ademaacutes deberaacute tener unas caracteriacutesticas mecaacutenicas en teacuterminos de liacutemite elaacutestico resistencia a traccioacuten deformacioacuten bajo carga maacutexima etc no inferiores a las correspondientes del material de base que constituye los perfiles o chapas que se pretende soldar
Meacutetodos de soldadura
-Soldadura manual con electrodo recubierto con recubrimientos de tipo rutilo o baacutesico
-Soldadura semiautomaacutetica bajo proteccioacuten gaseosa con hilo macizo tubular relleno de flux con transferencia de lluvia
-Soldadura semiautomaacutetica con hilo tubular relleno de flux sin proteccioacuten gaseosa con transferencia de lluvia
-Soldadura automaacutetica con arco sumergido
48TipologiacuteasestructuralesA la combinacioacuten de los distintos elementos estructurales y los materiales de que estaacuten hechos se les denomina sistema estructural Dichos sistemas estructurales pueden estar constituidos por la combinacioacuten de uno o varios tipos baacutesicos de estructuras Se recogen seguidamente una breve introduccioacuten a algunos de los tipos estructurales maacutes comunes en las construcciones industriales
481CerchasSon la parte principal de la cubierta Sobre eacutestas se apoyan las correas de tal forma que permiten que se transmitan las cargas actuantes sobre las correas a los soportes
Existen muchos tipos diferentes de cerchas y seguacuten sus triangulaciones asiacute podraacuten ser para mayor o menor luz
482PoacuterticosomarcosSe componen de vigas y columnas que estaacuten unidas entre siacute bien riacutegidamente o bien mediante articulaciones
Se clasifican en poacuterticos simples y poacuterticos muacuteltiples seguacuten consten de uno o varios vanos
Suelen ser poacuterticos a dos aguas adaptaacutendose a la inclinacioacuten de los faldones con lo que se aprovecha maacutes el interior al no existir tirantes
El trabajo de un poacutertico es el de una viga apoyada por medio de empotramiento en dos soportes Los elementos que lo forman suelen ser de alma llena Los encuentros se refuerzan con cartelas formadas por trozos de perfiles que rigidizan el nudo y ayudan a contrarrestar el empuje que ejerce el poacutertico hacia el exterior
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5DurabilidaddelasestructurasLa durabilidad de una estructura de acero es su capacidad para soportar durante la vida uacutetil para la que ha sido proyectada las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que estaacute expuesta y que podriacutean llegar a provocar su degradacioacuten como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el anaacutelisis estructural
Para conseguir la durabilidad adecuada seraacute necesario seguir una estrategia que contemple todos los posibles mecanismos de degradacioacuten adoptando medidas especiacuteficas en funcioacuten de la agresividad a la que se encuentre sometido cada elemento
Deberaacuten incluirse al menos los siguientes aspectos
-Seleccioacuten de la forma estructural definiendo en el proyecto los esquemas estructurales las formas geomeacutetricas y los detalles que sean compatibles con la consecucioacuten de una adecuada durabilidad de la estructura Se facilitaraacute la preparacioacuten de las superficies el pintado las inspecciones y el mantenimiento
-Se procuraraacute evitar el empleo de disentildeos estructurales que conduzcan a una susceptibilidad elevada a la corrosioacuten eligiendo formas de los elementos sencillas
-Se reduciraacute al miacutenimo el contacto directo entre las superficies de acero y el agua
-Se evitaraacute el contacto directo del acero con otros metales (el aluminio de las carpinteriacuteas de cerramiento muros cortina etc)
-Cuando la estructura presente aacutereas cerradas o elementos huecos debe cuidarse que esteacuten protegidos de manera efectiva contra la corrosioacuten mediante soldadura continua
En casos de especial agresividad cuando las medidas normales de proteccioacuten no se consideren suficientes se podraacute recurrir a la disposicioacuten de sistemas especiales de proteccioacuten (materiales de recubrimiento en polvo productos para tratamiento quiacutemico de superficies)
51ProteccionesparaestructurasmetaacutelicasUna vez finalizada la construccioacuten de las estructuras metaacutelicas pueden aparecer problemas por alguna de las siguientes causas
Efectos del calor como consecuencia de incendios
Oxidacioacuten excesiva y consiguiente corrosioacuten
511ProteccioacutencontraincendiosAunque el hierro no es combustible no se puede considerar resistente al fuego no soacutelo porque disminuye sus resistencia en cuanto pasa de 500ordmC sino porque por efecto de su dilatacioacuten sufre grandes deformacionesLos materiales de proteccioacuten del acero que pueden utilizarse son granito maacutermol hormigoacuten faacutebrica de ladrillo ceraacutemico con mortero de cemento placas de yeso pinturas intumescentes etc
512ProteccioacutencontracorrosioacutenLa oxidacioacuten constituye el peor enemigo de las construcciones metaacutelicas Para evitarlo
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se cubre con un revestimiento protector y es indispensable que la superficie a tratar esteacute limpia de suciedad y oacutexido Deberaacute considerarse conjuntamente el tratamiento de proteccioacuten frente a incendio ya que los requisitos del mismo pueden determinar un grado de defensa frente a la corrosioacuten muy superior al estrictamente necesario especialmente en el caso de pinturas intumescentes y morteros proyectados
52DurabilidaddelHormigoacutenSe define en la Instruccioacuten espantildeola EHE la durabilidad del hormigoacuten como la capacidad para comportarse satisfactoriamente frente a las acciones fiacutesicas y quiacutemicas agresivas a lo largo de la vida uacutetil de la estructura protegiendo tambieacuten las armaduras y elementos metaacutelicos embebidos en su interior Por tanto no solo hay que considerar los efectos provocados por las cargas y solicitaciones sino tambieacuten las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que se expone Por ello se considera el tipo de ambiente en que se va a encontrar la estructura y que puede afectar a la corrosioacuten de las armaduras ambientes quiacutemicos agresivos zonas afectadas por ciclos de hielo-deshielo etc Para garantizar la durabilidad del hormigoacuten y la proteccioacuten de las armaduras frente a la corrosioacuten es importante realizar un hormigoacuten con una permeabilidad reducida realizando una mezcla con una relacioacuten aguacemento baja una compactacioacuten idoacutenea un peso en cemento adecuado y la hidratacioacuten suficiente de eacuteste antildeadiendo agua de curado para completarlo De esta forma se consigue que haya los menos poros posibles y una red capilar interna poco comunicada y asiacute se reducen los ataques al hormigoacuten En los casos de existencia de sulfatos en el terreno o de agua de mar se deben emplear cementos especiales Para prevenir la corrosioacuten de armaduras hay que cuidar el recubrimiento miacutenimo de las mismas
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6Casodeestudio 61Descripcioacutendelanave La nave que se pretende calcular es una nave formada por dos poacuterticos adosados a dos aguas con una longitud total de 85m La separacioacuten de los poacuterticos entre siacute va a ser de 5m La luz de dicha nave va a ser de 25m por cada poacutertico la altura de cabeza de pilar va a ser de 7m y la de cumbrera de 9m A continuacioacuten se adjunta una foto del esqueleto de la nave donde se puede observar que en los poacuterticos de los extremos se han situado arriostramientos para transmitir los efectos de las acciones a la cimentacioacuten
Figura 1 Nave industrial del caso de estudio
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62Localizacioacuten La nave industrial que se ha calculado en el presente proyecto se ubicaraacute en la parcela nordm36 del poliacutegono industrial de Villareal con acceso principal en la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell sn El poliacutegono industrial cuanta con buenos viales de comunicacioacuten que permiten localizarla sin dificultad como queda definido en la siguiente imagen de situacioacuten Aclaracioacuten Tras tomar la salida del poliacutegono industrial desde la nacional 340 por la avenida Castelloacute y tomar la primera salida en la primera rotonda se llega a la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell donde esta la nave situada
Figura 2 Accesos a la nave industrial
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63Normativamunicipal
Figura 3 Situacioacuten geograacutefica de la nave industrial Todas las obras a realizar por el presente proyecto se someteraacuten a la normativa municipal que indique el Excmo Ayuntamiento de Villareal Castelloacuten
La superficie total de la parcela seguacuten el catastro es de 719333 m2
La parcela estaacute clasificada como suelo urbano Industrial y su aprovechamiento urbaniacutestico es el que se pasa a detallar a continuacioacuten
Superficie maacutexima edificable 719333 m2 13 = 553333 m2
Ocupacioacuten permitida 100
Volumen maacuteximo sin especificacioacuten
Plazas de parking miacutenimo una plaza por cada 200 m2
Vallado miacutenimo 2m de altura
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64NormativalegalaplicableatodalanaveEn la redaccioacuten del presente Proyecto de Ejecucioacuten se ha tenido en cuenta
-Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacuten (CTE) y particularmente sus siguientes documentos baacutesicos (DB)El DB-SE constituye la base para los Documentos Baacutesicos siguientes y se utilizaraacute conjuntamente con ellos
-Documento Baacutesico SE (Seguridad Estructural)
-Documento Baacutesico SE-AE (Acciones en la Edificacioacuten)
En este Documento Baacutesico se establecen las formas en que deben combinarse las diferentes acciones que actuacutean sobre el edificio definiendo los diferentes coeficientes de seguridad de forma global para todos los materiales De esta forma se establecen entre otros los liacutemites de las deformaciones admisibles que deben verificar las estructuras de edificacioacuten
-Documento Baacutesico SE-A (Acciones de la edificacioacuten)
En el campo de aplicacioacuten de este Documento Baacutesico es el de la determinacioacuten de las acciones permanentes variables y accidentales sobre los edificios para verificar el cumplimiento de los requisitos de seguridad estructural (capacidad portante y estabilidad) y aptitud al servicio establecidos en el DB-SE
-Documento Baacutesico SE-A (Seguridad Estructural Acero)
En este documento se adopta baacutesicamente el enfoque del Eurocoacutedigo de acero EN-1993 contemplando las distintas combinaciones de caacutelculo elaacutestico y plaacutestico en base a la clasificacioacuten de secciones seguacuten el Eurocoacutedigo El documento se adapta al tipo de aceros que se comercializan actualmente e incluye modelos de anaacutelisis para uniones
-Documento Baacutesico SI (Seguridad en caso de Incendio)
Este Documento Baacutesico es una normativa de construccioacuten espantildeola que forma parte del Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacutenregula especiacuteficamente las medidas de proteccioacuten contra incendios con que deben contar los edificios de nueva planta Es una normativa de obligado cumplimiento en Espantildea por lo que todos los edificios construidos desde su entrada en vigor en 2006 deben incorporar las soluciones constructivas que recoge la normativa a excepcioacuten de los edificios industriales que se rigen por el Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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7MetodologiacuteadecaacutelculoEl caacutelculo de la nave se llevaraacute a cabo con la herramienta de software de CYPE Ingenieros versioacuten 2015
Este programa es capaz de calcular edificios naves industriales y cualquier otro tupo de estructura Mediante la aplicacioacuten de meacutetodos matriciales obtiene una forma relativamente sencilla y fiable del dimensionado y la optimizacioacuten de estructuras
El software de CYPE Ingenieros se estructura en diferentes aplicaciones cada una de las cuales estaacute especiacuteficamente disentildeada para una finalidad concreta
71GeneradordepoacuterticosEl generados de poacuterticos es un programa perteneciente al paquete CYPE Ingenieros que dada su sencillez y facilidad de uso permite hacer un dimensionado faacutecil y raacutepido de las correas a disponer Entre sus funcionalidades destacan
-Crear de forma sencilla y raacutepida la geometriacutea y las cargas de peso propio sobrecarga de uso viento y nieve de un poacutertico formado por nudos riacutegidos celosiacuteas o cerchas Las cargas de viento y nieve se generan automaacuteticamente seguacuten la norma y la zona elegida
-Proporcionar el dimensionado de correas de cubiertas y laterales de fachadas optimizando el perfil y la separacioacuten entre correas
-Exportar a CYPE 3D la geometriacutea del poacutertico con apoyos biarticulados o biempotrados sus cargas y los coeficientes de pandeo de las barras que lo componen suponiendo la estructura traslacional o intraslacional Se exportan todas las cargas de viento las de cubierta las del los laterales de la nave y las perpendiculares a los poacuterticos de pared final (muro pintildeoacuten) Estas cargas se exportan como cargas superficiales lo que facilita enormementela labor de introduccioacuten de datos
72Cype3DEste moacutedulo ha sido disentildeado para ofrecer al usuario un software de mayores prestaciones con relacioacuten al dimensionado de estructuras de acero Permite calcular cualquier tipo de estructura formada por barras de acero de acuerdo con la normativa seleccionada Estaacute adaptado al CTE y tambieacuten a otras normativas nacionales e internacionales Las funcionalidades maacutes importante que se han utilizado para este proyecto son
-Descripcioacuten de los nudos la tipologiacutea de los nudos es muy completa Pueden definirse las vinculaciones interiores y coacciones exteriores las cuales permiten que los nudos puedan definirse como empotrados semiempotrados apoyos elaacutesticos apoyos con desplazamientos libres seguacuten un plano o recta a definir
-Agrupacioacuten y descripcioacuten de las barras permite la agrupacioacuten e introduccioacuten de barras de acero y dimensiona la seccioacuten llegando a su optimizacioacuten maacutexima Emplea perfiles de acero laminado armado y conformado que gestiona desde su amplia base de daros compuesta por perfiles de los fabricantes maacutes extendidos Puede crear perfiles compuestos a partir de perfiles simples con unioacuten soldada platabandas presillas etc Tambieacuten puede definir cartelas en los extremos perfiles de canto variable vigas boyd y barras mixtas
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-Introduccioacuten a coeficientes de pandeo y pandeo lateral permite introducir coeficientes de pandeo o longitudes de pandeo y el coeficiente de momentos de cada barra Tambieacuten calcula automaacuteticamente la longitud de pandeo de las barras seguacuten el meacutetodo aproximado El usuario tambieacuten puede activar en cualquier barra la comprobacioacuten de pandeo lateral
-Restriccioacuten de flechas liacutemites de las barras de la estructura el programa posibilita al usuario limitar la flecha de las barras para que el dimensionado de los perfiles tenga en cuenta las restriccioacuten impuesta El usuario puede imponer liacutemites a las flechas maacutexima y relativa tanto para sus calores absolutos como para sus calores relativos a la longitud entre los extremos y los puntos de inflexioacuten de la deformada
-Caacutelculo y optimizacioacuten de la estructura el programas hace todas las comprobaciones pertinente siempre de acorde a la norma para que se cumplan todos los requisitos en caso de no ser asiacute muestra que condiciones no se estaacuten cumpliendo
-Caacutelculo y dimensionado de uniones soldadas y atornilladas el programa realiza el caacutelculo y dimensionado automaacutetico de uniones soldadas y atornilladas de perfiles laminados y armados en doble T
-Caacutelculo y dimensionado de placas de anclaje
-Resultados planos y listados se proporciona una memoria justificativa del proyecto los listados detallados de las comprobaciones seguacuten la norma seleccionada y los planos de la estructura metaacutelica de la nave
73Generadordeprecios El generador de precios es una herramienta informaacutetica que pertenece a CYPE ingenieros que permite a los arquitectos y responsables de los proyectos obtener precios (para obra nueva rehabilitacioacuten y espacios urbanos) con las previsiones de costes ajustadas al maacuteximo a la realidad y facilitar la elaboracioacuten de una documentacioacuten de proyecto de calidad (completa consistente y con informacioacuten teacutecnica vinculada a cada unidad de obra) uacutetil para las distintas fases del ciclo de vida del edificio (estudios previos anteproyecto proyecto baacutesico y de ejecucioacuten direccioacuten y ejecucioacuten de la obra uso y mantenimiento deconstruccioacuten y reciclado final) Incluye productos de fabricantes y productos geneacutericos
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8Dimensionado
81Procedimientodedimensionado
811CaacutelculodelascorreasdecubiertaLas correas e cubierta son aquellos elementos cuya misioacuten es la de soportar al propio material de cerramiento de la cubierta transmitiendo su peso a las cerchas y estas a su vez a los pilares los cuales transmitiraacuten la carga a los pilares Asiacute mismo desempentildean la funcioacuten de arriostrar los poacuterticos fuera de su plano
Utilizando el generado de poacuterticos se generara un poacutertico y se estableceraacute cierta separacioacuten entre ellos asiacute como tambieacuten se generaraacuten las diferentes cargas de nieve y viento Se seleccionaraacuten las correas y por uacuteltimo se exporta a CYPE 3D
812CreacioacutendelageometriacuteadelanaveAprovechando la estructura que se ha generado con la exportacioacuten que se ha realizado desde el generador de poacuterticos se introducen los elementos restantes para completar la geometriacutea de la nave
Entre los maacutes destacados hay que resaltar
-Pilares intermedios de los poacuterticos de los extremos
-Vigas de atados de cabeza de pilar
-Vigas montantes
-Tirantes de las cruces de San Andreacutes
813DescripcioacutendelosnudosUna vez definida la geometriacutea de la nave se procederaacute a describir el comportamiento de los nudos de la estructura empotrada en esta nave se han asignado los siguientes nudos
-Todos los pilares van con vinculacioacuten exterior empotrada en la base
-Todas las uniones entre pilar-viga se efectuaraacuten con vinculacioacuten interior empotrada que seraacute resuelta a traveacutes de cartelas
-Las uniones entre las vigas de cumbrera iraacuten con vinculacioacuten interior empotrada donde seraacute necesario introducir cartelas
-Las uniones entre elementos de la estructura como vigas de atado de cabeza de pilares vigas montantes o las cruces de San Andreacutes iraacuten articuladas
814DescripcioacutendebarrasPara finalizar se describiraacuten todas las barras de la estructura Para ello se han agrupado todas las barras del mismo tipo para ahorrar trabajo optimizando la gestioacuten el control de caacutelculo y la ejecucioacuten de la estructura
Todas las barras deben predimensionarse con una porcioacuten parecida a la solucioacuten final para que el programa encuentre la solucioacuten lo antes posible Tambieacuten es muy importante disponer una cartela inicial adecuada ajo los dinteles que sea como miacutenimo
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la decima parte de la luz
Tras agrupar las barras de forma clara hay que asignar a toda la estructura el tipo de material S275
815PandeoEn los planos de los poacuterticos se ha considerado la estructura como traslacional y en los planos de los cerramientos y las cubiertas la nave puede considerarse como intraslacional
El criterio que usa CYPE es el siguiente
-El plano deacutebil del perfil se denomina plano ldquoxyrdquo y se corresponde con el plano paralelo a las alas del perfil
-El plano fuerte del perfil se denomina plano ldquoxzrdquo y se corresponde al plano que contiene el alma ce la pieza
Por lo que se aplicaraacuten los diferentes coeficientes de pandeo teniendo en cuenta las condiciones de contorno de las que dispone cada barra para cada plano Los coeficientes asignados son los siguientes
-Pilares exteriores de los poacuterticos interiores xzAElig14 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos interiores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares exteriores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Jaacutecenas xzAElig10 xyAElig0
-Cruces de San Andreacutes xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos interiores xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos exteriores xzAElig1 xyAElig1
Estos coeficientes de pandeo van a afectar decisivamente al caacutelculo de la estructura Es muy importante aplicar estos coeficientes basados en datos sensatos y coherentes y que despueacutes se materialicen en la obra de lo contrario no estariacuteamos calculando la obra que se esta construyendo con el consiguiente riesgo antildeadido
Entre alma y alma de los pilares consecutivos se supone el caso maacutes desfavorablesin cerramiento Esta condicioacuten de contorno hace que se ponga a 07 este coeficiente de pandeo en el plano xy
En el plano de inercia xz los pilares estaacuten empotrados teniendo en la base un nudo que imposibilita su desplazamiento y giro pero en su conexioacuten con el dintel si que puede existir desplazamiento por ello se asignara un coeficiente de pandeo de 14
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En el plano deacutebil de los dinteles tenemos que las correas los arriostran y en el plano fuerte estos dinteles estaacuten biempotrados en sus extremos al pilar y al otro dintel respectivamente En este plano la pieza es biempotrada traslacional por lo que le corresponde un coeficiente de pandeo aproximadamente de 1
Una vez razonados y aplicados los coeficientes de pandeo en cada planoprincipal de cada barra se modificaraacuten los coeficientes de empotramiento de los extremos de las vigas de atado y de los marcos de las cruces de San Andreacutes en cada uno de sus planos para despueacutes articular sus extremos
816FlechasSe limitaraacute la flecha maacutexima en el plano fuerte de las barras sometidas a flexioacuten que es en el plano en que van a dominar las cargas
Se limita la flecha maacutexima de acuerdo con el tipo de edificio y los elementos implicados en la deformacioacuten Seguacuten CTE DB-SE apartado 43 Cuando se considere la integridad de los elementos constructivos considerando soacutelo las deformaciones que se produce despueacutes de la puesta en obra del elemento la flecha relativa es menor que L300 para elementos horizontales y menor de L250 para pilares
817PlacasdeanclajeUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles el propio programa nos calcula las propias placas de anclaje incluyendo dimensiones de las mismas rigidizadores y tamantildeo longitud y nuacutemero de pernos debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
818CimentacioacutenUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles ademaacutes de las placas de anclaje el propio programa nos calcula las reacciones y cargas a cimentacioacuten que nos genera nuestra estructura debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
Utilizaremos como tensioacuten de trabajo del suelo 02 MPa confirmado por el tipo de terreno sobre el que se pretende construirTendremos en cuenta para el caacutelculo de la cimentacioacuten de la nave del presente proyecto tanto la Norma EHE como el CTE en su apartado destinado a cimentaciones CTE parte 2-DB SE-C- Seguridad Estructural
82Accionesconsideradas
821CargaspermanentesLas cargas permanentes estaacute constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que estaacuten permanentemente unidos a la
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
ܥ ൌ ͳǡ͵
ൌ ͳ
௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
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De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
ഝభబ െ ͳሻοߠǡ௧
siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
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Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
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5DurabilidaddelasestructurasLa durabilidad de una estructura de acero es su capacidad para soportar durante la vida uacutetil para la que ha sido proyectada las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que estaacute expuesta y que podriacutean llegar a provocar su degradacioacuten como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el anaacutelisis estructural
Para conseguir la durabilidad adecuada seraacute necesario seguir una estrategia que contemple todos los posibles mecanismos de degradacioacuten adoptando medidas especiacuteficas en funcioacuten de la agresividad a la que se encuentre sometido cada elemento
Deberaacuten incluirse al menos los siguientes aspectos
-Seleccioacuten de la forma estructural definiendo en el proyecto los esquemas estructurales las formas geomeacutetricas y los detalles que sean compatibles con la consecucioacuten de una adecuada durabilidad de la estructura Se facilitaraacute la preparacioacuten de las superficies el pintado las inspecciones y el mantenimiento
-Se procuraraacute evitar el empleo de disentildeos estructurales que conduzcan a una susceptibilidad elevada a la corrosioacuten eligiendo formas de los elementos sencillas
-Se reduciraacute al miacutenimo el contacto directo entre las superficies de acero y el agua
-Se evitaraacute el contacto directo del acero con otros metales (el aluminio de las carpinteriacuteas de cerramiento muros cortina etc)
-Cuando la estructura presente aacutereas cerradas o elementos huecos debe cuidarse que esteacuten protegidos de manera efectiva contra la corrosioacuten mediante soldadura continua
En casos de especial agresividad cuando las medidas normales de proteccioacuten no se consideren suficientes se podraacute recurrir a la disposicioacuten de sistemas especiales de proteccioacuten (materiales de recubrimiento en polvo productos para tratamiento quiacutemico de superficies)
51ProteccionesparaestructurasmetaacutelicasUna vez finalizada la construccioacuten de las estructuras metaacutelicas pueden aparecer problemas por alguna de las siguientes causas
Efectos del calor como consecuencia de incendios
Oxidacioacuten excesiva y consiguiente corrosioacuten
511ProteccioacutencontraincendiosAunque el hierro no es combustible no se puede considerar resistente al fuego no soacutelo porque disminuye sus resistencia en cuanto pasa de 500ordmC sino porque por efecto de su dilatacioacuten sufre grandes deformacionesLos materiales de proteccioacuten del acero que pueden utilizarse son granito maacutermol hormigoacuten faacutebrica de ladrillo ceraacutemico con mortero de cemento placas de yeso pinturas intumescentes etc
512ProteccioacutencontracorrosioacutenLa oxidacioacuten constituye el peor enemigo de las construcciones metaacutelicas Para evitarlo
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se cubre con un revestimiento protector y es indispensable que la superficie a tratar esteacute limpia de suciedad y oacutexido Deberaacute considerarse conjuntamente el tratamiento de proteccioacuten frente a incendio ya que los requisitos del mismo pueden determinar un grado de defensa frente a la corrosioacuten muy superior al estrictamente necesario especialmente en el caso de pinturas intumescentes y morteros proyectados
52DurabilidaddelHormigoacutenSe define en la Instruccioacuten espantildeola EHE la durabilidad del hormigoacuten como la capacidad para comportarse satisfactoriamente frente a las acciones fiacutesicas y quiacutemicas agresivas a lo largo de la vida uacutetil de la estructura protegiendo tambieacuten las armaduras y elementos metaacutelicos embebidos en su interior Por tanto no solo hay que considerar los efectos provocados por las cargas y solicitaciones sino tambieacuten las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que se expone Por ello se considera el tipo de ambiente en que se va a encontrar la estructura y que puede afectar a la corrosioacuten de las armaduras ambientes quiacutemicos agresivos zonas afectadas por ciclos de hielo-deshielo etc Para garantizar la durabilidad del hormigoacuten y la proteccioacuten de las armaduras frente a la corrosioacuten es importante realizar un hormigoacuten con una permeabilidad reducida realizando una mezcla con una relacioacuten aguacemento baja una compactacioacuten idoacutenea un peso en cemento adecuado y la hidratacioacuten suficiente de eacuteste antildeadiendo agua de curado para completarlo De esta forma se consigue que haya los menos poros posibles y una red capilar interna poco comunicada y asiacute se reducen los ataques al hormigoacuten En los casos de existencia de sulfatos en el terreno o de agua de mar se deben emplear cementos especiales Para prevenir la corrosioacuten de armaduras hay que cuidar el recubrimiento miacutenimo de las mismas
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6Casodeestudio 61Descripcioacutendelanave La nave que se pretende calcular es una nave formada por dos poacuterticos adosados a dos aguas con una longitud total de 85m La separacioacuten de los poacuterticos entre siacute va a ser de 5m La luz de dicha nave va a ser de 25m por cada poacutertico la altura de cabeza de pilar va a ser de 7m y la de cumbrera de 9m A continuacioacuten se adjunta una foto del esqueleto de la nave donde se puede observar que en los poacuterticos de los extremos se han situado arriostramientos para transmitir los efectos de las acciones a la cimentacioacuten
Figura 1 Nave industrial del caso de estudio
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62Localizacioacuten La nave industrial que se ha calculado en el presente proyecto se ubicaraacute en la parcela nordm36 del poliacutegono industrial de Villareal con acceso principal en la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell sn El poliacutegono industrial cuanta con buenos viales de comunicacioacuten que permiten localizarla sin dificultad como queda definido en la siguiente imagen de situacioacuten Aclaracioacuten Tras tomar la salida del poliacutegono industrial desde la nacional 340 por la avenida Castelloacute y tomar la primera salida en la primera rotonda se llega a la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell donde esta la nave situada
Figura 2 Accesos a la nave industrial
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63Normativamunicipal
Figura 3 Situacioacuten geograacutefica de la nave industrial Todas las obras a realizar por el presente proyecto se someteraacuten a la normativa municipal que indique el Excmo Ayuntamiento de Villareal Castelloacuten
La superficie total de la parcela seguacuten el catastro es de 719333 m2
La parcela estaacute clasificada como suelo urbano Industrial y su aprovechamiento urbaniacutestico es el que se pasa a detallar a continuacioacuten
Superficie maacutexima edificable 719333 m2 13 = 553333 m2
Ocupacioacuten permitida 100
Volumen maacuteximo sin especificacioacuten
Plazas de parking miacutenimo una plaza por cada 200 m2
Vallado miacutenimo 2m de altura
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64NormativalegalaplicableatodalanaveEn la redaccioacuten del presente Proyecto de Ejecucioacuten se ha tenido en cuenta
-Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacuten (CTE) y particularmente sus siguientes documentos baacutesicos (DB)El DB-SE constituye la base para los Documentos Baacutesicos siguientes y se utilizaraacute conjuntamente con ellos
-Documento Baacutesico SE (Seguridad Estructural)
-Documento Baacutesico SE-AE (Acciones en la Edificacioacuten)
En este Documento Baacutesico se establecen las formas en que deben combinarse las diferentes acciones que actuacutean sobre el edificio definiendo los diferentes coeficientes de seguridad de forma global para todos los materiales De esta forma se establecen entre otros los liacutemites de las deformaciones admisibles que deben verificar las estructuras de edificacioacuten
-Documento Baacutesico SE-A (Acciones de la edificacioacuten)
En el campo de aplicacioacuten de este Documento Baacutesico es el de la determinacioacuten de las acciones permanentes variables y accidentales sobre los edificios para verificar el cumplimiento de los requisitos de seguridad estructural (capacidad portante y estabilidad) y aptitud al servicio establecidos en el DB-SE
-Documento Baacutesico SE-A (Seguridad Estructural Acero)
En este documento se adopta baacutesicamente el enfoque del Eurocoacutedigo de acero EN-1993 contemplando las distintas combinaciones de caacutelculo elaacutestico y plaacutestico en base a la clasificacioacuten de secciones seguacuten el Eurocoacutedigo El documento se adapta al tipo de aceros que se comercializan actualmente e incluye modelos de anaacutelisis para uniones
-Documento Baacutesico SI (Seguridad en caso de Incendio)
Este Documento Baacutesico es una normativa de construccioacuten espantildeola que forma parte del Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacutenregula especiacuteficamente las medidas de proteccioacuten contra incendios con que deben contar los edificios de nueva planta Es una normativa de obligado cumplimiento en Espantildea por lo que todos los edificios construidos desde su entrada en vigor en 2006 deben incorporar las soluciones constructivas que recoge la normativa a excepcioacuten de los edificios industriales que se rigen por el Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales
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7MetodologiacuteadecaacutelculoEl caacutelculo de la nave se llevaraacute a cabo con la herramienta de software de CYPE Ingenieros versioacuten 2015
Este programa es capaz de calcular edificios naves industriales y cualquier otro tupo de estructura Mediante la aplicacioacuten de meacutetodos matriciales obtiene una forma relativamente sencilla y fiable del dimensionado y la optimizacioacuten de estructuras
El software de CYPE Ingenieros se estructura en diferentes aplicaciones cada una de las cuales estaacute especiacuteficamente disentildeada para una finalidad concreta
71GeneradordepoacuterticosEl generados de poacuterticos es un programa perteneciente al paquete CYPE Ingenieros que dada su sencillez y facilidad de uso permite hacer un dimensionado faacutecil y raacutepido de las correas a disponer Entre sus funcionalidades destacan
-Crear de forma sencilla y raacutepida la geometriacutea y las cargas de peso propio sobrecarga de uso viento y nieve de un poacutertico formado por nudos riacutegidos celosiacuteas o cerchas Las cargas de viento y nieve se generan automaacuteticamente seguacuten la norma y la zona elegida
-Proporcionar el dimensionado de correas de cubiertas y laterales de fachadas optimizando el perfil y la separacioacuten entre correas
-Exportar a CYPE 3D la geometriacutea del poacutertico con apoyos biarticulados o biempotrados sus cargas y los coeficientes de pandeo de las barras que lo componen suponiendo la estructura traslacional o intraslacional Se exportan todas las cargas de viento las de cubierta las del los laterales de la nave y las perpendiculares a los poacuterticos de pared final (muro pintildeoacuten) Estas cargas se exportan como cargas superficiales lo que facilita enormementela labor de introduccioacuten de datos
72Cype3DEste moacutedulo ha sido disentildeado para ofrecer al usuario un software de mayores prestaciones con relacioacuten al dimensionado de estructuras de acero Permite calcular cualquier tipo de estructura formada por barras de acero de acuerdo con la normativa seleccionada Estaacute adaptado al CTE y tambieacuten a otras normativas nacionales e internacionales Las funcionalidades maacutes importante que se han utilizado para este proyecto son
-Descripcioacuten de los nudos la tipologiacutea de los nudos es muy completa Pueden definirse las vinculaciones interiores y coacciones exteriores las cuales permiten que los nudos puedan definirse como empotrados semiempotrados apoyos elaacutesticos apoyos con desplazamientos libres seguacuten un plano o recta a definir
-Agrupacioacuten y descripcioacuten de las barras permite la agrupacioacuten e introduccioacuten de barras de acero y dimensiona la seccioacuten llegando a su optimizacioacuten maacutexima Emplea perfiles de acero laminado armado y conformado que gestiona desde su amplia base de daros compuesta por perfiles de los fabricantes maacutes extendidos Puede crear perfiles compuestos a partir de perfiles simples con unioacuten soldada platabandas presillas etc Tambieacuten puede definir cartelas en los extremos perfiles de canto variable vigas boyd y barras mixtas
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-Introduccioacuten a coeficientes de pandeo y pandeo lateral permite introducir coeficientes de pandeo o longitudes de pandeo y el coeficiente de momentos de cada barra Tambieacuten calcula automaacuteticamente la longitud de pandeo de las barras seguacuten el meacutetodo aproximado El usuario tambieacuten puede activar en cualquier barra la comprobacioacuten de pandeo lateral
-Restriccioacuten de flechas liacutemites de las barras de la estructura el programa posibilita al usuario limitar la flecha de las barras para que el dimensionado de los perfiles tenga en cuenta las restriccioacuten impuesta El usuario puede imponer liacutemites a las flechas maacutexima y relativa tanto para sus calores absolutos como para sus calores relativos a la longitud entre los extremos y los puntos de inflexioacuten de la deformada
-Caacutelculo y optimizacioacuten de la estructura el programas hace todas las comprobaciones pertinente siempre de acorde a la norma para que se cumplan todos los requisitos en caso de no ser asiacute muestra que condiciones no se estaacuten cumpliendo
-Caacutelculo y dimensionado de uniones soldadas y atornilladas el programa realiza el caacutelculo y dimensionado automaacutetico de uniones soldadas y atornilladas de perfiles laminados y armados en doble T
-Caacutelculo y dimensionado de placas de anclaje
-Resultados planos y listados se proporciona una memoria justificativa del proyecto los listados detallados de las comprobaciones seguacuten la norma seleccionada y los planos de la estructura metaacutelica de la nave
73Generadordeprecios El generador de precios es una herramienta informaacutetica que pertenece a CYPE ingenieros que permite a los arquitectos y responsables de los proyectos obtener precios (para obra nueva rehabilitacioacuten y espacios urbanos) con las previsiones de costes ajustadas al maacuteximo a la realidad y facilitar la elaboracioacuten de una documentacioacuten de proyecto de calidad (completa consistente y con informacioacuten teacutecnica vinculada a cada unidad de obra) uacutetil para las distintas fases del ciclo de vida del edificio (estudios previos anteproyecto proyecto baacutesico y de ejecucioacuten direccioacuten y ejecucioacuten de la obra uso y mantenimiento deconstruccioacuten y reciclado final) Incluye productos de fabricantes y productos geneacutericos
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8Dimensionado
81Procedimientodedimensionado
811CaacutelculodelascorreasdecubiertaLas correas e cubierta son aquellos elementos cuya misioacuten es la de soportar al propio material de cerramiento de la cubierta transmitiendo su peso a las cerchas y estas a su vez a los pilares los cuales transmitiraacuten la carga a los pilares Asiacute mismo desempentildean la funcioacuten de arriostrar los poacuterticos fuera de su plano
Utilizando el generado de poacuterticos se generara un poacutertico y se estableceraacute cierta separacioacuten entre ellos asiacute como tambieacuten se generaraacuten las diferentes cargas de nieve y viento Se seleccionaraacuten las correas y por uacuteltimo se exporta a CYPE 3D
812CreacioacutendelageometriacuteadelanaveAprovechando la estructura que se ha generado con la exportacioacuten que se ha realizado desde el generador de poacuterticos se introducen los elementos restantes para completar la geometriacutea de la nave
Entre los maacutes destacados hay que resaltar
-Pilares intermedios de los poacuterticos de los extremos
-Vigas de atados de cabeza de pilar
-Vigas montantes
-Tirantes de las cruces de San Andreacutes
813DescripcioacutendelosnudosUna vez definida la geometriacutea de la nave se procederaacute a describir el comportamiento de los nudos de la estructura empotrada en esta nave se han asignado los siguientes nudos
-Todos los pilares van con vinculacioacuten exterior empotrada en la base
-Todas las uniones entre pilar-viga se efectuaraacuten con vinculacioacuten interior empotrada que seraacute resuelta a traveacutes de cartelas
-Las uniones entre las vigas de cumbrera iraacuten con vinculacioacuten interior empotrada donde seraacute necesario introducir cartelas
-Las uniones entre elementos de la estructura como vigas de atado de cabeza de pilares vigas montantes o las cruces de San Andreacutes iraacuten articuladas
814DescripcioacutendebarrasPara finalizar se describiraacuten todas las barras de la estructura Para ello se han agrupado todas las barras del mismo tipo para ahorrar trabajo optimizando la gestioacuten el control de caacutelculo y la ejecucioacuten de la estructura
Todas las barras deben predimensionarse con una porcioacuten parecida a la solucioacuten final para que el programa encuentre la solucioacuten lo antes posible Tambieacuten es muy importante disponer una cartela inicial adecuada ajo los dinteles que sea como miacutenimo
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la decima parte de la luz
Tras agrupar las barras de forma clara hay que asignar a toda la estructura el tipo de material S275
815PandeoEn los planos de los poacuterticos se ha considerado la estructura como traslacional y en los planos de los cerramientos y las cubiertas la nave puede considerarse como intraslacional
El criterio que usa CYPE es el siguiente
-El plano deacutebil del perfil se denomina plano ldquoxyrdquo y se corresponde con el plano paralelo a las alas del perfil
-El plano fuerte del perfil se denomina plano ldquoxzrdquo y se corresponde al plano que contiene el alma ce la pieza
Por lo que se aplicaraacuten los diferentes coeficientes de pandeo teniendo en cuenta las condiciones de contorno de las que dispone cada barra para cada plano Los coeficientes asignados son los siguientes
-Pilares exteriores de los poacuterticos interiores xzAElig14 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos interiores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares exteriores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Jaacutecenas xzAElig10 xyAElig0
-Cruces de San Andreacutes xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos interiores xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos exteriores xzAElig1 xyAElig1
Estos coeficientes de pandeo van a afectar decisivamente al caacutelculo de la estructura Es muy importante aplicar estos coeficientes basados en datos sensatos y coherentes y que despueacutes se materialicen en la obra de lo contrario no estariacuteamos calculando la obra que se esta construyendo con el consiguiente riesgo antildeadido
Entre alma y alma de los pilares consecutivos se supone el caso maacutes desfavorablesin cerramiento Esta condicioacuten de contorno hace que se ponga a 07 este coeficiente de pandeo en el plano xy
En el plano de inercia xz los pilares estaacuten empotrados teniendo en la base un nudo que imposibilita su desplazamiento y giro pero en su conexioacuten con el dintel si que puede existir desplazamiento por ello se asignara un coeficiente de pandeo de 14
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En el plano deacutebil de los dinteles tenemos que las correas los arriostran y en el plano fuerte estos dinteles estaacuten biempotrados en sus extremos al pilar y al otro dintel respectivamente En este plano la pieza es biempotrada traslacional por lo que le corresponde un coeficiente de pandeo aproximadamente de 1
Una vez razonados y aplicados los coeficientes de pandeo en cada planoprincipal de cada barra se modificaraacuten los coeficientes de empotramiento de los extremos de las vigas de atado y de los marcos de las cruces de San Andreacutes en cada uno de sus planos para despueacutes articular sus extremos
816FlechasSe limitaraacute la flecha maacutexima en el plano fuerte de las barras sometidas a flexioacuten que es en el plano en que van a dominar las cargas
Se limita la flecha maacutexima de acuerdo con el tipo de edificio y los elementos implicados en la deformacioacuten Seguacuten CTE DB-SE apartado 43 Cuando se considere la integridad de los elementos constructivos considerando soacutelo las deformaciones que se produce despueacutes de la puesta en obra del elemento la flecha relativa es menor que L300 para elementos horizontales y menor de L250 para pilares
817PlacasdeanclajeUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles el propio programa nos calcula las propias placas de anclaje incluyendo dimensiones de las mismas rigidizadores y tamantildeo longitud y nuacutemero de pernos debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
818CimentacioacutenUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles ademaacutes de las placas de anclaje el propio programa nos calcula las reacciones y cargas a cimentacioacuten que nos genera nuestra estructura debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
Utilizaremos como tensioacuten de trabajo del suelo 02 MPa confirmado por el tipo de terreno sobre el que se pretende construirTendremos en cuenta para el caacutelculo de la cimentacioacuten de la nave del presente proyecto tanto la Norma EHE como el CTE en su apartado destinado a cimentaciones CTE parte 2-DB SE-C- Seguridad Estructural
82Accionesconsideradas
821CargaspermanentesLas cargas permanentes estaacute constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que estaacuten permanentemente unidos a la
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
ܥ ൌ ͳǡ͵
ൌ ͳ
௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
ǣ
De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
ഝభబ െ ͳሻοߠǡ௧
siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
ܣ
Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
ͺǣ
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
ͻǣ
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se cubre con un revestimiento protector y es indispensable que la superficie a tratar esteacute limpia de suciedad y oacutexido Deberaacute considerarse conjuntamente el tratamiento de proteccioacuten frente a incendio ya que los requisitos del mismo pueden determinar un grado de defensa frente a la corrosioacuten muy superior al estrictamente necesario especialmente en el caso de pinturas intumescentes y morteros proyectados
52DurabilidaddelHormigoacutenSe define en la Instruccioacuten espantildeola EHE la durabilidad del hormigoacuten como la capacidad para comportarse satisfactoriamente frente a las acciones fiacutesicas y quiacutemicas agresivas a lo largo de la vida uacutetil de la estructura protegiendo tambieacuten las armaduras y elementos metaacutelicos embebidos en su interior Por tanto no solo hay que considerar los efectos provocados por las cargas y solicitaciones sino tambieacuten las condiciones fiacutesicas y quiacutemicas a las que se expone Por ello se considera el tipo de ambiente en que se va a encontrar la estructura y que puede afectar a la corrosioacuten de las armaduras ambientes quiacutemicos agresivos zonas afectadas por ciclos de hielo-deshielo etc Para garantizar la durabilidad del hormigoacuten y la proteccioacuten de las armaduras frente a la corrosioacuten es importante realizar un hormigoacuten con una permeabilidad reducida realizando una mezcla con una relacioacuten aguacemento baja una compactacioacuten idoacutenea un peso en cemento adecuado y la hidratacioacuten suficiente de eacuteste antildeadiendo agua de curado para completarlo De esta forma se consigue que haya los menos poros posibles y una red capilar interna poco comunicada y asiacute se reducen los ataques al hormigoacuten En los casos de existencia de sulfatos en el terreno o de agua de mar se deben emplear cementos especiales Para prevenir la corrosioacuten de armaduras hay que cuidar el recubrimiento miacutenimo de las mismas
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6Casodeestudio 61Descripcioacutendelanave La nave que se pretende calcular es una nave formada por dos poacuterticos adosados a dos aguas con una longitud total de 85m La separacioacuten de los poacuterticos entre siacute va a ser de 5m La luz de dicha nave va a ser de 25m por cada poacutertico la altura de cabeza de pilar va a ser de 7m y la de cumbrera de 9m A continuacioacuten se adjunta una foto del esqueleto de la nave donde se puede observar que en los poacuterticos de los extremos se han situado arriostramientos para transmitir los efectos de las acciones a la cimentacioacuten
Figura 1 Nave industrial del caso de estudio
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62Localizacioacuten La nave industrial que se ha calculado en el presente proyecto se ubicaraacute en la parcela nordm36 del poliacutegono industrial de Villareal con acceso principal en la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell sn El poliacutegono industrial cuanta con buenos viales de comunicacioacuten que permiten localizarla sin dificultad como queda definido en la siguiente imagen de situacioacuten Aclaracioacuten Tras tomar la salida del poliacutegono industrial desde la nacional 340 por la avenida Castelloacute y tomar la primera salida en la primera rotonda se llega a la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell donde esta la nave situada
Figura 2 Accesos a la nave industrial
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63Normativamunicipal
Figura 3 Situacioacuten geograacutefica de la nave industrial Todas las obras a realizar por el presente proyecto se someteraacuten a la normativa municipal que indique el Excmo Ayuntamiento de Villareal Castelloacuten
La superficie total de la parcela seguacuten el catastro es de 719333 m2
La parcela estaacute clasificada como suelo urbano Industrial y su aprovechamiento urbaniacutestico es el que se pasa a detallar a continuacioacuten
Superficie maacutexima edificable 719333 m2 13 = 553333 m2
Ocupacioacuten permitida 100
Volumen maacuteximo sin especificacioacuten
Plazas de parking miacutenimo una plaza por cada 200 m2
Vallado miacutenimo 2m de altura
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64NormativalegalaplicableatodalanaveEn la redaccioacuten del presente Proyecto de Ejecucioacuten se ha tenido en cuenta
-Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacuten (CTE) y particularmente sus siguientes documentos baacutesicos (DB)El DB-SE constituye la base para los Documentos Baacutesicos siguientes y se utilizaraacute conjuntamente con ellos
-Documento Baacutesico SE (Seguridad Estructural)
-Documento Baacutesico SE-AE (Acciones en la Edificacioacuten)
En este Documento Baacutesico se establecen las formas en que deben combinarse las diferentes acciones que actuacutean sobre el edificio definiendo los diferentes coeficientes de seguridad de forma global para todos los materiales De esta forma se establecen entre otros los liacutemites de las deformaciones admisibles que deben verificar las estructuras de edificacioacuten
-Documento Baacutesico SE-A (Acciones de la edificacioacuten)
En el campo de aplicacioacuten de este Documento Baacutesico es el de la determinacioacuten de las acciones permanentes variables y accidentales sobre los edificios para verificar el cumplimiento de los requisitos de seguridad estructural (capacidad portante y estabilidad) y aptitud al servicio establecidos en el DB-SE
-Documento Baacutesico SE-A (Seguridad Estructural Acero)
En este documento se adopta baacutesicamente el enfoque del Eurocoacutedigo de acero EN-1993 contemplando las distintas combinaciones de caacutelculo elaacutestico y plaacutestico en base a la clasificacioacuten de secciones seguacuten el Eurocoacutedigo El documento se adapta al tipo de aceros que se comercializan actualmente e incluye modelos de anaacutelisis para uniones
-Documento Baacutesico SI (Seguridad en caso de Incendio)
Este Documento Baacutesico es una normativa de construccioacuten espantildeola que forma parte del Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacutenregula especiacuteficamente las medidas de proteccioacuten contra incendios con que deben contar los edificios de nueva planta Es una normativa de obligado cumplimiento en Espantildea por lo que todos los edificios construidos desde su entrada en vigor en 2006 deben incorporar las soluciones constructivas que recoge la normativa a excepcioacuten de los edificios industriales que se rigen por el Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales
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7MetodologiacuteadecaacutelculoEl caacutelculo de la nave se llevaraacute a cabo con la herramienta de software de CYPE Ingenieros versioacuten 2015
Este programa es capaz de calcular edificios naves industriales y cualquier otro tupo de estructura Mediante la aplicacioacuten de meacutetodos matriciales obtiene una forma relativamente sencilla y fiable del dimensionado y la optimizacioacuten de estructuras
El software de CYPE Ingenieros se estructura en diferentes aplicaciones cada una de las cuales estaacute especiacuteficamente disentildeada para una finalidad concreta
71GeneradordepoacuterticosEl generados de poacuterticos es un programa perteneciente al paquete CYPE Ingenieros que dada su sencillez y facilidad de uso permite hacer un dimensionado faacutecil y raacutepido de las correas a disponer Entre sus funcionalidades destacan
-Crear de forma sencilla y raacutepida la geometriacutea y las cargas de peso propio sobrecarga de uso viento y nieve de un poacutertico formado por nudos riacutegidos celosiacuteas o cerchas Las cargas de viento y nieve se generan automaacuteticamente seguacuten la norma y la zona elegida
-Proporcionar el dimensionado de correas de cubiertas y laterales de fachadas optimizando el perfil y la separacioacuten entre correas
-Exportar a CYPE 3D la geometriacutea del poacutertico con apoyos biarticulados o biempotrados sus cargas y los coeficientes de pandeo de las barras que lo componen suponiendo la estructura traslacional o intraslacional Se exportan todas las cargas de viento las de cubierta las del los laterales de la nave y las perpendiculares a los poacuterticos de pared final (muro pintildeoacuten) Estas cargas se exportan como cargas superficiales lo que facilita enormementela labor de introduccioacuten de datos
72Cype3DEste moacutedulo ha sido disentildeado para ofrecer al usuario un software de mayores prestaciones con relacioacuten al dimensionado de estructuras de acero Permite calcular cualquier tipo de estructura formada por barras de acero de acuerdo con la normativa seleccionada Estaacute adaptado al CTE y tambieacuten a otras normativas nacionales e internacionales Las funcionalidades maacutes importante que se han utilizado para este proyecto son
-Descripcioacuten de los nudos la tipologiacutea de los nudos es muy completa Pueden definirse las vinculaciones interiores y coacciones exteriores las cuales permiten que los nudos puedan definirse como empotrados semiempotrados apoyos elaacutesticos apoyos con desplazamientos libres seguacuten un plano o recta a definir
-Agrupacioacuten y descripcioacuten de las barras permite la agrupacioacuten e introduccioacuten de barras de acero y dimensiona la seccioacuten llegando a su optimizacioacuten maacutexima Emplea perfiles de acero laminado armado y conformado que gestiona desde su amplia base de daros compuesta por perfiles de los fabricantes maacutes extendidos Puede crear perfiles compuestos a partir de perfiles simples con unioacuten soldada platabandas presillas etc Tambieacuten puede definir cartelas en los extremos perfiles de canto variable vigas boyd y barras mixtas
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-Introduccioacuten a coeficientes de pandeo y pandeo lateral permite introducir coeficientes de pandeo o longitudes de pandeo y el coeficiente de momentos de cada barra Tambieacuten calcula automaacuteticamente la longitud de pandeo de las barras seguacuten el meacutetodo aproximado El usuario tambieacuten puede activar en cualquier barra la comprobacioacuten de pandeo lateral
-Restriccioacuten de flechas liacutemites de las barras de la estructura el programa posibilita al usuario limitar la flecha de las barras para que el dimensionado de los perfiles tenga en cuenta las restriccioacuten impuesta El usuario puede imponer liacutemites a las flechas maacutexima y relativa tanto para sus calores absolutos como para sus calores relativos a la longitud entre los extremos y los puntos de inflexioacuten de la deformada
-Caacutelculo y optimizacioacuten de la estructura el programas hace todas las comprobaciones pertinente siempre de acorde a la norma para que se cumplan todos los requisitos en caso de no ser asiacute muestra que condiciones no se estaacuten cumpliendo
-Caacutelculo y dimensionado de uniones soldadas y atornilladas el programa realiza el caacutelculo y dimensionado automaacutetico de uniones soldadas y atornilladas de perfiles laminados y armados en doble T
-Caacutelculo y dimensionado de placas de anclaje
-Resultados planos y listados se proporciona una memoria justificativa del proyecto los listados detallados de las comprobaciones seguacuten la norma seleccionada y los planos de la estructura metaacutelica de la nave
73Generadordeprecios El generador de precios es una herramienta informaacutetica que pertenece a CYPE ingenieros que permite a los arquitectos y responsables de los proyectos obtener precios (para obra nueva rehabilitacioacuten y espacios urbanos) con las previsiones de costes ajustadas al maacuteximo a la realidad y facilitar la elaboracioacuten de una documentacioacuten de proyecto de calidad (completa consistente y con informacioacuten teacutecnica vinculada a cada unidad de obra) uacutetil para las distintas fases del ciclo de vida del edificio (estudios previos anteproyecto proyecto baacutesico y de ejecucioacuten direccioacuten y ejecucioacuten de la obra uso y mantenimiento deconstruccioacuten y reciclado final) Incluye productos de fabricantes y productos geneacutericos
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8Dimensionado
81Procedimientodedimensionado
811CaacutelculodelascorreasdecubiertaLas correas e cubierta son aquellos elementos cuya misioacuten es la de soportar al propio material de cerramiento de la cubierta transmitiendo su peso a las cerchas y estas a su vez a los pilares los cuales transmitiraacuten la carga a los pilares Asiacute mismo desempentildean la funcioacuten de arriostrar los poacuterticos fuera de su plano
Utilizando el generado de poacuterticos se generara un poacutertico y se estableceraacute cierta separacioacuten entre ellos asiacute como tambieacuten se generaraacuten las diferentes cargas de nieve y viento Se seleccionaraacuten las correas y por uacuteltimo se exporta a CYPE 3D
812CreacioacutendelageometriacuteadelanaveAprovechando la estructura que se ha generado con la exportacioacuten que se ha realizado desde el generador de poacuterticos se introducen los elementos restantes para completar la geometriacutea de la nave
Entre los maacutes destacados hay que resaltar
-Pilares intermedios de los poacuterticos de los extremos
-Vigas de atados de cabeza de pilar
-Vigas montantes
-Tirantes de las cruces de San Andreacutes
813DescripcioacutendelosnudosUna vez definida la geometriacutea de la nave se procederaacute a describir el comportamiento de los nudos de la estructura empotrada en esta nave se han asignado los siguientes nudos
-Todos los pilares van con vinculacioacuten exterior empotrada en la base
-Todas las uniones entre pilar-viga se efectuaraacuten con vinculacioacuten interior empotrada que seraacute resuelta a traveacutes de cartelas
-Las uniones entre las vigas de cumbrera iraacuten con vinculacioacuten interior empotrada donde seraacute necesario introducir cartelas
-Las uniones entre elementos de la estructura como vigas de atado de cabeza de pilares vigas montantes o las cruces de San Andreacutes iraacuten articuladas
814DescripcioacutendebarrasPara finalizar se describiraacuten todas las barras de la estructura Para ello se han agrupado todas las barras del mismo tipo para ahorrar trabajo optimizando la gestioacuten el control de caacutelculo y la ejecucioacuten de la estructura
Todas las barras deben predimensionarse con una porcioacuten parecida a la solucioacuten final para que el programa encuentre la solucioacuten lo antes posible Tambieacuten es muy importante disponer una cartela inicial adecuada ajo los dinteles que sea como miacutenimo
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la decima parte de la luz
Tras agrupar las barras de forma clara hay que asignar a toda la estructura el tipo de material S275
815PandeoEn los planos de los poacuterticos se ha considerado la estructura como traslacional y en los planos de los cerramientos y las cubiertas la nave puede considerarse como intraslacional
El criterio que usa CYPE es el siguiente
-El plano deacutebil del perfil se denomina plano ldquoxyrdquo y se corresponde con el plano paralelo a las alas del perfil
-El plano fuerte del perfil se denomina plano ldquoxzrdquo y se corresponde al plano que contiene el alma ce la pieza
Por lo que se aplicaraacuten los diferentes coeficientes de pandeo teniendo en cuenta las condiciones de contorno de las que dispone cada barra para cada plano Los coeficientes asignados son los siguientes
-Pilares exteriores de los poacuterticos interiores xzAElig14 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos interiores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares exteriores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Jaacutecenas xzAElig10 xyAElig0
-Cruces de San Andreacutes xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos interiores xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos exteriores xzAElig1 xyAElig1
Estos coeficientes de pandeo van a afectar decisivamente al caacutelculo de la estructura Es muy importante aplicar estos coeficientes basados en datos sensatos y coherentes y que despueacutes se materialicen en la obra de lo contrario no estariacuteamos calculando la obra que se esta construyendo con el consiguiente riesgo antildeadido
Entre alma y alma de los pilares consecutivos se supone el caso maacutes desfavorablesin cerramiento Esta condicioacuten de contorno hace que se ponga a 07 este coeficiente de pandeo en el plano xy
En el plano de inercia xz los pilares estaacuten empotrados teniendo en la base un nudo que imposibilita su desplazamiento y giro pero en su conexioacuten con el dintel si que puede existir desplazamiento por ello se asignara un coeficiente de pandeo de 14
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En el plano deacutebil de los dinteles tenemos que las correas los arriostran y en el plano fuerte estos dinteles estaacuten biempotrados en sus extremos al pilar y al otro dintel respectivamente En este plano la pieza es biempotrada traslacional por lo que le corresponde un coeficiente de pandeo aproximadamente de 1
Una vez razonados y aplicados los coeficientes de pandeo en cada planoprincipal de cada barra se modificaraacuten los coeficientes de empotramiento de los extremos de las vigas de atado y de los marcos de las cruces de San Andreacutes en cada uno de sus planos para despueacutes articular sus extremos
816FlechasSe limitaraacute la flecha maacutexima en el plano fuerte de las barras sometidas a flexioacuten que es en el plano en que van a dominar las cargas
Se limita la flecha maacutexima de acuerdo con el tipo de edificio y los elementos implicados en la deformacioacuten Seguacuten CTE DB-SE apartado 43 Cuando se considere la integridad de los elementos constructivos considerando soacutelo las deformaciones que se produce despueacutes de la puesta en obra del elemento la flecha relativa es menor que L300 para elementos horizontales y menor de L250 para pilares
817PlacasdeanclajeUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles el propio programa nos calcula las propias placas de anclaje incluyendo dimensiones de las mismas rigidizadores y tamantildeo longitud y nuacutemero de pernos debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
818CimentacioacutenUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles ademaacutes de las placas de anclaje el propio programa nos calcula las reacciones y cargas a cimentacioacuten que nos genera nuestra estructura debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
Utilizaremos como tensioacuten de trabajo del suelo 02 MPa confirmado por el tipo de terreno sobre el que se pretende construirTendremos en cuenta para el caacutelculo de la cimentacioacuten de la nave del presente proyecto tanto la Norma EHE como el CTE en su apartado destinado a cimentaciones CTE parte 2-DB SE-C- Seguridad Estructural
82Accionesconsideradas
821CargaspermanentesLas cargas permanentes estaacute constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que estaacuten permanentemente unidos a la
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
ܥ ൌ ͳǡ͵
ൌ ͳ
௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
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De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
ഝభబ െ ͳሻοߠǡ௧
siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
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Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
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6Casodeestudio 61Descripcioacutendelanave La nave que se pretende calcular es una nave formada por dos poacuterticos adosados a dos aguas con una longitud total de 85m La separacioacuten de los poacuterticos entre siacute va a ser de 5m La luz de dicha nave va a ser de 25m por cada poacutertico la altura de cabeza de pilar va a ser de 7m y la de cumbrera de 9m A continuacioacuten se adjunta una foto del esqueleto de la nave donde se puede observar que en los poacuterticos de los extremos se han situado arriostramientos para transmitir los efectos de las acciones a la cimentacioacuten
Figura 1 Nave industrial del caso de estudio
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62Localizacioacuten La nave industrial que se ha calculado en el presente proyecto se ubicaraacute en la parcela nordm36 del poliacutegono industrial de Villareal con acceso principal en la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell sn El poliacutegono industrial cuanta con buenos viales de comunicacioacuten que permiten localizarla sin dificultad como queda definido en la siguiente imagen de situacioacuten Aclaracioacuten Tras tomar la salida del poliacutegono industrial desde la nacional 340 por la avenida Castelloacute y tomar la primera salida en la primera rotonda se llega a la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell donde esta la nave situada
Figura 2 Accesos a la nave industrial
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63Normativamunicipal
Figura 3 Situacioacuten geograacutefica de la nave industrial Todas las obras a realizar por el presente proyecto se someteraacuten a la normativa municipal que indique el Excmo Ayuntamiento de Villareal Castelloacuten
La superficie total de la parcela seguacuten el catastro es de 719333 m2
La parcela estaacute clasificada como suelo urbano Industrial y su aprovechamiento urbaniacutestico es el que se pasa a detallar a continuacioacuten
Superficie maacutexima edificable 719333 m2 13 = 553333 m2
Ocupacioacuten permitida 100
Volumen maacuteximo sin especificacioacuten
Plazas de parking miacutenimo una plaza por cada 200 m2
Vallado miacutenimo 2m de altura
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64NormativalegalaplicableatodalanaveEn la redaccioacuten del presente Proyecto de Ejecucioacuten se ha tenido en cuenta
-Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacuten (CTE) y particularmente sus siguientes documentos baacutesicos (DB)El DB-SE constituye la base para los Documentos Baacutesicos siguientes y se utilizaraacute conjuntamente con ellos
-Documento Baacutesico SE (Seguridad Estructural)
-Documento Baacutesico SE-AE (Acciones en la Edificacioacuten)
En este Documento Baacutesico se establecen las formas en que deben combinarse las diferentes acciones que actuacutean sobre el edificio definiendo los diferentes coeficientes de seguridad de forma global para todos los materiales De esta forma se establecen entre otros los liacutemites de las deformaciones admisibles que deben verificar las estructuras de edificacioacuten
-Documento Baacutesico SE-A (Acciones de la edificacioacuten)
En el campo de aplicacioacuten de este Documento Baacutesico es el de la determinacioacuten de las acciones permanentes variables y accidentales sobre los edificios para verificar el cumplimiento de los requisitos de seguridad estructural (capacidad portante y estabilidad) y aptitud al servicio establecidos en el DB-SE
-Documento Baacutesico SE-A (Seguridad Estructural Acero)
En este documento se adopta baacutesicamente el enfoque del Eurocoacutedigo de acero EN-1993 contemplando las distintas combinaciones de caacutelculo elaacutestico y plaacutestico en base a la clasificacioacuten de secciones seguacuten el Eurocoacutedigo El documento se adapta al tipo de aceros que se comercializan actualmente e incluye modelos de anaacutelisis para uniones
-Documento Baacutesico SI (Seguridad en caso de Incendio)
Este Documento Baacutesico es una normativa de construccioacuten espantildeola que forma parte del Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacutenregula especiacuteficamente las medidas de proteccioacuten contra incendios con que deben contar los edificios de nueva planta Es una normativa de obligado cumplimiento en Espantildea por lo que todos los edificios construidos desde su entrada en vigor en 2006 deben incorporar las soluciones constructivas que recoge la normativa a excepcioacuten de los edificios industriales que se rigen por el Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales
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7MetodologiacuteadecaacutelculoEl caacutelculo de la nave se llevaraacute a cabo con la herramienta de software de CYPE Ingenieros versioacuten 2015
Este programa es capaz de calcular edificios naves industriales y cualquier otro tupo de estructura Mediante la aplicacioacuten de meacutetodos matriciales obtiene una forma relativamente sencilla y fiable del dimensionado y la optimizacioacuten de estructuras
El software de CYPE Ingenieros se estructura en diferentes aplicaciones cada una de las cuales estaacute especiacuteficamente disentildeada para una finalidad concreta
71GeneradordepoacuterticosEl generados de poacuterticos es un programa perteneciente al paquete CYPE Ingenieros que dada su sencillez y facilidad de uso permite hacer un dimensionado faacutecil y raacutepido de las correas a disponer Entre sus funcionalidades destacan
-Crear de forma sencilla y raacutepida la geometriacutea y las cargas de peso propio sobrecarga de uso viento y nieve de un poacutertico formado por nudos riacutegidos celosiacuteas o cerchas Las cargas de viento y nieve se generan automaacuteticamente seguacuten la norma y la zona elegida
-Proporcionar el dimensionado de correas de cubiertas y laterales de fachadas optimizando el perfil y la separacioacuten entre correas
-Exportar a CYPE 3D la geometriacutea del poacutertico con apoyos biarticulados o biempotrados sus cargas y los coeficientes de pandeo de las barras que lo componen suponiendo la estructura traslacional o intraslacional Se exportan todas las cargas de viento las de cubierta las del los laterales de la nave y las perpendiculares a los poacuterticos de pared final (muro pintildeoacuten) Estas cargas se exportan como cargas superficiales lo que facilita enormementela labor de introduccioacuten de datos
72Cype3DEste moacutedulo ha sido disentildeado para ofrecer al usuario un software de mayores prestaciones con relacioacuten al dimensionado de estructuras de acero Permite calcular cualquier tipo de estructura formada por barras de acero de acuerdo con la normativa seleccionada Estaacute adaptado al CTE y tambieacuten a otras normativas nacionales e internacionales Las funcionalidades maacutes importante que se han utilizado para este proyecto son
-Descripcioacuten de los nudos la tipologiacutea de los nudos es muy completa Pueden definirse las vinculaciones interiores y coacciones exteriores las cuales permiten que los nudos puedan definirse como empotrados semiempotrados apoyos elaacutesticos apoyos con desplazamientos libres seguacuten un plano o recta a definir
-Agrupacioacuten y descripcioacuten de las barras permite la agrupacioacuten e introduccioacuten de barras de acero y dimensiona la seccioacuten llegando a su optimizacioacuten maacutexima Emplea perfiles de acero laminado armado y conformado que gestiona desde su amplia base de daros compuesta por perfiles de los fabricantes maacutes extendidos Puede crear perfiles compuestos a partir de perfiles simples con unioacuten soldada platabandas presillas etc Tambieacuten puede definir cartelas en los extremos perfiles de canto variable vigas boyd y barras mixtas
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-Introduccioacuten a coeficientes de pandeo y pandeo lateral permite introducir coeficientes de pandeo o longitudes de pandeo y el coeficiente de momentos de cada barra Tambieacuten calcula automaacuteticamente la longitud de pandeo de las barras seguacuten el meacutetodo aproximado El usuario tambieacuten puede activar en cualquier barra la comprobacioacuten de pandeo lateral
-Restriccioacuten de flechas liacutemites de las barras de la estructura el programa posibilita al usuario limitar la flecha de las barras para que el dimensionado de los perfiles tenga en cuenta las restriccioacuten impuesta El usuario puede imponer liacutemites a las flechas maacutexima y relativa tanto para sus calores absolutos como para sus calores relativos a la longitud entre los extremos y los puntos de inflexioacuten de la deformada
-Caacutelculo y optimizacioacuten de la estructura el programas hace todas las comprobaciones pertinente siempre de acorde a la norma para que se cumplan todos los requisitos en caso de no ser asiacute muestra que condiciones no se estaacuten cumpliendo
-Caacutelculo y dimensionado de uniones soldadas y atornilladas el programa realiza el caacutelculo y dimensionado automaacutetico de uniones soldadas y atornilladas de perfiles laminados y armados en doble T
-Caacutelculo y dimensionado de placas de anclaje
-Resultados planos y listados se proporciona una memoria justificativa del proyecto los listados detallados de las comprobaciones seguacuten la norma seleccionada y los planos de la estructura metaacutelica de la nave
73Generadordeprecios El generador de precios es una herramienta informaacutetica que pertenece a CYPE ingenieros que permite a los arquitectos y responsables de los proyectos obtener precios (para obra nueva rehabilitacioacuten y espacios urbanos) con las previsiones de costes ajustadas al maacuteximo a la realidad y facilitar la elaboracioacuten de una documentacioacuten de proyecto de calidad (completa consistente y con informacioacuten teacutecnica vinculada a cada unidad de obra) uacutetil para las distintas fases del ciclo de vida del edificio (estudios previos anteproyecto proyecto baacutesico y de ejecucioacuten direccioacuten y ejecucioacuten de la obra uso y mantenimiento deconstruccioacuten y reciclado final) Incluye productos de fabricantes y productos geneacutericos
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8Dimensionado
81Procedimientodedimensionado
811CaacutelculodelascorreasdecubiertaLas correas e cubierta son aquellos elementos cuya misioacuten es la de soportar al propio material de cerramiento de la cubierta transmitiendo su peso a las cerchas y estas a su vez a los pilares los cuales transmitiraacuten la carga a los pilares Asiacute mismo desempentildean la funcioacuten de arriostrar los poacuterticos fuera de su plano
Utilizando el generado de poacuterticos se generara un poacutertico y se estableceraacute cierta separacioacuten entre ellos asiacute como tambieacuten se generaraacuten las diferentes cargas de nieve y viento Se seleccionaraacuten las correas y por uacuteltimo se exporta a CYPE 3D
812CreacioacutendelageometriacuteadelanaveAprovechando la estructura que se ha generado con la exportacioacuten que se ha realizado desde el generador de poacuterticos se introducen los elementos restantes para completar la geometriacutea de la nave
Entre los maacutes destacados hay que resaltar
-Pilares intermedios de los poacuterticos de los extremos
-Vigas de atados de cabeza de pilar
-Vigas montantes
-Tirantes de las cruces de San Andreacutes
813DescripcioacutendelosnudosUna vez definida la geometriacutea de la nave se procederaacute a describir el comportamiento de los nudos de la estructura empotrada en esta nave se han asignado los siguientes nudos
-Todos los pilares van con vinculacioacuten exterior empotrada en la base
-Todas las uniones entre pilar-viga se efectuaraacuten con vinculacioacuten interior empotrada que seraacute resuelta a traveacutes de cartelas
-Las uniones entre las vigas de cumbrera iraacuten con vinculacioacuten interior empotrada donde seraacute necesario introducir cartelas
-Las uniones entre elementos de la estructura como vigas de atado de cabeza de pilares vigas montantes o las cruces de San Andreacutes iraacuten articuladas
814DescripcioacutendebarrasPara finalizar se describiraacuten todas las barras de la estructura Para ello se han agrupado todas las barras del mismo tipo para ahorrar trabajo optimizando la gestioacuten el control de caacutelculo y la ejecucioacuten de la estructura
Todas las barras deben predimensionarse con una porcioacuten parecida a la solucioacuten final para que el programa encuentre la solucioacuten lo antes posible Tambieacuten es muy importante disponer una cartela inicial adecuada ajo los dinteles que sea como miacutenimo
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la decima parte de la luz
Tras agrupar las barras de forma clara hay que asignar a toda la estructura el tipo de material S275
815PandeoEn los planos de los poacuterticos se ha considerado la estructura como traslacional y en los planos de los cerramientos y las cubiertas la nave puede considerarse como intraslacional
El criterio que usa CYPE es el siguiente
-El plano deacutebil del perfil se denomina plano ldquoxyrdquo y se corresponde con el plano paralelo a las alas del perfil
-El plano fuerte del perfil se denomina plano ldquoxzrdquo y se corresponde al plano que contiene el alma ce la pieza
Por lo que se aplicaraacuten los diferentes coeficientes de pandeo teniendo en cuenta las condiciones de contorno de las que dispone cada barra para cada plano Los coeficientes asignados son los siguientes
-Pilares exteriores de los poacuterticos interiores xzAElig14 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos interiores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares exteriores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Jaacutecenas xzAElig10 xyAElig0
-Cruces de San Andreacutes xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos interiores xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos exteriores xzAElig1 xyAElig1
Estos coeficientes de pandeo van a afectar decisivamente al caacutelculo de la estructura Es muy importante aplicar estos coeficientes basados en datos sensatos y coherentes y que despueacutes se materialicen en la obra de lo contrario no estariacuteamos calculando la obra que se esta construyendo con el consiguiente riesgo antildeadido
Entre alma y alma de los pilares consecutivos se supone el caso maacutes desfavorablesin cerramiento Esta condicioacuten de contorno hace que se ponga a 07 este coeficiente de pandeo en el plano xy
En el plano de inercia xz los pilares estaacuten empotrados teniendo en la base un nudo que imposibilita su desplazamiento y giro pero en su conexioacuten con el dintel si que puede existir desplazamiento por ello se asignara un coeficiente de pandeo de 14
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En el plano deacutebil de los dinteles tenemos que las correas los arriostran y en el plano fuerte estos dinteles estaacuten biempotrados en sus extremos al pilar y al otro dintel respectivamente En este plano la pieza es biempotrada traslacional por lo que le corresponde un coeficiente de pandeo aproximadamente de 1
Una vez razonados y aplicados los coeficientes de pandeo en cada planoprincipal de cada barra se modificaraacuten los coeficientes de empotramiento de los extremos de las vigas de atado y de los marcos de las cruces de San Andreacutes en cada uno de sus planos para despueacutes articular sus extremos
816FlechasSe limitaraacute la flecha maacutexima en el plano fuerte de las barras sometidas a flexioacuten que es en el plano en que van a dominar las cargas
Se limita la flecha maacutexima de acuerdo con el tipo de edificio y los elementos implicados en la deformacioacuten Seguacuten CTE DB-SE apartado 43 Cuando se considere la integridad de los elementos constructivos considerando soacutelo las deformaciones que se produce despueacutes de la puesta en obra del elemento la flecha relativa es menor que L300 para elementos horizontales y menor de L250 para pilares
817PlacasdeanclajeUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles el propio programa nos calcula las propias placas de anclaje incluyendo dimensiones de las mismas rigidizadores y tamantildeo longitud y nuacutemero de pernos debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
818CimentacioacutenUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles ademaacutes de las placas de anclaje el propio programa nos calcula las reacciones y cargas a cimentacioacuten que nos genera nuestra estructura debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
Utilizaremos como tensioacuten de trabajo del suelo 02 MPa confirmado por el tipo de terreno sobre el que se pretende construirTendremos en cuenta para el caacutelculo de la cimentacioacuten de la nave del presente proyecto tanto la Norma EHE como el CTE en su apartado destinado a cimentaciones CTE parte 2-DB SE-C- Seguridad Estructural
82Accionesconsideradas
821CargaspermanentesLas cargas permanentes estaacute constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que estaacuten permanentemente unidos a la
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
ܥ ൌ ͳǡ͵
ൌ ͳ
௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
ǣ
De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
ഝభబ െ ͳሻοߠǡ௧
siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
ܣ
Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
ͺǣ
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
ͻǣ
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62Localizacioacuten La nave industrial que se ha calculado en el presente proyecto se ubicaraacute en la parcela nordm36 del poliacutegono industrial de Villareal con acceso principal en la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell sn El poliacutegono industrial cuanta con buenos viales de comunicacioacuten que permiten localizarla sin dificultad como queda definido en la siguiente imagen de situacioacuten Aclaracioacuten Tras tomar la salida del poliacutegono industrial desde la nacional 340 por la avenida Castelloacute y tomar la primera salida en la primera rotonda se llega a la calle Camiacute Onda Castelloacute Vell donde esta la nave situada
Figura 2 Accesos a la nave industrial
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63Normativamunicipal
Figura 3 Situacioacuten geograacutefica de la nave industrial Todas las obras a realizar por el presente proyecto se someteraacuten a la normativa municipal que indique el Excmo Ayuntamiento de Villareal Castelloacuten
La superficie total de la parcela seguacuten el catastro es de 719333 m2
La parcela estaacute clasificada como suelo urbano Industrial y su aprovechamiento urbaniacutestico es el que se pasa a detallar a continuacioacuten
Superficie maacutexima edificable 719333 m2 13 = 553333 m2
Ocupacioacuten permitida 100
Volumen maacuteximo sin especificacioacuten
Plazas de parking miacutenimo una plaza por cada 200 m2
Vallado miacutenimo 2m de altura
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64NormativalegalaplicableatodalanaveEn la redaccioacuten del presente Proyecto de Ejecucioacuten se ha tenido en cuenta
-Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacuten (CTE) y particularmente sus siguientes documentos baacutesicos (DB)El DB-SE constituye la base para los Documentos Baacutesicos siguientes y se utilizaraacute conjuntamente con ellos
-Documento Baacutesico SE (Seguridad Estructural)
-Documento Baacutesico SE-AE (Acciones en la Edificacioacuten)
En este Documento Baacutesico se establecen las formas en que deben combinarse las diferentes acciones que actuacutean sobre el edificio definiendo los diferentes coeficientes de seguridad de forma global para todos los materiales De esta forma se establecen entre otros los liacutemites de las deformaciones admisibles que deben verificar las estructuras de edificacioacuten
-Documento Baacutesico SE-A (Acciones de la edificacioacuten)
En el campo de aplicacioacuten de este Documento Baacutesico es el de la determinacioacuten de las acciones permanentes variables y accidentales sobre los edificios para verificar el cumplimiento de los requisitos de seguridad estructural (capacidad portante y estabilidad) y aptitud al servicio establecidos en el DB-SE
-Documento Baacutesico SE-A (Seguridad Estructural Acero)
En este documento se adopta baacutesicamente el enfoque del Eurocoacutedigo de acero EN-1993 contemplando las distintas combinaciones de caacutelculo elaacutestico y plaacutestico en base a la clasificacioacuten de secciones seguacuten el Eurocoacutedigo El documento se adapta al tipo de aceros que se comercializan actualmente e incluye modelos de anaacutelisis para uniones
-Documento Baacutesico SI (Seguridad en caso de Incendio)
Este Documento Baacutesico es una normativa de construccioacuten espantildeola que forma parte del Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacutenregula especiacuteficamente las medidas de proteccioacuten contra incendios con que deben contar los edificios de nueva planta Es una normativa de obligado cumplimiento en Espantildea por lo que todos los edificios construidos desde su entrada en vigor en 2006 deben incorporar las soluciones constructivas que recoge la normativa a excepcioacuten de los edificios industriales que se rigen por el Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales
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7MetodologiacuteadecaacutelculoEl caacutelculo de la nave se llevaraacute a cabo con la herramienta de software de CYPE Ingenieros versioacuten 2015
Este programa es capaz de calcular edificios naves industriales y cualquier otro tupo de estructura Mediante la aplicacioacuten de meacutetodos matriciales obtiene una forma relativamente sencilla y fiable del dimensionado y la optimizacioacuten de estructuras
El software de CYPE Ingenieros se estructura en diferentes aplicaciones cada una de las cuales estaacute especiacuteficamente disentildeada para una finalidad concreta
71GeneradordepoacuterticosEl generados de poacuterticos es un programa perteneciente al paquete CYPE Ingenieros que dada su sencillez y facilidad de uso permite hacer un dimensionado faacutecil y raacutepido de las correas a disponer Entre sus funcionalidades destacan
-Crear de forma sencilla y raacutepida la geometriacutea y las cargas de peso propio sobrecarga de uso viento y nieve de un poacutertico formado por nudos riacutegidos celosiacuteas o cerchas Las cargas de viento y nieve se generan automaacuteticamente seguacuten la norma y la zona elegida
-Proporcionar el dimensionado de correas de cubiertas y laterales de fachadas optimizando el perfil y la separacioacuten entre correas
-Exportar a CYPE 3D la geometriacutea del poacutertico con apoyos biarticulados o biempotrados sus cargas y los coeficientes de pandeo de las barras que lo componen suponiendo la estructura traslacional o intraslacional Se exportan todas las cargas de viento las de cubierta las del los laterales de la nave y las perpendiculares a los poacuterticos de pared final (muro pintildeoacuten) Estas cargas se exportan como cargas superficiales lo que facilita enormementela labor de introduccioacuten de datos
72Cype3DEste moacutedulo ha sido disentildeado para ofrecer al usuario un software de mayores prestaciones con relacioacuten al dimensionado de estructuras de acero Permite calcular cualquier tipo de estructura formada por barras de acero de acuerdo con la normativa seleccionada Estaacute adaptado al CTE y tambieacuten a otras normativas nacionales e internacionales Las funcionalidades maacutes importante que se han utilizado para este proyecto son
-Descripcioacuten de los nudos la tipologiacutea de los nudos es muy completa Pueden definirse las vinculaciones interiores y coacciones exteriores las cuales permiten que los nudos puedan definirse como empotrados semiempotrados apoyos elaacutesticos apoyos con desplazamientos libres seguacuten un plano o recta a definir
-Agrupacioacuten y descripcioacuten de las barras permite la agrupacioacuten e introduccioacuten de barras de acero y dimensiona la seccioacuten llegando a su optimizacioacuten maacutexima Emplea perfiles de acero laminado armado y conformado que gestiona desde su amplia base de daros compuesta por perfiles de los fabricantes maacutes extendidos Puede crear perfiles compuestos a partir de perfiles simples con unioacuten soldada platabandas presillas etc Tambieacuten puede definir cartelas en los extremos perfiles de canto variable vigas boyd y barras mixtas
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-Introduccioacuten a coeficientes de pandeo y pandeo lateral permite introducir coeficientes de pandeo o longitudes de pandeo y el coeficiente de momentos de cada barra Tambieacuten calcula automaacuteticamente la longitud de pandeo de las barras seguacuten el meacutetodo aproximado El usuario tambieacuten puede activar en cualquier barra la comprobacioacuten de pandeo lateral
-Restriccioacuten de flechas liacutemites de las barras de la estructura el programa posibilita al usuario limitar la flecha de las barras para que el dimensionado de los perfiles tenga en cuenta las restriccioacuten impuesta El usuario puede imponer liacutemites a las flechas maacutexima y relativa tanto para sus calores absolutos como para sus calores relativos a la longitud entre los extremos y los puntos de inflexioacuten de la deformada
-Caacutelculo y optimizacioacuten de la estructura el programas hace todas las comprobaciones pertinente siempre de acorde a la norma para que se cumplan todos los requisitos en caso de no ser asiacute muestra que condiciones no se estaacuten cumpliendo
-Caacutelculo y dimensionado de uniones soldadas y atornilladas el programa realiza el caacutelculo y dimensionado automaacutetico de uniones soldadas y atornilladas de perfiles laminados y armados en doble T
-Caacutelculo y dimensionado de placas de anclaje
-Resultados planos y listados se proporciona una memoria justificativa del proyecto los listados detallados de las comprobaciones seguacuten la norma seleccionada y los planos de la estructura metaacutelica de la nave
73Generadordeprecios El generador de precios es una herramienta informaacutetica que pertenece a CYPE ingenieros que permite a los arquitectos y responsables de los proyectos obtener precios (para obra nueva rehabilitacioacuten y espacios urbanos) con las previsiones de costes ajustadas al maacuteximo a la realidad y facilitar la elaboracioacuten de una documentacioacuten de proyecto de calidad (completa consistente y con informacioacuten teacutecnica vinculada a cada unidad de obra) uacutetil para las distintas fases del ciclo de vida del edificio (estudios previos anteproyecto proyecto baacutesico y de ejecucioacuten direccioacuten y ejecucioacuten de la obra uso y mantenimiento deconstruccioacuten y reciclado final) Incluye productos de fabricantes y productos geneacutericos
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8Dimensionado
81Procedimientodedimensionado
811CaacutelculodelascorreasdecubiertaLas correas e cubierta son aquellos elementos cuya misioacuten es la de soportar al propio material de cerramiento de la cubierta transmitiendo su peso a las cerchas y estas a su vez a los pilares los cuales transmitiraacuten la carga a los pilares Asiacute mismo desempentildean la funcioacuten de arriostrar los poacuterticos fuera de su plano
Utilizando el generado de poacuterticos se generara un poacutertico y se estableceraacute cierta separacioacuten entre ellos asiacute como tambieacuten se generaraacuten las diferentes cargas de nieve y viento Se seleccionaraacuten las correas y por uacuteltimo se exporta a CYPE 3D
812CreacioacutendelageometriacuteadelanaveAprovechando la estructura que se ha generado con la exportacioacuten que se ha realizado desde el generador de poacuterticos se introducen los elementos restantes para completar la geometriacutea de la nave
Entre los maacutes destacados hay que resaltar
-Pilares intermedios de los poacuterticos de los extremos
-Vigas de atados de cabeza de pilar
-Vigas montantes
-Tirantes de las cruces de San Andreacutes
813DescripcioacutendelosnudosUna vez definida la geometriacutea de la nave se procederaacute a describir el comportamiento de los nudos de la estructura empotrada en esta nave se han asignado los siguientes nudos
-Todos los pilares van con vinculacioacuten exterior empotrada en la base
-Todas las uniones entre pilar-viga se efectuaraacuten con vinculacioacuten interior empotrada que seraacute resuelta a traveacutes de cartelas
-Las uniones entre las vigas de cumbrera iraacuten con vinculacioacuten interior empotrada donde seraacute necesario introducir cartelas
-Las uniones entre elementos de la estructura como vigas de atado de cabeza de pilares vigas montantes o las cruces de San Andreacutes iraacuten articuladas
814DescripcioacutendebarrasPara finalizar se describiraacuten todas las barras de la estructura Para ello se han agrupado todas las barras del mismo tipo para ahorrar trabajo optimizando la gestioacuten el control de caacutelculo y la ejecucioacuten de la estructura
Todas las barras deben predimensionarse con una porcioacuten parecida a la solucioacuten final para que el programa encuentre la solucioacuten lo antes posible Tambieacuten es muy importante disponer una cartela inicial adecuada ajo los dinteles que sea como miacutenimo
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la decima parte de la luz
Tras agrupar las barras de forma clara hay que asignar a toda la estructura el tipo de material S275
815PandeoEn los planos de los poacuterticos se ha considerado la estructura como traslacional y en los planos de los cerramientos y las cubiertas la nave puede considerarse como intraslacional
El criterio que usa CYPE es el siguiente
-El plano deacutebil del perfil se denomina plano ldquoxyrdquo y se corresponde con el plano paralelo a las alas del perfil
-El plano fuerte del perfil se denomina plano ldquoxzrdquo y se corresponde al plano que contiene el alma ce la pieza
Por lo que se aplicaraacuten los diferentes coeficientes de pandeo teniendo en cuenta las condiciones de contorno de las que dispone cada barra para cada plano Los coeficientes asignados son los siguientes
-Pilares exteriores de los poacuterticos interiores xzAElig14 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos interiores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares exteriores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Jaacutecenas xzAElig10 xyAElig0
-Cruces de San Andreacutes xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos interiores xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos exteriores xzAElig1 xyAElig1
Estos coeficientes de pandeo van a afectar decisivamente al caacutelculo de la estructura Es muy importante aplicar estos coeficientes basados en datos sensatos y coherentes y que despueacutes se materialicen en la obra de lo contrario no estariacuteamos calculando la obra que se esta construyendo con el consiguiente riesgo antildeadido
Entre alma y alma de los pilares consecutivos se supone el caso maacutes desfavorablesin cerramiento Esta condicioacuten de contorno hace que se ponga a 07 este coeficiente de pandeo en el plano xy
En el plano de inercia xz los pilares estaacuten empotrados teniendo en la base un nudo que imposibilita su desplazamiento y giro pero en su conexioacuten con el dintel si que puede existir desplazamiento por ello se asignara un coeficiente de pandeo de 14
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En el plano deacutebil de los dinteles tenemos que las correas los arriostran y en el plano fuerte estos dinteles estaacuten biempotrados en sus extremos al pilar y al otro dintel respectivamente En este plano la pieza es biempotrada traslacional por lo que le corresponde un coeficiente de pandeo aproximadamente de 1
Una vez razonados y aplicados los coeficientes de pandeo en cada planoprincipal de cada barra se modificaraacuten los coeficientes de empotramiento de los extremos de las vigas de atado y de los marcos de las cruces de San Andreacutes en cada uno de sus planos para despueacutes articular sus extremos
816FlechasSe limitaraacute la flecha maacutexima en el plano fuerte de las barras sometidas a flexioacuten que es en el plano en que van a dominar las cargas
Se limita la flecha maacutexima de acuerdo con el tipo de edificio y los elementos implicados en la deformacioacuten Seguacuten CTE DB-SE apartado 43 Cuando se considere la integridad de los elementos constructivos considerando soacutelo las deformaciones que se produce despueacutes de la puesta en obra del elemento la flecha relativa es menor que L300 para elementos horizontales y menor de L250 para pilares
817PlacasdeanclajeUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles el propio programa nos calcula las propias placas de anclaje incluyendo dimensiones de las mismas rigidizadores y tamantildeo longitud y nuacutemero de pernos debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
818CimentacioacutenUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles ademaacutes de las placas de anclaje el propio programa nos calcula las reacciones y cargas a cimentacioacuten que nos genera nuestra estructura debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
Utilizaremos como tensioacuten de trabajo del suelo 02 MPa confirmado por el tipo de terreno sobre el que se pretende construirTendremos en cuenta para el caacutelculo de la cimentacioacuten de la nave del presente proyecto tanto la Norma EHE como el CTE en su apartado destinado a cimentaciones CTE parte 2-DB SE-C- Seguridad Estructural
82Accionesconsideradas
821CargaspermanentesLas cargas permanentes estaacute constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que estaacuten permanentemente unidos a la
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
ܥ ൌ ͳǡ͵
ൌ ͳ
௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
ǣ
De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
ഝభబ െ ͳሻοߠǡ௧
siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
ܣ
Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
ͺǣ
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
ͻǣ
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20
63Normativamunicipal
Figura 3 Situacioacuten geograacutefica de la nave industrial Todas las obras a realizar por el presente proyecto se someteraacuten a la normativa municipal que indique el Excmo Ayuntamiento de Villareal Castelloacuten
La superficie total de la parcela seguacuten el catastro es de 719333 m2
La parcela estaacute clasificada como suelo urbano Industrial y su aprovechamiento urbaniacutestico es el que se pasa a detallar a continuacioacuten
Superficie maacutexima edificable 719333 m2 13 = 553333 m2
Ocupacioacuten permitida 100
Volumen maacuteximo sin especificacioacuten
Plazas de parking miacutenimo una plaza por cada 200 m2
Vallado miacutenimo 2m de altura
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64NormativalegalaplicableatodalanaveEn la redaccioacuten del presente Proyecto de Ejecucioacuten se ha tenido en cuenta
-Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacuten (CTE) y particularmente sus siguientes documentos baacutesicos (DB)El DB-SE constituye la base para los Documentos Baacutesicos siguientes y se utilizaraacute conjuntamente con ellos
-Documento Baacutesico SE (Seguridad Estructural)
-Documento Baacutesico SE-AE (Acciones en la Edificacioacuten)
En este Documento Baacutesico se establecen las formas en que deben combinarse las diferentes acciones que actuacutean sobre el edificio definiendo los diferentes coeficientes de seguridad de forma global para todos los materiales De esta forma se establecen entre otros los liacutemites de las deformaciones admisibles que deben verificar las estructuras de edificacioacuten
-Documento Baacutesico SE-A (Acciones de la edificacioacuten)
En el campo de aplicacioacuten de este Documento Baacutesico es el de la determinacioacuten de las acciones permanentes variables y accidentales sobre los edificios para verificar el cumplimiento de los requisitos de seguridad estructural (capacidad portante y estabilidad) y aptitud al servicio establecidos en el DB-SE
-Documento Baacutesico SE-A (Seguridad Estructural Acero)
En este documento se adopta baacutesicamente el enfoque del Eurocoacutedigo de acero EN-1993 contemplando las distintas combinaciones de caacutelculo elaacutestico y plaacutestico en base a la clasificacioacuten de secciones seguacuten el Eurocoacutedigo El documento se adapta al tipo de aceros que se comercializan actualmente e incluye modelos de anaacutelisis para uniones
-Documento Baacutesico SI (Seguridad en caso de Incendio)
Este Documento Baacutesico es una normativa de construccioacuten espantildeola que forma parte del Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacutenregula especiacuteficamente las medidas de proteccioacuten contra incendios con que deben contar los edificios de nueva planta Es una normativa de obligado cumplimiento en Espantildea por lo que todos los edificios construidos desde su entrada en vigor en 2006 deben incorporar las soluciones constructivas que recoge la normativa a excepcioacuten de los edificios industriales que se rigen por el Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales
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7MetodologiacuteadecaacutelculoEl caacutelculo de la nave se llevaraacute a cabo con la herramienta de software de CYPE Ingenieros versioacuten 2015
Este programa es capaz de calcular edificios naves industriales y cualquier otro tupo de estructura Mediante la aplicacioacuten de meacutetodos matriciales obtiene una forma relativamente sencilla y fiable del dimensionado y la optimizacioacuten de estructuras
El software de CYPE Ingenieros se estructura en diferentes aplicaciones cada una de las cuales estaacute especiacuteficamente disentildeada para una finalidad concreta
71GeneradordepoacuterticosEl generados de poacuterticos es un programa perteneciente al paquete CYPE Ingenieros que dada su sencillez y facilidad de uso permite hacer un dimensionado faacutecil y raacutepido de las correas a disponer Entre sus funcionalidades destacan
-Crear de forma sencilla y raacutepida la geometriacutea y las cargas de peso propio sobrecarga de uso viento y nieve de un poacutertico formado por nudos riacutegidos celosiacuteas o cerchas Las cargas de viento y nieve se generan automaacuteticamente seguacuten la norma y la zona elegida
-Proporcionar el dimensionado de correas de cubiertas y laterales de fachadas optimizando el perfil y la separacioacuten entre correas
-Exportar a CYPE 3D la geometriacutea del poacutertico con apoyos biarticulados o biempotrados sus cargas y los coeficientes de pandeo de las barras que lo componen suponiendo la estructura traslacional o intraslacional Se exportan todas las cargas de viento las de cubierta las del los laterales de la nave y las perpendiculares a los poacuterticos de pared final (muro pintildeoacuten) Estas cargas se exportan como cargas superficiales lo que facilita enormementela labor de introduccioacuten de datos
72Cype3DEste moacutedulo ha sido disentildeado para ofrecer al usuario un software de mayores prestaciones con relacioacuten al dimensionado de estructuras de acero Permite calcular cualquier tipo de estructura formada por barras de acero de acuerdo con la normativa seleccionada Estaacute adaptado al CTE y tambieacuten a otras normativas nacionales e internacionales Las funcionalidades maacutes importante que se han utilizado para este proyecto son
-Descripcioacuten de los nudos la tipologiacutea de los nudos es muy completa Pueden definirse las vinculaciones interiores y coacciones exteriores las cuales permiten que los nudos puedan definirse como empotrados semiempotrados apoyos elaacutesticos apoyos con desplazamientos libres seguacuten un plano o recta a definir
-Agrupacioacuten y descripcioacuten de las barras permite la agrupacioacuten e introduccioacuten de barras de acero y dimensiona la seccioacuten llegando a su optimizacioacuten maacutexima Emplea perfiles de acero laminado armado y conformado que gestiona desde su amplia base de daros compuesta por perfiles de los fabricantes maacutes extendidos Puede crear perfiles compuestos a partir de perfiles simples con unioacuten soldada platabandas presillas etc Tambieacuten puede definir cartelas en los extremos perfiles de canto variable vigas boyd y barras mixtas
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-Introduccioacuten a coeficientes de pandeo y pandeo lateral permite introducir coeficientes de pandeo o longitudes de pandeo y el coeficiente de momentos de cada barra Tambieacuten calcula automaacuteticamente la longitud de pandeo de las barras seguacuten el meacutetodo aproximado El usuario tambieacuten puede activar en cualquier barra la comprobacioacuten de pandeo lateral
-Restriccioacuten de flechas liacutemites de las barras de la estructura el programa posibilita al usuario limitar la flecha de las barras para que el dimensionado de los perfiles tenga en cuenta las restriccioacuten impuesta El usuario puede imponer liacutemites a las flechas maacutexima y relativa tanto para sus calores absolutos como para sus calores relativos a la longitud entre los extremos y los puntos de inflexioacuten de la deformada
-Caacutelculo y optimizacioacuten de la estructura el programas hace todas las comprobaciones pertinente siempre de acorde a la norma para que se cumplan todos los requisitos en caso de no ser asiacute muestra que condiciones no se estaacuten cumpliendo
-Caacutelculo y dimensionado de uniones soldadas y atornilladas el programa realiza el caacutelculo y dimensionado automaacutetico de uniones soldadas y atornilladas de perfiles laminados y armados en doble T
-Caacutelculo y dimensionado de placas de anclaje
-Resultados planos y listados se proporciona una memoria justificativa del proyecto los listados detallados de las comprobaciones seguacuten la norma seleccionada y los planos de la estructura metaacutelica de la nave
73Generadordeprecios El generador de precios es una herramienta informaacutetica que pertenece a CYPE ingenieros que permite a los arquitectos y responsables de los proyectos obtener precios (para obra nueva rehabilitacioacuten y espacios urbanos) con las previsiones de costes ajustadas al maacuteximo a la realidad y facilitar la elaboracioacuten de una documentacioacuten de proyecto de calidad (completa consistente y con informacioacuten teacutecnica vinculada a cada unidad de obra) uacutetil para las distintas fases del ciclo de vida del edificio (estudios previos anteproyecto proyecto baacutesico y de ejecucioacuten direccioacuten y ejecucioacuten de la obra uso y mantenimiento deconstruccioacuten y reciclado final) Incluye productos de fabricantes y productos geneacutericos
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8Dimensionado
81Procedimientodedimensionado
811CaacutelculodelascorreasdecubiertaLas correas e cubierta son aquellos elementos cuya misioacuten es la de soportar al propio material de cerramiento de la cubierta transmitiendo su peso a las cerchas y estas a su vez a los pilares los cuales transmitiraacuten la carga a los pilares Asiacute mismo desempentildean la funcioacuten de arriostrar los poacuterticos fuera de su plano
Utilizando el generado de poacuterticos se generara un poacutertico y se estableceraacute cierta separacioacuten entre ellos asiacute como tambieacuten se generaraacuten las diferentes cargas de nieve y viento Se seleccionaraacuten las correas y por uacuteltimo se exporta a CYPE 3D
812CreacioacutendelageometriacuteadelanaveAprovechando la estructura que se ha generado con la exportacioacuten que se ha realizado desde el generador de poacuterticos se introducen los elementos restantes para completar la geometriacutea de la nave
Entre los maacutes destacados hay que resaltar
-Pilares intermedios de los poacuterticos de los extremos
-Vigas de atados de cabeza de pilar
-Vigas montantes
-Tirantes de las cruces de San Andreacutes
813DescripcioacutendelosnudosUna vez definida la geometriacutea de la nave se procederaacute a describir el comportamiento de los nudos de la estructura empotrada en esta nave se han asignado los siguientes nudos
-Todos los pilares van con vinculacioacuten exterior empotrada en la base
-Todas las uniones entre pilar-viga se efectuaraacuten con vinculacioacuten interior empotrada que seraacute resuelta a traveacutes de cartelas
-Las uniones entre las vigas de cumbrera iraacuten con vinculacioacuten interior empotrada donde seraacute necesario introducir cartelas
-Las uniones entre elementos de la estructura como vigas de atado de cabeza de pilares vigas montantes o las cruces de San Andreacutes iraacuten articuladas
814DescripcioacutendebarrasPara finalizar se describiraacuten todas las barras de la estructura Para ello se han agrupado todas las barras del mismo tipo para ahorrar trabajo optimizando la gestioacuten el control de caacutelculo y la ejecucioacuten de la estructura
Todas las barras deben predimensionarse con una porcioacuten parecida a la solucioacuten final para que el programa encuentre la solucioacuten lo antes posible Tambieacuten es muy importante disponer una cartela inicial adecuada ajo los dinteles que sea como miacutenimo
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la decima parte de la luz
Tras agrupar las barras de forma clara hay que asignar a toda la estructura el tipo de material S275
815PandeoEn los planos de los poacuterticos se ha considerado la estructura como traslacional y en los planos de los cerramientos y las cubiertas la nave puede considerarse como intraslacional
El criterio que usa CYPE es el siguiente
-El plano deacutebil del perfil se denomina plano ldquoxyrdquo y se corresponde con el plano paralelo a las alas del perfil
-El plano fuerte del perfil se denomina plano ldquoxzrdquo y se corresponde al plano que contiene el alma ce la pieza
Por lo que se aplicaraacuten los diferentes coeficientes de pandeo teniendo en cuenta las condiciones de contorno de las que dispone cada barra para cada plano Los coeficientes asignados son los siguientes
-Pilares exteriores de los poacuterticos interiores xzAElig14 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos interiores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares exteriores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Jaacutecenas xzAElig10 xyAElig0
-Cruces de San Andreacutes xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos interiores xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos exteriores xzAElig1 xyAElig1
Estos coeficientes de pandeo van a afectar decisivamente al caacutelculo de la estructura Es muy importante aplicar estos coeficientes basados en datos sensatos y coherentes y que despueacutes se materialicen en la obra de lo contrario no estariacuteamos calculando la obra que se esta construyendo con el consiguiente riesgo antildeadido
Entre alma y alma de los pilares consecutivos se supone el caso maacutes desfavorablesin cerramiento Esta condicioacuten de contorno hace que se ponga a 07 este coeficiente de pandeo en el plano xy
En el plano de inercia xz los pilares estaacuten empotrados teniendo en la base un nudo que imposibilita su desplazamiento y giro pero en su conexioacuten con el dintel si que puede existir desplazamiento por ello se asignara un coeficiente de pandeo de 14
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En el plano deacutebil de los dinteles tenemos que las correas los arriostran y en el plano fuerte estos dinteles estaacuten biempotrados en sus extremos al pilar y al otro dintel respectivamente En este plano la pieza es biempotrada traslacional por lo que le corresponde un coeficiente de pandeo aproximadamente de 1
Una vez razonados y aplicados los coeficientes de pandeo en cada planoprincipal de cada barra se modificaraacuten los coeficientes de empotramiento de los extremos de las vigas de atado y de los marcos de las cruces de San Andreacutes en cada uno de sus planos para despueacutes articular sus extremos
816FlechasSe limitaraacute la flecha maacutexima en el plano fuerte de las barras sometidas a flexioacuten que es en el plano en que van a dominar las cargas
Se limita la flecha maacutexima de acuerdo con el tipo de edificio y los elementos implicados en la deformacioacuten Seguacuten CTE DB-SE apartado 43 Cuando se considere la integridad de los elementos constructivos considerando soacutelo las deformaciones que se produce despueacutes de la puesta en obra del elemento la flecha relativa es menor que L300 para elementos horizontales y menor de L250 para pilares
817PlacasdeanclajeUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles el propio programa nos calcula las propias placas de anclaje incluyendo dimensiones de las mismas rigidizadores y tamantildeo longitud y nuacutemero de pernos debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
818CimentacioacutenUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles ademaacutes de las placas de anclaje el propio programa nos calcula las reacciones y cargas a cimentacioacuten que nos genera nuestra estructura debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
Utilizaremos como tensioacuten de trabajo del suelo 02 MPa confirmado por el tipo de terreno sobre el que se pretende construirTendremos en cuenta para el caacutelculo de la cimentacioacuten de la nave del presente proyecto tanto la Norma EHE como el CTE en su apartado destinado a cimentaciones CTE parte 2-DB SE-C- Seguridad Estructural
82Accionesconsideradas
821CargaspermanentesLas cargas permanentes estaacute constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que estaacuten permanentemente unidos a la
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
ܥ ൌ ͳǡ͵
ൌ ͳ
௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
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De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
ഝభబ െ ͳሻοߠǡ௧
siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
ܣ
Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
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64NormativalegalaplicableatodalanaveEn la redaccioacuten del presente Proyecto de Ejecucioacuten se ha tenido en cuenta
-Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacuten (CTE) y particularmente sus siguientes documentos baacutesicos (DB)El DB-SE constituye la base para los Documentos Baacutesicos siguientes y se utilizaraacute conjuntamente con ellos
-Documento Baacutesico SE (Seguridad Estructural)
-Documento Baacutesico SE-AE (Acciones en la Edificacioacuten)
En este Documento Baacutesico se establecen las formas en que deben combinarse las diferentes acciones que actuacutean sobre el edificio definiendo los diferentes coeficientes de seguridad de forma global para todos los materiales De esta forma se establecen entre otros los liacutemites de las deformaciones admisibles que deben verificar las estructuras de edificacioacuten
-Documento Baacutesico SE-A (Acciones de la edificacioacuten)
En el campo de aplicacioacuten de este Documento Baacutesico es el de la determinacioacuten de las acciones permanentes variables y accidentales sobre los edificios para verificar el cumplimiento de los requisitos de seguridad estructural (capacidad portante y estabilidad) y aptitud al servicio establecidos en el DB-SE
-Documento Baacutesico SE-A (Seguridad Estructural Acero)
En este documento se adopta baacutesicamente el enfoque del Eurocoacutedigo de acero EN-1993 contemplando las distintas combinaciones de caacutelculo elaacutestico y plaacutestico en base a la clasificacioacuten de secciones seguacuten el Eurocoacutedigo El documento se adapta al tipo de aceros que se comercializan actualmente e incluye modelos de anaacutelisis para uniones
-Documento Baacutesico SI (Seguridad en caso de Incendio)
Este Documento Baacutesico es una normativa de construccioacuten espantildeola que forma parte del Coacutedigo Teacutecnico de la Edificacioacutenregula especiacuteficamente las medidas de proteccioacuten contra incendios con que deben contar los edificios de nueva planta Es una normativa de obligado cumplimiento en Espantildea por lo que todos los edificios construidos desde su entrada en vigor en 2006 deben incorporar las soluciones constructivas que recoge la normativa a excepcioacuten de los edificios industriales que se rigen por el Reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales
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7MetodologiacuteadecaacutelculoEl caacutelculo de la nave se llevaraacute a cabo con la herramienta de software de CYPE Ingenieros versioacuten 2015
Este programa es capaz de calcular edificios naves industriales y cualquier otro tupo de estructura Mediante la aplicacioacuten de meacutetodos matriciales obtiene una forma relativamente sencilla y fiable del dimensionado y la optimizacioacuten de estructuras
El software de CYPE Ingenieros se estructura en diferentes aplicaciones cada una de las cuales estaacute especiacuteficamente disentildeada para una finalidad concreta
71GeneradordepoacuterticosEl generados de poacuterticos es un programa perteneciente al paquete CYPE Ingenieros que dada su sencillez y facilidad de uso permite hacer un dimensionado faacutecil y raacutepido de las correas a disponer Entre sus funcionalidades destacan
-Crear de forma sencilla y raacutepida la geometriacutea y las cargas de peso propio sobrecarga de uso viento y nieve de un poacutertico formado por nudos riacutegidos celosiacuteas o cerchas Las cargas de viento y nieve se generan automaacuteticamente seguacuten la norma y la zona elegida
-Proporcionar el dimensionado de correas de cubiertas y laterales de fachadas optimizando el perfil y la separacioacuten entre correas
-Exportar a CYPE 3D la geometriacutea del poacutertico con apoyos biarticulados o biempotrados sus cargas y los coeficientes de pandeo de las barras que lo componen suponiendo la estructura traslacional o intraslacional Se exportan todas las cargas de viento las de cubierta las del los laterales de la nave y las perpendiculares a los poacuterticos de pared final (muro pintildeoacuten) Estas cargas se exportan como cargas superficiales lo que facilita enormementela labor de introduccioacuten de datos
72Cype3DEste moacutedulo ha sido disentildeado para ofrecer al usuario un software de mayores prestaciones con relacioacuten al dimensionado de estructuras de acero Permite calcular cualquier tipo de estructura formada por barras de acero de acuerdo con la normativa seleccionada Estaacute adaptado al CTE y tambieacuten a otras normativas nacionales e internacionales Las funcionalidades maacutes importante que se han utilizado para este proyecto son
-Descripcioacuten de los nudos la tipologiacutea de los nudos es muy completa Pueden definirse las vinculaciones interiores y coacciones exteriores las cuales permiten que los nudos puedan definirse como empotrados semiempotrados apoyos elaacutesticos apoyos con desplazamientos libres seguacuten un plano o recta a definir
-Agrupacioacuten y descripcioacuten de las barras permite la agrupacioacuten e introduccioacuten de barras de acero y dimensiona la seccioacuten llegando a su optimizacioacuten maacutexima Emplea perfiles de acero laminado armado y conformado que gestiona desde su amplia base de daros compuesta por perfiles de los fabricantes maacutes extendidos Puede crear perfiles compuestos a partir de perfiles simples con unioacuten soldada platabandas presillas etc Tambieacuten puede definir cartelas en los extremos perfiles de canto variable vigas boyd y barras mixtas
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-Introduccioacuten a coeficientes de pandeo y pandeo lateral permite introducir coeficientes de pandeo o longitudes de pandeo y el coeficiente de momentos de cada barra Tambieacuten calcula automaacuteticamente la longitud de pandeo de las barras seguacuten el meacutetodo aproximado El usuario tambieacuten puede activar en cualquier barra la comprobacioacuten de pandeo lateral
-Restriccioacuten de flechas liacutemites de las barras de la estructura el programa posibilita al usuario limitar la flecha de las barras para que el dimensionado de los perfiles tenga en cuenta las restriccioacuten impuesta El usuario puede imponer liacutemites a las flechas maacutexima y relativa tanto para sus calores absolutos como para sus calores relativos a la longitud entre los extremos y los puntos de inflexioacuten de la deformada
-Caacutelculo y optimizacioacuten de la estructura el programas hace todas las comprobaciones pertinente siempre de acorde a la norma para que se cumplan todos los requisitos en caso de no ser asiacute muestra que condiciones no se estaacuten cumpliendo
-Caacutelculo y dimensionado de uniones soldadas y atornilladas el programa realiza el caacutelculo y dimensionado automaacutetico de uniones soldadas y atornilladas de perfiles laminados y armados en doble T
-Caacutelculo y dimensionado de placas de anclaje
-Resultados planos y listados se proporciona una memoria justificativa del proyecto los listados detallados de las comprobaciones seguacuten la norma seleccionada y los planos de la estructura metaacutelica de la nave
73Generadordeprecios El generador de precios es una herramienta informaacutetica que pertenece a CYPE ingenieros que permite a los arquitectos y responsables de los proyectos obtener precios (para obra nueva rehabilitacioacuten y espacios urbanos) con las previsiones de costes ajustadas al maacuteximo a la realidad y facilitar la elaboracioacuten de una documentacioacuten de proyecto de calidad (completa consistente y con informacioacuten teacutecnica vinculada a cada unidad de obra) uacutetil para las distintas fases del ciclo de vida del edificio (estudios previos anteproyecto proyecto baacutesico y de ejecucioacuten direccioacuten y ejecucioacuten de la obra uso y mantenimiento deconstruccioacuten y reciclado final) Incluye productos de fabricantes y productos geneacutericos
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8Dimensionado
81Procedimientodedimensionado
811CaacutelculodelascorreasdecubiertaLas correas e cubierta son aquellos elementos cuya misioacuten es la de soportar al propio material de cerramiento de la cubierta transmitiendo su peso a las cerchas y estas a su vez a los pilares los cuales transmitiraacuten la carga a los pilares Asiacute mismo desempentildean la funcioacuten de arriostrar los poacuterticos fuera de su plano
Utilizando el generado de poacuterticos se generara un poacutertico y se estableceraacute cierta separacioacuten entre ellos asiacute como tambieacuten se generaraacuten las diferentes cargas de nieve y viento Se seleccionaraacuten las correas y por uacuteltimo se exporta a CYPE 3D
812CreacioacutendelageometriacuteadelanaveAprovechando la estructura que se ha generado con la exportacioacuten que se ha realizado desde el generador de poacuterticos se introducen los elementos restantes para completar la geometriacutea de la nave
Entre los maacutes destacados hay que resaltar
-Pilares intermedios de los poacuterticos de los extremos
-Vigas de atados de cabeza de pilar
-Vigas montantes
-Tirantes de las cruces de San Andreacutes
813DescripcioacutendelosnudosUna vez definida la geometriacutea de la nave se procederaacute a describir el comportamiento de los nudos de la estructura empotrada en esta nave se han asignado los siguientes nudos
-Todos los pilares van con vinculacioacuten exterior empotrada en la base
-Todas las uniones entre pilar-viga se efectuaraacuten con vinculacioacuten interior empotrada que seraacute resuelta a traveacutes de cartelas
-Las uniones entre las vigas de cumbrera iraacuten con vinculacioacuten interior empotrada donde seraacute necesario introducir cartelas
-Las uniones entre elementos de la estructura como vigas de atado de cabeza de pilares vigas montantes o las cruces de San Andreacutes iraacuten articuladas
814DescripcioacutendebarrasPara finalizar se describiraacuten todas las barras de la estructura Para ello se han agrupado todas las barras del mismo tipo para ahorrar trabajo optimizando la gestioacuten el control de caacutelculo y la ejecucioacuten de la estructura
Todas las barras deben predimensionarse con una porcioacuten parecida a la solucioacuten final para que el programa encuentre la solucioacuten lo antes posible Tambieacuten es muy importante disponer una cartela inicial adecuada ajo los dinteles que sea como miacutenimo
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la decima parte de la luz
Tras agrupar las barras de forma clara hay que asignar a toda la estructura el tipo de material S275
815PandeoEn los planos de los poacuterticos se ha considerado la estructura como traslacional y en los planos de los cerramientos y las cubiertas la nave puede considerarse como intraslacional
El criterio que usa CYPE es el siguiente
-El plano deacutebil del perfil se denomina plano ldquoxyrdquo y se corresponde con el plano paralelo a las alas del perfil
-El plano fuerte del perfil se denomina plano ldquoxzrdquo y se corresponde al plano que contiene el alma ce la pieza
Por lo que se aplicaraacuten los diferentes coeficientes de pandeo teniendo en cuenta las condiciones de contorno de las que dispone cada barra para cada plano Los coeficientes asignados son los siguientes
-Pilares exteriores de los poacuterticos interiores xzAElig14 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos interiores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares exteriores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Jaacutecenas xzAElig10 xyAElig0
-Cruces de San Andreacutes xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos interiores xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos exteriores xzAElig1 xyAElig1
Estos coeficientes de pandeo van a afectar decisivamente al caacutelculo de la estructura Es muy importante aplicar estos coeficientes basados en datos sensatos y coherentes y que despueacutes se materialicen en la obra de lo contrario no estariacuteamos calculando la obra que se esta construyendo con el consiguiente riesgo antildeadido
Entre alma y alma de los pilares consecutivos se supone el caso maacutes desfavorablesin cerramiento Esta condicioacuten de contorno hace que se ponga a 07 este coeficiente de pandeo en el plano xy
En el plano de inercia xz los pilares estaacuten empotrados teniendo en la base un nudo que imposibilita su desplazamiento y giro pero en su conexioacuten con el dintel si que puede existir desplazamiento por ello se asignara un coeficiente de pandeo de 14
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En el plano deacutebil de los dinteles tenemos que las correas los arriostran y en el plano fuerte estos dinteles estaacuten biempotrados en sus extremos al pilar y al otro dintel respectivamente En este plano la pieza es biempotrada traslacional por lo que le corresponde un coeficiente de pandeo aproximadamente de 1
Una vez razonados y aplicados los coeficientes de pandeo en cada planoprincipal de cada barra se modificaraacuten los coeficientes de empotramiento de los extremos de las vigas de atado y de los marcos de las cruces de San Andreacutes en cada uno de sus planos para despueacutes articular sus extremos
816FlechasSe limitaraacute la flecha maacutexima en el plano fuerte de las barras sometidas a flexioacuten que es en el plano en que van a dominar las cargas
Se limita la flecha maacutexima de acuerdo con el tipo de edificio y los elementos implicados en la deformacioacuten Seguacuten CTE DB-SE apartado 43 Cuando se considere la integridad de los elementos constructivos considerando soacutelo las deformaciones que se produce despueacutes de la puesta en obra del elemento la flecha relativa es menor que L300 para elementos horizontales y menor de L250 para pilares
817PlacasdeanclajeUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles el propio programa nos calcula las propias placas de anclaje incluyendo dimensiones de las mismas rigidizadores y tamantildeo longitud y nuacutemero de pernos debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
818CimentacioacutenUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles ademaacutes de las placas de anclaje el propio programa nos calcula las reacciones y cargas a cimentacioacuten que nos genera nuestra estructura debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
Utilizaremos como tensioacuten de trabajo del suelo 02 MPa confirmado por el tipo de terreno sobre el que se pretende construirTendremos en cuenta para el caacutelculo de la cimentacioacuten de la nave del presente proyecto tanto la Norma EHE como el CTE en su apartado destinado a cimentaciones CTE parte 2-DB SE-C- Seguridad Estructural
82Accionesconsideradas
821CargaspermanentesLas cargas permanentes estaacute constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que estaacuten permanentemente unidos a la
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
ܥ ൌ ͳǡ͵
ൌ ͳ
௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
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De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
ഝభబ െ ͳሻοߠǡ௧
siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
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Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
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7MetodologiacuteadecaacutelculoEl caacutelculo de la nave se llevaraacute a cabo con la herramienta de software de CYPE Ingenieros versioacuten 2015
Este programa es capaz de calcular edificios naves industriales y cualquier otro tupo de estructura Mediante la aplicacioacuten de meacutetodos matriciales obtiene una forma relativamente sencilla y fiable del dimensionado y la optimizacioacuten de estructuras
El software de CYPE Ingenieros se estructura en diferentes aplicaciones cada una de las cuales estaacute especiacuteficamente disentildeada para una finalidad concreta
71GeneradordepoacuterticosEl generados de poacuterticos es un programa perteneciente al paquete CYPE Ingenieros que dada su sencillez y facilidad de uso permite hacer un dimensionado faacutecil y raacutepido de las correas a disponer Entre sus funcionalidades destacan
-Crear de forma sencilla y raacutepida la geometriacutea y las cargas de peso propio sobrecarga de uso viento y nieve de un poacutertico formado por nudos riacutegidos celosiacuteas o cerchas Las cargas de viento y nieve se generan automaacuteticamente seguacuten la norma y la zona elegida
-Proporcionar el dimensionado de correas de cubiertas y laterales de fachadas optimizando el perfil y la separacioacuten entre correas
-Exportar a CYPE 3D la geometriacutea del poacutertico con apoyos biarticulados o biempotrados sus cargas y los coeficientes de pandeo de las barras que lo componen suponiendo la estructura traslacional o intraslacional Se exportan todas las cargas de viento las de cubierta las del los laterales de la nave y las perpendiculares a los poacuterticos de pared final (muro pintildeoacuten) Estas cargas se exportan como cargas superficiales lo que facilita enormementela labor de introduccioacuten de datos
72Cype3DEste moacutedulo ha sido disentildeado para ofrecer al usuario un software de mayores prestaciones con relacioacuten al dimensionado de estructuras de acero Permite calcular cualquier tipo de estructura formada por barras de acero de acuerdo con la normativa seleccionada Estaacute adaptado al CTE y tambieacuten a otras normativas nacionales e internacionales Las funcionalidades maacutes importante que se han utilizado para este proyecto son
-Descripcioacuten de los nudos la tipologiacutea de los nudos es muy completa Pueden definirse las vinculaciones interiores y coacciones exteriores las cuales permiten que los nudos puedan definirse como empotrados semiempotrados apoyos elaacutesticos apoyos con desplazamientos libres seguacuten un plano o recta a definir
-Agrupacioacuten y descripcioacuten de las barras permite la agrupacioacuten e introduccioacuten de barras de acero y dimensiona la seccioacuten llegando a su optimizacioacuten maacutexima Emplea perfiles de acero laminado armado y conformado que gestiona desde su amplia base de daros compuesta por perfiles de los fabricantes maacutes extendidos Puede crear perfiles compuestos a partir de perfiles simples con unioacuten soldada platabandas presillas etc Tambieacuten puede definir cartelas en los extremos perfiles de canto variable vigas boyd y barras mixtas
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-Introduccioacuten a coeficientes de pandeo y pandeo lateral permite introducir coeficientes de pandeo o longitudes de pandeo y el coeficiente de momentos de cada barra Tambieacuten calcula automaacuteticamente la longitud de pandeo de las barras seguacuten el meacutetodo aproximado El usuario tambieacuten puede activar en cualquier barra la comprobacioacuten de pandeo lateral
-Restriccioacuten de flechas liacutemites de las barras de la estructura el programa posibilita al usuario limitar la flecha de las barras para que el dimensionado de los perfiles tenga en cuenta las restriccioacuten impuesta El usuario puede imponer liacutemites a las flechas maacutexima y relativa tanto para sus calores absolutos como para sus calores relativos a la longitud entre los extremos y los puntos de inflexioacuten de la deformada
-Caacutelculo y optimizacioacuten de la estructura el programas hace todas las comprobaciones pertinente siempre de acorde a la norma para que se cumplan todos los requisitos en caso de no ser asiacute muestra que condiciones no se estaacuten cumpliendo
-Caacutelculo y dimensionado de uniones soldadas y atornilladas el programa realiza el caacutelculo y dimensionado automaacutetico de uniones soldadas y atornilladas de perfiles laminados y armados en doble T
-Caacutelculo y dimensionado de placas de anclaje
-Resultados planos y listados se proporciona una memoria justificativa del proyecto los listados detallados de las comprobaciones seguacuten la norma seleccionada y los planos de la estructura metaacutelica de la nave
73Generadordeprecios El generador de precios es una herramienta informaacutetica que pertenece a CYPE ingenieros que permite a los arquitectos y responsables de los proyectos obtener precios (para obra nueva rehabilitacioacuten y espacios urbanos) con las previsiones de costes ajustadas al maacuteximo a la realidad y facilitar la elaboracioacuten de una documentacioacuten de proyecto de calidad (completa consistente y con informacioacuten teacutecnica vinculada a cada unidad de obra) uacutetil para las distintas fases del ciclo de vida del edificio (estudios previos anteproyecto proyecto baacutesico y de ejecucioacuten direccioacuten y ejecucioacuten de la obra uso y mantenimiento deconstruccioacuten y reciclado final) Incluye productos de fabricantes y productos geneacutericos
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8Dimensionado
81Procedimientodedimensionado
811CaacutelculodelascorreasdecubiertaLas correas e cubierta son aquellos elementos cuya misioacuten es la de soportar al propio material de cerramiento de la cubierta transmitiendo su peso a las cerchas y estas a su vez a los pilares los cuales transmitiraacuten la carga a los pilares Asiacute mismo desempentildean la funcioacuten de arriostrar los poacuterticos fuera de su plano
Utilizando el generado de poacuterticos se generara un poacutertico y se estableceraacute cierta separacioacuten entre ellos asiacute como tambieacuten se generaraacuten las diferentes cargas de nieve y viento Se seleccionaraacuten las correas y por uacuteltimo se exporta a CYPE 3D
812CreacioacutendelageometriacuteadelanaveAprovechando la estructura que se ha generado con la exportacioacuten que se ha realizado desde el generador de poacuterticos se introducen los elementos restantes para completar la geometriacutea de la nave
Entre los maacutes destacados hay que resaltar
-Pilares intermedios de los poacuterticos de los extremos
-Vigas de atados de cabeza de pilar
-Vigas montantes
-Tirantes de las cruces de San Andreacutes
813DescripcioacutendelosnudosUna vez definida la geometriacutea de la nave se procederaacute a describir el comportamiento de los nudos de la estructura empotrada en esta nave se han asignado los siguientes nudos
-Todos los pilares van con vinculacioacuten exterior empotrada en la base
-Todas las uniones entre pilar-viga se efectuaraacuten con vinculacioacuten interior empotrada que seraacute resuelta a traveacutes de cartelas
-Las uniones entre las vigas de cumbrera iraacuten con vinculacioacuten interior empotrada donde seraacute necesario introducir cartelas
-Las uniones entre elementos de la estructura como vigas de atado de cabeza de pilares vigas montantes o las cruces de San Andreacutes iraacuten articuladas
814DescripcioacutendebarrasPara finalizar se describiraacuten todas las barras de la estructura Para ello se han agrupado todas las barras del mismo tipo para ahorrar trabajo optimizando la gestioacuten el control de caacutelculo y la ejecucioacuten de la estructura
Todas las barras deben predimensionarse con una porcioacuten parecida a la solucioacuten final para que el programa encuentre la solucioacuten lo antes posible Tambieacuten es muy importante disponer una cartela inicial adecuada ajo los dinteles que sea como miacutenimo
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la decima parte de la luz
Tras agrupar las barras de forma clara hay que asignar a toda la estructura el tipo de material S275
815PandeoEn los planos de los poacuterticos se ha considerado la estructura como traslacional y en los planos de los cerramientos y las cubiertas la nave puede considerarse como intraslacional
El criterio que usa CYPE es el siguiente
-El plano deacutebil del perfil se denomina plano ldquoxyrdquo y se corresponde con el plano paralelo a las alas del perfil
-El plano fuerte del perfil se denomina plano ldquoxzrdquo y se corresponde al plano que contiene el alma ce la pieza
Por lo que se aplicaraacuten los diferentes coeficientes de pandeo teniendo en cuenta las condiciones de contorno de las que dispone cada barra para cada plano Los coeficientes asignados son los siguientes
-Pilares exteriores de los poacuterticos interiores xzAElig14 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos interiores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares exteriores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Jaacutecenas xzAElig10 xyAElig0
-Cruces de San Andreacutes xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos interiores xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos exteriores xzAElig1 xyAElig1
Estos coeficientes de pandeo van a afectar decisivamente al caacutelculo de la estructura Es muy importante aplicar estos coeficientes basados en datos sensatos y coherentes y que despueacutes se materialicen en la obra de lo contrario no estariacuteamos calculando la obra que se esta construyendo con el consiguiente riesgo antildeadido
Entre alma y alma de los pilares consecutivos se supone el caso maacutes desfavorablesin cerramiento Esta condicioacuten de contorno hace que se ponga a 07 este coeficiente de pandeo en el plano xy
En el plano de inercia xz los pilares estaacuten empotrados teniendo en la base un nudo que imposibilita su desplazamiento y giro pero en su conexioacuten con el dintel si que puede existir desplazamiento por ello se asignara un coeficiente de pandeo de 14
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En el plano deacutebil de los dinteles tenemos que las correas los arriostran y en el plano fuerte estos dinteles estaacuten biempotrados en sus extremos al pilar y al otro dintel respectivamente En este plano la pieza es biempotrada traslacional por lo que le corresponde un coeficiente de pandeo aproximadamente de 1
Una vez razonados y aplicados los coeficientes de pandeo en cada planoprincipal de cada barra se modificaraacuten los coeficientes de empotramiento de los extremos de las vigas de atado y de los marcos de las cruces de San Andreacutes en cada uno de sus planos para despueacutes articular sus extremos
816FlechasSe limitaraacute la flecha maacutexima en el plano fuerte de las barras sometidas a flexioacuten que es en el plano en que van a dominar las cargas
Se limita la flecha maacutexima de acuerdo con el tipo de edificio y los elementos implicados en la deformacioacuten Seguacuten CTE DB-SE apartado 43 Cuando se considere la integridad de los elementos constructivos considerando soacutelo las deformaciones que se produce despueacutes de la puesta en obra del elemento la flecha relativa es menor que L300 para elementos horizontales y menor de L250 para pilares
817PlacasdeanclajeUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles el propio programa nos calcula las propias placas de anclaje incluyendo dimensiones de las mismas rigidizadores y tamantildeo longitud y nuacutemero de pernos debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
818CimentacioacutenUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles ademaacutes de las placas de anclaje el propio programa nos calcula las reacciones y cargas a cimentacioacuten que nos genera nuestra estructura debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
Utilizaremos como tensioacuten de trabajo del suelo 02 MPa confirmado por el tipo de terreno sobre el que se pretende construirTendremos en cuenta para el caacutelculo de la cimentacioacuten de la nave del presente proyecto tanto la Norma EHE como el CTE en su apartado destinado a cimentaciones CTE parte 2-DB SE-C- Seguridad Estructural
82Accionesconsideradas
821CargaspermanentesLas cargas permanentes estaacute constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que estaacuten permanentemente unidos a la
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
ܥ ൌ ͳǡ͵
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௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
ǣ
De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
ഝభబ െ ͳሻοߠǡ௧
siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
ܣ
Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
ͺǣ
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
ͻǣ
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-Introduccioacuten a coeficientes de pandeo y pandeo lateral permite introducir coeficientes de pandeo o longitudes de pandeo y el coeficiente de momentos de cada barra Tambieacuten calcula automaacuteticamente la longitud de pandeo de las barras seguacuten el meacutetodo aproximado El usuario tambieacuten puede activar en cualquier barra la comprobacioacuten de pandeo lateral
-Restriccioacuten de flechas liacutemites de las barras de la estructura el programa posibilita al usuario limitar la flecha de las barras para que el dimensionado de los perfiles tenga en cuenta las restriccioacuten impuesta El usuario puede imponer liacutemites a las flechas maacutexima y relativa tanto para sus calores absolutos como para sus calores relativos a la longitud entre los extremos y los puntos de inflexioacuten de la deformada
-Caacutelculo y optimizacioacuten de la estructura el programas hace todas las comprobaciones pertinente siempre de acorde a la norma para que se cumplan todos los requisitos en caso de no ser asiacute muestra que condiciones no se estaacuten cumpliendo
-Caacutelculo y dimensionado de uniones soldadas y atornilladas el programa realiza el caacutelculo y dimensionado automaacutetico de uniones soldadas y atornilladas de perfiles laminados y armados en doble T
-Caacutelculo y dimensionado de placas de anclaje
-Resultados planos y listados se proporciona una memoria justificativa del proyecto los listados detallados de las comprobaciones seguacuten la norma seleccionada y los planos de la estructura metaacutelica de la nave
73Generadordeprecios El generador de precios es una herramienta informaacutetica que pertenece a CYPE ingenieros que permite a los arquitectos y responsables de los proyectos obtener precios (para obra nueva rehabilitacioacuten y espacios urbanos) con las previsiones de costes ajustadas al maacuteximo a la realidad y facilitar la elaboracioacuten de una documentacioacuten de proyecto de calidad (completa consistente y con informacioacuten teacutecnica vinculada a cada unidad de obra) uacutetil para las distintas fases del ciclo de vida del edificio (estudios previos anteproyecto proyecto baacutesico y de ejecucioacuten direccioacuten y ejecucioacuten de la obra uso y mantenimiento deconstruccioacuten y reciclado final) Incluye productos de fabricantes y productos geneacutericos
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8Dimensionado
81Procedimientodedimensionado
811CaacutelculodelascorreasdecubiertaLas correas e cubierta son aquellos elementos cuya misioacuten es la de soportar al propio material de cerramiento de la cubierta transmitiendo su peso a las cerchas y estas a su vez a los pilares los cuales transmitiraacuten la carga a los pilares Asiacute mismo desempentildean la funcioacuten de arriostrar los poacuterticos fuera de su plano
Utilizando el generado de poacuterticos se generara un poacutertico y se estableceraacute cierta separacioacuten entre ellos asiacute como tambieacuten se generaraacuten las diferentes cargas de nieve y viento Se seleccionaraacuten las correas y por uacuteltimo se exporta a CYPE 3D
812CreacioacutendelageometriacuteadelanaveAprovechando la estructura que se ha generado con la exportacioacuten que se ha realizado desde el generador de poacuterticos se introducen los elementos restantes para completar la geometriacutea de la nave
Entre los maacutes destacados hay que resaltar
-Pilares intermedios de los poacuterticos de los extremos
-Vigas de atados de cabeza de pilar
-Vigas montantes
-Tirantes de las cruces de San Andreacutes
813DescripcioacutendelosnudosUna vez definida la geometriacutea de la nave se procederaacute a describir el comportamiento de los nudos de la estructura empotrada en esta nave se han asignado los siguientes nudos
-Todos los pilares van con vinculacioacuten exterior empotrada en la base
-Todas las uniones entre pilar-viga se efectuaraacuten con vinculacioacuten interior empotrada que seraacute resuelta a traveacutes de cartelas
-Las uniones entre las vigas de cumbrera iraacuten con vinculacioacuten interior empotrada donde seraacute necesario introducir cartelas
-Las uniones entre elementos de la estructura como vigas de atado de cabeza de pilares vigas montantes o las cruces de San Andreacutes iraacuten articuladas
814DescripcioacutendebarrasPara finalizar se describiraacuten todas las barras de la estructura Para ello se han agrupado todas las barras del mismo tipo para ahorrar trabajo optimizando la gestioacuten el control de caacutelculo y la ejecucioacuten de la estructura
Todas las barras deben predimensionarse con una porcioacuten parecida a la solucioacuten final para que el programa encuentre la solucioacuten lo antes posible Tambieacuten es muy importante disponer una cartela inicial adecuada ajo los dinteles que sea como miacutenimo
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la decima parte de la luz
Tras agrupar las barras de forma clara hay que asignar a toda la estructura el tipo de material S275
815PandeoEn los planos de los poacuterticos se ha considerado la estructura como traslacional y en los planos de los cerramientos y las cubiertas la nave puede considerarse como intraslacional
El criterio que usa CYPE es el siguiente
-El plano deacutebil del perfil se denomina plano ldquoxyrdquo y se corresponde con el plano paralelo a las alas del perfil
-El plano fuerte del perfil se denomina plano ldquoxzrdquo y se corresponde al plano que contiene el alma ce la pieza
Por lo que se aplicaraacuten los diferentes coeficientes de pandeo teniendo en cuenta las condiciones de contorno de las que dispone cada barra para cada plano Los coeficientes asignados son los siguientes
-Pilares exteriores de los poacuterticos interiores xzAElig14 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos interiores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares exteriores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Jaacutecenas xzAElig10 xyAElig0
-Cruces de San Andreacutes xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos interiores xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos exteriores xzAElig1 xyAElig1
Estos coeficientes de pandeo van a afectar decisivamente al caacutelculo de la estructura Es muy importante aplicar estos coeficientes basados en datos sensatos y coherentes y que despueacutes se materialicen en la obra de lo contrario no estariacuteamos calculando la obra que se esta construyendo con el consiguiente riesgo antildeadido
Entre alma y alma de los pilares consecutivos se supone el caso maacutes desfavorablesin cerramiento Esta condicioacuten de contorno hace que se ponga a 07 este coeficiente de pandeo en el plano xy
En el plano de inercia xz los pilares estaacuten empotrados teniendo en la base un nudo que imposibilita su desplazamiento y giro pero en su conexioacuten con el dintel si que puede existir desplazamiento por ello se asignara un coeficiente de pandeo de 14
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En el plano deacutebil de los dinteles tenemos que las correas los arriostran y en el plano fuerte estos dinteles estaacuten biempotrados en sus extremos al pilar y al otro dintel respectivamente En este plano la pieza es biempotrada traslacional por lo que le corresponde un coeficiente de pandeo aproximadamente de 1
Una vez razonados y aplicados los coeficientes de pandeo en cada planoprincipal de cada barra se modificaraacuten los coeficientes de empotramiento de los extremos de las vigas de atado y de los marcos de las cruces de San Andreacutes en cada uno de sus planos para despueacutes articular sus extremos
816FlechasSe limitaraacute la flecha maacutexima en el plano fuerte de las barras sometidas a flexioacuten que es en el plano en que van a dominar las cargas
Se limita la flecha maacutexima de acuerdo con el tipo de edificio y los elementos implicados en la deformacioacuten Seguacuten CTE DB-SE apartado 43 Cuando se considere la integridad de los elementos constructivos considerando soacutelo las deformaciones que se produce despueacutes de la puesta en obra del elemento la flecha relativa es menor que L300 para elementos horizontales y menor de L250 para pilares
817PlacasdeanclajeUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles el propio programa nos calcula las propias placas de anclaje incluyendo dimensiones de las mismas rigidizadores y tamantildeo longitud y nuacutemero de pernos debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
818CimentacioacutenUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles ademaacutes de las placas de anclaje el propio programa nos calcula las reacciones y cargas a cimentacioacuten que nos genera nuestra estructura debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
Utilizaremos como tensioacuten de trabajo del suelo 02 MPa confirmado por el tipo de terreno sobre el que se pretende construirTendremos en cuenta para el caacutelculo de la cimentacioacuten de la nave del presente proyecto tanto la Norma EHE como el CTE en su apartado destinado a cimentaciones CTE parte 2-DB SE-C- Seguridad Estructural
82Accionesconsideradas
821CargaspermanentesLas cargas permanentes estaacute constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que estaacuten permanentemente unidos a la
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
ܥ ൌ ͳǡ͵
ൌ ͳ
௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
ǣ
De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
ഝభబ െ ͳሻοߠǡ௧
siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
ܣ
Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
ͺǣ
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
ͻǣ
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8Dimensionado
81Procedimientodedimensionado
811CaacutelculodelascorreasdecubiertaLas correas e cubierta son aquellos elementos cuya misioacuten es la de soportar al propio material de cerramiento de la cubierta transmitiendo su peso a las cerchas y estas a su vez a los pilares los cuales transmitiraacuten la carga a los pilares Asiacute mismo desempentildean la funcioacuten de arriostrar los poacuterticos fuera de su plano
Utilizando el generado de poacuterticos se generara un poacutertico y se estableceraacute cierta separacioacuten entre ellos asiacute como tambieacuten se generaraacuten las diferentes cargas de nieve y viento Se seleccionaraacuten las correas y por uacuteltimo se exporta a CYPE 3D
812CreacioacutendelageometriacuteadelanaveAprovechando la estructura que se ha generado con la exportacioacuten que se ha realizado desde el generador de poacuterticos se introducen los elementos restantes para completar la geometriacutea de la nave
Entre los maacutes destacados hay que resaltar
-Pilares intermedios de los poacuterticos de los extremos
-Vigas de atados de cabeza de pilar
-Vigas montantes
-Tirantes de las cruces de San Andreacutes
813DescripcioacutendelosnudosUna vez definida la geometriacutea de la nave se procederaacute a describir el comportamiento de los nudos de la estructura empotrada en esta nave se han asignado los siguientes nudos
-Todos los pilares van con vinculacioacuten exterior empotrada en la base
-Todas las uniones entre pilar-viga se efectuaraacuten con vinculacioacuten interior empotrada que seraacute resuelta a traveacutes de cartelas
-Las uniones entre las vigas de cumbrera iraacuten con vinculacioacuten interior empotrada donde seraacute necesario introducir cartelas
-Las uniones entre elementos de la estructura como vigas de atado de cabeza de pilares vigas montantes o las cruces de San Andreacutes iraacuten articuladas
814DescripcioacutendebarrasPara finalizar se describiraacuten todas las barras de la estructura Para ello se han agrupado todas las barras del mismo tipo para ahorrar trabajo optimizando la gestioacuten el control de caacutelculo y la ejecucioacuten de la estructura
Todas las barras deben predimensionarse con una porcioacuten parecida a la solucioacuten final para que el programa encuentre la solucioacuten lo antes posible Tambieacuten es muy importante disponer una cartela inicial adecuada ajo los dinteles que sea como miacutenimo
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la decima parte de la luz
Tras agrupar las barras de forma clara hay que asignar a toda la estructura el tipo de material S275
815PandeoEn los planos de los poacuterticos se ha considerado la estructura como traslacional y en los planos de los cerramientos y las cubiertas la nave puede considerarse como intraslacional
El criterio que usa CYPE es el siguiente
-El plano deacutebil del perfil se denomina plano ldquoxyrdquo y se corresponde con el plano paralelo a las alas del perfil
-El plano fuerte del perfil se denomina plano ldquoxzrdquo y se corresponde al plano que contiene el alma ce la pieza
Por lo que se aplicaraacuten los diferentes coeficientes de pandeo teniendo en cuenta las condiciones de contorno de las que dispone cada barra para cada plano Los coeficientes asignados son los siguientes
-Pilares exteriores de los poacuterticos interiores xzAElig14 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos interiores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares exteriores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Jaacutecenas xzAElig10 xyAElig0
-Cruces de San Andreacutes xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos interiores xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos exteriores xzAElig1 xyAElig1
Estos coeficientes de pandeo van a afectar decisivamente al caacutelculo de la estructura Es muy importante aplicar estos coeficientes basados en datos sensatos y coherentes y que despueacutes se materialicen en la obra de lo contrario no estariacuteamos calculando la obra que se esta construyendo con el consiguiente riesgo antildeadido
Entre alma y alma de los pilares consecutivos se supone el caso maacutes desfavorablesin cerramiento Esta condicioacuten de contorno hace que se ponga a 07 este coeficiente de pandeo en el plano xy
En el plano de inercia xz los pilares estaacuten empotrados teniendo en la base un nudo que imposibilita su desplazamiento y giro pero en su conexioacuten con el dintel si que puede existir desplazamiento por ello se asignara un coeficiente de pandeo de 14
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En el plano deacutebil de los dinteles tenemos que las correas los arriostran y en el plano fuerte estos dinteles estaacuten biempotrados en sus extremos al pilar y al otro dintel respectivamente En este plano la pieza es biempotrada traslacional por lo que le corresponde un coeficiente de pandeo aproximadamente de 1
Una vez razonados y aplicados los coeficientes de pandeo en cada planoprincipal de cada barra se modificaraacuten los coeficientes de empotramiento de los extremos de las vigas de atado y de los marcos de las cruces de San Andreacutes en cada uno de sus planos para despueacutes articular sus extremos
816FlechasSe limitaraacute la flecha maacutexima en el plano fuerte de las barras sometidas a flexioacuten que es en el plano en que van a dominar las cargas
Se limita la flecha maacutexima de acuerdo con el tipo de edificio y los elementos implicados en la deformacioacuten Seguacuten CTE DB-SE apartado 43 Cuando se considere la integridad de los elementos constructivos considerando soacutelo las deformaciones que se produce despueacutes de la puesta en obra del elemento la flecha relativa es menor que L300 para elementos horizontales y menor de L250 para pilares
817PlacasdeanclajeUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles el propio programa nos calcula las propias placas de anclaje incluyendo dimensiones de las mismas rigidizadores y tamantildeo longitud y nuacutemero de pernos debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
818CimentacioacutenUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles ademaacutes de las placas de anclaje el propio programa nos calcula las reacciones y cargas a cimentacioacuten que nos genera nuestra estructura debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
Utilizaremos como tensioacuten de trabajo del suelo 02 MPa confirmado por el tipo de terreno sobre el que se pretende construirTendremos en cuenta para el caacutelculo de la cimentacioacuten de la nave del presente proyecto tanto la Norma EHE como el CTE en su apartado destinado a cimentaciones CTE parte 2-DB SE-C- Seguridad Estructural
82Accionesconsideradas
821CargaspermanentesLas cargas permanentes estaacute constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que estaacuten permanentemente unidos a la
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
ܥ ൌ ͳǡ͵
ൌ ͳ
௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
ǣ
De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
ഝభబ െ ͳሻοߠǡ௧
siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
ܣ
Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
ͺǣ
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
ͻǣ
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la decima parte de la luz
Tras agrupar las barras de forma clara hay que asignar a toda la estructura el tipo de material S275
815PandeoEn los planos de los poacuterticos se ha considerado la estructura como traslacional y en los planos de los cerramientos y las cubiertas la nave puede considerarse como intraslacional
El criterio que usa CYPE es el siguiente
-El plano deacutebil del perfil se denomina plano ldquoxyrdquo y se corresponde con el plano paralelo a las alas del perfil
-El plano fuerte del perfil se denomina plano ldquoxzrdquo y se corresponde al plano que contiene el alma ce la pieza
Por lo que se aplicaraacuten los diferentes coeficientes de pandeo teniendo en cuenta las condiciones de contorno de las que dispone cada barra para cada plano Los coeficientes asignados son los siguientes
-Pilares exteriores de los poacuterticos interiores xzAElig14 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos interiores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares exteriores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares interiores de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Pilares de los poacuterticos exteriores xzAElig07 xyAElig07
-Jaacutecenas xzAElig10 xyAElig0
-Cruces de San Andreacutes xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos interiores xzAElig0 xyAElig0
-Vigas perimetrales de los poacuterticos exteriores xzAElig1 xyAElig1
Estos coeficientes de pandeo van a afectar decisivamente al caacutelculo de la estructura Es muy importante aplicar estos coeficientes basados en datos sensatos y coherentes y que despueacutes se materialicen en la obra de lo contrario no estariacuteamos calculando la obra que se esta construyendo con el consiguiente riesgo antildeadido
Entre alma y alma de los pilares consecutivos se supone el caso maacutes desfavorablesin cerramiento Esta condicioacuten de contorno hace que se ponga a 07 este coeficiente de pandeo en el plano xy
En el plano de inercia xz los pilares estaacuten empotrados teniendo en la base un nudo que imposibilita su desplazamiento y giro pero en su conexioacuten con el dintel si que puede existir desplazamiento por ello se asignara un coeficiente de pandeo de 14
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En el plano deacutebil de los dinteles tenemos que las correas los arriostran y en el plano fuerte estos dinteles estaacuten biempotrados en sus extremos al pilar y al otro dintel respectivamente En este plano la pieza es biempotrada traslacional por lo que le corresponde un coeficiente de pandeo aproximadamente de 1
Una vez razonados y aplicados los coeficientes de pandeo en cada planoprincipal de cada barra se modificaraacuten los coeficientes de empotramiento de los extremos de las vigas de atado y de los marcos de las cruces de San Andreacutes en cada uno de sus planos para despueacutes articular sus extremos
816FlechasSe limitaraacute la flecha maacutexima en el plano fuerte de las barras sometidas a flexioacuten que es en el plano en que van a dominar las cargas
Se limita la flecha maacutexima de acuerdo con el tipo de edificio y los elementos implicados en la deformacioacuten Seguacuten CTE DB-SE apartado 43 Cuando se considere la integridad de los elementos constructivos considerando soacutelo las deformaciones que se produce despueacutes de la puesta en obra del elemento la flecha relativa es menor que L300 para elementos horizontales y menor de L250 para pilares
817PlacasdeanclajeUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles el propio programa nos calcula las propias placas de anclaje incluyendo dimensiones de las mismas rigidizadores y tamantildeo longitud y nuacutemero de pernos debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
818CimentacioacutenUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles ademaacutes de las placas de anclaje el propio programa nos calcula las reacciones y cargas a cimentacioacuten que nos genera nuestra estructura debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
Utilizaremos como tensioacuten de trabajo del suelo 02 MPa confirmado por el tipo de terreno sobre el que se pretende construirTendremos en cuenta para el caacutelculo de la cimentacioacuten de la nave del presente proyecto tanto la Norma EHE como el CTE en su apartado destinado a cimentaciones CTE parte 2-DB SE-C- Seguridad Estructural
82Accionesconsideradas
821CargaspermanentesLas cargas permanentes estaacute constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que estaacuten permanentemente unidos a la
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
ܥ ൌ ͳǡ͵
ൌ ͳ
௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
ǣ
De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
ഝభబ െ ͳሻοߠǡ௧
siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
ܣ
Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
ͺǣ
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
ͻǣ
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En el plano deacutebil de los dinteles tenemos que las correas los arriostran y en el plano fuerte estos dinteles estaacuten biempotrados en sus extremos al pilar y al otro dintel respectivamente En este plano la pieza es biempotrada traslacional por lo que le corresponde un coeficiente de pandeo aproximadamente de 1
Una vez razonados y aplicados los coeficientes de pandeo en cada planoprincipal de cada barra se modificaraacuten los coeficientes de empotramiento de los extremos de las vigas de atado y de los marcos de las cruces de San Andreacutes en cada uno de sus planos para despueacutes articular sus extremos
816FlechasSe limitaraacute la flecha maacutexima en el plano fuerte de las barras sometidas a flexioacuten que es en el plano en que van a dominar las cargas
Se limita la flecha maacutexima de acuerdo con el tipo de edificio y los elementos implicados en la deformacioacuten Seguacuten CTE DB-SE apartado 43 Cuando se considere la integridad de los elementos constructivos considerando soacutelo las deformaciones que se produce despueacutes de la puesta en obra del elemento la flecha relativa es menor que L300 para elementos horizontales y menor de L250 para pilares
817PlacasdeanclajeUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles el propio programa nos calcula las propias placas de anclaje incluyendo dimensiones de las mismas rigidizadores y tamantildeo longitud y nuacutemero de pernos debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
818CimentacioacutenUna vez obtenidos todos los resultados pertinentes de la estructura y fijados como definitivos una serie de perfiles ademaacutes de las placas de anclaje el propio programa nos calcula las reacciones y cargas a cimentacioacuten que nos genera nuestra estructura debido tanto al peso de la misma como a todas las hipoacutetesis de carga que le hemos definido en base a la norma de obligado cumplimiento correspondiente al CTE
Utilizaremos como tensioacuten de trabajo del suelo 02 MPa confirmado por el tipo de terreno sobre el que se pretende construirTendremos en cuenta para el caacutelculo de la cimentacioacuten de la nave del presente proyecto tanto la Norma EHE como el CTE en su apartado destinado a cimentaciones CTE parte 2-DB SE-C- Seguridad Estructural
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821CargaspermanentesLas cargas permanentes estaacute constituidas por el peso de los diversos elementos estructurales y por los pesos de los cuerpos que estaacuten permanentemente unidos a la
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
ܥ ൌ ͳǡ͵
ൌ ͳ
௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
ǣ
De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
ഝభబ െ ͳሻοߠǡ௧
siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
ܣ
Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
ͺǣ
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
ͻǣ
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estructura Para un edificio cualquiera las cargas permanentes estaraacuten formadas por los pesos de las columnas vigas losas techo muros fijos ventanas plomeriacutea instalacioacuten eleacutectrica y otros dispositivos diversos
Para hallar el peso de los elementos de la estructura se puede recurrir a cataacutelogos de fabricantes o prontuarios Tambieacuten en el Anejo C del CTE-DB-AE (Acciones en la edificacioacuten) se incluyen los pesos de materiales productos u elementos constructivos tiacutepicos
822SobrecargasdeusoEstas cargas pueden variar en magnitud y localizacioacuten y son debidas al peso de todos los objetos que pueden gravitar sobre la estructura debido al uso de la misma o incluso durante su ejecucioacuten (sobrecargas de ejecucioacuten) Por tanto estas cargas pueden ser causadas por el peso de los objetos colocados temporalmente sobre una estructura por vehiacuteculos en movimiento personas maquinaria instalaciones mobiliario tabiqueriacutea
Para calcular el valor de estas acciones se deben calcular las cargas debidas de cada una de ellas si bien en cualquier caso nunca podraacuten ser inferiores a las indicadas por las normas de edificacioacuten
823SobrecargasdenieveEstas cargas son debidas al peso de la nieve que puede acumularse sobre la estructura como consecuencia de nevadas en la zona
Su determinacioacuten vendraacute ligada a la zona geograacutefica en que se proyecta la ejecucioacuten de la estructura principalmente la altura topograacutefica asiacute como al tipo de cubierta que se pretende utilizar la pendiente de la cubierta y su rugosidad o existencia de petos que favorezcan la acumulacioacuten de nieve
En resumen para la determinacioacuten de la sobrecarga de nieve deberaacuten ser considerados forma general de la estructura y particularmente la geometriacutea de la cubierta exposicioacuten al viento pues este puede provocar o impedir el desprendimiento de la capa de nieve y su localizacioacuten
824SobrecargadevientoLas acciones que provoca el viento vienen determinadas como fuerzas por unidad de superficie que dependen de la zona eoacutelica de la altura sobre el terreno de la situacioacuten topograacutefica (normal o expuesta) de la construccioacuten (abierta o cerrada) y de la forma posicioacuten y orientacioacuten de los elementos con respecto al viento
Cuando las estructuras impiden el flujo de viento la energiacutea cineacutetica de eacuteste se convierte en energiacutea potencial de presioacuten lo que causa la carga de viento
Se considera que el sentido del viento es horizontal en cualquier direccioacuten Se estudiaraacute en cada caso la direccioacuten maacutes desfavorable La norma establece la accioacuten del viento como presioacuten dinaacutemica que depende de la velocidad de eacuteste asiacute como de su densidad
La fuerza que actuacutea sobre los elementos seraacute dicha presioacuten dinaacutemica afectada por un coeficiente eoacutelico el cual depende de la forma y superficie del elemento y posicioacuten con respecto al viento Dicha fuerza se consideraraacute perpendicular a las superficies de los
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
32
ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
ܥ ൌ ͳǡ͵
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௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
ǣ
De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
ഝభబ െ ͳሻοߠǡ௧
siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
ܣ
Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
ͺǣ
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
ͻǣ
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elementos que componen la estructura
Dichos coeficientes se obtendraacuten a partir de tablas y expresiones dadas por la normativa referente a acciones sobre las estructuras
825CargasdesismoUn sismo es una sacudida o movimiento brusco de la corteza terrestre La tierra puede temblar por distintas causas El origen principal de los movimientos siacutesmicos maacutes importantes estaacute en la liberacioacuten suacutebita de energiacutea acumulada por movimientos relativos entre fallas producieacutendose el sismo cuando la fuerza de rozamiento es superada por la tensioacuten acumulada
Los sismos producen cargas sobre una estructura por medio de la interaccioacuten del movimiento del suelo y las caracteriacutesticas de respuesta de la estructura Estas cargas resultan de la distorsioacuten en la estructura causada por el movimiento del suelo y la resistencia lateral de eacutesta Sus magnitudes dependen de la cantidad y tipo de aceleraciones del suelo asiacute como de la masa y rigidez de la estructura
La carga siacutesmica a considerar dependeraacute de factores tales como la importancia de la construccioacuten peligrosidad siacutesmica del territorio en que se ubicaraacute la construccioacuten periodo de vida para el que se proyecta la construccioacuten caracteriacutesticas del suelo en que se asentaraacute la misma etc
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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ൌ ʹͳʹͷ כ Ͳǡ ൌ ͳͶͺǡͷଶ
ܥ ൌ ͳǡ͵
ൌ ͳ
௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
ǣ
De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
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siendo
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Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
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9Disentildeofinal
91ElementosUna vez calculada la estructura por Cype y se ha revisado que se cumplen todas las comprobaciones los perfiles que conforman la estructura son los siguientes
Los poacuterticos interiores estaacuten conformados por jaacutecenas IPE 360 con cartelas tanto superiores como inferiores y los pilares estaacuten formados por IPE 360 con cartelas superiores Estos poacuterticos estaacuten arriostrados entre ellos por vigas perimetrales IPE 80 que atan las cabezas de los pilares
En cuanto a los poacuterticos exteriores estaacuten formados por jaacutecenas IPE 360 sin cartelas los pilares esquineros son tambieacuten IPE 360 sin cartelas pero a diferencia de los poacuterticos interiores el pilar central es un IPE 550 sin cartelas Estos poacuterticos exteriores estas arriostrados por vigas perimetrales que van en la cabeza de los pilares por unas vigas IPE 300
Los poacuterticos exteriores tienen a su vez unos pilares HEA 240 distribuidos de 3 en 3 durante la longitud de la luz
Entre los poacuterticos de fachada y los poacuterticos interiores ademaacutes de en el poacutertico exterior se encuentran las cruces de San Andreacutes las cuales son L 50x50x5
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
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Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
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Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
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௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
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De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
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Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
ͺǣ
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
ͻǣ
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10Cargadefuego
101CaacutelculodelacargadefuegodelaestructuraActividades principales y secundarias
La actividad industrial principal de la instalacioacuten es la de almacenamiento de aparatos electroacutenicos En dichas zonas solo de va a utilizar el 70 del espacio total para almacenar
Determinacioacuten de la configuracioacuten del establecimiento industrial
El tipo de instalacioacuten industrial que se pretende protege es de tipo C ya que la instalacioacuten no tiene ninguacuten edificio alrededor a una distancia inferior a 3m Ademaacutes de esto dicha distancia estaacute libre de productos inflamables o propagadores de incendios
Figura 4 Configuracioacuten de la nave industrial
Divisioacuten en sectores y zonas de uso de cada sector la instalacioacuten en cuestioacuten se va a dividir en 2 zonas claramente diferenciadas Estas dos zonas son totalmente simeacutetricas y en las dos se va a realizar la misma operacioacuten
Superficie de cada sector los dos sectores van a ocupar un total de 2125m2 respectivamente
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
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௦ ൌͳǡ͵ כ ͶͲͲ כ ͳͶͺǡͷ כ ͷ
ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
ǣ
De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌȀܣߣ௦ߩ௦
ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
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siendo
ൌ ߩ௦ߩ௦
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Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
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Carga de fuego de cada sector
Tabla 1 Valores del coeficiente de peligrosidad por combustibilidad
Determinamos el coeficiente de combustibilidad del elemento tratado en la actividad en este caso para elementos electroacutenicos que se puede considerar que tu temperatura de ignicioacuten es superior a los 200 ordmC por lo que como observamos en la tabla 11 del Reglamento un Ci=1 pero para estar del lado de la seguridad se adopta una valor de 13 ya que algunos otros elementos del proceso presentan una combustibilidad mayor
Seguacuten la tabla 12 del artiacuteculo 303 del BOE debemos usar los siguientes valores
Tabla 2 Valores necesario para calcular la carga de fuego
௦ ൌσ ௌ ܥܣ ሺܬܯȀଶሻ
Datos
ௌ ൌ ͶͲͲܬܯȀଶ
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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ʹͳʹͷ כ ͳ ൌ ͳͺʹͲܬܯଶ
Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
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௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
ǣ
De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
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siendo
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Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
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Tabla 3 Valores de la densidad de carga de fuego ponderada y corregida
Con los datos calculados anteriormente y las tablas aportadas la nave industrial que se pretende estudiar dado el uso nombrado anteriormente tiene un nivel de riesgo intriacutenseco MEDIO 5
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
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Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
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Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
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௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
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De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
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Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
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Tabla 4 Tabla 22 del artiacuteculo 303 del BOE Conociendo que el nivel de riesgo intriacutenseco es MEDIO 5 la configuracioacuten de la nave industrial es de TIPO C y la planta esta SOBRE RASANTE es correcto afirmar que la estructura metaacutelica debe tener como miacutenimo un proteccioacuten de R 60
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
ǣ
De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
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ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
ഝభబ െ ͳሻοߠǡ௧
siendo
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ܣ
Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
ͺǣ
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
ͻǣ
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11Sistemasdeproteccioacutenpasivacontraincendios
Los incendios constituyen un importante riesgo para la seguridad de los ocupantes de los edificios La necesidad de disminuir este riesgo afecta a todas las fases del proceso constructivo desde el disentildeo del edificio hasta la puesta en obra el mantenimiento y el uso La proteccioacuten pasiva contra incendios comprende todas aquellas medidas dirigidas a limitar la propagacioacuten del fuego y retardar sus efectos A efectos de minimizar los dantildeos en un edificio los principales materiales a proteger son el acero la madera en cuanto a la estructura se refiere
111Elementosdeproteccioacuten
1111Lanaderoca La lana de roca perteneciente a la familia de las lanas minerales es un material fabricado a partir de roca volcaacutenica Se utiliza principalmente como aislamiento teacutermico y como proteccioacuten pasiva contra el fuego en la edificacioacuten debido a su estructura fibrosa multidireccional que le permite albergar aire relativamente inmoacutevil en su interior El proceso de fabricacioacuten de la lana de roca pretende emular la accioacuten natural de un volcaacuten La roca basaacuteltica (diabasa) es fundida a maacutes de 1600 degC en un horno (cubilote) para asiacute retornarla a su estado inicial de lavaLa lava es vertida en unas ruedas que giran a gran velocidad y se transforma en fibras debido al efecto de la fuerza centriacutefugaTras la pulverizacioacuten de un ligante orgaacutenico se reuacutenen las fibras para formar un colchoacuten de lana primaria Despueacutes de haber sido maacutes o menos comprimido dependiendo de las prestaciones buscadas ese colchoacuten pasa a la uacuteltima fase de curado donde el producto adopta su forma final La composicioacuten de la lana de roca fruto de este proceso es aproximadamente de 98 roca volcaacutenica y 2 ligante orgaacutenico La estructura de la lana de roca contiene aire seco y estable en su interior por lo que actuacutea como obstaacuteculo a las transferencias de calor caracterizaacutendose por su baja conductividad teacutermica la cual estaacute entre los 0050 y 0031 WmK aislando tanto de temperaturas bajas como altas La lana de roca es un material no combustible siendo Clase A1 seguacuten la clasificacioacuten europea de reaccioacuten al fuego de los materiales de la construccioacuten (Euroclases) Se utiliza como proteccioacuten pasiva contra el fuego en edificios pues conserva sus propiedades mecaacutenicas intactas incluso expuesta a temperaturassuperiores a 1000ordmC
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
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Donde
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t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
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Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
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௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
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௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
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De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
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Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
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Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Figura 5 Proteccioacuten mediante lana de roca
1112Morteroproyectado
Los morteros proyectados tienen la ventaja de que envuelven completamente el elemento a proteger formando una barrera teacutermica sin uniones ni juntas Aunque pueden ser de muchos tipos son habituales los que contienen vermiculita yo perlita
En estos morteros se da una importante presencia de agua tanto en forma de agua libre como quiacutemicamente unida a algunos compuestos Cuando se produce la evaporacioacuten del agua al ser un proceso endoteacutermico se puede absorber una importante parte del calor generado en el incendio De esta forma se consigue que la temperatura se mantenga constante durante el periodo en que el agua se evapora (meseta de evaporacioacuten) En general se daraacuten este tipo de mesetas siempre que se produzca una transformacioacuten endoteacutermica
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
37
Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
ߠ ൌ ʹͲ ͵Ͷͷଵሺͺݐ ͳሻ
Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
41
Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
42
Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
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De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
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ሺߠǡ௧ െ ௦ǡ௧ሻߠሺͳ Ȁ͵ሻ οݐ െ ሺ
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siendo
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Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
ͺǣ
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
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Figura 6 Proteccioacuten mediante mortero proyectado
1113Placasdeyeso Las cualidades de incombustibilidad del yeso lo convierten en formato de placas en un material oacuteptimo para contrarrestar la propagacioacuten de incendios Las mismas estaacuten constituidas por un alma de yeso especial y revestidas su cara y su dorso por un tejido de fibra de vidrio incombustible iacutentimamente adherido Pueden ser utilizadas en tabiques cielorrasos y revestimientos y en la cobertura de vigas pilares estructurales y todo tipo de conductos y cableados que se desee proteger brindando una solucioacuten integral en seguridad contra incendios Los usos particulares para la proteccioacuten de instalaciones y estructuras la importancia de lograr estanqueidad de las llamas en los ambientes colapsados mediante la generacioacuten de barreras cortafuego es una ventaja fundamental de la utilizacioacuten de sistemas de tabiques a base de placa Cabe destacar la solidez estructural y la no emisioacuten de gases toacutexicos por combustioacuten que aportan las placas de yeso ya que son tambieacuten indispensables a la hora de asegurar la permanencia de los ocupantes hasta su evacuacioacuten
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
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Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
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Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
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Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
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De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
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Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
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Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
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Figura 7 Proteccioacuten mediante placas de yeso
1114Pinturaintumescente
La intumescencia consiste en un conjunto de reacciones quiacutemicas capaces de provocar un importante incremento del espesor del material de manera que en caso de incendio el material intumescente desarrolla un importante volumen de espuma carbonosa aislante (de hasta entre 20 y 30 veces su espesor original) que evita que la temperatura afecte al elemento protegido
Un ejemplo de producto intumescente son las pinturas protectoras de estructuras de acero El acero pierde su resistencia estructural alrededor de los 500degC pero una pintura intumescente correctamente formulada y aplicada puede ser capaz de mantener la temperatura del acero por debajo 120 minutos
Como ejemplo del comportamiento de las pinturas intumescentes en la figura se muestra un caso en el que se aplica una fuente de calor (radiador eleacutectrico imagen (a) a unas muestras de madera La imagen (b) corresponde a una madera sin recubrimiento mientras que las imaacutegenes (c) y (d) corresponden a una madera recubierta con pintura intumescente En el caso de la madera pintada la muestra ha estado sometida a la fuente
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
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Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
ͷǣtimes
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
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௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
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De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
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Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
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Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
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Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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de calor durante mucho maacutes tiempo que en el caso no pintado Se observa con claridad el efecto espumante de la pintura que actuacutea como un ldquocolchoacutenrdquo aislante protector frente a las altas temperaturas En la imagen (d) se aprecia el extraordinario grosor que adquiere la capa formada
Figura 8 Ensayo realizado sobre madera sin y con pintura intumescente
Ademaacutes de la pinturas existen otros productos intumescentes como masillas selladoras de juntas o uniones o dispositivos en forma de abrazaderas para los conductos En caso de altas temperaturas el material intumescente del que estaacuten fabricados se expande taponando la junta o el conducto y bloqueando asiacute ғ el paso al fuego y al humo Este tipo de productos pueden resultar de gran utilidad a fin de limitar la propagacioacuten de un fuego en el interior de un edificio Hay que tener muy en cuenta ya en la fase de disentildeo del edificio que para limitar una eventual propagacioacuten del fuego no solo hay que compartimentar correctamente en sectores de incendio sino que hay que asegurarse de que la compartimentacioacuten de los espacios ocupables tenga una continuidad en los espacios ocultos (como falsos techos) y zonas de paso de instalaciones Asiacute la resistencia al fuego requerida a un elemento de compartimentacioacuten se tiene que mantener en los puntos en que estos elementos son atravesados por elementos de las instalaciones Para conseguirlo una de las posibilidades es la colocacioacuten de productos intumescentes anteriormente descritos
112Ventajasydesventajasdelasprotecciones
Tanto la lana de roca como las placas de yeso presentan gran versatilidad ya que forman un cajoacuten alrededor del perfil metaacutelico que se fija de forma mecaacutenica ademaacutes de ser ligeros y manejables en cualquier momento en el que sufren un golpe o haya alguacuten
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
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Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
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Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
οߠ௦ǡ௧ ൌ Ȁܣߩ௦
௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
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De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
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Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
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Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
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desperfecto es tan faacutecil como cambiar la seccioacuten que haya sufrido el desperfecto para solucionarlo La parte negativa es que afectan de forma muy notable a la percepcioacuten de la estructura en la parte visual La proteccioacuten que ofrecen ambas al aplicar iguales espesores es bastante similar siendo un poco mejor las placas de yeso que la lana de roca
En contraportada tanto la pintura intumescente como el mortero de perlita son protecciones proyectadas que si que permiten conservar el estilismo inicial de la estructura siendo la pintura intumescente la que lo conservariacutea de una forma total En cambio estos elementos proyectados presentan la dificultad de que cuando hay desperfectos requieren de que se vuelva a proyectar la proteccioacuten otra vez un proceso mucho maacutes costos de lo que seriacutea una sustitucioacuten como la del caso anterior Estos dos elementos proyectados se diferencian en la cantidad de espesor que se requiere para lograr la misma proteccioacuten siendo el espesor requerido de pintura intumescente mucho menos que el de mortero proyectado para alcanzar el mismo nivel de proteccioacuten
La gran desventaja de la pintura intumescente es que para cierta especificacioacuten de proteccioacuten esta solo cubre ciertas masividades requiriendo de cierto sobredimensionamiento en alguacuten caso concreto para poder aplicar este tipo de tratamiento
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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12Elfuegoylasprotecciones
121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
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Donde
Og Temperatura del gas en el sector (ordmC)
t tiempo transcurrido desde la finalizacioacuten del incendio (min)
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Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
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௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
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De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
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121Evolucioacutendelatemperaturaconelfuego
La temperatura que se alcanza en un incendio viene definida en la norma EN-1363-11999 la cual sigue la siguiente expresioacuten
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
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௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
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௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
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De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
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siendo
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Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
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Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
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Figura 9 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendio
122Evolucioacutendelatemperaturaenperfilessinproteccioacuten
Una vez conocida la temperatura de gas en el sector cualquier momento despueacutes de que se inicie el incendio es necesario conocer la temperatura de los perfiles metaacutelicos que componen la estructura en cada instante de tiempo en concreto Para ello se debe usar la expresioacuten que se encuentra en el apartado D23 del DBSI
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௧ǡௗο௧ Donde Am V Factor de forma (m-1)
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
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De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
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Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
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Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Cs Calor especiacutefico del acero (600JkgK) hnetd valor del flujo de calor neto por unidad de aacuterea (Wm2) que se considera suma del valor del flujo de calor por radiacioacuten hnetr y por conveccioacuten hnetc siendo
௧ǡ ൌ Ȱߝߝߪሾሺߠ ʹ͵ሻସ െ ሺߠ௦ ʹ͵ሻସሿ Donde ) factor de configuracioacuten 10 si no existen valores especiacuteficos Hf emisividad del fuego 10 si no existen valores especiacuteficos Hm emisividad superficial del material 05 para el acero r temperatura de radiacioacuten efectiva en el incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento(ordmC)ߠ V constante de Boltzmann (56710-8 Wm2 K4)
௧ǡ ൌ ߠ൫ߙ െ ௦൯ߠ Donde Dc coeficiente de transferencia de calor por conveccioacuten (25 Wm2K) g temperatura del gas en el sector de incendio (ordmC)ߠ s temperatura superficial del elemento (ordmC)ߠ t intervalo de tiempo no superior a 5 segundos Us densidad del acero (7850 kgm3) Con todos los datos facilitados se puede observar que la temperatura que se alcanza en cualquier perfil de la estructura siempre considerada la exposicioacuten de las 4 caras del perfil a fuego viene intriacutensecamente relacionada con la masividad de dicho perfil Seguacuten la masividad del perfil y el tiempo transcurrido despueacutes del inicio del incendio se pueden establecer las siguientes temperaturas
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De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
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Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
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Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
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MT 15 20 30 45 60 90 120 150 240 36070 38104 524 7358 87337 93077 99829 1044 10787 11508 12124100 4885 63559 79784 88722 93594 10007 10455 10798 11514 12127130 56732 69808 81759 89154 9383 1002 10463 10804 11517 12129160 62173 73069 825 89381 93971 10028 10469 10808 11519 1213190 65769 82859 82859 89528 94065 10033 10472 10811 11521 12131220 68088 83078 83078 89631 94131 10038 10475 10813 11522 12132250 69575 83229 83229 89708 94182 1004 10477 10814 11523 12132280 70537 83342 83342 89767 94221 10042 10478 10815 11523 12132310 71173 83431 83431 89814 94252 10044 10479 10816 11524 12133
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De estos resultados se puede concluir que la temperatura de un perfil de acero en un incendio va relacionada de forma directamente proporcional al tiempo e inversamente proporcional a la masividad Para ilustrar estos resultados de una forma graacutefica se ha realizado una graacuteficas donde se visualiza de forma clara el cambio en la evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten de la masividad
Figura 10 Evolucioacuten de la temperatura en funcioacuten del tiempo en un incendioen perfiles
de diferentes masividades sin proteger
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
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Donde Am V Factor de forma (m-1) d espesor del recubrimiento (m) gt temperatura del gas en el instante t (ordmC)ߠ st temperatura del acero en el instante t (ordmC)ߠ Op conductividad teacutermica del material de revestimiento (WmK) cp calor especiacutefico del revestimiento (JkgK) cs calor especiacutefico del acero (600JkgK) Up densidad del acero (7850 kgm3) Us densidad del revestimiento (kgm3)
Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
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Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
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En la graacutefica se ha decidido cortar la representacioacuten en un tiempo de 75 minutos ya que a partir de este tiempo las variaciones de temperatura son muy poco significativas y para todas las masividades muy parecidas y respecto a la masividad solo se ha representado hasta una masividad de 220 ya que los perfiles maacutes significativos de la nave para la que se pretende disentildear la proteccioacuten no superaraacuten este valor
123Evolucioacutendelatemperaturaenperfilesconproteccioacuten Una vez conocida la evolucioacuten de la temperatura en perfiles de acero sin proteger se pretende ver el efecto de ciertas protecciones contra incendios Para acero revestido el incremento de temperatura en el acero se determina mediante la siguiente expresioacuten del apartado D23 del DBSI
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Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
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Caacutelculo de la estructura metaacutelica de una nave industrial y anaacutelisis de diferentes teacutecnicas de proteccioacuten pasiva frente al fuego
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
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Una vez conocidas las expresiones y las siguientes propiedades de los materiales de proteccioacuten se puede evaluar cuanto de buena es la proteccioacuten
Tabla 7 Tabla 452 DBSI 2 cm de lana de roca
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
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Figura 11 Masividad de 70 proteccioacuten de lana de roca para un tiempo de 360 minutos 2 cm de placas de yeso
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