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REVISTA ARISTA DIGITAL___________________________________________

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Núm. 8 – Mayo 2011

Depósito Legal: NA3220/2010

ISSN: 2172-4202

Revista Arista Digital http://www.afapna.es/web/aristadigital

Contenido

Introducción.

Descripción de la nave industrial.

Cálculo de las acciones.

Acciones permanentes.

Sobrecarga de uso.

Sobrecarga de nieve.

Sobrecarga de viento.

Bibliografía

AUTOR: Javier Domínguez Equiza.

CENTRO TRABAJO: IES cinco Villas.

ISSN: 2172-4202

8-DETERMINACIÓN DE LAS

ACCIONES SOBRE UN PÓRTICO

INTERMEDIO DE UNA NAVE

INDUSTRIAL

INTRODUCCIÓN

En este artículo se determinan las acciones de cálculo que actúan sobre un pórtico intermedio de una nave industrial de estructura metálica. Estas acciones son de tipo gravitatorio: peso propio y sobrecarga de uso, y climáticas: cargas debidas a la nieve y al viento. Como base normativa para la determinación de las acciones de sobrecarga de uso y climáticas se toma el DB-SE-AE del Código Técnico de Edificación.

01/05/2011

Número 8


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1. DESCRIPCIÓN DE LA NAVE INDUSTRIAL.

La nave industrial se encuentra situada en Tudela en un polígono industrial a una altitud de 264 metros. Mide 50 metros de largo por 16 metros de ancho. La altura de los pilares es de 5 metros y la pendiente de la cubierta del 10 %, de forma que la altura en la cumbrera es de 5,8 metros. La separación entre pórticos es de 5 metros. Esta nave dispone de una puerta frontal de 5 x 3,2 metros. En la siguiente figura se aprecia el aspecto general de la nave.

Figura 1: Aspecto general de la nave industrial. En la siguiente figura se representan las vistas principales de la nave y se acotan las dimensiones en planta.

50

16

Figura 2: Dimensiones en planta de la nave industrial. Y en la siguiente figura se acotan las dimensiones de la sección de la nave.


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5

3,2

5 5,8

16

Figura 3: Dimensiones de la sección de la nave y del portón. En la siguiente figura se tiene una representación simplificada del pórtico tipo de la estructura metálica de la nave.

Figura 4: Dimensiones del pórtico tipo de la estructura metálica de la nave.

En la siguiente figura se representan los 11 pórticos de la estructura metálica de la nave. En este artículo se determinarán las acciones sobre el pórtico central aunque se realizarán los cálculos previos que permiten determinar las acciones en todos los pórticos.


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Figura 5: Esquema de los pórticos de la estructura metálica de la nave.

2. CÁLCULO DE LAS ACCIONES. Las acciones a considerar pueden ser de naturaleza permanente o variable, según se clasifican a continuación: 1. Acciones permanentes (G).

a. Peso propio. El peso propio que se tendrá en cuenta es el del material de cubrición y el de las correas de cubierta.

2. Acciones variables (Q)

a. Sobrecarga de uso. La cubierta de la nave es accesible únicamente para trabajos de conservación o mantenimiento. No dispone de instalaciones que se apoyen en la misma.

b. Viento. Las acciones del viento dependen de la localización de la nave y el entorno.

a. Nieve. Las acciones de la nieve dependerán de la localización de la nave y de la altitud.

Las cargas se considerarán uniformemente repartidas sobre el pórtico.

3. ACCIONES PERMANENTES (G). La acción permanente que se va a calcular es la del peso propio de la cubierta y de las correas sobre las que se apoya.

X

Y

Z


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Para la cubierta se ha seleccionado un panel 40 mm de espesor. Está constituido por dos chapas de acero nervadas de 0,5 mm de espesor y entre ellas se encuentra el material aislante que en este caso es espuma de poliuretano. El peso del panel seleccionado es de 0,114 kN/m2. En el catálogo del fabricante se indica que la sobrecarga de uso es de 2,6 kN/m2 considerando el panel como viga continua de dos vanos (tres apoyos) de 1,5 m de luz. Esta cifra se utiliza para determinar el espaciado de las correas. El peso propio de las correas se estima en 0,05 kN/m2 porque a priori no se conoce. El peso total del material de la cubierta (panel más correas) es 0,164 kN/m2. El peso que soporta un dintel, cuya longitud es 8,04 m, es:

kN593,6m

kN164,0m5m04,8cubiertaPeso 2

El peso por metro lineal que actúa en proyección horizontal sobre el dintel del pórtico es:

mkN82,0

m04,8

kN593,6p

Esta distribución de carga se representa en la siguiente figura:

Figura 6: Representación de la carga en la hipótesis CARGA

PERMANENTE.

4. SOBRECARGA DE USO. Se considera que la cubierta es accesible únicamente para mantenimiento. Esta circunstancia se contempla en la fila G de la Tabla 3.1 del DB-SA-AE. Dentro de la fila G, en la subfila G1 y a su vez en la subdivisión “Cubiertas con inclinación inferior a 20 grados”, en donde se concluye que la sobrecarga

0.8

20

0.8

20

0.8

20

0.8

20

Y

Z


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de uso es de 1 kN/m2. No es 0,4 kN/m2 porque la cubierta seleccionada no es ligera ya que su peso propio es 0,164 kN/m2 superior a 0,1 kN/m2.

G Cubiertas accesibles únicamente para conservación. Carga

uniforme (kN/m

2)

Carga Concentrada

(kN)

G1 Cubiertas con inclinación inferior a 20 º 1 2

Cubiertas ligeras sobre correas (sin forjado) 0,4 1

G2 Cubiertas con inclinación superior a 40 º 0 2

Figura 7: Extracto de la tabla 3.1 del DB-SE-AE. El peso por metro lineal que actúa en proyección horizontal sobre el dintel del pórtico debido a la sobrecarga de uso, q1, es:

mkN5

04,8m

kN1m5m04,8q

2

1

Esta distribución de carga se representa en la siguiente figura:

Figura 8: Representación de la carga en la hipótesis SOBRECARGA DE

USO.

5. SOBRECARGA DE NIEVE. El cálculo de la sobrecarga debida a la nieve se basa en lo especificado en el apartado 3.5 del DB-SE-AE. En el subapartado 3.5.1, punto 2, se indica que el valor de carga de nieve por unidad de superficie en proyección horizontal, qn, se puede calcular mediante la siguiente expresión:

kn sq

En la expresión anterior: μ: coeficiente de forma de la cubierta.


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sk: valor característico de la carga de nieve sobre un terreno horizontal (Tabla 3.7) Se considerará que la nave industrial en cuya estructura se ubica el pórtico está fuertemente expuesta al viento. Esta circunstancia obliga a aumentar en un 20% la carga de nieve, según el punto 3 del artículo 3.5.1. Por otra parte se asume que la nieve puede deslizar sin obstáculos sobre la cubierta. De esta forma no es necesario considerar posibles masas de nieve acumuladas en los aleros, posibilidad que se contempla en el punto 5.

El coeficiente de forma es 1 según se deduce del subapartado 3.5.3, punto 2 (cubiertas con inclinación menor de 30 grados sin impedimento para el deslizamiento de la nieve). A continuación se deducirá el valor característico sk de carga de nieve sobre un terreno horizontal en el subapartado 3.5.2 del DB-SE-AE. Debido a que la nave no se encuentra localizada en una capital de provincia se utilizará el Anexo E del DB-SE-AE. En concreto en el mapa de la figura E.2 del DB-SE-AE se observa que Tudela está situada en la zona climática invernal 2. Con la zona climática invernal 2 y con la altitud de 264 m se acudirá a la tabla E.2. En esta tabla se observará que el valor característico se encontraría entre los 0,5 kN/m2 correspondientes a 200 m de altura y los 0,6 kN/m2 correspondientes a 400 m de altura. Realizando la interpolación entre los dos valores se obtiene un valor para sk de 0,53 kN/m2. Una vez conocido el valor de sk el cálculo de la carga distribuida que actúa sobre cada dintel de un pórtico intermedio se obtiene de la siguiente forma:

mkN18,3

04,8m

kN53,0m5m04,82,1q

2

n

Esta carga se considerará uniformemente repartida en los dinteles derecho e izquierdo del pórtico. Esta es la primera hipótesis de carga debida a la nieve.


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Figura 9: Representación de la carga en la hipótesis NIEVE SIMÉTRICA.

Además se deben contemplar otras dos hipótesis de nieve: 1. Se mantiene la carga calculada anteriormente en el dintel derecho y la del

dintel izquierdo se reduce a la mitad. 2. Se mantiene la carga calculada anteriormente en el dintel izquierdo y la

del dintel derecho se reduce a la mitad. Estas dos hipótesis contemplan la posibilidad del deshielo parcial de una de las dos vertientes de la cubierta de la nave, o tal vez, que el viento haya eliminado la nieve acumulada en una de las dos cubiertas, la derecha o la izquierda.

Figura 10: Representación de la carga en la hipótesis NIEVE ASIMÉTRICA

1.

1.5

90

1.5

90

3.1

803

.180

Y

Z


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Figura 11: Representación de la carga en la hipótesis NIEVE ASIMÉTRICA

2. En la siguiente figura se muestran las zonas climáticas del Anexo E del DB-SE-AE del CTE.

Figura 12: Zonas climáticas de invierno (figura E.2 del DB-SE-AE).

En la siguiente figura se muestran los valores de la sobrecarga de nieve sobre un terreno horizontal tal como se exponen en la Tabla E.2 del DB-SE-AE del CTE.

3.1

80 3

.18

0

1.5

90

1.5

90

Y

Z


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Figura 13: Sobrecarga de nieve en un terreno horizontal en función de la altitud de la ubicación de la nave y de la zona de clima invernal (Tabla E.2 del DB-SE-AE).

6. SOBRECARGA DE VIENTO.

Para el cálculo de la acción del viento se consultará el apartado 3.3 del DB-SE-AE. La acción del viento se considera equivalente a una presión estática, qe, que actúa sobre todos los puntos de una determinada superficie expuesta. La presión estática, qe, puede expresarse como:

pebe ccqq

En donde: qe es la presión estática del viento. Se trata del valor de la carga a aplicar expresada en kN/m2. qb es la presión dinámica en kN/m2. Para su cálculo se consultará el Anexo D del DB-SE-AE. ce es el coeficiente de exposición. Su valor se determinará a partir de lo indicado en el artículo 3.3.3 del DB-SE-AE. Este coeficiente es adimensional. cp es el coeficiente eólico o de presión. Este coeficiente puede tomar valores positivos (en viento empuja sobre la superficie) o negativos (el viento tira de la superficie). Los valores positivos se denominan de presión y los negativos de succión. Estos valores, para el caso de naves industriales, se deducen consultando el artículo 3.3.5 del DB-SE-AE.


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Presión dinámica Tras la consulta del Anexo D, Acción del viento, en concreto el punto 4 del apartado D.1, se concluye que para edificios situados en la zona B (Tudela, ver figura D.1, reproducida en la figura siguiente de este documento), la presión dinámica del viento que es de 0,45 kN/m2:

2b mkN45,0q

Figura 14: Valor básico de la velocidad del viento, vb, en función de la zona geográfica (Figura D.1 del DB-SE-AE). Coeficientes de exposición El coeficiente de exposición depende de la altura del punto considerado con respecto al suelo en cada fachada sobre la que incide el viento. Se considerará una altura Z para todas las barras (pilares y dinteles) igual a la altura de la cumbrera que es 5,8 metros. En realidad para los pilares laterales la altura Z es 5 m y en los dinteles 5,8 m. Debido a esta pequeña diferencia en la cota Z para pilares y dinteles se ha tomado el valor máximo de 5,8 m para los dos tipos de barras. El coeficiente de exposición ce para alturas sobre el terreno, Z, no mayores de 200 m, puede determinarse con la expresión:

k7FFce

En donde:


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L

Z,zmaxlnkF

En las expresiones anteriores k, L y Z son parámetros característicos de cada tipo de entorno que se consultan en la tabla D.2 del DB-SE-AE.

Figura 15: Coeficientes para cada tipo de entorno (Tabla D.2 del DB-SE-AE). En primer lugar se calculará el coeficiente de exposición exterior y después se determinará el coeficiente de exposición interior para tener en cuenta que el aire puede entrar por el portón frontal:

Coeficiente de exposición interior (el aire entra por el portón):

k = 0,22, Z = 1,6 m, z = 5 m, L = 0,3 m.

619,0

3,0

6,1,5maxln22,0

L

Z,zmaxlnkF

336,122,07619,0619,0k7FFceINT

Coeficiente de exposición exterior (pilares y dinteles):

k = 0,22, Z = 5,8 m, z = 5 m, L = 0,3 m.

6516,0

3,0

8.5,5maxln22,0

L

Z,zmaxlnkF

428,122,076516,06516,0k7FFceEXT


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Para el cálculo del coeficiente de exposición interior se ha considerado la altura media del portón que es 1,6 m. Considerando la altura máxima de 3,2 m se obtendría el mismo resultado al ser menor de 5 metros. Se puede comprobar que los valores obtenidos anteriormente para los coeficientes de exposición exterior e interior son ligeramente superiores a los que se obtendrían utilizando la tabla 3.4 del DB-SE-AE. Coeficientes eólicos o de presión exterior Los coeficientes de presión exterior toman distintos valores en función de la dirección del viento y para una misma dirección toman valores distintos según se trate de elementos situados en los laterales (paramentos verticales) o elementos situados en la cubierta. El cálculo de los coeficientes de presión exterior se dividirá en los siguientes apartados:

SITUACIONES DE CÁLCULO DE LOS COEFICIENTES DE PRESIÓN EXTERIOR

Viento a 0 grados. En los laterales.

En la cubierta.

Viento a 90 grados. En los laterales.

En la cubierta.

Tabla 1: Distintas situaciones de cálculo de los coeficientes de presión exterior. Debido a la simetría de la nave los coeficientes de presión exterior para las direcciones de 180 y 270 grados deben ser los mismos que los que se calculen para las direcciones de 0 y 90 grados. Para el cálculo de los coeficientes de presión exterior cuando el viento sopla a 0 grados o a 180 grados se utilizará la tabla D.3 del DB-SE-AE reproducida en la figura siguiente:


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Figura 16: Coeficientes de presión para paramentos verticales de construcciones diáfanas con cubierta a dos aguas (Tabla D.3 del DB-SE-AE).


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Coeficientes de presión exterior. Viento a 0°. Laterales. En este apartado se calcularán los coeficientes de presión exterior aplicables a las zonas D y E. Se utilizará la primera subfila de la tabla D.3 del DB-SE-AE ya que las superficies donde incide en aire son mayores o iguales a 10 m2. El valor de h/d para la nave objeto de este cálculo es 0,3625 (h es la altura de la cumbrera, 5,8 metros y d es la anchura de la nave, 16 metros). Los valores de los coeficientes de presión exterior para esta hipótesis se obtienen en la tabla D.3 por interpolación. Los resultados obtenidos son los siguientes:

Zona D: cpEXT = 0,715 Zona E: cpEXT = -0,33

Para la evaluación de las acciones del pórtico intermedio sólo se necesitan los coeficientes para las zonas D y E que se acaban de determinar. Sin embargo con miras a un cálculo de las acciones en todos los pórticos se realizará a continuación el cálculo de los coeficientes de presión exterior para las 5 zonas A, B, C, D y E. Para obtener una de las dimensiones de las zonas A, B y C se precisa el cálculo del parámetro e:

h2,bmine

En este caso, en la fórmula anterior, b es la longitud de la nave (50 metros) y la h es la altura de coronación de la nave, 5,8 m. Es decir, e es el mínimo valor entre la b y dos veces la altura de la nave:

m6,118,52,16mine

A partir del cálculo de e se determinar la longitud de las zonas A, B y C. La anchura de estas zonas se considera que es la altura del lateral (5 metros). En la siguiente tabla se resumen las dimensiones de estas zonas y se calcula su superficie:

DIMENSIÓN DENOMINACIÓN DE LAS ZONAS LATERALES

A B C D E

ANCHURA (m) 5 5 5 5 5

LONGITUD (m) 1,16 10,44 4,4 50 50

AREA (m2) 5,8 52,2 22 250 250

Tabla 2: Dimensiones de las zonas de los laterales. Viento a 0º. En la siguiente tabla se resumen los datos utilizados para la deducción de los coeficientes de presión exterior e interior en los paramentos verticales:


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PARÁMETRO VALOR UNIDAD

b 50 m

d 16 m

h 5,8 m

e = min(b,2h) 11,6 m

h/d 0,3625

AA 5,8 m2

AB 52,2 m2

AC 22 m2

AD 250 m2

AE 250 m2

Tabla 3: Parámetros de las zonas laterales. Viento a 0º. En la siguiente tabla se resumen los resultados para los coeficientes de presión exterior el los paramentos verticales cuando el viento sopla a 0 grados:

VIENTO A 0 GRADOS

COEFICIENTES DE PRESIÓN EXTERIOR. PARAMENTOS VERTICALES.

A (m2) h/d ZONA

A B C D E

10 0,3625 -1,2 -0,8 -0,5 0,715 -0,33

5,8 0,3625 -1,28

5 0,3625 -1,3

Tabla 4: Cálculo de los coeficientes de presión exterior en las zonas laterales. Viento a 0º.

Los valores a considerar se indican en cursiva.

En la siguiente figura se tiene una representación a escala de las zonas A, B, C, D y E en las que se calcula el coeficiente de presión en los laterales de la nave. La zona E se corresponde con la fachada de sotavento.


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VIENTO A 0º B

D

C

A

E

Figura 17: Situación de las zonas A, B, C, D y E en los laterales de la nave. En la siguiente figura se muestran las longitudes de las zonas A, B y C. Estas longitudes se utilizan para calcular el área de influencia de estas zonas. Para todas las áreas se ha considerado que la altura es 5 metros.

1,16 10,44 4,4

A B C

Figura 18: Longitud en metros de las zonas A, B y C de cálculo del coeficiente de presión en el frontal de la nave. Coeficientes de presión exterior. Viento a 0°. Cubierta. En este apartado se calculan los coeficientes de presión exterior en la cubierta cuando el viento sopla a 0 grados. Este cálculo se basa en la tabla D.6 a del DB-SE-AE.


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Figura 19: Coeficientes de presión para cubiertas a dos aguas: Viento a 0 grados. (Tabla D.6a del DB-SE-AE).


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En primer lugar se calcula el valor de e:

h2,bmine

En esta fórmula, la b es la longitud de la nave (50 metros) y la h es la altura de coronación de la nave, 5,8 m. Es decir, e es el mínimo valor entre la b y dos veces la altura de la nave:

m6,118,52,50mine

En las siguientes tablas se resumen los datos de partida para el acceso a la tabla D.6 a:


b 50 m

d 16 m

h 5,8 m

e = min(b,2h) 11,6 m

h/d 0,3625

5,71 grados

Tabla 5: Parámetros de las zonas de cubierta. Viento a 0º.

DIMENSIÓN ZONA

F G H I J

ANCHURA (m) 1,16 1,16 6,84 6,84 1,16

LONGITUD (m) 2,9 44,2 50 50 50

AREA (m2) 3,364 51,272 342 342 58

Tabla 6: Dimensiones de las zonas de cubierta. Viento a 0º. Y en la tabla siguiente se indican los coeficientes de presión exterior en las distintas zonas de la cubierta. De acuerdo a la tabla D.6 a se deduce que el viento puede actuar según dos formas ya que se proporcionan 2 coeficientes distintos. Por este motivo se necesita desdoblar los coeficientes en dos hipótesis que se han denominado A y B.


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COEFICIENTES DE PRESIÓN EXTERIOR. CUBIERTA.

A (m2) ZONA

F G H I J Hip A Hip B Hip A Hip B Hip A Hip B Hip A Hip B Hip A Hip B

5º 10 -1,7 0 -1,2 0 -0,6 0 -0,6 -0,6 0,2 -0,6

1 -2,5 0 -2 0 -1,2 0 -0,6 -0,6 0,2 -0,6

5,71º

10 -1,64 0,01 -1,17 0,01 -0,58 0,01 -0,59 -0,56 0,11 -0,56

3,364 -2,24 0,01

1 -2,46 0,01

15º 10 -0,9 0,2 -0,8 0,2 -0,3 0,2 -0,4 0 -1 0

1 -2 0,2 -1,5 0,2 -0.3 0,2 -0,4 0 -1,5 0

Tabla 7: Cálculo de los coeficientes de presión exterior en las zonas de cubierta. Viento a 0º.

Se ha necesitado realizar varias interpolaciones. Los coeficientes que se han obtenido se indican en cursiva. En la siguiente figura se muestran las zonas F, G, H, I y J de la cubierta así como sus dimensiones en proyección horizontal expresadas en metros.


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Figura 20: Longitudes en metros de las zonas F, G, H, I y J de la cubierta de la nave cuando el viento sopla a 0 grados. Coeficientes de presión exterior. Viento a 90°. Laterales. La tabla a utilizar para este cálculo es de nuevo la D.3 del DB-SE-AE. De acuerdo a esta tabla los paramentos laterales se dividen 5 zonas A, B, C, D y


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E. Para obtener una de las dimensiones de las zonas A, B y C se precisa el cálculo del parámetro e:

h2,bmine

En este caso, en la fórmula anterior, b es la anchura de la nave (16 metros) y la h es la altura de coronación de la nave, 5,8 m. Es decir, e es el mínimo valor entre la b y dos veces la altura de la nave:

m6,118,52,16mine

A partir del cálculo de e se determinar la longitud de las zonas A, B y C. La anchura de estas zonas se considera que es la altura del lateral (5 metros). En la siguiente tabla se resumen las dimensiones de estas zonas y se calcula su superficie:

DIMENSIÓN ZONA

A B C D E

ANCHURA (m) 5 5 5 5,4 5,4

LONGITUD (m) 1,16 10,44 38,4 16 16

AREA (m2) 5,8 52,2 192 86,4 86,4

Tabla 8: Dimensiones de las zonas laterales. Viento a 90º. En la siguiente tabla se resumen los parámetros necesarios para poder determinar en la tabla D.3 los coeficientes de presión exterior para este caso:


b 16 m

d 50 m

h 5,8 m

e = min(b,2h) 11,6 m

h/d 0,116

AA 5,8 m2

AB 52,2 m2

AC 192 m2

AD 86,4 m2

AE 86,4 m2

Tabla 9: Parámetros de las zonas laterales. Viento a 90º. En la siguiente tabla se resumen los resultados para los coeficientes de presión exterior el los paramentos verticales cuando el viento sopla a 90 grados. Con excepción de la zona A todas las demás zonas entren dentro de


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la subfila de h/d menor o igual a 0,25, por lo que no se ha necesitado interpolar. La interpolación en el caso de la zona A ha sido trivial puesto que los valores de los extremos son iguales.

VIENTO A 90 GRADOS

COEFICIENTES DE PRESIÓN EXTERIOR. PARAMENTOS VERTICALES.

A (m2) h/d ZONA

A B C D E

10 0,3625 -1,2 -0,8 -0,5 0,7 -0,3

5,8 0,3625 -1,284

5 0,3625 -1,3

Tabla 10: Cálculo de los coeficientes de presión exterior en las zonas laterales. Viento a 90º.

Los valores obtenidos para las distintas zonas se han resaltado en cursiva.

En la figura siguiente aparecen las marcas de las zonas A, B, C, D y E en los laterales de la nave definidas anteriormente y utilizadas para el cálculo de los coeficientes de presión exterior.

VIENTO A 90ºA

B

C

D

E

Figura 21: Situación de las zonas A, B, C, D y E en los laterales de la nave para determinar los coeficientes de presión cuando el viento sopla a 90º. En la siguiente figura se indican las longitudes de las zonas A, B y C. Las alturas son 5 metros.


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A

1,16 10,44 38,4

B CA B C

Figura 22: Longitudes en metros de las zonas A, B y C del lateral de la nave cuando el viento sopla a 90 grados. Coeficientes de presión exterior. Viento a 90°. Cubierta. Finalmente, en lo que respecta al cálculo de los coeficientes de presión exterior, en la tabla siguiente se indican los resultados en las distintas zonas de la cubierta. Se ha utilizado la tabla D.6 b.


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Figura 23: Coeficientes de presión para cubiertas a dos aguas: Viento a 90 grados. (Tabla D.6b del DB-SE-AE). En la siguiente tabla se resumen las dimensiones de estas zonas y se calcula su superficie:

DIMENSIÓN ZONA

F G H I

ANCHURA (m) 2,9 5,1 8 8

LONGITUD (m) 1,16 1,16 5,8 43,04

AREA (m2) 3,364 5,916 46,4 344,32

Tabla 11: Dimensiones de las zonas en la cubierta. Viento a 90º. En la siguiente tabla se resumen los parámetros necesarios para poder determinar en la tabla D.3 los coeficientes de presión exterior para este caso:


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b 16 m

d 50 m

h 5,8 m

e = min(b,2h) 11,6 m

h/d 0,116

AF 3,364 m2

AG 5,916 m2

AH 46,4 m2

AI 344,32 m2

Tabla 12: Parámetros de las zonas de cubierta. Viento a 90º. Y, finalmente, en la siguiente tabla se presentan los resultados que se obtienen, en los casos de las superficies F y G mediante interpolación, para los coeficientes de presión exterior en este caso.

COEFICIENTES DE PRESIÓN EXTERIOR.

VIENTO A 90 º. CUBIERTA.

A (m2) ZONA

F G H I

5º 10 -1,8 -1,2 -0,7 -0,6

1 -2,5 -2

5,71º

10 -1,76 -1,21 -0,69 -0,59

5,916 -1,57

3,364 -2,27

1 -2,46 -2

15º 10 -1,3 -1,3 -0,6 -0,5

1 -2 -2

Tabla 13: Cálculo de los coeficientes de presión exterior en las zonas de cubierta. Viento a 90º.

Se ha necesitado realizar varias interpolaciones, en particular en las zonas F y G. Los coeficientes obtenidos como resultado se indican en cursiva.


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VIENTO A 90ºA

B

C

D

E

I

I

H

HGF

F

G

Figura 24: Situación de las zonas F, G, H e I en la cubierta de la nave para determinar los coeficientes de presión cuando el viento sopla a 90º.

43,045,81,16

2,9

5,1

5,1

2,9

F

F

G

G

H

H I

IVIENTO A 90º

Figura 25: Longitudes en metros de las zonas F, G, H e I de la cubierta de la nave cuando el viento sopla a 90 grados.

Coeficientes de presión interior. Viento a 90° y 270º. Si el edificio presenta grandes huecos la acción de viento genera, además de presiones en el exterior, presiones o succiones en el interior, que se suman a las anteriores. El coeficiente eólico de presión interior, cpINT, se considera único en todos los paramentos interiores del edificio. La nave utilizada en esta exposición dispone de un portón en el frontal de 5 x 3,2 metros que ocasionalmente puede estar abierto. De ahí la necesidad de


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contemplar el cálculo de los coeficientes de presión interior. Para esto se acudirá a la tabla 3.6 y a la figura 3.1 del DB-SE-AE. La máxima presión interior se produce estando todos los huecos abiertos en la cara en la que azota el viento (barlovento), y el resto de huecos cerrados. La máxima succión interior se crea cuando se tienen abiertos todos los huecos a sotavento y el resto cerrados. Para determinar estas presiones positivas y negativas se utilizará la tabla 3.6 mencionada anteriormente. Para utilizarla se necesita calcular previamente la esbeltez de la nave según la dirección del viento. Si el viento sopla por cualquiera de los dos laterales (a 0 o 180 grados), tiene que desplazarse los 16 metros de anchura de la nave, y superar una altura de 5,8 metros. La esbeltez en estos casos es 5,8/16, menor que 1. Si el viento sopla por cualquiera de los dos frontales (a 90 o 270 grados) se tiene que desplazar 50 metros de longitud y superar una altura de 5,8 metros. La esbeltez en este caso es 5,8/50, también menor que 1. Tras los cálculos anteriores se deduce que se utilizará la primera fila de la tabla 3.6, la esbeltez en los planos paralelos al viento es menor que 1.

COEFICIENTES DE PRESIÓN INTERIOR

DESCRIPCIÓN cpINT

Máxima presión interior. 0,7

Máxima succión interior. -0,5

Tabla 14: Coeficientes de presión interior. Cálculo de la presión estática. Una vez determinada la carga dinámica del viento, los coeficientes de exposición exterior e interior y los coeficientes de presión exterior e interior se puede determinar la presión estática en las distintas zonas del edificio. Esta determinación se hará para la totalidad de las zonas. Posteriormente se extraerán las zonas que intervienen en el cálculo de las acciones del pórtico intermedio. El cálculo se va a realizar separadamente para las siguientes 7 hipótesis:

a. H1: viento a 0 grados, hipótesis A de acción sobre la cubierta, máxima presión interior.

b. H2: viento a 0 grados, hipótesis A de acción sobre la cubierta, máxima succión interior.

c. H3: viento a 0 grados, hipótesis B de acción sobre la cubierta, máxima presión interior.


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d. H4: viento a 0 grados, hipótesis B de acción sobre la cubierta, máxima succión interior.

e. H5: viento a 90 grados, máxima presión interior. f. H6: viento a 90 grados, máxima succión interior. g. H7: viento a 270 grados, máxima presión interior.

Para el cálculo de la presión estática total sobre una determinada zona se ha utilizado la siguiente expresión genérica:

pINTeINTpEXTeEXTbe ccccqq

En la siguiente tabla se exponen los resultados del cálculo de la carga estática equivalente a la acción del viento en las distintas zonas de la nave industrial para la hipótesis H1 (viento a 0 grados, hipótesis A de acción del viento sobre la cubierta, máxima presión interior).

HIPÓTESIS Presión dinámica del viento (kN/m2) qb 0,45

H1 0º MPI Coeficiente de exposición (ce)

ceEXT 1,428

Hip. A ceINT 1,336

ZONA cp qe (kN/m

2)

EXTERIOR INTERIOR EXTERIOR INTERIOR TOTAL

A -1,28 0 -0,823 0,000 -0,823

B -0,8 0 -0,514 0,000 -0,514

C -0,5 0 -0,321 0,000 -0,321

D 0,715 0 0,459 0,000 0,459

E -0,33 0 -0,212 0,000 -0,212

F -2,24 0 -1,439 0,000 -1,439

G -1,17 0 -0,752 0,000 -0,752

H -0,58 0 -0,373 0,000 -0,373

I -0,59 0 -0,379 0,000 -0,379

J 0,11 0 0,071 0,000 0,071

Tabla 15: Carga estática equivalente a la acción del viento. Hipótesis H1: viento a 0 grados, máxima presión interior, hipótesis A.

La hipótesis de máxima presión interior tiene en cuenta la posibilidad de que todos los huecos situados a sotavento estén abiertos y el resto cerrados. En el caso de la nave que se está calculando esta hipótesis equivale a suponer que el portón está cerrado ya que no existen huecos en los laterales. En la tabla siguiente se exponen los resultados del cálculo de la carga estática equivalente a la acción del viento en las distintas zonas de la nave industrial para la hipótesis H2 (viento a 0 grados, hipótesis A de acción del viento sobre la cubierta, máxima succión interior). Con esta hipótesis de máxima succión interior se ha tenido en cuenta la posibilidad de que todos los huecos situados a sotavento estén cerrados y el resto abiertos. En el caso de la nave que se está calculando esta hipótesis equivale a suponer que el portón esté abierto, ya que no existen huecos en el lateral desde donde incide el aire.


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H2 0º MSI Coeficiente de exposición (ce)

ceEXT 1,428

Hip. A ceINT 1,336

ZONA cp qe (kN/m

2)


A -1,28 -0,5 -0,823 -0,301 -0,522

B -0,8 -0,5 -0,514 -0,301 -0,213

C -0,5 -0,5 -0,321 -0,301 -0,021

D 0,715 -0,5 0,459 -0,301 0,760

E -0,33 -0,5 -0,212 -0,301 0,089

F -2,24 -0,5 -1,439 -0,301 -1,139

G -1,17 -0,5 -0,752 -0,301 -0,451

H -0,58 -0,5 -0,373 -0,301 -0,072

I -0,59 -0,5 -0,379 -0,301 -0,079

J 0,11 -0,5 0,071 -0,301 0,371

Tabla 16: Carga estática equivalente a la acción del viento. Hipótesis H2: viento a 0 grados, máxima succión interior, hipótesis A.

En la siguiente tabla se resume el cálculo de la carga estática equivalente relativos a la hipótesis H3 (viento a 0 grados, hipótesis B de acción del viento sobre la cubierta, máxima presión interior). Esta hipótesis es equivalente a la H1 (aire que incide desde el lateral izquierdo estando el portón cerrado) con la diferencia de considerar en este caso la hipótesis B de posibilidad de carga del viento en la cubierta.


H3 0º MPI Coeficiente de exposición (ce)

ceEXT 1,428

Hip. B ceINT 1,336

ZONA cp qe (kN/m

2)


A -1,28 0 -0,823 0,000 -0,823

B -0,8 0 -0,514 0,000 -0,514

C -0,5 0 -0,321 0,000 -0,321

D 0,715 0 0,459 0,000 0,459

E -0,33 0 -0,212 0,000 -0,212

F 0,01 0 0,006 0,000 0,006

G 0,01 0 0,006 0,000 0,006

H 0,01 0 0,006 0,000 0,006

I -0,56 0 -0,360 0,000 -0,360

J -0,56 0 -0,360 0,000 -0,360

Tabla 17: Carga estática equivalente a la acción del viento. Hipótesis H3: viento a 0 grados, máxima presión interior, hipótesis B.

La siguiente tabla contiene los resultados del cálculo de la carga estática equivalente a la acción del viento en las distintas zonas de la nave industrial (laterales y cubierta) para la hipótesis H4 (viento a 0 grados, hipótesis B de


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acción del viento sobre la cubierta, máxima succión interior). Esta hipótesis es equivalente a la H2 (aire que incide desde el lateral izquierdo estando el portón abierto) con la diferencia de considerar en este caso la hipótesis B de posibilidad de carga del viento en la cubierta.


H4 0º MSI Coeficiente de exposición (ce)

ceEXT 1,428

Hip. B ceINT 1,336

ZONA cp qe (kN/m

2)


A -1,28 -0,5 -0,823 -0,301 -0,522

B -0,8 -0,5 -0,514 -0,301 -0,213

C -0,5 -0,5 -0,321 -0,301 -0,021

D 0,715 -0,5 0,459 -0,301 0,760

E -0,33 -0,5 -0,212 -0,301 0,089

F 0,01 -0,5 0,006 -0,301 0,307

G 0,01 -0,5 0,006 -0,301 0,307

H 0,01 -0,5 0,006 -0,301 0,307

I -0,56 -0,5 -0,360 -0,301 -0,059

J -0,56 -0,5 -0,360 -0,301 -0,059

Tabla 18: Carga estática equivalente a la acción del viento. Hipótesis H4: viento a 0 grados, máxima succión interior, hipótesis B.

En la siguiente tabla se encuentran los resultados para la hipótesis H5 (viento a 90 grados, máxima presión interior). Equivale a considerar que el aire incide desde la parte posterior estando el portón cerrado.


H5 90º Coeficiente de exposición (ce)

ceEXT 1,428

MPI ceINT 1,336

ZONA cp qe (kN/m

2)


A -1,3 0 -0,835 0,000 -0,835

B -0,8 0 -0,514 0,000 -0,514

C -0,5 0 -0,321 0,000 -0,321

D 0,7 0 0,450 0,000 0,450

E -0,3 0 -0,193 0,000 -0,193

F -2,27 0 -1,459 0,000 -1,459

G -1,57 0 -1,009 0,000 -1,009

H -0,69 0 -0,443 0,000 -0,443

I -0,59 0 -0,379 0,000 -0,379

Tabla 19: Carga estática equivalente a la acción del viento. Hipótesis H5: viento a 90 grados, máxima presión interior.

La siguiente tabla contiene los resultados para la hipótesis H6 (viento a 90 grados, máxima succión interior). Equivale a considerar que el aire incide desde la parte posterior estando el portón abierto.


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ceEXT 1,428

MSI ceINT 1,336

ZONA cp qe (kN/m

2)


A -1,3 -0,5 -0,835 -0,301 -0,535

B -0,8 -0,5 -0,514 -0,301 -0,213

C -0,5 -0,5 -0,321 -0,301 -0,021

D 0,7 -0,5 0,450 -0,301 0,750

E -0,3 -0,5 -0,193 -0,301 0,108

F -2,27 -0,5 -1,459 -0,301 -1,158

G -1,57 -0,5 -1,009 -0,301 -0,708

H -0,69 -0,5 -0,443 -0,301 -0,143

I -0,59 -0,5 -0,379 -0,301 -0,079

Tabla 20: Carga estática equivalente a la acción del viento. Hipótesis H6: viento a 90 grados, máxima succión interior.

Finalmente, en la siguiente tabla se tienen los resultados para la hipótesis H7 (viento a 270 grados, máxima presión interior) equivalente a considerar que el viento incide desde el frontal anterior, donde está el portón, estando éste abierto.



ceEXT 1,428

MPI ceINT 1,336

ZONA cp qe (kN/m

2)


A -1,3 0,7 -0,835 0,421 -1,256

B -0,8 0,7 -0,514 0,421 -0,935

C -0,5 0,7 -0,321 0,421 -0,742

D 0,7 0,7 0,450 0,421 0,029

E -0,3 0,7 -0,193 0,421 -0,614

F -2,27 0,7 -1,459 0,421 -1,880

G -1,57 0,7 -1,009 0,421 -1,430

H -0,69 0,7 -0,443 0,421 -0,864

I -0,59 0,7 -0,379 0,421 -0,800

Tabla 21: Carga estática equivalente a la acción del viento. Hipótesis H7: viento a 270 grados, máxima presión interior.

Resumen de cargas debidas al viento en el pórtico intermedio. En este apartado se resumen las cargas debidas al viento por zonas que afectan al pórtico intermedio y se realiza una representación gráfica de las distribuciones correspondientes. En la siguiente tabla se recogen los valores de las cargas uniformes lineales a aplicar en las distintas zonas de los pilares


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y dinteles para cada una de las 7 hipótesis consideradas. Para obtener el valor de la carga lineal se ha multiplicado el valor de la carga superficial por el ancho de banda de 5 metros.

CARGAS A APLICAR POR ZONA E HIPÓTESIS, qe (kN/m)

ZONA H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7

A

B

C -1,61 -0,10 -3,71

D 2,30 3,80 2,30 3,80

E -1,06 0,44 -1,06 0,44

F

G -3,76 -2,26 0,03 1,54

H -1,86 -0,36 0,03 1,54

I -1,90 -0,39 -1,80 -0,30 -1,90 -0,39 -4,00

J 0,35 1,86 -1,80 -0,30

Tabla 22: Resumen de cargas lineales a aplicar en las distintas zonas del pórtico intermedio por hipótesis.

En las siguientes figuras se pueden apreciar las distribuciones de carga lineales en las distintas zonas de las barras del pórtico intermedio.

Figura 26: Cargas distribuidas en las zonas D, E, G, H, I y J del pórtico intermedio. Hipótesis H1: viento a 0º, MPI, hipótesis A.

2.300

2.300

1.060

1.0603.7

60

3.7

60

1.8

60

1.8

60

1.9

001

.900

0.3

50

0.3

50

Y

Z


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Figura 27: Cargas distribuidas en las zonas D, E, G, H, I y J del pórtico intermedio. Hipótesis H2: viento a 0º, MSI, hipótesis A.

Figura 28: Cargas distribuidas en las zonas D, E, G, H, I y J del pórtico intermedio. Hipótesis H3: viento a 0º, MPI, hipótesis B.

Figura 29: Cargas distribuidas en las zonas D, E, G, H, I y J del pórtico intermedio. Hipótesis H4: viento a 0º, MSI, hipótesis B.

3.800

3.800

0.440

0.440

2.2

60

2.2

60

0.3

60

0.3

60

0.3

90

0.3

90

1.8

60

1.8

60

Y

Z

2.300

2.300

1.060

1.060

0.030

0.030

0.030

0.030

1.8

001

.800

1.8

00

1.8

00

Y

Z

3.800

3.800

0.440

0.440

1.5

40

1.5

40

1.5

40

1.5

40

0.3

00

0.3

00

0.3

00

0.3

00

Y

Z


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Figura 30: Cargas distribuidas en las zonas C (laterales) e I (cubierta) del pórtico intermedio. Hipótesis H5: viento a 90º, MPI.

Figura 31: Cargas distribuidas en las zonas C (laterales) e I (cubierta) del pórtico intermedio. Hipótesis H6: viento a 90º, MSI.

Figura 32: Cargas distribuidas en las zonas C (laterales) e I (cubierta) del pórtico intermedio. Hipótesis H6: viento a 270º, MPI.

1.610

1.610

1.610

1.610

1.9

00

1.9

00

1.9

001

.900

Y

Z

0. 100

0. 100

0. 100

0. 100

0.3

90

0.3

90

0.3

90

0.3

90

Y

Z

3.710

3.710

3.710

3.710

4

4

4

4

Y

Z


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BIBLIOGRAFÍA

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Documento Básico de Seguridad Estructural – Acciones en la

Edificación.

CYPE Ingenieros; “Nuevo Metal 3D, software de cálculo de estructuras

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