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Máster de Especialización en Estructuras Metálicas y Mixtas Recorrido americano

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Máster de Especialización en Estructuras Metálicas y Mixt as Máster B2 Naves Na ves indust riales T1 Configuración estructural, nave industrial P1 Introducción al pórtico

Índice ndi ce de conte con tenid nidos os 1

Intro Int rodu du cció cc ió n ................ ......................... .................. ................. ................. .................. ................. ................. ................. ................. .................. ................. ................. .................. ........... 3

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Reseña Reseñ a hist hi stór óric ica a ................. ......................... ................. .................. ................. ................. ................. ................. .................. ................. ................. .................. ................. ........... ... 4

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2.1

Antigua Grecia ........................................................................................................................ 4

2.2

Época Romana ................... ...................................... ....................................... ........................................ ....................................... ....................................... ........................ 6

2.3

El pórtico a lo largo del tiempo ............................................................................................... 9

2.4

Aparición de un nuevo material: el acero ............................................................................. 10

2.5

Edificios en altura ................................................................................................................. 14

2.6

Pórticos triarticulados ........................................................................................................... 15

2.7

Arquitectura Arquitectu ra inglesa .................. ..................................... ....................................... ........................................ ........................................ ................................. ............. 17

2.8

Arquitectura moderna ........................................................................................................... 18

2.9

Resumen .............................................................................................................................. 19

Nave Indus Ind ustr trial ial ................. ......................... ................. .................. ................. ................. .................. ................. ................. ................. ................. .................. ................. ............ .... 20 3.1

Introducción .......................................................................................................................... 20

3.2

Una visión de conjunto ......................................................................................................... 21

3.3

La piel envolvente................................................................................................................. 23

3.4

La cubierta ............................................................................................................................ 33

3.5

Elementos resistentes .......................................................................................................... 38

3.6

Pórtico .................................................................................................................................. 48

3.7

Muros piñones /hastiales ...................................................................................................... 53

3.8

Arriostramiento general ........................................................................................................ 56

3.9

Detalle final ........................................................................................................................... 61

© Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita. (Rev.0)


Índice ndi ce de conte con tenid nidos os 1

Intro Int rodu du cció cc ió n ................ ......................... .................. ................. ................. .................. ................. ................. ................. ................. .................. ................. ................. .................. ........... 3

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Reseña Reseñ a hist hi stór óric ica a ................. ......................... ................. .................. ................. ................. ................. ................. .................. ................. ................. .................. ................. ........... ... 4

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2.1

Antigua Grecia ........................................................................................................................ 4

2.2

Época Romana ................... ...................................... ....................................... ........................................ ....................................... ....................................... ........................ 6

2.3

El pórtico a lo largo del tiempo ............................................................................................... 9

2.4

Aparición de un nuevo material: el acero ............................................................................. 10

2.5

Edificios en altura ................................................................................................................. 14

2.6

Pórticos triarticulados ........................................................................................................... 15

2.7

Arquitectura Arquitectu ra inglesa .................. ..................................... ....................................... ........................................ ........................................ ................................. ............. 17

2.8

Arquitectura moderna ........................................................................................................... 18

2.9

Resumen .............................................................................................................................. 19

Nave Indus Ind ustr trial ial ................. ......................... ................. .................. ................. ................. .................. ................. ................. ................. ................. .................. ................. ............ .... 20 3.1

Introducción .......................................................................................................................... 20

3.2

Una visión de conjunto ......................................................................................................... 21

3.3

La piel envolvente................................................................................................................. 23

3.4

La cubierta ............................................................................................................................ 33

3.5

Elementos resistentes .......................................................................................................... 38

3.6

Pórtico .................................................................................................................................. 48

3.7

Muros piñones /hastiales ...................................................................................................... 53

3.8

Arriostramiento general ........................................................................................................ 56

3.9

Detalle final ........................................................................................................................... 61


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1 Introducción Hemos creído conveniente, como prefacio a la descripción de las configuraciones estructurales actuales, hacer una pequeña reseña histórica del concepto del pórtico . Podríamos decir que el pórtico es seguramente una de las configuraciones estructurales más antiguas. Desde sus primeros usos ha servido de soporte para las construcciones de cubierta así como de elemento de compartimentación de espacios tanto en el plano horizontal como en vertical. En estos primeros apartados haremos un barrido barrido cronol ógico desde ógico desde las épocas clásicas hasta la actualidad, analizando las tipológicas de pórticos empleadas y los usos correspondientes. No nos olvidaremos de los materiales empleados y se destacarán algunos de los nombres propios más importantes. Posteriormente analizaremos el funcionamiento de una nave industrial actual frente a solicitaciones varias, dando un enfoque claramente conceptual y práctico. Para ello se descompondrá una nave industrial en sus planos constituyentes y conoceremos la función que cada uno de ellos desempeña dentro de la estructura global.


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2 Reseña histórica Empezaremos nuestro repaso histórico por la arquitectura de la antigua Grecia y Roma. Verán que los principios fundamentales de esta época clásica son totalmente extensibles a los siglos posteriores. Seguiremos analizando el siglo XIX, un siglo arquitectónicamente muy interesante. Por último terminaremos comentando las tipologías de pórticos actuales enumerando sus características principales.

2.1 Antigua Grecia Nos situamos en la Antigua Grecia. Con esta denominación se conoce al periodo histórico comprendido entre el 1200 aC y el 146 aC y a la civilización más avanzada de occidente. Encontramos sus orígenes entre los años 2000 y 1400 aC en la isla de Creta, que fue desplazada por la micénica. Posteriormente a esta última le sucederían tribus de origen indoeuropeas, los jonios, aqueos y dorios que llegaron a la península en hornadas estableciéndose en los valles y costas. Estos pueblos origen de la cultura griega se extendieron por las islas del mar Egeo y se afianzaron en la costa oriental del Asia menor. Esta voluntad de dispersión geográfica y a la vez de afianzamiento en un territorio, desembocó en la aparición de las primeras ciudades . Respecto a lo que realmente nos interesa, podemos afirmar que la obra arquitectónica más emblemática de la Grecia antigua es el templo. Estas edificaciones con configuraciones rectangulares se levantaron en honor a los dioses a los que veneraban y se caracterizaban por su simplicidad ya que se disponían en una única sala alargada y un pórtico. Otro claro ejemplo de su simplicidad es la armonía de las obras, basada en una repetición continua del sistema columna-entablado. Por lo tanto la sistemática griega se basaba en el uso de un sistema sostenedor formado por columnas y un sistema sostenido formado por los dinteles. La exclusividad de estas construcciones la aportan los elementos decorativos, la forma de las columnas y sus capiteles, la configuración del entablado y las proporciones de los diferentes elementos. De esta manera se configuran los estilos dórico, jónico y corintio,


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que aunque diferentes entre sí, tienen un denominador común: el uso de grandes volúm enes de piedra. Seguidamente veremos este patrón arquitectónico reflejado en diferentes edificaciones griegas que han llegado a nuestros días en un estado de conservación óptimo como son el templo de Apolo, el Erecteion y las famosas Cariátides.

Video 2.1 Patrón en la arqui tectur a griega (Cariáti des, Grecia)


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2.2 Época Romana El concepto ya planteado en la cultura griega de la estructura aporticada formada por columna y dintel es implementado de nuevo en la cultura romana. Los romanos fueron capaces de partir de un sistema que ya funcionaba y de mejorarlo, sobre todo a través de un mejor conocimiento de la distribución de esfuerzos en los diferentes elementos. De esta manera se construyeron dinteles más ligeros y columnas más esbeltas como paso previo al uso de dinteles en forma de arco. Analizamos el Panteón de Agripa en Italia donde veremos reflejados las grandes aportaciones de los romanos en sus construcciones.

Video 2.2 Evolución estructura aportic ada por los romanos (panteón de Agri pa, Italia)

2.2.1 El primer concreto Es en esta época, concretamente en el segundo periodo de la historia de Roma (periodo Imperial S.II aC), donde encontramos el origen del hormigón ( concr eto) actual conocido como “opus caementicium”, material, como todos sabemos, revolucionario en la historia de la construcción.


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El hormigón romano presentaba unas características ó ptimas . La composición del mismo abarcaba desde la tierra volcánica de la zona de Pozzuoli en las faldas del Vesubio junto con arena y piedras, todo ello amasado con cal. De esta manera se obtenía una mezcla que endurecía incluso bajo el agua pudiéndose emplear en obras portuarias, depósitos, cimentaciones húmedas y como revestimiento de acueductos. Como muestra de la gran calidad y durabilidad de las obras romanas son las numerosas edificaciones que hoy en día podemos disfrutar entre las que podemos destacar el Panteón de Agripa. Comentaremos otras construcciones emblemáticas como son el Circo Romano y el Pont du Gard en Francia.

Video 2.3 Opus caementici um, origen del conc reto (Pont du Gard, Francia)

Fue Vitruvio quien dejó por escrito las bondades de este material y su composición en uno de sus diez libros “De architectura”: “Una vez la cal esté apagada, se mezclará con arena, poniendo tres partes de arena por una de cal. Si fuera arena marina o fluvial, con dos partes será suficiente y se mezclará con ladrillos molidos, obteniendo un material aún mejor por su uso”


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Con el descubrimiento de este nuevo material con unas prestaciones hidráulicas sobresalientes, nace la necesidad de su fabricación a gran escala por lo que podemos considerar el hormigón romano como el primer material compuesto fabricado con técnicas industriales. Como colofón final a la arquitectura romana destacan por encima de todo las cúpulas que cubrían muchas de sus edificaciones. Las cúpulas representan claramente la evolución arquitectónica durante este periodo, donde se ha evolucionado el pórtico plano de la cultura griega, pasando por la implantación de los arcos romanos en obras civiles y religiosas, desembocando en las cúpulas, elementos resistentes que trabajan en tres dimensiones. Analizamos desde su interior la cúpula del panteón de Agripa con un diámetro de nada más y nada menos de 40 m.

Video 2.4 Cúpula del Panteón de Agripa (Agrip a, Italia)


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2.3 El pórtico a lo largo del tiempo Vemos como de nuevo, se repite la tipología estructural considerada en la época romana tanto como en la cultura árabe, donde vemos claramente los arcos que configuran los dinteles y donde se produce un importante aligeramiento en l os pil ares. Entre los siglos XII-XV el estilo predominante en Europa es el estilo gótico donde se apuesta por construcciones de gran altura y se adopta el arco apuntado u ojival teniendo una repercusión sobresaliente en las construcciones religiosas, principalmente catedrales. En el mismo Renacimiento (s XV-XVI) podemos seguir identificando la repercusión del sistema aporticado ya utilizado por los griegos en numerosas edificaciones como el Palacio de Miguel Ángel en Roma o el mismo Capitolio en Washington de estilo Neoclásico.

Video 2.5 Pórtico en arco oji val (Catedral de Notre Dame, París)


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2.4 Aparición de un nuevo material: el acero Con la aparición del acero se abre un nuevo abanico de posibilidades. Se dispone de un material con una buena capacidad resistente a compresión y a tracción frente a los materiales pétreos previamente utilizados con comportamientos aptos exclusivamente a compresión. En primer lugar se opta por sistemas estructurales ya conocidos y que pasan a construirse en acero debido al escaso conocimiento del nuevo material.

Video 2.6 Pórtico en arco fabricados en acero

A través de un mayor conocimiento del material y de sus mecanismos resistentes se logra disponer de nuevas tipologías estructurales aumentando el abanico de posibilidades como son los sistemas o pórticos articulados en la base y empotrados en la cumbre. A destacar la figura de Gustave Eiffel, ingeniero Francés del siglo XIX.


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Video 2.7 Viaduct o de Garabit (Franci a)

Es a lo largo del siglo XIX cuando se logra un mayor desarrollo en los c onocimientos de resistencia de materiales y un mayor conocimiento del comportamiento del acero. Por estos motivos fue un siglo muy productivo en cuanto a diseño de estructuras innovadoras. El sistema de celosía se implementa a lo largo del siglo XIX en acero como solución para naves industriales de grandes luces aprovechando la ligereza del acero. Ya en la época romana se empleaban estos sistemas en madera.

Video 2.8 Pórtico con celosía en acero (bodegas Cune, España)


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La aparición del nuevo material conlleva el desarrollo de grandes estructuras como la Sala de Máquinas de la exposición de París con una instalación de 100 m de luz. Este tipo de construcciones se aplicó con gran asiduidad en las estaciones de tren donde se generaliza el uso de este material en pórticos de celosía triarticulados.

Video 2.9 Pórtico tr iarticul ado (estación tren Saint Pancras, Reino Unido)

Seguidamente y para finiquitar el siglo XIX que, como ya han podido comprobar, es un siglo de gran esplendor, hacemos mención de dos de las construcciones más destacables de la ciudad de Barcelona, la conocida como Estación de Francia (ferrocarril) y la Estación del Norte. En ellas verán representada de nuevo la configuración aporticada. Para acabar este paréntesis patriótico, les mostramos el puente de Eiffel en la localidad de Girona, ciudad vecina de Barcelona, formado por un sistema en celosía muy similar al puente de Maria Pia de Oporto.


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Video 2.10 Estructuras emblemáticas Catalunya (puente Eiffel, Girona)


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2.5 Edificios en altura En los Estados Unidos se desarrolla a lo largo del siglo XIX y comienzos del XX la construcción de edificios en altura. Mientras que en Europa se ha destacado al ingeniero Gustave Eiffel, al otro lado del océano debemos subrayar la labor de la escuela de Chicago capitaneada por los arquitectos William Le Baron y Louis Sullivan. Estos edificios están formados por una estructura metálica aporticada en ambas direcciones. Se repite la misma configuración estructural comentada a lo largo de esta guía y que ahora se construye en acero, pudiendo disponer de elementos con un buen comportamiento a flexión. Con esta sistemática se elevan numerosos edificios dando respuesta a las necesidades inmobiliarias de la época.

Video 2.11 Edificios en altura (Home Insurance building, EEUU)


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2.6 Pórticos triarticulados Ya a principios de siglo XX vemos como continúa la evolución de los sistemas aporticados y como aparecen novedades en las estructuras metálicas. Se aplican

sistemas

triarticulados similares a los aplicados en puentes del siglo XIX y ahora se diseñan elementos muchos más optimizados gracias a un mejor conocimiento de la resistencia de materiales y mejora de la calidad de los aceros. Se disponen de pilares muchos más esbeltos y se apuesta por apoyos articulados configurados a través de mecanismos novedosos. Un claro ejemplo lo encontramos en la fábrica de turbinas de AEG diseñada por Peter Behrens ubicada al noroeste de la capital germana.

Video 2.12 Fábrica de turb inas AEG (Alemania)

El concepto visto de arco triarticulado en estructuras del siglo XIX y XX se aplica hoy en día en la construcción de naves y otras edificaciones. Además se emplean en otro tipo de materiales como la madera aportando un acabado estético espectacular.


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Video 2.13 Pórtico s tri articulados en madera

El concepto de pórtico no lo encontramos únicamente en la temática arquitectural o ingenieril sino que es totalmente aplicable en construcciones más modestas, como por ejemplo las de uso residencial y en otros objetos que usamos en nuestra vida cotidiana, tales como mobiliario doméstico, bicicletas, etc. El abanico de aplicaciones del pórtico es inmenso.

Video 2.14 Aplicación del pór tico en mobil iario


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2.7 Arquitectura inglesa A mediados de siglo XX la arquitectura e ingeniería inglesa generó una gran efervescencia de la mano de arquitectos como Norman Foster o Rogers bajo el soporte de ingenieros estructurales como Peter Rice y Jimmy Hunt El concepto de pórtico se vuelve a repetir, apostando ahora por pilares de secciones aún más reducidas ya que trabajan únicamente a compresión. Es entonces cuando se implantan los sistemas de arriostramiento para la absorción de los esfuerzos horizontales mediante las conocidas cruces de San Andrés. Aplicamos estos conceptos en la obra de Jimmy Hunt donde se potencia la función estructural de los elementos frente a la estética del edifico ya que desde el exterior se pueden observar fácilmente tanto dinteles como pilares y cruces.

Video 2.15 Arquitectura inglesa (mediados s. XX)


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2.8 Arquitectura moderna Fijémonos como en la arquitectura moderna, donde el concepto de pórtico que nos ha servido de guía en este documento se sigue aplicando bajo nuevas configuraciones, pasando a formar parte de la composición del edificio. Esta arquitectura moderna de alta tecnología se conoce como “High-tec” y su obra más emblemática, por ser la primera, es el edificio comúnmente conocido como Centro Pompidou de París o Beaubourg que pasamos a analizar en el siguiente video.

Video 2.16 El pó rtico en estructuras modernas de Norman Foster


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2.9 Resumen Los conceptos clave que se han ido comentando a lo largo de este documento aplicado en puentes y en pórticos de otras edificaciones tales como naves industriales han sido: -

Arco de medio punto (romano), arco triarticulado, pórticos triarticulados, pórtico empotrado, pórtico empotrado con dintel a dos aguas y cúpulas.

Seguidamente revisamos todos estos conceptos y hacemos una primera introducción a las configuraciones estructurales más habituales en la actualidad para pórticos, valorando la luz máxima permitida para cada tipología. Gracias a estas recomendaciones se puede iniciar la primera etapa de tanteo de cualquier proyecto estructural.

Video 2.17 Tipolo gías de p órtico s más habitu ales


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3 Nave Industrial 3.1 Introducción La construcción de naves industriales se inscribe dentro de los podríamos llamar Arquit ectura Industrial , y por tanto sus parámetros de diseño siguen aquello que es válido para cualquier obra de Arquitectura. Siguiendo la tradición constructiva, la construcción de un edificio, cualquiera que sea, no es más que aislar un espacio, un volumen, del exterior, para convertirlo en algo habitable. Es decir un espacio acondicionado para que, las inclemencias atmosféricas no afecten al normal desarrollo de la actividad que en él se desarrolla. Así el calor, la lluvia, el viento, el frio, no han de afectar, o hacerlo de la forma mínima, en el espacio previamente aislado. Este es el principal objetivo de un edificio. Siguiendo los pasos de la arquitectura clásica, Vitrubio ( Marco Vitruvio Polión (en latín Marcus Vitruvius Pollio; c. 80–70 a. C. - c. 15 a. C.), en su célebre tratado “Los diez libros

de Arquitectura” nos dejó indicado cuales debían ser las condiciones que un edificio tiene que satisfacer y que enumeramos: •

Utilitas.

•

Firmitas.

•

Venustas.

Video 3.1 Conceptos arquitectura

Poniendo al día estas tres condiciones traducidas del latín, diríamos que el “utilitas”, utilidad, ha de responder al concepto moderno de programa. Es decir, qué actividad se desarrolla dentro del edificio, cómo lo adecuamos, lo ordenamos y acondicionamos para que el edificio sea útil y se adapte, de forma óptima, a nuestras necesidades.


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En cuanto al “firmitas”, firmeza, se refiere a su resistencia que hoy atribuimos a su firmeza estructural . Es decir que sea capaz de resistir las acciones de todo tipo que actúen sobre él. En nuestro caso, por ser un curso de estructuras, será el concepto que más nos interesa, aunque sin desmerecer las otras dos condiciones, tan importantes como ésta. Por último, y tal vez la más discutible, es el concepto de “Venustas”. Cabe recordar que Venus era para los romanos, la diosa de la Belleza. Es decir que un edificio, aunque sea industrial, debe ser bello. Hoy en día el concepto de belleza ha evolucionado y podríamos substituirlo por conceptos más claros, como “proporcionado”, “equilibrado”… Queda claro que, el proyecto de un edificio debe seguir unos cauces que contemplan de modo armónico varios aspectos que deben de ir de la mano. La estructura, por importante que nos parezca, y que lo es, es sólo uno de ellos.

3.2 Una visión de conjunto Antes de entrar a valorar y explicar cómo funciona una nave industrial, pensemos en una imagen que nos es cotidiana: una caja de zapatos . Todos tenemos en la cabeza una imagen tan simple como ésta. Se trata de un envoltorio, generalmente de cartón, de forma paralelepipédica, que presenta unas dimensiones ancho, largo y alto, y que tiene una cierta rigidez general . Por otro lado representa un coste pequeño frente al producto que contiene, que es el que tendrá mayor valor, los zapatos, pero que cumple la función de contenedor. Si encontramos una caja de zapatos, y le damos una patada, vemos que actúa como un todo, y se desplaza toda ella como un solo elemento. Tiene unidad estructural . Diríamos, desde un punto de vista físico, que actúa como un sólido libre. Pero si acercamos la lupa, veremos que cuando actúa la fuerza localizada del puntapié, allá donde se aplica, existe una fuerte deformación. También vemos, aunque sea de forma intuitiva, que si elimináramos la tapa de la caja de zapatos, la deformación del puntapié, hubiera sido mucho mayor. Entendemos pues que las diferentes partes que conforman la caja se ayudan mutuamente y que entre ellas existe una relación resistente que le confiere al conjunto un determinado comportamiento y también en lo que respecta a su deformación. © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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Fijemos ahora, nuestra caja de zapatos, en suelo, de manera que no pueda desplazarse. ¿Qué ocurre?, ¿Cómo le afecta el puntapié? Bien, ahora deberemos estudiar nuevamente su comportamiento. Antes la energía transmitida se podía convertir libremente en energía cinética, esto es en movimiento, una vez se había deformado la caja. Ahora, al estar fija, toda la energía se utilizará en deform arla. Vemos que la caja de zapatos está formada por planos laterales perpendiculares resistentes, de cartón, ligados superiormente por un plano conjunto que es su tapa. Una caja de zapatos, no deja de ser un contenedor de pequeñas dimensiones, que puede construirse con un elemento continuo, el cartón, que presenta una excelente relación coste/peso/resistencia. Cuando pensamos en una nave industrial, la más sencilla de todas ellas, podemos hacer el símil con nuestra caja de cartón , y pensar que cada plano que la compone tiene una misión resistente. Es cierto que se trata de un volumen sencillo, pero descompongamos la nave en 5 planos resistentes y a partir de ellos vayamos sacando conclusiones.

Video 3.2 Analog ía nave industrial – caja zapatos


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3.3 La piel envolvente Cuando trabajamos con pequeños volúmenes, los planos resistentes pueden hacerse continuos con un solo material. Para grandes volúmenes esto es imposible, o muy costoso. Los grandes paneles de hormigón pueden asemejarse a este principio. Pero cuando aspiramos a estructuras ligeras, de poco coste y fácil construcción hemos de plantearnos una estrategia diferente.

Video 3.3 Método “ tilt-up” de grandes paneles prefabricados de horm igón

Habitualmente la piel exterior, es decir la envolvente, unifica mediante un sistema continuo, una red secundaria resistente que está formada por elementos estructurales generalmente ortogonales. Pensemos en nuestra caja de zapatos formada por una red ortogonal, una malla en dos dimensiones que nos indica las líneas de fuerza y que materializa las líneas resistentes. Entre los elementos de la red resistente para dar continuidad a la piel habrá que disponer de un elemento que es a la vez cerramiento pero también estructura . Volveremos sobre ello, pero veamos por ejemplo, cómo se modelan las líneas de fuerza en elementos estructurales más complejos. Por ejemplo el ala de un avión o un avión mismo con formas irregulares está lejos de ser un sistema claramente ortogonal. © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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Figura 3.1 Estructura y estructura más envol vente.

En este ejemplo vemos como se modelan superficies redondeadas con costillas que conforman el volumen y que luego se recubren con una superficie continua que supone el cerramiento, capaz de resistir la fuerza, la presión del viento.


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Pero también la naturaleza nos da ejemplos de cómo resuelve este problema a partir de una estructura de soporte de la envolvente exterior.

Figura 3.2 Generación de vol umen. Estructura


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Más modernamente las estructuras complejas se pueden modelar con líneas resistentes, en principio, aleatorias.

Video 3.4 Estructura de un v olumen no regular


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La importancia del sistema envolvente no siempre ha de considerarse como un elemento secundario. Veamos algún ejemplo histórico para entenderlo. Tomemos como referencia la emblemática Tour Eiffel, la torre de 300 m de altura, tal como se definía en el proyecto original. Su único cometido era hacer una demostración de fuerza para demostrar su potencia industrial . Como dicen en francés, haciendo un juego de palabras un “tour de force”, esto es una 'acción difícil cuya realización exige gran esfuerzo y habilidad' y 'demostración de fuerza, poder o destreza' . Eiffel, máximo exponente de la ingeniería metálica de mitad del XIX, construyó bellos puentes, con pilares marca de la casa.

Figura 3.3 Tour Eiff el (París, Francia)


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Figur a 3.4 Típico puente de Eiffel

Figur a 3.5 Pilares Eiffel de celo sía

En los anteriores ejemplos vemos que la estructura de los puentes o de la propia torre Eiffel, son estructuras desnudas . No obstante, la torre Eiffel, se diseñó de tal manera que su resistencia al viento fuera óptima de ahí su forma de sección creciente.


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Cuando Estados Unidos cumplía su primer centenario, Francia, quien cediera parte de sus tierras a la nueva nación (La Louisianie entre otras), entregó como regalo de aniversario una de las más famosas estructuras de la historia: La Estatua de la Libertad. Veamos como los famosos pilares Eiffel, sirven de estructura de una envolvente, que aquí sí, es la protagonista. La envolvente juega en este caso un papel resistente dado que se trata de un elemento continuo que recoge la presión del viento y la transmite a la estructura. Veamos algunas fotografías históricas mientras se construía en los talleres de París, antes de emprender el viaje transatlántico.

Figur a 3.6 Fabricación de la Estatura de la Lib ertad (París, Francia)


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Figura 3.7 Detalle de la estructura resistente de la estatua-Pilar Eiffel

Figura 3.8 Modelización escultóric a de la mano que so stiene la antorcha envo lvente de la estatua


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Figura 3.9 Conexión estructural entre la envolvente escultór ica y el pil ar Eiffel

De acuerdo con lo anteriormente visto veamos cual es papel de la envolvente en nuestra estructura de la caja de zapatos. Se trata de un primer sistema continuo que tiene una doble misión. Aislar y cerrar el volumen habitable, pero también soportar las acciones exteriores, la presión del viento, la carga de nieve, o las fuerzas climáticas por grandes cambios de temperatura. Vemos que se trata de un sistema estructural resistente para cargas muy concretas, de pequeño valor si se quiere, y que por razones de diseño, necesita tener soportes estructurales a distancias relativamente pequeñas; entre 1,5 y 4 metros.


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Video 3.5 Placas aislantes tipo “ sándwich” de cerramiento.

Figura 3.10 Colocación de cerramiento apoyado entre correas secundarias.


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3.4 La cubi erta Entre todas las placas que conforman nuestra caja de zapatos, pongamos nuestra atención en la cubierta. Como todas las caras de la nave, la cubierta tiene una misión específica doble. Una funcional, que consiste en aislar la nave del viento, la nieve y la temperatura, y otra de tipo estructural. La cubierta, en primer lugar ha de conseguir, evacuar las aguas de la lluvia y la nieve, hacia el exterior, y la única forma que tiene, es servirse de la gravedad. Es por eso que se utiliza la inclinación natural para evacuar las aguas hacia el exterior. Por eso su inclinación tiene mucho que ver con los materiales que se utilizan en la cubierta. Contra más rugoso sea este material, mayor habrá de ser la inclinación para asegurar que el agua pueda caer, deslizarse, por gravedad. Vemos como la clásica cubrición con tejas cerámicas, requiere de inclinaciones de hasta el 33%. Estas cubiertas a dos aguas, eran pesadas, con estructuras sólidas que tenían como contrapartida la pérdida de un gran volumen bajo cubierta que quedaba inutilizado.

Video 3.6 Cubierta de teja plana


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Figura 3.11 Cubierta de teja árabe. Desaprovechamiento volumen inferior

A principio del siglo XX, la utilización del fibrocemento, hoy en desuso por contener asbestos, cancerígenos, permitieron bajar la pendiente de las cubiertas dado que el agua podía deslizarse con mayor facilidad , a pesar de la posible creación de materias vegetales.

Figura 3.12 Material de cub rición típico de fib rocemento

Este nuevo material, más ligero, y por tanto con menor peso propio, permitió aligerar las estructuras, y bajar también la pendiente, lo cual permitió un ahorro en estructura, pero también en espacio útil bajo cubierta.


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Figura 3.13 Típica cubi erta a cuatro aguas con fibro cemento.

Figura 3.14 Perforacion es en cubi ertas de fibro cemento.

Con el paso del tiempo, y ya después de la segunda Guerra Mundial, el acero dispuesto en planchas permitió un nuevo tipo de solución para el cerramiento de naves, mucho más ligero y económico, permitiendo reducir su pendiente y optimizando el volumen útil de la nave.


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Figura 3.15 Cubiertas ligeras con panel es de acero

Finalmente, con la utilización de láminas continuas de PVC y de EPDM, las cubiertas podían ser tratadas como piscinas estancas que con ligeras pendientes, incluso menores al 2%, pueden considerarse como cubiertas “ planas” con lo cual, el volumen interior queda perfectamente optimizado.


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Figura 3.16 Cubierta “plana” con láminas de PVC y EPDM


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3.5 Elementos resistentes Las líneas resistentes en nuestro volumen, se compone de dos redes perpendicul ares . El concepto estructural “pórtico” , ya analizado, conforma lo que denominamos estructura principal resistente, que es la responsable finalmente de resistir todas las acciones que actúan sobre el edificio. El pórtico más simple, es decir dos pilares/columnas verticales y un dintel horizontal, o con pendiente a dos aguas, soporta en su parte horizontal un entramado secundario, perpendicular , formado por correas que conforman el soporte del sistema de cerramiento de la cubierta, esto es impermeabilización, aislamiento y cubrición. Aquí tenemos ya un primer compromiso estructural, que el diseñador deberá resolver. ¿A qué distancia conviene colocar los pórticos? ¿Cuál es la separación entre las correas? Para poder responder a estas preguntas, deberemos conocer qué sistemas constructivos utilizamos y cuáles son sus respectivos pesos propios . Hoy en día la construcción metálica industrial es una técnica madura, y por tanto la optimización de los perfiles a utilizar está perfectamente controlada. Empecemos por las correas de cubierta. 3.5.1 Correas Las correas de cubierta soportan la chapa metálica que a su vez soporta el aislamiento y la impermeabilización, así como algún elemento resistente de protección. Estos pesos están en cualquier caso por debajo de los 50 kg/m 2. Para estos valores, y para las chapas metálicas convencionales, cuyo espesor varía entre 0.6 mm y 1,2 mm, la separación entre correas varía entre 1,5 y 4 m. Esto son valores de referencia que, en cada caso, deberán comprobarse. Veamos que las correas son básicamente elementos que trabajan a flexión y por tanto se utilizarán perfiles cuya sección sea óptima para trabajar según este tipo de solicitación. De modo ligero se toman perfiles conformados en frio tipo U, Z, Omega, o bien perfiles laminados en caliente ligeros tipo IPE. Dado que hoy en día, la pendiente de las naves es pequeña, con valores que oscilan entre el 7% y el 1 %, ciertamente las correas de la cubierta tendrán una pequeña inclinación que deberá considerarse para dimensionar los perfiles teniendo en cuenta la inercia resistente según sus dos ejes principales, aunque, lógicamente, la componente vertical debida al peso gravitatorio siempre será la principal. Recordemos también que entre las cargas que la cubierta deberá soportar, al margen de © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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las cargas propias, existirán las variables de nieve, nieve, y mantenimi ento o de us o . En caso de pendientes importantes no deberemos olvidar las cargas del viento que, viento que, en función de la inclinación, pueden ser significativas. Recordemos el conocido efecto Venturi de un cuerpo bajo los efectos de un fluido en movimiento.

Video 3.7 Correas en perfil Z y conti nuas co n separació n de 1,55 1,55 m.

Las características básicas para poder dimensionar las correas a flexión, son su resistencia resistencia a flexión, flexión , determinada por el momento flector máximo a soportar, y también por su deformación máxima por flecha. flecha . De acuerdo con este criterio doble, que siempre deberá comprobarse, vemos que el momento flector varía con la luz al cuadrado ( l 2), mientras que la flecha máxima admisible, valor fijado por las normas, varía con la luz elevada a la cuarta (l 4). Con estos criterios fijaremos los valores de la inercia necesaria (cm4), y también el momento resistente (cm 3). ¿Cómo podemos optimizar los perfiles?, pues actuando sobre las condiciones de contorno , esto que conocemos como apoyos. Sabemos que el cálculo de una viga bi-apoyada o empotrada cambia las condiciones de cálculo. Por tanto todo diseño que vaya encaminado a convertir las correas en elementos continuos, continuos , redundará en la optimización de los perfiles. Recordemos que, en ingeniería, más allá de los valores de diseño, quien manda es la inversión, inversión , y si la repercusión de los kg de acero por metro cuadrado (kg acero/m 2) disminuye, el coste siempre será más © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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favorable. De ahí la importancia de un diseño que optimice las condiciones de trabajo. Pues bien, una separación entre apoyos de las correas que se aproxime a los 7,5 m de separación entre apoyos, nos marca un óptimo en las naves convencionales. Por tanto, a partir del razonamien r azonamiento to anterior, podemos fijar, en primera instancia una separación entorno a los 7,5 m para los pórticos resistentes, y de 2 a 2,5 m para las correas. También el cerramiento, esto es la chapa de la cubierta trabaja a flexión como elemento resistente, y deberá comprobarse a flexión con las cargas que soporta. Por tanto para fijar ideas, en cubierta, tendremos tres niveles de carga. carga . Un primer nivel estructural que lo conforma la chapa, que deberá soportar su peso propio y aquellos sistemas constructivos que soporta, más las carga que de tipo variable deba soportar, nieve y sobrecarga de uso, ambas variables. variables. Un segundo nivel conformado por las correas que soportaran su peso propio más todos los sistemas y cargas que queden por encima de ellas. En cualquier caso, en primera aproximación, su contribución a la repercusión total de cuantía por m 2, no debería rebasar los 10 kg/m 2.Y finalmente el tercer nivel , formado por el propio pórtico, sobre el cual gravitarán los otros dos niveles comentados.

Video 3.8 3.8 Correas Correas co ntinú as en tramos centrales

Vemos pues que si damos continuidad estructural a las correas, podemos reducir su peso . No obstante esta solución es válida para los vanos centrales, es decir aquellos en que, a derecha e izquierda exista continuidad estructural. Por tanto vemos, que los t ramos © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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finales, finales , coincidentes con las fachadas de la nave, presentan una cierta singularidad y por tanto merecen un estudio diferenciado. Por ahora, y dado que solo estudiamos las correas, veamos que las condiciones de contorno presentan una singularidad. La correa tendrá en un extremo un apoyo que podemos asimilar a una articulación, o a un pequeño empotramiento, mientras que en el otro extremo tendríamos un empotramiento o continuidad. Con seguridad las correas extremas presentan unas condiciones de trabajo más desfavorables que aquellas que son centrales, en donde, tanto la flecha como el momento flector serán menores, y por tanto más favorables. Conviene por tanto estudiar con detalle, de manera genérica dos tipos de correas diferentes , según el tramo que ocupen, para el conjunto de la cubierta. Y por último, llamar la atención de la correa extrema, es decir la que conforma el encuentro de la cubierta con la fachada lateral que, a diferencia de las otras, soporta la mitad de carga, carga , aunque, como veremos más adelante, tiene un papel importante en cuanto al arriostramiento.

Figura 3.17 3.17 Tratamiento Tratamiento d iferenciado de corr eas eas en t ramos extremos lateral con media carga y frontal sin continuidad

Antes de pasar al estudio del papel resistente del pórtico, para entender la lógica estructural estudiemos las fachadas laterales.


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3.5.2 Fachadas laterales: La función de las fachadas laterales, aunque también de las frontales, es aislar el vo lumen acondicionado para la actividad . Cumple pues de elemento, al igual que la cubierta, para aislar, controlar y proteger de las inclemencias meteorológicas o de las condiciones adversas del exterior, viento, lluvia, frio o calor. Aunque, a diferencia de lo que ocurría con la cubierta “plana”, los cerramientos verticales juegan un importante papel resistente frente a las acciones del viento , que recogen y canalizan al resto de la estructura hasta el pórtico.

Video 3.9 Acopio de perfiles tipo C, conformados en frio.

De igual manera que decíamos que los cerramientos de cubierta, en función de las cargas que soportaban, trabajando a flexión deberían tener apoyos entre 1,5 y 4 metros, los cerramientos laterales cumplen la misma condición. Pero existe una diferencia esencial; el peso propio del cerramiento trabaja en vertical y es de pequeño valor, frente al más importante debido a la presión del viento que trabaja horizontalmente. Dado que la distancia entre apoyos deberá ser entre 1 y 4 m, generalmente se toma un valor intermedio de 2,5 m en primera instancia para poder colocar las correas resistentes al viento . Como los pórticos estarán separados un máximo de 7-7,5 m, las correas conducirán la presión del viento hasta los pórticos por flexión.


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Figura 3.18 Disposici ón d e las correas laterales


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Figura 3.19 Colocación de correas de fachada

Según la imagen adjunta nos daremos cuenta de varios detalles que nos harán comprender la forma de trabajar. El peso propio de la fachada, de máximo 20 Kg/m 2 siempre será menor que los más de 100 kg/m 2 que representa la presión del viento. El viento supone una carga 5 o 6 veces mayor que el peso propio. Por tanto, la correa trabajará con una presión (subpresión) máxima según el eje horizontal. Por tanto la disposición resistente del perfil deberá orientarse de modo que ofrezca la máxima inercia en esta dirección. Sabemos que los perfiles resistentes a flexión presentan una gran diferencia de inercia entre las dos direcciones principales. Como hemos visto la carga vertical es menor, y por tanto la flexión en el plano vertical provocado por su peso será menor. Aun y así, si la distancia entre apoyos es grande por lo que la inercia en la dirección vertical del perfil, supera generalmente la de los perfiles comerciales que si, soportan la flexión horizontal del viento. Como solución de compromiso, según se muestra en la foto, se dispone de un apoyo adicional en la dirección vertical, que tiene como consecuencia la reducción de la luz de flexión a la mitad, disminuyendo el momento flector con una relación de (l/2) 2, es decir a la cuarta parte de su valor. Con ello se logra conjugar perfiles muy potentes en la dirección


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horizontal, la que se debe a la presión del viento, con valores modestos en la dirección vertical, optimizando de esta manera el peso total de la correa de fachada.

Video 3.10 Dimensiones normalizadas de transport e por carretera

Nuevamente la chapa de cerramiento actúa como elemento resistente a flexión recogiendo la presión del viento y conduciéndola a las correas. Las chapas de cerramiento, así como las de cubierta vienen limitadas por una longitud máxima compatible con el transporte por carretera. Las cajas normalizadas de los camiones tienen un ancho máximo de 2,5 m y una longitud de 12/16 m. Valores mayores a estos suponen un sobrecoste por transporte especial. Por tanto los valores habituales de los elementos de cerramiento, tienen un ancho entre los 2 y 2,40, y una longitud de 12 m. Pueden por tanto trabajar bajo el concepto de “viga” continua apoyada entre correas. Si se toma un submúltiplo compatible con los 12 m, las mermas sobre el material serán siempre menores optimizando tanto el material como el propio diseño estructural.


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Figura 3.20 Tres ni veles de cerramiento en una nave de 30 m de altu ra (30m =12+12+6)


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Para simplificar el montaje, las correas se montan de acuerdo con el concepto de articulación extrema mediante uniones atornilladas dispuestas en obra.

Figura 3.21 Apoyo articu lado de las correas laterales


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3.6 Pórtico Con el análisis de la cubierta, y del cerramiento lateral, hemos comprobado que las cargas, tanto las gravitatorias, permanentes y variables, como las del viento van a descargarse sobre el dintel del pórtico o sobre los pilares del pórtico . En última instancia, pues, el pórtico recibe las acciones, y su papel resistente quedará fijado por dos condiciones básicas. El dintel horizontal o a dos aguas , resiste básicamente cargas verticales de tipo gravitatorio, mientras que los pilares laterales resistirán la máxima presión del viento. Como que ambos acciones han de ser compatibles con el uso y el servicio, la resistencia de los perfiles, y sus máximas deformaciones deberán ser compatibles con el uso. Sin entrar en mayores detalles, que se verán en profundidad a lo largo del curso, hagamos una primera abstracción de la forma básica principal de trabajar de los dos componentes básicos del pórtico. El dintel y los pilares o columnas. 3.6.1 El dintel El dintel es un elemento de gran luz, de entre 10/15 m hasta 100 m de luz, que trabaja básicamente a flexión. Por tanto se buscan perfiles resistentes a flexión, ligeros y que presenten también una cierta rigidez a compresión.


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Video 3.11 Pórtic os con dint eles a dos aguas empotr ados en las cabezas de las column as

La misión principal del dintel es soportar las acciones que le transmite la cubierta . Por flexión conduce las cargas de cubierta hasta los pilares extremos, convirtiendo el cortante máximo en el extremo en axil vertical que, por reacción, soportan los pilares. Si conseguimos un cierto empotramiento extremo, podremos optimizar el canto final de los perfiles que conforman el dintel. Esta solución requiere un diseño complejo del nudo de unión pilar/dintel


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Figura 3.22 Dinteles ligeros de celosía a dos aguas

Una solución más sencilla, la podemos ver en el apoyo sencillo del dintel de celosía que conforma una simple articulación extrema. El dintel no puede transmitir momento flector en el extremo, y por tanto la reacción es directa sobre el propio pilar.


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3.6.2 Pórti co pil ares/colum na En las naves industriales asociamos a los pilares como elementos verticales que conducen,

en

condiciones

normales,

las cargas axiles verticales

hasta la

cimentación. Generalmente estas cargas son de poca cuantía dados que, a pesar de la gran luz del dintel, las cargas de las cubiertas ligeras son pequeñas. Pero donde los pilares tienen una gran importancia es frente a las acciones del viento. Los

pilares

están ligados a la cimentación, bien sea mediante una articulación o un empotramiento. De manera que cuando

el

viento actúa lateralmente de manera horizontal sobre ellos,

los hace trabajar a flexión. En

primera aproximación, si los pilares se comportan

como una ménsula, esto es en voladizo, los podemos considerar como empotrados en la cimentación y libres en cabeza. Por tanto el desplazamiento máximo en cabeza de

los pilares será el parámetro más restrictivo. Vemos que si se comportan como una ménsula, el desplazamiento lateral del pórtico vendrá limitado por la inercia y la rigidez de los pilares. Sabiendo que la carga axil es pequeña, el momento producido por el viento es de mayor importancia, sobre todo en edificios que superen los 1O m de altura.

Figura 3.23 Empotramiento de los pilares

Suponer que los pilares actúan como ménsulas libres en cabeza, no deja de ser una aproximación muy desfavorable, por lo que si los suponemos apoyados en el dintel de cubierta, a pesar de su desplazamiento lateral limitado, éste actuará como un cierto © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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apoyo. Esto, desde el punto de vista del diseño es de la mayor importancia ya que limita su longitud total al efecto del pandeo, y cambia completamente la distribución de momentos flectores sobre la estructura y sobre el pilar en particular . Siendo esta realidad más acorde con el fenómeno resistente, podríamos suponer el pie del pilar articulado,

mientras que el encuentro entre la cabeza del pilar y el dintel podría empotrarse. Este modelo, permite aligerar las cimentaciones que solo deberían soportar axiles y no transmiten momentos a la cimentación. Por contra complican el nudo cabeza del pilar/dintel. En cualquier caso, conviene retener

el

fenómeno resistente siguiente; el pilar,

contra el viento, actúa a flexión y por tanto en función de las condiciones de contorno, transmitirá las reacciones a los extremos del pilar. Esto quiere decir que el pie del pilar recibirá una reacción horizontal debida a la presión del viento repartida sobre el pilar que se transmite directamente a la cimentación y de ella al terreno. Suponiendo que el pilar fuera articulado en los dos extremos, las reacciones serían iguales en ambos casos. Pero si las condiciones de contorno son diferentes, las reacciones también lo serán. En cualquier caso, vemos que una de las reacciones del pilar se transmite a la cubierta, mientras que la otra pasa directamente al terreno. Por tanto, deberemos crear un mecanismo resistente capaz de conducir esta carga de la cubierta, mitad de la reacción debida al viento, a la cimentación para asegurar la estabilidad del conjunto.


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3.7 Muros piñones /hastiales A diferencia de los cerramientos laterales, los muros frontal y final, también llamados piñones o hastiales, tienen un cometido diferente dado que cierran

el

primer y último

pórtico. Precisamente por eso está formado por un plano paralelo al pórtico, y crear el cerramiento, no necesariamente ha de ser libre y accesible, por lo que puede tener un tratamiento diferente.

Video 3.12 Pilares hastiales que c onform an el plano del mu ro pi ñón.

El muro piñón recibirá la presión del viento en dirección perpendicular a los muros laterales. Por tanto habrá que disponer de elementos resistentes capaces de absorber la carga debida a la presión del viento. Para ello se dispone de pilares hastiales, es decir, elementos resistentes a flexión sobre los cuales se apoya el cerramiento. Los llamamos "pilares" por ser verticales, pero su verdadero trabajo es de flexión. Por tanto se asemejan más a una viga . Su separación vendrá dada por las características de las correas o de la chapa de cerramiento. Para no complicar en exceso su montaje, pueden ser pilares que trabajen como doblemente articulados. Nuevamente vemos que, gracias a la acción del © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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viento, tendrán una reacción en el pie del pilar, contra la cimentación, y otra en la cabeza del pilar en la cubierta. A diferencia de lo que ocurría en los pórticos, ahora las reacciones en cabeza actúan de manera perpendicular al pórtico . En el muro piñón, como tendremos pilares de contraviento a una separación reducida, el dintel del último pórtico puede utilizar los pilares intermedios como apoyo . Como consecuencia, la longitud de flexión del dintel de fachada puede ser mucho menor que en los pórticos intermedios, por lo cual el perfil de apoyo, puede reducirse considerablemente.

Figura 3.24 Montaje del mur o pi ñón


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Máster de Especialización en Estruct uras Metálicas y Mixtas B2 Naves Industri ales T1 Configur ación estructu ral P1 Introducción al pórtico

Figur a 3.25 Estru ctura acabada de los pilares hastiales y muro piñón. Dintel de menor perfil.

Figura 3.26 Vigas de arriostr amiento laterales de cubierta.


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3.8 Arriostramiento general 3.8.1 Arriostramiento lateral Hemos visto en los apartados anteriores cuales son los elementos resistentes que conforman los planos laterales de cerramiento y también los de cubierta. Cada plano estudiado, tiene unas líneas estructurales, la doble retícula resistente que queda materializada en diversos planos . La envolvente, las correas y el dintel del pórtico en cubierta. Las placas de cerramiento, las correas y los pilares de los pórticos en los planos de cerramiento laterales. Y los pilares hastiales y las correas en los muros piñones. Hemos visto que, en función de las cargas del viento, acciones horizontales en todo caso, nos generaban reacciones que quedaban conducidas en la cubierta en las cabezas de los pilares del pórtico o en los hastiales, y esta reacciones deben conducirse hasta la cimentación. Vayamos en primer lugar a analizar las fuerzas producidas en los pórticos por las acciones del viento lateral sobre la fachada. Cada pórtico recibirá la mitad de carga entre apoyos. Si consultamos las normas de diseño, veremos que la presión del viento no es uniforme, y crece en valor en los extremos de la

nave.

Esto provocará desplazamientos diferentes en los

pórticos. Al objeto de unificar las deformaciones en las cabezas de los pilares de todos los pórticos, una buena solución es atar todos ellos por medio de una viga de canto que tiene una doble misión. Por un lado unificar la deformación del conjunto, y por

otro

crear

un elemento resistente de gran rigidez sobre el cual se descargan en cubierta las reacciones del viento. Cuando hemos estudiado la cubierta, hemos visto que la última correa, que tenía media carga, nos creaba exactamente la frontera entre la cubierta y el plano vertical del cerramiento. Pues bien, si consideramos las dos primeras correas de la vertiente, tendremos dos elementos a una distancia de más de 1,5

m.

Si las correas las

utilizamos como pares de una viga de canto en el plano de la cubierta, ligando las cabezas de los pilares de los pórticos mediante una celosía continua, conseguiremos unificar las deformaciones, y transmitir las reacciones a un plano rígido de la cubierta. que toda la nave trabaje conjuntamente y haga colaborar a diafragma rígido, difícilmente deformable, fuera del plano de

Este

efecto hará

todos

los pórticos contra un

flexió n.

Así, toda la cubierta


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actúa como una viga de gran canto que quedará inmovilizada en los extremos por dos planos rígidos perpendiculares que están materializados por los muros piñones.

Video 3.13 Arriostr ado de cub ierta en aveza de pilares. Efecto d iafragma de la cu bierta. En este

sistema de arriostramiento es de mayor importancia, pues, asegurar en el plano del

muro piñón su rigidez, impidiendo que los pilares y correas que conforman la estructura del plano resistente puedan pandear y alejarse del plano de trabajo. Una manera sencilla, económica y efectiva es ligando todos los elementos resistentes mediante cruces de San Andrés. De modo que aseguramos la indeformabilidad del conjunto. Los planos piñones en el sentido perpendicular a la cubierta pueden considerarse infinitamente rígidos.


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Video 3.14 Estruc tura del arriost ramiento del muro piñón.

3.8.2 Arriostramiento de los muros piñones: Una vez analizado el arriostramiento lateral en cubierta, que liga las cabezas de los pilares de los pórticos, vemos que éstos, presentan en el plano del pórtico la disposición de los pilares con la mayor inercia para hacer frente a las acciones del viento. Esto comporta que en la dirección perpendicular al pórtico, es decir en el plano del cerramiento, el perfil del pilar presenta la inercia débil de mucha menor resistencia, al no tener que resistir las acciones de la presión del viento. Cuando analizamos la presión sobre los muros piñones, vimos que los pilares hastiales descargaban sus reacciones sobre el dintel de cubierta. Sobre este dintel apoyan las correas del último tramo. Si tomamos la distancia entre el muro piñón y el siguiente pórtico, situado a una distancia considerable,

y

aprovechando el entramado de las

correas, podemos crear en el plano de la cubierta, mediante una triangulación pertinente, una viga de celosía de gran canto, con gran rigidez y ligereza, que sea capaz de recoger las cargas puntuales de las cabezas de los pilares hastiales, y movilizarlas al objeto de © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.

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transmitir las reacciones intermedias hasta los extremos. En los extremos de la cubierta tendremos nuevamente dos planos indeformables que se opondrán a las reacciones. Resumiendo. Al llegar las reacciones a los extremos de la cubierta, nos encontramos con las cabezas de los pilares del muro piñón y del primer pórtico . Estas reacciones atacan a los pilares precisamente en la dirección en los que los pilares presentan su inercia débil. Si ligamos, todos y cada uno de los pilares mediante un tubo trabajando a compresión, capaz de transmitir la reacción que le llega desde la cubierta, seremos capaces de que todos los pilares colaboren. Generalmente en esta dirección, es cierto, el pilar presenta su

menor inercia, pero a diferencia de los pórticos en donde solo dos pilares han de hacer frente a las deformaciones laterales, ahora tendremos un gran números de ellos . Como que además ya teníamos las cabezas de los pilares unificadas por la viga de canto en plano de la cubierta, los tendremos atados en las dos direcciones.

Figur a 3.27 Detalle del tubo de atado de las cabezas de lo s pilares

Para mejorar aún más si cabe el atado longitudinal de la nave, y minimizar las deformaciones totales, podemos limitar el desplazamiento en cabeza del primer módulo, atando la cabeza del pilar del primer pórtico con un tirante que impida su desplazamiento trabajando a tracción desde la cimentación. Si rigidizo el plano vertical de modo que en primer módulo limitamos el movimiento longitudinal, mediante cruces de san Andrés, podremos asegurar deformaciones compatibles de pequeño valor . De este modo transmitimos las reacciones de cubierta directamente a la cimentación.


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Figur a 3.28 Vista de la viga de canto en cubierta. Atado mediante cruces de San Andrés en el primer módulo de la nave.


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AM_B2_T1_P1_Introduccion_portico.pdf

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