Proyecto de nave industrial (2015)

Trabajo Español
Universidad Universidad Politécnica de Madrid (UPM)
Grado Ingeniería Mecánica - 4º curso
Asignatura Construciones industriales
Año del apunte 2015
Fecha de subida 09/04/2015
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Descripción

Este trabajo contempla el diseño de una pasarela y de sus elementos estructurales. Está todo bien desarrollado y con explicaciones.

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DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES Práctica III: Proyecto de Nave Industrial Alejandro Luna García M:50404 Carolina Hernández Añover M:50397 Carlos Hernández Fornos M:49451 Ignacio Labari Jiménez M:50399 Carlos Hernández de la Peña M:49435 23/04/2014 23/04/2014 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES ÍNDICE      INTRODUCCIÓN CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS DE LA NAVE ACCIONES A CONSIDERAR COMBINACIÓN DE ACCIONES CONCLUSIONES Página 1 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES INTRODUCCIÓN El objetivo de esta práctica es la ejecución de una nave industrial, destinada a uso privado, situada en Madrid.
La construcción posee una superficie en planta de 1500 m2. Las dimensiones de nuestra nave industrial son 25 m de fachada por 60 m de fondo. La altura en el eje central de la misma es de 13,5 m y de 10 m en los laterales.
Nuestra nave industrial se llevará a cabo en estructura metálica. Estará compuesta por 11 pórticos simples paralelos sucesivamente y separados a una distancia de 6 m. Constará también de correas perpendiculares en la fachada y arriostramientos longitudinales y transversales.
Mediante el programa Tricalc 8.0 presentamos una breve descripción estructural de nuestra nave industrial.
Nuestra cubierta estará compuesta por pórticos simples sin pilares intermedios, pero sí con pilares intermedios en los pórticos de fachada.
Página 2 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES La unión entre pórticos se llevará a cabo mediante correas separadas a una distancia de 250 cm como podemos observar en la imagen. Constará de arriostramientos longitudinales y correas en la cubierta.
Página 3 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES El piso estará compuesto por solera de hormigón, mortero autonivelante y pintura antideslizante.
La cubierta y las paredes de la nave se ejecutarán mediante panel sándwich anclado a las correas anteriormente descritas y a correas auxiliares entre pilares.
CARTACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS DE LA NAVE INDUSTRIAL Cubierta La cubierta de la nave constará de pórticos a dos aguas, con una pendiente del 15º en cada vertiente y apoyada sobre pilares metálicos.
En los pórticos se dispone un entramado compuesto por correas, separadas entre sí 2.5 m haciendo un total de 6 por cada agua ,estas se consideran como vigas continuas y son solapas entre ellas y atornilladas y después ancladas al dintel mediante una lámina soldada a este y posteriormente atornillada a la correa con tornillos ordinarios autorroscantes.
El panel utilizado es un panel sándwich de cubierta que se compone por dos placas de acero nervado y prelacado, en cuyo interior se encuentra espuma poliuteránica con alta capacidad de aislamiento térmico.
Página 4 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES Las ventajas de usar esta solución son:  Sencillez en su instalación, seguridad, ligereza ya que no supone una carga excesiva en la estructura.
 Ahorro en el consumo de energía.
 Funcionalidad y estética, debido a que aúna las funciones de acabado decorativo y unas excelentes prestaciones de aislamiento térmico.
 Aprovechamiento bajo cubierta inclinada.
A partir de un catálogo comercial de cubiertas industriales podemos obtener un peso propio del panel de 0,0915 KN/m2.
Página 5 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES Laterales Para los laterales de nuestra nave se ha utilizado Paneles metálicos auto portante, con aislamiento en espuma de poliuretano.
A partir de un catálogo comercial de paneles metálicos industriales podemos obtener un peso propio del panel de 0,0956 kN/m2.
Página 6 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES Puertas y ventanas Nuestra nave industrial constará de 1 puerta seccional de 6 x 6 m para permitir el acceso a la nave fácilmente, dicha puerta será pintada con capa de imprimación de recubrimiento.
Además dispondrá de puerta de entrada para peatones.
Además constará de 6 ventanas de dos hojas, construidas en aluminio de dimensiones de 1.5 x 1.5 m. en cada lateral y 1 puerta de carpintería metálica y empuje interior de emergencia.
Acabado del piso El piso estará compuesto por solera de hormigón, mortero autonivelante y pintura antideslizante.
Página 7 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES Iluminación La iluminación la realizaremos mediante los focos mostrados en la figura aportando una carga aproximada de 7kg por foco. La colocación será en cada pórtico sostenidos por un cable de acero a una distancia normal de 9,5m del plano del suelo, salvo si la maquinaria lo requiere pudiendo elevar la central hasta una distancia de 13m del suelo. Colocaremos tres focos por cada pórtico, uno a 6.5m del central hacia la izquierda y otro a la misma distancia a la derecha uno central, a excepción de los pórticos principio y fin que llevaran otra clase de iluminación despreciable a efectos de cálculo de esfuerzos por su bajo peso.
Página 8 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES Sistemas de seguridad Debido al amplio terreno de la nave y las posibles actividades a realizar dentro con máquinas con su correspondiente generación de chispas, calentamientos, golpes y demás problemas asociados hemos colocado unos sistemas de seguridad contra incendios. En cada vida de la estructura principal de la nave hemos situado un extintor de las categorías A, B Y C alternados contra los posibles incendios.
Para la protección de toda la estructura frente al fuego y permitir la evacuación de todo el personal que se encuentre en su interior, tanto pórticos como correas y arriostramientos irán recubiertos con mortero ignífugo.
Página 9 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES ACCIONES A CONSIDERAR A continuación se exponen las distintas acciones a considerar que se emplearán en el cálculo de la estructura.
 Sobrecarga de uso: Según el CTE, se considera una acción variable. Se encuentra en el DB-SE-AE. La tabla 3.1 reúne los valores característicos de las sobrecargas de uso según las características de la estructura a diseñar. Buscamos en la tabla que categoría y sub categoría de uso se adapta a nuestra nave. En este caso el techo está apoyado en correas y únicamente será accesible para conservación por lo que la carga puntal a soportar será de 1 KN/m2 y la carga uniforme de 0.4KN/m2 Página 10 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES  Viento: La acción del viento es una fuerza perpendicular a la superficie expuesta. Se expresa según el CTE de la siguiente manera: El CTE establece que para todo el territorio español se puede adoptar un valor de presión dinámica del viento de 0’5. El valor el 𝑐𝑒 se puede considerar 2,0 y el valor de cp hay que buscarlo en las siguientes tablas: a) Parámetros verticales: d= 25m; h/d=0.53; b=30m; e=26,7m; h=13.35m; e/10=2,67 Página 11 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES b) Cubierta a dos aguas: 1) Viento lateral: Parámetros= 25m; h/d=0.53; b=30m; e=26,7m; h=13.35m; e/10=2,67: e/4=6,675 2) Viento frontal: Parámetros= 25m; h/d=0.53; b=30m; e=26,7m; h=13.35m; e/10=2,67: e/4=6,675 Página 12 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES Resultados finales carga de Viento: Página 13 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES Viento lateral Fachadas Cubierta Viento frontal ZONA cpe qe cpe qe A -1,2 -1,2 -1,2 -1,2 B -0,8 -0,8 -0,8 -0,8 C -0,5 -0,5 0 0 D 0,8 0,8 0,7 0,7 E -0,5 -0,5 -0,3 -0,3 F -1,7 -1,7 -1,6 -1,365 0 0 -1,2 -1,2 -1,3 -1,2 0 0 -0,6 -0,6 -0,7 -0,49 0 0 -0,6 -0,6 -0,6 -0,42 0 0 -0,2 -0,2 - - -0,6 -0,6 G H I J  Acciones térmicas Para el cálculo de nuestra estructura no tendremos en cuenta el efecto de las acciones térmicas debido a que el CTE así lo considera en el caso de las dimensiones de la nave industrial pues no tenemos vigas de más de 40 metros, por lo que no hacen falta juntas térmicas.
Página 14 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES  Nieve Para el cálculo de la carga de nieve se tiene en cuenta que la nave se encuentra en Madrid y que la inclinación del tejado es inferior a 60º, por lo que suponemos que la nieve se estanca en toda la superficie del tejado.
Con todo esto y sabiendo que el valor se obtiene de la expresión qn=μ · sk La carga de nieve será de 0,6 kN/m2.
COMBINACIÓN DE ACCIONES En el cálculo estructural basado en los coeficientes de seguridad parciales, se emplean unas combinaciones de acciones para el estudio del estado límite último y otras diferentes para el estado límite de servicio. Por otra parte, dependiendo de la norma que se esté empleando, es posible que se usen coeficientes de minoración de las características mecánicas de los materiales.
Acorde con el DB-SE en el apartado de verificaciones usaremos las siguientes ecuaciones para las combinaciones: Página 15 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES En el apartado de cálculos se especifican las diferentes combinaciones para el cálculo de la estructura.
Descripción del material A excepción de las correas (S-235), el resto de las barras de la estructura metálica serán de acero S-275, por ser el material más común en la construcción de estructuras metálicas. Concretamente se considerará que soportan 275 N/mm2, y es el acero aproximadamente equivalente al obsoleto A42 que resistía 2600 Kg/cm2.
Dimensionado correas Una vez que se han llevado a cabo todas las combinaciones posibles y se ha elegido las cargas más desfavorables, se procederá para nuestro tipo de cubierta en concreto a la selección del tipo de correa que menor peso infiera a la estructura.
Escogeremos el perfil IPN-160 puesto que estará muy cerca del perfil obtenido.
Página 16 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES Obtendremos una separación entre correas de 2,5 m y una luz de 6 m.
Este perfil es muy utilizado actualmente en el montaje de cubiertas con cerramiento de chapa prefabricada debido a su buena relación resistencia/peso que viene a ser la misma relación resistencia/precio. Igualmente resulta idóneo para construcciones en las que no hay grandes cargas, se quiere ahorrar en peso y el montaje y atornillado de la cubierta se puede llevar a cabo con cierta rapidez.
Pórticos centrales: Para el cálculo de los pórticos se utilizó el combo de acciones más desfavorable, se despreció la acción del viento sobre las vigas del pórtico al ser de succión y por lo tanto aligerar la carga.
COMBO = 1,35(PESOS PROPIO DE LOS ELEMENTOS) + 1,5(SOBRECARGA DE USO) + 1,5*0,5(NIEVE) En los pilares se tuvo en cuenta la acción del viento para la posición más desfavorable según el CTE.
 Dimensionado de pilares Página 17 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES W≥ MFmáx 39,08 · 106 = = 150,307 cm3 → HEB140 σadm 260  Comprobación a pandeo - Análisis de la longitud de pandeo lk: El pilar está empotrado-libre luego: lk=β·1=2·10= 20 m= 2000 cm -Cálculo de esbeltez mecánica: Para que está sea menor de 200 deberemos buscar un perfil HEB con un radio de giro como mínimo el deducido a continuación: Elegimos el perfil HEB-140 de radio de giro iy= 6,58 cm, luego la esbeltez será: 2000 λ= = 250 6,58 -Búsqueda en tabla normalizada del coeficiente de pandeo: w= 10,44 -Cálculo a pandeo según el tipo de solicitación (compresión centrada o excéntrica): La sección del perfil elegido es A = 149,1 cm2, por tratarse de compresión centrada se comprueba: N∗ · w 84,92 · 10,44 σ∗ = ≤ σu · σ∗ = ≤ 260 Mpa A 149,1 Por lo tanto se cumple que el perfil HEB-140 es admisible.
 Dimensionado vigas W≥ MFmáx 39,08 · 106 = = 150,307 cm3 → IPE 200 σadm 260 Página 18 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES Pórticos frontales:  Dimensionado pilares laterales W≥ MFmáx 3,988 · 106 = = 15,3076 cm3 → HEB 100 σadm 260  Dimensionado pilares intermedios W≥ MFmáx 15,5 · 106 = = 59,615 cm3 → HEB 100 σadm 260 Página 19 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES  Dimensionado vigas superiores MFmáx 31,1 · 106 W≥ = = 119,615 cm3 → IPE 180 σadm 260 Se utilizará un perfil IPE 200 por motivos constructivos al ser el necesitado en los pórticos centrales y tener mayor tamaño.
 Introducción de flechas En este apartado se ha verificado la limitación en cuanto a la deformación. Se han introducido las flechas en los pilares del pórtico tipo y en los propios dinteles.
El valor introducido en los dinteles será la máxima absoluta para el plano xz y según el CTE, escogemos un valor de L/400 siendo L la longitud del pórtico y teniendo en cuenta que tenemos una longitud de 13 m, el valor de la fleca será 13 m/400=32,5 mm Para los pilares introducimos como máximo para el plano xz un valor de L/250 para los elementos verticales según el código técnico. En ambos casos propuestos la flecha máxima no se supera.
Arriostramientos Los últimos elementos que quedan por definir son los arriostramientos de cubierta y los arriostramientos en los laterales de la nave. Este tipo de arriostramientos están colocados mediante cruces de San Andrés. Esta solución generalmente es la más utilizada, pues son fáciles de montar y cumplen perfectamente su función. En esta práctica se han utilizado cruces de San Andrés mediante tirantes, normalmente barras o cables metálicos que trabajan únicamente a tracción y se suelen montar con un mecanismo que permite tensar los cables.
Página 20 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES CONCLUSIONES En este proyecto se ha diseñado y calculado una nave industrial de estructura metálica empleando el código técnico de edificación vigente. Se pueden destacar como conclusiones a modo de resumen las siguientes: -La nave estará ubicada en la ciudad de Toledo y en ella se llevara a cabo la fabricación y almacenaje de losas prefabricadas de hormigón y materiales de construcción, por lo que albergara maquinaria pesada y de grandes dimensiones.
- Estará compuesta de una estructura aporticada con una cubierta a dos aguas.
- Las acciones aplicadas sobre la estructura se han determinado, describiendo los pasos necesarios para obtener su valor final. Entre estas acciones se encuentran las gravitatorias, sobrecarga de nieve, las de viento, las acciones térmicas .
-La estructura metálica está formada por perfiles normalizados, de distinto tipo según su ubicación. En pilares se utilizarán perfiles simples de tipo HEB, siendo los más numerosos los de tipo HEB – 140. Por su parte, las vigas de cubierta formadas por perfiles simples de tipo IPE, entre entre IPE – 180 e IPE – 200 para la cubierta.
IPN 160 IPE 200 IPE 200 HEB 140 HEB 100 Página 21 CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES Página 22 ...