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Abstract
“Nave de secado de salazones cárnicas en Montejo (Salamanca)” es el título del proyecto final de carrera del alumno Javier Jiménez Sevillano, y tiene como objeto presentar una posible solución al cálculo y distribución de la estructura metálica de la ampliación de una nave industrial ya existente. Jiménez Sevillano, Javier; Tabuenca Cintora, Víctor
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MEMORIA PROYECTO FINAL DE CARRERA: NAVE DE SECADO DE SALAZONES CÁRNICAS EN MONTEJO (SALAMANCA) Autor: Javier Jiménez Sevillano Tutor de proyecto: Víctor Tabuenca Especialidad: Mecánica Convocatoria: Junio 2010
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 1 INDICE: INDICE:...........................................................................................................................................1 1.INTRODUCCIÓN:....................................................................................................................3 2.DESCRIPCIÓNDELPROYECTO:..............................................................................................3 3.ANTECEDENTES:....................................................................................................................5 4.LOCALIZACIÓNGEOGRÁFICA:...............................................................................................6 5.DESCRIPCIÓNDELAOBRA:...................................................................................................6 a.Geometríadeledificio:......................................................................................................6 b.Cubierta:...........................................................................................................................7 c.Distribucióndesecaderosybodegas:...............................................................................8 6.DESCRIPCIÓNESTRUCTURA:.................................................................................................9 a.Cubierta:............................................................................................................................9 b.Pilaresdelanavecentral:...............................................................................................11 c.Pilareszonabodegas:......................................................................................................13 d.Forjadoplantasuperior:..................................................................................................13 e.Forjadoplantabaja:........................................................................................................14 f.Correasdefachada:.........................................................................................................15 g.Correasdecubierta:........................................................................................................17 7.ACCESOSYMANTENIMIENTO:............................................................................................18 8.CARACTERÍSTICASPANELESAISLANTES:.............................................................................19 a.Cerramientoscubiertaylaterales:..................................................................................19 b.Panelesaislantesdelascámaras....................................................................................20 9.ACCIONESCONSIDERADAS:.................................................................................................21
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 2 a.Nieve:..............................................................................................................................22 b.Cargaspermanentes:......................................................................................................24 c.Sobrecargas:....................................................................................................................27 d.Electrovía:........................................................................................................................28 e.Viento:.............................................................................................................................30 10.DISEÑOYCÁLCULODEUNIONES:...................................................................................41 UnionNº1:..............................................................................................................................41 Uniónnº2:..............................................................................................................................45 Uniónnº3:...............................................................................................................................48 11.CÁLCULODEZAPATAAISLADA:.......................................................................................54 a.Hundimiento:..................................................................................................................54 b.Vuelco:............................................................................................................................56 c.Deslizamiento:.................................................................................................................57 d.Cálculoestructural:........................................................................................................57 12.BIBLIOGRAFÍA:.................................................................................................................62
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 3 1. INTRODUCCIÓN: “Nave de secado de salazones cárnicas en Montejo (Salamanca)” es el título del proyecto final de carrera del alumno Javier Jiménez Sevillano, y tiene como objeto presentar una posible solución al cálculo y distribución de la estructura metálica de la ampliación de una nave industrial ya existente. Dentro de la presente memoria se van a nombrar y posteriormente detallar las distintas partes que van a componer el proyecto, como son: descripción de la obra, explicando cada parte de ésta; cargas consideradas a la hora de calcular; justificación del uso de algunos perfiles especiales; optimización de la estructura; cálculo manual de uniones atornilladas y ejemplo de cálculo también manual de una zapata aislada. Todo ello quedará correctamente definido con la memoria, y los veinticinco planos que se adjuntarán con la misma, y que serán imprescindibles a la hora de comprender el proyecto del secadero. 2. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO: El entramado metálico que a continuación se propone, sirve como estructura para contener en su interior un secadero de salazones cárnicas, mediante la división en diferentes cámaras frigoríficas como luego se mostrarán dentro de éste mismo proyecto más detalladamente. Por todo ello, se deben tener en consideración varios aspectos a la hora del diseño de la nave, como son la higiene debido al uso alimentario del producto que se obtiene en su interior, así como determinados aspectos como la temperatura de secado de los jamones y la automatización de la mayor parte del proceso. La distribución de la nave parte del edificio ya existente, junto con las características del terreno (desniveles por ejemplo) hacen que la solución estudiada tenga una geometría, forma, repartos de cargas, tipos de nudos,etc. que entrañan una gran dificultad a la hora tanto de diseñarlas como de calcularlas.
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 4 Antes de comenzar con la parte técnica del proyecto, se va a redactar una pequeña introducción sobre el proceso de secado de jamones, que servirá para comprender algunas partes especiales de la obra (como por ejemplo la aplicación de las sobrecargas por el peso de los jamones). El proceso de secado en salazón de jamones, comienza en el matadero, donde se extraen correctamente las extremidades del cerdo, que pueden llegar a un peso en sangre de hasta 13 – 14 kg. Una vez que termina la fase del matadero, se trasladan ya al secadero, donde comienza la primera de las cinco fases que componen el secado: la salazón. La salazón se realiza mediante el aplique de distintas capas de sal marina por ambos lados de la pieza, consiguiendo la mayor homogeneidad posible. Este proceso ayuda a la deshidratación de las patas, y a su vez mejora la conservación de éstas. Todo ésto se realiza en unaatmósfera controlada y a una temperatura constante que puede llegar a alcanzar entre 1 y 5ºC, así como unas altas humedades entre el 80 o 90 %. El tiempo que dura este proceso, varía dependiendo de la pieza a sazonar, tomando como referencia una duración de un día por kg en sangre que pese la unidad. Cuando los jamones o las paletas alcanzan su punto exacto de salazón, se les hace un lavado a las piezas, eliminando los restos de sal adherida, y a la vez se perfila y afina la superficie exterior. De ahí se pasa al proceso de asentamiento, en el cual se va a comenzar a extraer el agua del jamón de forma paulatina, ya que el exterior está seco debido a la sal, pero el interior conlleva un secado mucho más lento. El tiempo de asentamiento depende de la cantidad de grasa que contenga el jamón, ya que a mayor cantidad, el proceso es más rápido. Todo el proceso se realiza cuidando con detalle la humedad relativa de la sala, ya que los jamones comenzarán a soltar el agua que llevan dentro y podrían estropearse. En este momento, las piezas se trasladan a la zona propiamente dicha de secado, donde la sal se junta con la grasa del jamón y comienza el proceso de ‘sudado’, por el que se termina de secar el interior. Se dice que es en esta parte del proceso donde el jamón comienza a obtener su sabor y olor característicos mediante la fusión de las grasas contenidas. Las condiciones de las cámaras de secado también son controladas continuamente, variando la temperatura entre 15-20ºC y una baja humedad relativa. Después del largo proceso de secado, los jamones pasarán a una bodega, después de un selectivo proceso de clasificado según pesos y calidad, donde se terminará el proceso de secado de la forma más natural posible.
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 5 El tiempo que permanecen en bodega depende del tipo de jamón y el peso siendo aproximadamente de 9 a 16 meses en jamones y de 5 a 6 meses en paletillas. El tiempo total de curado que comprende los cinco procesos especificados, será de entre 14 y 38 meses. La ampliación propuesta en el proyecto albergará tres de las fases más importantes para el proceso de secado como son: el asentamiento, el secado propiamente dicho y el envejecimiento en bodega. La situación de cada uno de los procesos se va describir a continuación en los siguientes apartados de la memoria. 3. ANTECEDENTES: El presente proyecto, como ya se ha explicado anteriormente, ha sido encargado por una empresa privada dedicada a la fabricación de jamones de denominación de origen guijuelo. Previamente al encargo por parte de la empresa de dicho proyecto, se ha realizado el consiguiente y necesario estudio socioeconómico, que dictaminó que debido a la gran aceptación que posee el producto dentro del territorio español, como la inminente expansión de éste a países extrajeros hacen que en el momento actual sea viable la ampliación de la producción. El nuevo secadero dará cabida a a un máximo de unos 150.000 piezas en secaderos y unas 30.000 en bodega, lo que según los datos del grupo supondrá un aumento del 50% anual de producción.
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 6 4. LOCALIZACIÓN GEOGRÁFICA: El emplazamiento del edificio proyectado se encuentra en Montejo, un pueblo situado a 10 km al norte de Guijuelo,pueblo que da nombre a una de las zonas de España con más tradición en el proceso de secado de jamones. El pueblo de Montejo comunica con Salamanca, capital de provincia, mediante la A-66, lo que hace que el acceso sea inmejorable por carretera. La comunicación por tren conlleva mayor dificultad, debido a que la estación más cercana se encuentra en Salamanca capital, a 41 km de distancia, por lo que conviene descartar cualquier tipo de transporte que no se por carretera. Las distancias con los principales puntos de interés más cercanos son: Salamanca: 41 km Madrid: 315 km por la AV-11 Barcelona: 837 km Aeropuerto y ferrocarril más próximos: Salamanca 5. DESCRIPCIÓN DE LA OBRA: a. Geometría del edificio: La nave del proyecto fue diseñada de tal forma que quedara dividida en dos zonas diferenciadas, pero comunicadas entre sí. La primera zona, la más occidental, se compone de una nave de dimensiones 56 m de largo por aproximadamente 50 m de ancho. Ésta fue diseñada con forma aporticada, de este a oeste, con una modularidad de 7 m.
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 7 La segunda zona se comunica con la primera por su lado occidental, y se compone de una camara inferior sin ningún tipo de división hasta una cota de 7.25 m y dos zonas a partir de esta cota, en forma de pasillos de 7 m de ancho cada uno hasta una altura máxima de 16.7 m. Cada uno de estos pasillos a su vez se alargan hasta una distancia de 47 m el más largo y 42.5 m aproximadamente el más corto de los dos. Dichos corredores, quedan separados por una pasarela abierta al exterior que sirve de acceso a la nave, de 7 m de ancho,y queda situada entre ambos, a la cual se accede solamente a pie, y comunica directamente con las bodegas abiertas de cara al público por medio de una zona acristalada. Ambas zonas se comunican en su parte inferior tal que la unión de las dos forma una sola nave de 4.348 m2 por planta. b. Cubierta : Toda la cubierta de la nave se ha realizado mediante el diseño a dos aguas, evacuando en un total de 7 zonas distintas tal y como muestra la siguiente imagen: Todas las caras de cubierta, deberán soportar las cargas que se estiman en el apartado acciones consideradas que se redactará en el proyecto posteriormente. Las cotas más altas del edificio se encuentran en el pico de la cubierta de la nave oriental, alcanzando una altura en la cumbrera de 17,4 m.
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 14 Al hacer el cálculo se determina la colocación de IPE-140 por toda la zona donde discurra la electrovía. Estos perfiles apoyarán sobre otras IPE que deberán ser de mayor tamaño debido a que cada una de ellas soportará el peso de cuatro vigas con su respectiva electrovía a cada lado de forma simétrica. Por ello, se han colocado IPE-330 que se unirán mediante brochales hechos con chapa de pequeño espesor, soldados a la IPE soporte y atornillados a la IPE-140. A su vez, las IPE-330 que no estén en el mismo plano que alguno de los pórticos principales, se unirán con otro tipo de brochal ( tal y como se diseña en el apartado de cálculo de uniones) al alma de las IPE principales, que tienen un canto de 600 mm, y que se prolongan a lo largo de toda la longitud del pórtico. Toda la geometría de este forjado queda reflejada en el plano número 3.1: Forjado electrovía. A este tipo de vigas se les colocan las chapas octogonales atornilladas a las alas superior e inferior para después colocar los pilares unidos a éstas. Unión que también va incluida en el apartado de cálculo y diseño de uniones. El forjado se corresponde con la zona de la nave principal, pero también con la zona de bodegas, pero la dirección de los pórticos varía de una a otra zona por lo que la dirección de las vigas también lo hará de la siguiente manera: Las vigas de canto 600 en la nave central irán colocadas en dirección esteoeste, mientras que en la zona de bodegas irán en dirección norte-sur. Debido a la longitud total de estas vigas, de hasta 46 m, para su transporte se dividen en distintos tramos en la zona donde los momentos flectores se hacen minimos. En estos puntos, se colocan chapas de 30 mm de espesor de forma frontal, que se atornillarán tal y como se muestra en el diseño de la unión en el respectivo apartado. e. Forjado planta baja: Para soportar las altas cargas de la maquinaria sobre el suelo de la planta baja, se colocará tal y como se explicará más adelante en el apartado de cargas consideradas, un forjado alveolar con una capa de hormigón de compresión y otra de pavimento, ambas de 5 cm de espesor, que se apoyarán sobre perfiles tipo IPE-600 que se extenderán de norte a ssur por toda la geometría de la nave.
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 15 Estas vigas, llevarán unas varillas dobladas de acero acorrugado en su parte superior, que permitirán al forjado quedar perfectamente unido a éstas, y que estarán soldadas a las alas superiores de las vigas. Dentro del mismo forjado, pero en sentido este-oeste, se han colocado para reforzar la estrucutra unos pequeños perfiles redondos huecos de tamaño ø133x2,6 que arriostrarán tanto los pilares como las vigas en sus puntos comunes de unión. f. Correas de fachada: Toda la fachada del edificio se va a realizar mediante paneles del tipo sandwich de lana de roca, debido a su poder aislante, que mantendrá mejor la temperatura dentro de ésta, sin aumentar en exceso el peso propio. Este tipo de panel seleccionado lleva unos rebajes en sus extremos, con un refuerzo interior en la chapa, que permite atornillarlos a cualquier tipo de estructura. Estos rebajes tendrán una distancia mínima de atornillado con respecto a los extremos, y la distancia óptima de atornillado será de 50 mm, dato que habrá que tener en cuenta a la hora de elegir las correas. Los tornillos seleccionados para este tipo de unión son autotaladrantes y autorroscantes, reduciendo el tiempo de montaje, y por tanto el precio de la mano de obra. El tamaño es bastante reducido, siendo cada tornillo de M6 y de longitud 85 mm, suficiente para atornillar a cualquier tipo de superficie de espesor elevado. Para las correas se ha seleccionado el perfil tipo C, que nos permite una facil colocación en los ejiones gracias a su alma ancha, y a su vez permite atornillar los paneles de forma facil en el ala que queda en la parte exterior. A su vez, soportan gran carga debido a que su eje fuerte se coloca perpendicularmente a la fachada, lo que hace que el perfil no sufra alabeos de ningún tipo, ya que estará atornillado en toda su longitud tal y como se ve en la imagen.
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 16 Después de un cálculo aproximado, y tomando como partida las distancias mínimas de atornillado de los paneles, se han elegido los perfiles tipo C-225x80x2. Para sujetarlos a los pilares se han creado ejiones aprovechando otro tipo de perfil ya existente en la obra como son las IPE-240 pertenecientes a las vigas de cubierta de la mayor parte de la nave. Gracias a ello, se pueden conseguir dos ejiones con solamente un tramo de 275 mm de IPE, con el debido corte transversal del alma tal y como se muestra en la imagen anterior. Con el perfil de tipo IPE se consigue que las distancias de atornillado al alma del perfil sean suficientes, sin dañar la resistencia del ejión. En cuanto a las correas de la parte superior de la fachada, se deses timará la colocación de los mismos ejiones que en el resto de la fachada, ya que la separación con los pilares se aumenta debido a la necesidad de colocar los canalones de evacuación de aguas procedentes de la cubierta. Por ello se ha optado por colocar una pequeña IPE-100 colocado con el plano que contiene el alma perpendicularmente al panel de fachada tal y como se muestra en la imagen inferior. Se coloca de esta forma para poder seleccionar la longitud adecuada dependiendo del canalon que se deba colocar, y a su vez, la resistencia es mayor que si se colocara el plano de las alas perpendicular al panel.
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 17 Debido a que el alma de la IPE interfieriría con la correa, lo que se ha diseñado es colocar una UPN-120 tal y como muestra la imagen, que tendrá mas resistencia que la C al separarla del ejión, y por tanto permitirá atornillar el panel a la distancia que se desee. La zona oscura de la imagen se corresponde con una chapa doblada con la forma que se muestra, y que se atornillará tanto a la correa de cubierta como al ejión y al extremo superior del cerramiento. Encima de esta chapa se colocará el canalón que evacuará las aguas de cubierta. g. Correas de cubierta: Las correas de cubierta se van a colocar directamente incrustadas sobre las vigas, por lo que se ha optado por colocar perfiles tipo C-250x80x3. Las correas se atornillarán por su alma a unas pequeñas IPE que servirán de forjado de cubierta en la zona de los pórticos axiales, y que se colocarán cada 1.65 m, distancia a la que se atornillarán los paneles de lana de roca. En los pórticos centrales se unirán a las vigas de cubierta atornillandolas a las llantas que se muestran en la imagen y que quedarán soldadas a las alas y el alma, y tendrán un espesor de 6 mm. Este tipo de perfiles al igual que ocurría con los de fachada, dejarán una distancia suficiente de atornillado para los paneles y su resistencia será suficiente para que no plastifiquen con las cargas de cubierta, gracias a que su eje fuerte es el paralelo a la dirección de las cargas.
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 18 7. ACCESOS Y MANTENIMIENTO: Debido a que la ampliación está diseñada para que cada cámara quede prácticamente automatizada por completo, el acceso a la determinadas zonas de la nave sólo se le permite al personal autorizado, y otras zonas quedan abiertas solamente a tareas de mantenimiento. Toda la nave tendrá puertas de acceso herméticas a cada cámara que las comunicarán con el corredor en la zona sótano, y una pasarela elevada que discurrirá por encima de las máquinas de frío en la zona central del corredor en la planta primera. De ésta forma se minimiza el paso de gente evitando acumular suciedad o partículas posiblemente dañinas para el proceso de secado. Para el acceso de la mercancía, se ha adaptado la ampliación para que la zona noreste comunique directamente con el muelle para camiones que ya existía en la parte antigua de la fábrica, y cuyas desgargas, podrán ir destinadas a una u otra zona del edificio según las especificaciones del secado, tipo de carne, etc. Así la empresa a la que está destinada la ampliación, determina que el acceso a esta parte nueva de la fábrica por el personal sea minimizada al máximo, quedando la zona de salazón y empaquetados, zonas con mayor acumulación de personal, en habitaciones especiales en la parte norte (zona ya existente de la fábrica). Las bodegas, situadas en la zona este de la primera planta, suponen la última fase del secado de las piezas de carne, y a su vez sirven de escaparate a la hora de que haya algún posible comprador interesado en la mercancía, pudiendola inspeccionar a través de las cristaleras a ambos lados del pasillo de acceso. Por lo tanto estas bodegas tendrán también el acceso restringido, pero serán perfectamente visibles desde el exterior. Todos los accesos a la nave por parte del personal, se harán desde la zona norte, teniendo también la posibilidad de acceder por una puerta en la parte central del corredor nombrado en el párrafo anterior.
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 19 8. CARACTERÍSTICAS PANELES AISLANTES: Dentro del edificio, se van a usar paneles tipo sandwich para evitar la fuga de la temperatura óptima obtenida mediante los refrigeradores dentro de las cámaras. También se usarán los paneles sandwich como cerramientos de todo el edificio, tal y como se indica en los planos. a. Cerramientos cubierta y laterales: Los cerramientos de panel sandwich tienen diversas aplicaciones, entre ellas, sirven de cerramiento de cubierta y laterales, colocándolos con tornillos autotaladrantes y autoroscantes sobre las correas colocadas para sostenerlos. En el caso de la nave de Montejo, se han elegido paneles de lana de roca y acero prelacado a ambos lados, todo ello unido con resinas especiales. La lana de roca ha sido seleccionada por su capacidad aislante ante el bajo coeficiente de transmisión de calor a través de ella, ya que debido a la gran superfie de contacto que posee la nave con el exterior, pueden ser considerables y esto aumentaría la temperatura del edificio, lo que es perjudicial para el proceso del secado. Según los cálculos de aislamientos térmicos con el programa creado por el IDAE (Ministerio de Industria) ‘AISLAM’ especial para cálculos de este tipo, suponiendo una temperatura exterior máxima de 40ºC y la interior, que será de 20ºC aproximadamente, con un espesor de lana de roca de 50 mm y densidad 100 kg/m3 será más que suficiente para evitar aumentos de temperatura considerables, y así a su vez se ahorrará en el consumo de los equipos de frío. Otra consideración a tener en cuenta a la hora de escoger los paneles de lana de roca, es la tensión admisible que aguantan, ya que al añadirle las láminas de 0.5mm de espesor a cada lado del aislante, se aumenta la resistencia de estos, pero nunca se llegará a la sobrecarga para tareas de mantenimiento, por lo que el técnico destinado a tal tarea, debe asegurarse de moverse por la zona donde se sitúen las correas o vigas de cubierta. En conclusión, los paneles elegidos para la zona de cubierta son: Panel lana de roca. Densidad 100 kg/m3. Espesor lana 50mm y acero prelacado de 0.5 mm a cada lado.
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 20 Estos paneles tendrán un peso, como luego se especificará a la hora de introducir las cargas, de 15kg/m2. Y se colocarán sobre las correas colocadas tal y como queda reflejado en los planos, con una distancia entre apoyos de 1.5 m (máxima distancia admisible para este tipo de panel). Los paneles laterales, serán del mismo tipo, ya que todas las zonas donde se mantiene la temperatura más reducida, quedarán aisladas mediantes sus propios paneles especiales. b. Paneles aislantes de las cámaras Para el correcto proceso de secado de jamones, como se ha explicado en la descripción del proyecto, es necesario mantener aproximadamente constante la temperatura de las cámaras en unos 15ºC por lo que se deben minimizar las pérdidas entre el interior y el exterior de éstas. Para ello, se usa como aislante la lana de roca, pero ésta vez debe ser de mayor calidad que el caso de los cerramientos exteriores, debido a que el flujo de calor será mayor cuanta más diferencia de temperaturas haya entre las superficies. Las características del panel sandwich, son similares a las anteriores, con una capa de acero prelacado de 0.5 mm de espesor a cada lado de la lana. En éste caso no hará falta aumentar el espesor de la capa de acero, ya que se van a colocar los paneles como paredes y techumbre, pero no deberán soportar encima cargas de ningún tipo. El espesor del aislamiento se aumenta para disminuir el flujo total de calor a través de el. Para realizar el cálculo, se ha utilizado el programa ‘AISLAM’, en el cual se introducen los datos de temperaturas y conductividad térmica del aislante, y obtenemos el resultado de aproximadamente 120 mm de espesor de aislante. Las características finales del panel son: 120 mm espesor de la lana, cubierta de chapas prelacadas de 0.5 mm de espesor, con una densidad de fibra de 135 kg/m3 y 1.5 m entre apoyos. Los apoyos se realizarán mediante la colocación de unos pequeños perfiles en ‘L’ que se unirán a columnas principales de la nave.
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 21 9. DISTRIBUCIÓN SISTEMA REFRIGERACIÓN: Para mantener la temperatura constante en cada bodega se va a instalar un sistema de intercambio de agua-aire en determinadas zonas tal y como se indica en el anejo 1: planos refrigeración. Antes de comenzar con toda la distribución dentro de la nave conviene destacar que la primera fase del enfriamiento se producirá en el exterior del edificio. En la zona norte, fuera de los límites de la ampliación proyectada, quedan situadas estrategicamente varias enfriadoras sobre la cubierta del edificio. Se tratan de enfriadoras aire-agua que usan la temperatura exterior del aire para enfriar una solución de agua-glicol al 30%, lo que ayuda ala hora de la transferencia de calor con el aire aumentando el calor específico del agua. Una vez se obtiene una temperatura de aproximadamente de 7ºC (temperatura normal de trabajo para la enfriadora), el agua es bombeada con una electrobomba desde el depósto incorporado que lleva la enfriadora hacia el interior del edificio. Este agua llega a unos intercambiadores agua-aire en el interior de la nave, en zonas ya próximas a las cámaras de secado, donde por medio de una batería de tubos de cobre, enfría el aire que hay a su alrededor. Este aire es impulsado por medio de ventiladores que lo transportan a través de los conductos de chapa (ya que se debe evitar el uso de fibras debido al uso alimentario del producto del interior) hasta el interior de cada bodega. Una vez dentro de la cámara, este aire se dirige directamente sobre el producto mediante una serie de toberas orientables, que mantendrán la temperatura constante, una vez se hayan enfriado. Este aire recircula y se retira gracias a un conducto de extracción que se sitúa en un extremo de la cámara, y que volverá a pasar de nuevo por el intercambiador para ser enfriado de nuevo. Todos los ventiladores, así como las toberas, los conductos, etc quedan definidos en el anejo 1 de la memoria, que se adjuntará con ésta.
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 22 10. ACCIONES CONSIDERADAS: Para el cálculo de la estructura según el código técnico de la edificación se han aplicado las siguientes cargas a la estructura: Acciones de viento Acciones de nieve Sobrecargas de uso Cargas permanentes (instalaciones, paneles, etc.) Y sobretodo uns sobrecarga debida a la electrovía de la que colgarán los jamones en perchas Todas ellas se van a explicar a continuación con más detenimiento, nombrando los factores que influyen a la hora de tener en cuenta cada una de ellas, así como la distribución que tendrán una vez aplicadas sobre cada pórtico. a. Nieve: Para el cálculo de la carga de nieve que le correspondería en éste caso se recurre al documento básico de seguridad estructural y acciones en la edificación del código técnico. Según aparece en la página 10 de éste documento, la carga de nieve se calcula a partir de los coeficientes de forma (μ) y el valor característico de la caga de nieve (Sk). En el caso de la nave de Montejo, el ángulo de la pendiente máxima es de 11,22º (19.85%), que al no superar la máxima de 30º, hace que el coeficiente de forma sea igual a 1. Debido a la situación geográfica del edificio (provincia de Salamanca) , la carga de nieve será igual a 0.7 kN/m2 debido a los 931 metros sobre el nivel del mar, que superan a los 780 que estipula el CTE para salamanca (0.5 kN/m2).
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 23 QN = 1 x 0.7 kN/m2 = 0.7 kN/m2 Una vez obtenida la carga de nieve por metro cuadrado, se debe aplicar a cada pórtico multiplicando éste valor por la mitad de la modularidad con los pórticos anterior y posterior. En este caso, es muy importante tener en cuenta que la modularidad no es constante para toda la nave en el sentido este-oeste (porticos numerados del 1 al 16), pero sí lo es en el sentido norte-sur (pórticos nombrados de la A a la I). Según el plano número 1, de la distribución en planta de la nave, nombrando cada alineación, se calculan las siguientes cargas: Pórticos A e I: 0.7 kN/m2 x 3.5 m = 2.45 kN/m lineal Port del B al H: 0.7 kN/m2 x 7 m = 4.9 kN/m lineal Port A’: 0.7 kN/m2 x 1.2 m = 0.84 kN/m lineal Port A’’: 0.7 kN/m2 x 3.2 m = 2.24 kN/m lineal Port B’ : 0.7 kN/m2 x 4 m = 2.8 kN/m lineal Port C’ : 0.7 kN/m2 x 5.225 m = 3.6575 kN/m lineal Port 9 : 0.7 kN/m2 x 3.685 m = 2.5795 kN/m lineal Port 10: 0.7 kN/m2 x 6.91 m = 4.837 kN/m lineal Port del 11 al 14 : 0.7 kN/m2 x 6.45 m = 4.515 kN/m lineal Port 15: 0.7 kN/m2 x 6.705 m = 4.6935 kN/m lineal Port 15 P : 0.7 kN/m2 x 1.14 m = 0.798 kN/m lineal Port 15’ : 0.7 kN/m2 x 4.365 m = 3.0555 kN/m lineal Port 16 : 0.7 kN/m2 x 3.48 m = 2.436 kN/m lineal Todas las cargas se aplican sobre los pórticos descritos de forma distribuida en dirección vertical hacia abajo. La mayoría de éstas cargas recaerán sobre las vigas de cubierta, excepto en la zona de las bodegas, donde también se extenderán por el pasillo central.
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 30 e. Viento: El cáclculo de las cargas de viento sobre el edificio se ha hecho siguiendo las indicaciones del código técnico de la edificación. Según éste, la carga de viendo se calcula a partir de tres coeficientes: la presión dinámica (qb), coeficiente de exposición (Ce) y coeficientes de presión exterior (cp). La presión dinámica depende directamente de la densidad del aire (ρ) y de la llamada velocidad básica del viento, que a su vez depende de la zona geográfica donde se sitúe el edificio en cuestión. Montejo, donde se sitúa la obra descrita en éste proyecto, se encuentra en la provincia de Salamanca, por lo tanto dentro de la llamada zona A. Debido a ésto, le corresponde una presión dinámica de 0.42 kN/m2. (Valor básico de la velocidad del viento= 26 m/s). El coeficiente de exposición depende del tipo de terreno en el que se sitúe la obra, de su altura, etc. Para el caso de Montejo, se tomará el tipo de zona: “Terreno rural llano sin obstáculos ni arbolado de importancia”. Por esto, los parámetros ‘k’ y ‘L’ serán iguales a 0,17 y 0,01 respectivamente. La altura máxima a considerar en este caso será de 17,432 m de altura de cumbrera en los pasillos, sobre la base del terreno en su zona más baja. Según éstos datos el resultado del término ‘F’ será: F= k ln(zmax / L) = 1,268 Y por tanto Ce = F (F +7 k) = 3.119 Para determinar el coeficiente de presión exterior, se debe estudiar cada zona por separado. Habrá en total tres casos de acciones de viento distintos, como se va a ver en la imagen de la siguiente página.
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 31 Antes de comenzar con el primer caso, calcularemos el área de influencia ‘A’ que condicionará a la hora de calcular el coeficiente de presión. En nuestro caso, debido a la gran altura de cada pilar (mínimo 7,3 m con modularidad de 7 m hasta el siguiente) el área de influencia será siempre mayor que 10 m2. La zona norte de la ampliación comunica en toda su superficie con el edificio ya existente, por lo que no hace falta calcular cargas de viento, ya que en ésta cara no incide. El edificio, aunque es una sola edificación se va a calcular como dos zonas diferenciadas, ya que la dificultad que conllevan los pasillos de las bodegas, hacen que sea más desfavorable calcularlas por separado y por tanto mejor y más sencillo. Así se procederá a calcular primero la zona de la nave principal y posteriormente la zona de pasillos, todo ésto para cada suposición de incidencia del viento.
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 32 CASO 1 y 3: En el caso 1, el viento incide perpendicularmente a la cara oeste del edificio, y en el caso 3 es en la misma dirección pero sentido contrario.Para obtener el coeficiente de presión exterior en este caso se debe acudir a la tabla del anejo D del documento básico de Seguridad Estructural y acciones en la edificación. En la tabla D.3 Paramentos verticales encontraremos los coeficientes en la tabla de las caras frontal, laterales y posterior. Antes de comenzar a tomar datos, se debe calcular la relación entre h y d, que en este caso se corresponden con h = 17 m y d =46 m por tanto h/d=0.37 Entrando en la tabla obtenemos los terminos según las zonas de presión del viento: A=-1.2 B=-0.8 C=-0.5 D=0.713 E=-0.33 Los coeficientes D y E se aplicarán directamente sobre la fórmula, ya que ocupan las caras frontal y posterior completas del edificio, pero con los coeficientes A, B y C se hará una media según sus superficies de incidencia, y el valor de esa media se colocará en ambas caras laterales. Para el cálculo de las superficies hace falta calcular primero el parámetro e=min(b,2h). En éste caso e=2h=34m con este dato se obtienen las siguientes superficies:
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 33 Con estos datos obtenemos la media a partir de las superficies de cada zona: Media = -0,756 Los coeficientes por cada superficie quedarán entonces: Frontal = 0.713 Laterales= -0.756 Posterior=-0.33 Como es lógico, la cara frontal sufre la acción del viento en forma de presión, y las caras tanto laterales como posterior sufren una fuerza de succión. Todas las cargas se aplicarán a la nave tal y como se explica en el último apartado dentro de las cargas de viento. En cuanto a los coeficientes en la cubierta, se obtienen del mismo anejo en la tabla D.6 Cubiertas a dos aguas. La pendiente de la cubierta es de 5º aproximadamente por lo que se obtienen unos coeficientes: F=-1.7 G= -1.2 H= -0.6 I= -0.6 J=-0.6 Al igual que ocurría en el caso anterior, habrá que calcular la media según las superficies indicadas a continuación:
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 34 Las medias de la zona izquierda y derecha respectivamente son: Izquierda= -0.734 Derecha=-0.6 Por tanto como era de esperar, toda la cubierta sufriría una carga de succión, que intentaría arrancar los cerramientos. Ahora se pasa a la zona de las bodegas, las cuales se van a dividir en norte y sur. Los primeros cálculos serán los de la bodega sur, que es ligeramente más larga que la norte (39.21 m frente a los 34.5 m de la sur). La relación h/d = 16.7/39.21 = 0.43 y la e =14m. Los coeficientes de ésta zona serán: A = -1.2 B = -0.8 C = -0.5 D = 0.724 E = -0.304 (estos dos ultimos se han obtenido interpolando los coeficientes de la tabla D.3) Tomando los datos de las superficies que se muestran en la imagen de la siguiente página, la media del coeficiente de la cara lateral quedará: Media = -0.621 Así los finalmente cada zona queda: Frontal = 0.724 Lateral = -0.621 Posterior = -0.304
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 35 La cubierta de la bodega sur, con una inclinación de 11.23º (que se aproximará para calcular los coeficientes a 15º) tendrá los siguientes coeficientes: F = -1.3 G = -1.3 H = -0.6 I = -0.5 En este caso como se puede ver en la imagen de la página siguiente, la media del coeficiente de la superficie izquierda y derecha serán iguales. La media de la zona norte y sur de la cubierta será: Media = -0,547 será el único coeficiente que se le aplicará a la cubierta de la bodega sur. La bodega norte en un poco más corta que la sur, pero ambas tienen el mismo ancho (14m). Por lo cual el coeficiente d variará su valor y por tanto, la realción h/d valdrá: h/d= 16.7/34.531 = 0.48 e = 14 m En este caso pues los coeficientes de presión exterior serán: A = -1.2 B = -1.2 C = -0.5 D = 0.731 E = -0.36 De nuevo, la media de los coeficientes A, B y C se obtendrá a partir de las superficies de cada uno según quedan reflejadas en la imagen de la página siguiente. Así, tomando estos datos, se obtiene una media del coeficiente de presión en los laterales del edificio de: Media = -0.638 Los coeficientes definitivos según la zona de incidencia del viento serán: Frontal = 0.731 Posterior = -0.36 Lateral = -0.638
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 36 Al igual que ocurría en el caso de la bodega sur, en la bodega norte los coeficientes de presión exterior en la cubierta serán en este caso iguales a ambos lados de la cumbrera. Los coeficientes serán los mismos que en la bodega sur, ya que la inclinación de la cubierta va a ser la misma (aproximada a 15º). F = -1.3 G = -1.3 H = -0.6 I = -0.5 Las superficies de influencia de cada coeficiente, debido a que el termino ‘e’ no varía, serán iguales a las de la imagen de cubiertas del caso anterior, excepto la zona I, que ser ligeramente más pequeña: Así, la media del coeficiente Cp en toda la cubierta será de: Media = -0,553 Todos estos coeficientes se aplicarán en cada superficie para el caso 1 y 3, según sea cara posterior, frontal, lateral o cubierta.
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 37 CASO 2: El segundo caso de las posibles acciones de viento, es aquel en el que el la dirección de viento va de norte a sur de la nave y viceversa. En todo este caso, la cara posterior de la nave principal no estará expuesta a la acción del viento, por lo que no hará falta calcular los coeficientes en esta zona., pero sí se calcularán para la zona de pasillos. Lo primero será al igual que en la anterior comprobación, separar el edificio en tres zonas, dos bodegas y la nave principal, que es la que primero se volverá a analizar. Antes de entrar a la tabla D.3 de paramentos verticales, habrá que calcular la relación h/d y e. h/d = 17/56 = 0.30 y e = min(2h,b) = 2h = 34 m Según las relaciones anteriores, se obtienen unos coeficientes eólicos: A = -1.2 B = -0.8 C = -0.5 D = 0.706 E = -0.31 Al igual que en los casos anteriores, se debe calcular la media de la zona lateral según la superficie de incidencia de cada coeficiente: La media de la parte lateral será de: Media = -0.706
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 38 Por tanto los coeficientes serán: Frontal =0.706 Lateral =-0.706 Posterior =-0.31 En cuanto a la cubierta de la nave principal, la distribución de coeficientes será de la forma: Siendo (pendiente cubierta 5º): F= -1.6 G=-1.3 H=-0.7 I=-0.6 La media de todas las superficies será de: Media= -0.693 Teniendo analizada ya toda la nave principal, es hora de calcular la zona de bodegas. Para ambos corredores, los coeficientes e y de robusted son iguales tal y como se muestra a continuación: La geometría de ésta parte del edificio ya ha sido descrita en el apartado anterior, pero la relación h/d y e varían al variar la dirección de incidencia del viento. En este caso, h/d = 16.7/14 = 1.19 y e = 2h = 33.4m Los coeficientes sobre los paramentos de la bodega norte quedarán:
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 39 A = -1.2 B = -0.8 C = -0.5 D = 0.8 E = -0.51 Como el resto de casos, con los coeficientes A,B y C habrá que calcular la media de las zonas laterales, según sus superficies. Tanto la bodega norte como la sur tendrán la misma distribución de superficies en su zona lateral: Así la media lateral quedará de la forma: Media = -0.89 Los coeficientes definitivos de los paramentos verticales de las bodegas según las hipótesis 2 y 4 serán: Frontal = 0.8 Lateral = -0.89 Posterior = -0.51 Las cubiertas de la nave norte tendrán los siguientes coeficientes y superficies de reparto: F = -0.9 G = -0.8 H = -0.3 I = -0.4 J = -1
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 46 p1 = 80 mm ≥ 2.2*d0 = 2.2*18 = 39.6 mm e2 = gramil menor = 30 mm ≥ 1.5*d0 = 1.5*18 = 27 mm La geometría del perfil cumple las especificaciones, por tanto ahora se deben calcular los esfuerzos sobre los tornillos, para ello se calculará la reacción combinada de esfuerzo cortante y axil sobre cada tornillo: V1 = VEd/n F1 = M1/r1 = VEd*e1/r1 Donde: VEd = esfuerzo cortante = 81.663 Kn n = nº de tornillos = 2 m = nº de angulares e 1, e2, r1 y r2 son las distancias tal y como se muestra e la siguiente imagen: La combinación de los dos esfuerzos en un tornillo de la unión con del perfil IPE-330 será igual a: R1 = √( V12 + F12) = VEd/2*r1 √( r12 + 4*e12)= 81663/2*80 √(802 + 4*352)= 54255 N Este esfuerzo se corresponde con la solicitación de los tornillos de unión con el perfil IPE-330.
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 47 Los tornillos de unión con el perfil principal tendrán una solicitación igual a: V2 = VEd/n = 81.663/4 = 20.416 kN F2 = M2/m*r2 = VEd*e2/m*r2 = 81.663*35/2*80 = 17.86 kN La combinación de ambos esfuerzos dará: R2 = √( V22 + F22) = 27128 N A partir de estos esfuerzos, se debe comprobar la resistencia de los tornillos a cortante. Primero los tornillos de la unión del perfil IPE-330: F v1,Rd= (n * 0.5 * fub * A)/γM2 = 2 * 0.5 * 800 * 157/1.25 = 100.48 kN > 54.225 kN de esfuerzo, por lo que el tornillo CUMPLE la comprobación a cortante. Ahora se comprueban los tornillos de unión entre la L y el perfil principal: F v2,Rd= (n * 0.5 * fub * A)/γM2 = 1 *0.5 * 800 * 157/1.25 = 50.24 kN > 27.128 kN resultantes en la anterior comprobación, por lo que la unión CUMPLE. Por tanto la unión predimensionada es correcta. Se ha comprobado tambín a reducir el tipo de perfil tipo L debido al gran numero de uniones de este tipo presentes en la obra, pero haciendo las mismas comprobaciones para un perfil tipo L-60x6, se obtiene que el perfil no cumple con las especificaciones de la geometría del código técnico, ya que la distancia hasta el extremo del perfil es menor que 1.5 d0 por lo que no se podrá reducir el tipo de perfil. También se ha comprobado si se podría reducir el tipo de tornillos, pero los esfuerzos obtenidos serán mayores que la resistencia a cortante del tornillo de métrica 12 por lo que no se cumplirían con la norma, por lo que se ha desechado esta variación. Por lo tanto la unión diseñada se podría decir que está optimizada.
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 48 Unión nº3: Para este tipo de unión se van a comprobar la capacidad de los tonillos tanto a tracción como a cortante de la chapa frontal que une la IPE-360 con las chapas que se atornillan a las chapas diseñadas en la unión tipo uno. A su vez se deberán comprobar los cordones de soldadura de la chapa frontal interior con las llantas de unión con el nudo. Geometría de la chapa frontal: La geometría inicial se ha ajustado al perfil IPE-360, quedando los tornillos entre las alas de esta y tendrá la forma: e1 = 75 mm > 1.2*do = 1.2*18 = 21.6 mm p1 = 80 mm > 2.2*do = 2.2*18 = 39.6 mm e2 = 75 mm > 1.5*do = 1.5*18 = 27 mm
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 49 p2 = 120 mm > 3*do = 3*18 = 54 mm Por tanto la geometría de la chapa tal y como se ha diseñado en la primera aproximación cumple sobradamente. Ahora se deben comporbar los tornillos tanto a cortante como a tracción, así como la resistencia de la chapa a aplastamiento. Los tornillos para hacer la primera aproximación se han elegido de métrica 16, tal y como se puede ver en las comprobaciones de la geometría de la chapa, con agujeros de 18 mm de diámetro. La primera comprobación será el cortante de la unión atornillada, que será soportado por las secciones de todos los tornillos a la vez, y no por la chapa, debido a que no son tornillos pretensados. Los esfuerzos totales sobre la unión a calcular son: N = 77.765 kN V = 35.324 kN M = 79.77 kN m El esfuerzo total en la unión a cortante será igual a 35.324 kN, que dividido entre los ocho tornillos de unión, dará un esfuerzo por tornillo igual a 4.4155 kN.
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 50 Cortante de un tornillo: Fv,Rd= (n * 0.5 * fub * A)/γM2 = (1 * 0.5 * 800 * 157)/1.25 = 50240 N > 4415.5 N por lo que cumple a cortante con un aprovechamiento del 8% Aplastamiento de la chapa: Fb,Rd= (2.5 * α * fu * d * t)/ γM2 = (2.5 * 1 * 410 * 18 * 25)/1.25 = 369000 N Donde: f u = resistencia última del acero de la chapa d = diámetro de los agujeros t = espesor de la chapa = 25 mm α = el menor valor de: e 1/3*d0 = 1.388 p1/3*d0-0.25= 1.23 fub/fu= 1.95 ó 1 F b,Rd= 369000 N > 35324 N por lo que la unión CUMPLE con un aporvechamiento del 9.5% Una vez realizadas las comprobaciones a cortante, se harán las correspondientes a esfuerzos de tracción sobre los tornillos, para lo cual se deben calcular los esfuerzos que actúan sobre la unión. Para el cálculo a tracción de este tipo de unión, se actúa según sea considerada unión con chapa rígida o flexible. En este caso, debido a que el espesor de las chapas es elevado, la unión será considerada como rígida y por tanto el cálculo de la resistencia a tracción se hará de la siguiente forma: Lo primero será calcular la posición del eje neutro, según las superficies de resistencia (tanto la zona comprimida: será soportada por la chapa frontal, como traccionada: soportada por las secciones de los tornillos) tal y como muestra la imagen:
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 51 La linea del neutro se calculará a partir de los coeficientes que se muestran en la imagen con: C1/C = √(a/b) = √(8.93/250) = 0.18; C = 336.39 mm Donde: C + C1 = 400 mm b = 250 mm a = A*m/s = 402.12*2/90 = 8.93 mm A = 2*A tor = 2*(16/2)^2*π = 402.12 mm2 m = nº tornillos por fila = 2 s = 90 mm A partir de la posición del neutro, se calculan los esfuerzos sobre el tornillo más cargado: F = MEd * c * a * s/(I * m) = 79.77x106 * 336.39 * 8.93 * 90/(1.35x108 * 2) = = 79875 N
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 52 Donde la inercia es igual a: I = a * c3/3 + b * C13/3 = (8.93 * 336.393)/3 + (250 * 63.613)/3 = 1.35x108 mm4 Resistencia a tracción del tornillo: Ft,Rd = 0.9 * As * fub/ γM2 = 0.9 * 157 * 800/1.25 = 90432 kN > 79875 kN por lo que la unión CUMPLE Por tanto viendo los resultados, todas las comprobaciones cumplen sobradamente. Una vez comprobada toda la tornillería y la geometría de la cartela, se deben calcular los cordones de soldadura horizontales de unión entre la chapa frontal y las transversales a estas. Las tensiones sobre la sección abatida de los cordones será igual a: n ┴= M/W + N/ (2*a*L) t ┴ = V/(2*a*L) t ⁄⁄ = 0 n┴= 79.77x106/[170*a*(360+a)] +77.765x103/(2*170*a)= 469235.294/(360a+a2) + 228/a t ┴= 35.324x103/(2*a*170) = 103.89/a
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 53 Ahora se desabate la sección, obteniendo las tensiones sobre la garganta real de la soldadura en angulo: σ ┴= (n┴ + t ┴) /√2 = (588974.89 + 332.61a) / [√2*a*(360+a)] δ ┴= (-n┴ + t ┴) /√2 = (-514174.094 – 124.83*a) / [√2*a*(360+a)] δ ⁄ ⁄ = 0 √[σ ┴ 2 + 3*( δ ┴2 + δ ⁄ ⁄ 2)] ≤ fu / (βw* γM2) = 410/ (0.85*1.25) = 385.88 N/mm2 Sustituyendo los coeficientes por su valor y resolviendo la ecuación obtendremos el valor de a: a ≥ 6 mm Según la geometría de la pieza, se obtendría una garganta mínima de 7 mm, por lo que la unión soldada CUMPLE.
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 54 12. CÁLCULO DE ZAPATA AISLADA: El tipo de cimentación a calcular es una zapata aislada con carga centrada. Las comprobaciones de hundimiento, vuelco, deslizamiento y el cálculo estructural servirán para calcular las dimensiones de la cimentación así como el armado principal necesario. La primera predimensión de la zapata se hará mediante la comprobación a hundimiento de la cimentación en el terreno. a. Hundimiento: En esta comprobación se debe cumplir que la presión total bruta de la zapata (qb) es menor que la tesión admisible del terreno (qadm). La qadm depende de las características del terreno: cohesión, peso específico etc. Pero debido a la complicación de calculo que conlleva, se han normalizado valores característicos en tablas según el tipo de terreno. En el caso de la nave proyectada se ha considerado un coeficiente de 0.4 Mpa que se corresponde con el tipo de terreno: mezcla de gravas y arenas, que suele ser el tipod e terreno más común. La relación de la comprobación de hundimiento será: qadm = 0.4 MPa =400 kN ≥ qb = V/Aef La presión de la zapata sobre el terreno se define como la presión que producen el esfuerzon axil del pilar y el peso propio del cimiento dividido por un área equivalente, que es la máxima sección cobaricéntrica con la componente de la solicitación sobre la zapata. Este área eficaz se calcula como la multiplicación de ancho y largo equivalentes. Aef = A* x B* = (a - 2*ex)*(b – 2*ey)
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 55 Siendo: a = ancho de la zapata b = largo de la zapata e x = excentricidad según el momento en el eje y = My/ V e y = excentricidad según el momento en el eje x = Mx/ V V = sumatorio de esfuerzo cortante sobre la zapata y peso propio de ésta (V = N + PP) En este caso será una zapata simétrica por lo que ancho y largo serán iguales a = b, por lo que el área eficaz será igual a: Aef = (a - 2*My/V)*(a – 2*Mx/V) Para el cálculo de el esfuerzo cortante sobre la zapata se tomará la densidad del hormigón igual a 2500 Kg/m3 para el cálculo del peso propio de la zapata. PP = 2500 Kg/m3 * 9.81 * a2 * h = 19620*a2 N = 19.62*a2 kN Con h = altura de la zapata = 0.8 m Los esfuerzos sobre la zapata característicos serán: V = 498.993 kN Mx = 32.19 kN m My = 3.44 kN m Con estos valores se hallan los valores de las excentricidades: ex=0,103 mm ey = 0.006 mm Y por tanto: Aef = (a - 0.206)*(a - 0.012) = a2 - 0.218a + 0.002472 Entonces qb =(498.993 + 19.62a2) / (a2 - 0.218a + 0.002472) Por tanto 400 kN ≥ (498.993 + 19.62a2) / (a2 - 0.218a + 0.002472) Después de hacer varias iteraciones se obtiene que el valor optimizado del ancho y largo de la zapata será igual a: a = 1.273 m
NAVESECADOSALAZONESCÁRNICASENMONTEJO(SALAMANCA) ESCUELAUNIVERSITARIADEINGENIERÍATÉCNICAINDUSTRIALDEZARAGOZA 62 13. BIBLIOGRAFÍA: Código Técnico de la Edificación. En especial los documentos básicos: - DB SE: Seguridad estructural acciones en la edificación. - DB SE-A: Documento básico. Seguridad estructural del acero - DB SE-C: Seguridad estructural. Cimentación ITEA: Instituto Técnico de la Estructura en Acero - Tomo 13: Diseño de uniones - Tomo 16: Sistemas estructurales:Edificios Eurocódigo 3: Proyecto de Estructuras de Acero Instrucción Española de Acero Estructural (EAE) del Ministerio de Fomento: capítulo 14. “Cálculo de estructuras metálicas con Nuevo Metal 3d”. Antonio Manuel Reyes Rodriguez. Ed ANAYA