ANEJO Nº 3: INGENIERÍA DE LAS OBRAS.

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1 ANEJO Nº 3: INGENIERÍA DE LAS OBRAS. Mejora de bodega en Valdefuentes (Cáceres).

2 INGENIERÍA DE LAS OBRAS 3.- INGENIERÍA DE LAS OBRAS Diseño Cálculo del espacio necesario para almacenamiento del vino en botellas Cálculo del espacio necesario para almacén de botellas vacías, cartones y repuestos Cálculo del espacio necesario para crianza y reserva del vino Barrica de 5 litros Botellas de 0.75 litros Cálculo de elementos resistentes de la nave Características Cálculo de las correas Cálculo de la cercha Cálculo del pilar Cálculo de la placa de anclaje del pilar Cálculo de la zapata Cálculo del muro hastial Cálculo de la jácena Cálculo de la jácena Cálculo del pilar Cálculo de la placa de anclaje del pilar Cálculo de la zapata Cálculo del pilar Cálculo de la placa de anclaje del pilar Cálculo de la zapata Cálculo de las vigas de cerramiento. Mejora de bodega en Valdefuentes (Cáceres).

3 INGENIERÍA DE LAS OBRAS. 3.- INGENIERÍA DE LAS OBRAS DISEÑO Cálculo del espacio necesario para almacenamiento del vino en botellas. vino: Partimos de la base de que queremos almacenar en botella la producción anual de Vino joven 4465 litros. Vino de crianza 313 litros. Total: 8930 litros botellas. Vino de reserva 313 litros. Partiendo de los siguientes datos: - Cajas de 1 botellas: Alto: 0.3 m Superficie: m - Europalet de 50 cajas: Alto: 0.3 m/caja 5 alturas 1.60 m m/europalet 1.75 m. Superficie: 10 cm 80 cm 0.96 m Las botellas se me ten en un total de cajas. En cada palet caben 50 cajas 00 europalet. Se distribuirán en grupos de 3 alturas, con lo que ocupará la superficie de 67 palets. 67 palets 0.96 m /palet 64 m. Altura total 1.75 m 3 alturas 5.5 m de alto Cálculo del espacio necesario para almacén de botellas vacías, cartones y repuestos. Datos: -Palet: Alto:.1 m Superficie: 10 cm 100 cm 1. m Mejora de bodega en Valdefuentes (Cáceres). 3

4 La cantidad de botellas vacías que necesitamos tener en el almacén serán las siguientes: La embotelladora tiene un rendimiento de 000 botellas/h, al día se necesitan botellas. Calculamos para almacenar aproximadamen botellas. Un palet contiene 1561 botellas 45 palets: Estos se apilan de tres en tres, resultando 15 palets. Destinaríamos otros 40 m para almacenamiento de cartones y repuestos. Espacio para almacenar los cajones de las botellas. Cajón capacidad 300 botellas botellas cajones. Agrupados en cinco alturas, quedan en un espacio para 80 cajones Cálculo del espacio necesario para crianza y reserva del vino Barrica de 5 litros envases + 10 de seguridad para trasiegos 10 envases. 5 Se toma como dimensiones de la barrica: longitud 1 m y diámetro del vientre: 70 cm Botellas de 0.75 litros. Las botellas se dispondrán en botelleros en posición horizontal. La producción anual: Vino de crianza: 313 litros. Vino de reserva: 313 litros dos años 4466 litros El número de botellas será: Contenedor metálico de 300 botellas de 1. m ancho 1 m de fondo 1 m de alto botellas 300 contenedores, que se distribuirán en grupos de botellas / contenedor alturas, lo que equivale a unos 100 contenedores. Mejora de bodega en Valdefuentes (Cáceres). 4

5 3..- CÁLCULO DE ELEMENTOS RESISTENTES DE LA NAVE Características Localización de la nave...cáceres. Luz de la nave...5 m Longitud de la nave...30 m Separación entre pilares...5 m Separación máxima entre correas m Altura de los pilares...7 m Figura 1: Esquema de fachada. La nave se proyectará con una cercha tipo Pratt a dos aguas, con una inclinación de cubierta del 8% y con un canto inicial de m, material de cubierta placa galvanizada tipo sándwich, peso 5 kg/m. A.- Consideraciones geométricas. Pendiente tgα 0.08; α4.57 l f l 1. 54m ; a tgα 1m cosα Si la separación máxima entre correas es 1.5 m. f nº vanos vanos 10correas 1.5 La separación real entre correas será: S c f nº vanos vanos 1.39 La separación en proyección horizontal: Mejora de bodega en Valdefuentes (Cáceres). 5

6 S h S c cos α 1. 38m B.- Cálculo de las acciones. En lugar de mayorar las acciones, se minorará el límite elástico del acero con el coeficiente 1.5, según la NBE EA-95, de manera que la tensión admisible del acero A-4b, en lugar de 600 kg/cm será 1733 kg/cm. b.1.- Acciones gravitatorias. Son las debidas a la sobrecarga de la nieve, al peso de la correa y al peso de la cubierta y accesorios. 1.- Sobrecarga de nieve. Según la altura topográfica, en el caso de Cáceres es 440 m corresponde a una carga de 60 kg/m. < 60. Para una cubierta cuya inclinación con respecto a la horizontal es del 8% α 4.57 es P n 60 kg/m cosα kg/m Lo que equivale a una carga por metro lineal de: P n kg/m 1.38m 8.6 kg/m..- Peso de la propia correa. Perfil IPN 10 P c 11. kg 3.- Peso de la cubierta y accesorios. El valor estimado oscila entre 0 y 30 kg/m,por lo que se toma un valor medio de 5 kg/m,a metros lineales. P ca 5 kg/m 1.39 m kg/m. b..- Acciones del viento. Se han establecido estas acciones según la norma NTE-ECV, en función de la situación, de la altura de coronación y de la velocidad del viento, así como la esbeltez del edificio proyectado. 1 Carga total del viento sobre el edificio. Mejora de bodega en Valdefuentes (Cáceres). 6

7 Debido a que la altura de los pilares que componen la estructura del edificio es distinta, y la carga del viento depende de esta altura, tendremos distintas cargas del viento sobre el edificio. Cáceres pertenece a la zona eólica X. La situación topográfica es normal. La carga del viento, en función de la altura de pilares es: Altura (m) q (kg/m ) barlovento (kg/m ) sotavento (kg/m ) Estas consideraciones se tendrán encuenta más adelante en el cálculo de pilares. Carga del viento sobre la cubierta. Considerando < 33% huecos. La zona eólica X y la altura total de la nave: h t 7 m + m + 1 m 10 m. Existen dos hipótesis: Hipótesis A: Faldón a barlovento m 0 kg/m Faldón a sotavento n 16 kg/m Hipótesis B: Faldón a barlovento m 47 kg/m Faldón a sotavento n 63 kg/m Al ser todas las cargas signo negativo no se considera la acción del viento Cálculo de las correas. El tipo de correa a emplear es perfil IPN, para de la que cálculo se sigue la normativa NEB EA-95. Se tantea con un perfil IPN 10. Perfil Peso(kg/m ) Sección(cm ) W x (cm 3 ) W y (cm 3 ) i x (cm) i y (cm) IPN La carga total en la vertical será de: P T P n + P c + P ca kg/m. Las cargas en sentido de la cubierta y perpendiculares a ésta, serán respectivamente. Mejora de bodega en Valdefuentes (Cáceres). 7

8 P x 18.6 senα10.4 kg/m P y 18.6 cosα18. kg/m 1. Comprobación a flexión. Para comprobar las correas a flexión, se considera que las correas son vigas continuas montadas cada dos vanos y cargadas con una carga uniforme. Para que la correa resista a flexión debe cumplir: M X + Y W X WY M admisibleminorada 1733kg/cm 1 1 M Py l kg. m 8 8 X 1 M Y Px l kg. m kg cm cm 300kg. cm 1163kg adm Admisible. 7.41cm + 3. Comprobación a flecha. La flecha máxima admisible para vigas y viguetas de cubierta según la norma NBE- EA-95 es, l 50 siendo l la longitud del vano. La flecha admisible es: l f adm mm 50 Mejora de bodega en Valdefuentes (Cáceres). 8

9 Para calcular la flecha producida, f α ( kg mm ) l ( m ) h ( cm) f mm El perfil propuesto es admisible a flecha Cálculo de la cercha La cercha es de tipo Pratt a dos aguas, con dos metros de canto inicial, 5 m de luz, 8% de pendiente. La separación entre nudos de 1,39 m, 9 vanos y 10 correas por faldón, que tiene una longitud de 1.54 m. A. Cálculo del peso por nudo. Para el cálculo de la carga en cada nudo, además de las acciones ya consideradas, se ha de tener en cuenta el peso de la cercha, que se estimara en el 70% de la luz, y el de conducciones que albergará en su interior, que se considera de unos 5 kg/m. P cercha kg/m 17.5 kg/m 5 m 5 m kg El valor de la carga uniforme por metro lineal de correa es: 18.6 kg/m 5 m 643 kg Y el correspondiente al cableado y otros elementos de conducción: 187kg P nudo kg / nudo 18nudos B. Cálculo de las reacciones. Las reacciones R A y R B tienen el mismo valor debido a la simetría geométrica y de cargas. Este valor es: R A R B kg C. Cremona. El método para calcular los esfuerzos a que se ven sometidas todas y cada una de las barras es el método gráfico de Cremona. Mejora de bodega en Valdefuentes (Cáceres). 9

10 La tensión admisible minorada se reducirá un 10% por la suposición de partida de que la estructura de la cercha es isostática, cuando en realidad existe cierta rigidez en los nudos por las soldaduras. 600kg kg 1.5 adm.90 Cálculo de esfuerzos Lo vamos a realizar por el método gráfico de Cremona. Cuadro con el esfuerzo, longitudinal y barras del diagrama de Cremona. BARRA LONGITUD ESFUERZO DIAGONALES MONTANTE TIRANTE PAR Tipo Valor (kg) 10. Compresión Compresión Compresión Compresión Compresión Compresión Compresión Compresión Tracción Tracción Tracción Tracción Tracción Tracción Tracción Tracción Tracción Compresión Compresión Compresión Compresión Compresión Compresión Compresión Compresión Tracción Tracción Tracción Tracción Tracción Tracción Tracción Tracción Compresión Compresión 900 Mejora de bodega en Valdefuentes (Cáceres). 10

11 D. Comprobación a tracción. En los cálculos de las barras de la cercha emplearemos como tensión admisible 1560 kg/m. Este valor se obtiene al disminuir la tensión admisible minorada del acero A-4b (1733 kg/m ) un 10%, pues la hipótesis de cálculo considera que los esfuerzos secundarios originados por ser la cercha una estructura isostática imperfecta, debido a las uniones por soldadura y cartelas, no superan el 10% de los esfuerzos principales. Para que sea admisible debe cumplirse: m máx N A adm 1560 kg a) Tirante. La barra más desfavorable es la nº 17,que será la que se estudie y con la que se dimensionará el tirante completo. N kg Se tantea con un perfil L 50 7 Perfil Peso (kg/m) Sección (cm ) L N 18800kg 1433Kg A 6.56 b) Diagonal. admisible Se verá la barra más desfavorable y se dimensionarán todas las demás según ésta, que es la nº 8. N 9800 kg. Se tantea con un perfil L 40 5 Perfil Peso (kg/m) Sección (cm ) L N 9800kg 193Kg A 3.79cm c) Montante nº 7. admisible La barra nº 7; a diferencia del resto de los montantes, trabaja a tracción, pero al ser el esfuerzo al que está sometida sensiblemente inferior al que soporta el montante más cargado, y además, por ser el dimensionado a compresión más exigente que el de tracción, se dimensionarán todos según el montante más cargado a compresión. Mejora de bodega en Valdefuentes (Cáceres). 11

12 E. Comprobación a compresión. La condición de seguridad que debe cumplirse es: N ω 1560 kg m máx adm A donde ω es el coeficiente de pandeo en función de la esbeltez (λ) del perfil a) Par. La barra más desfavorable es la nº 7. N kg l k β 1 138cm 138cm Se tantea con un perfil: L 60 8 Perfil Peso(kg/m) Sección(cm ) i x L lk 138 λ 77 ω 1.46 ix 1.8 N 18900kg ω Kg Admisible. adm A 9.03cm b) Montante. La barra más desfavorable es la nº 19. N kg l k β l cm Se tantea con dos perfil: L 50 7 Perfil Peso (kg/m) Sección(cm ) i x (cm) L lk 169 λ ω i 1.49 x.01 N 9000kg ω Kg A 6.56 adm Admisible. El montante extremo se realizara con perfiles UPN a fin de facilitar el montaje. N kg: l k β l cm Se prueba con dos perfiles UPN 80: Mejora de bodega en Valdefuentes (Cáceres). 1

13 Perfil Peso (kg/m) Sección(cm ) i x (cm) UPN lk 169 λ 54.5 ω i 3.10 x 1.51 N 9000kg ω Kg A 11.0 adm Admisible. c) Las diagonales a compresión. Las diagonales nº 35 y nº 36 tr abajan a compresión, mas por soportar un esfuerzo inferior al cálculo para las diagonales a tracción, se dimensionan como la diagonal más desfavorable a tracción. N 900 kg: l k β l cm Se tantea con un perfil L 40 5 Perfil Peso (kg/m) Sección (cm ) L lk 41 λ 199 ω 6.78 i 1. x N 900. kg ω Kg A 3.79 adm Admisible. F. Comprobación a flecha de la cercha. Para tal comprobación se realizará la suposición de que la cercha es una viga de cordones paralelos y de m de canto. La carga uniforme que actuará sobre esta supuesta cercha será: P q 18 luz n P n es la carga por nudo real, es decir, la que es debida al peso real de la cercha, no al supuesto: P n Acciones de cubierta +Conducciones + Peso cercha / nudo kg P n 75.05kg +17.5kg + 10kg. 18nudos Mejora de bodega en Valdefuentes (Cáceres). 13

14 18 10kg Q m k / g 7.36kg Se calcula el momento de inercia únicamente considerando los cordones superior e inferior. C m C f C CS - C ci 00 cm 1.97 cm 1.69cm cm C m : canto mecánico. C f : canto físico de la cercha. C cs : distancia desde la cara externa del perfil del cordón superior a su centro de gravedad. C ci : ídem del cordón inferior. En cuanto ala posición del eje de gravedad de la cercha, vendrá dado por d: A cs c m (A cs + A ci ) d A cs : área de los perfiles del cordón superior. A ci : ídem de los perfiles del cordón inferior. cs cs ci cm El momento de inercia I : I o cs (c -d) + A ci I o ( cm cm) cm cm 4 El momento de inercia I será del 75% del calculado. 4 I 0.75 I o Mejora de bodega en Valdefuentes (Cáceres). 14

15 La flecha que produce: 4 5 L 5.36kg cm (500 f E luz f 10cm f < 50 adm f adm cm BARRAS PERFIL PESO(kg/m) LONGITUD(m) PESO (kg) Cordón Superior L Cordón inferior L Montante extremo UPN Resto de montante L Diagonal L Peso barras semicercha Peso cartela, chapas, etc (15%) Peso de la semicercha Peso total de la cercha Se proyecta un perfil HEB 0 Perfil Peso(kg/m Sección(cm ) x(cm ) y(cm ) x(cm) i y HEB a) Carga axial El valor de la carga axial será: RA RB 844kg N Re acciòn + P. propio pilar 844kg kg / m 7m kg Mejora de bodega en Valdefuentes (Cáceres). 15

16 b) Cálculo del momento flector máximo en la base del pilar Debido a que el pilar transmite parte del momento ocasionado por el viento, por medio de la cercha que sustenta, al pilar de sotavento, tendremos un momento flector máximo en la base de los pilares a barlovento en la situación más desfavorable de: c º ( m n) s f senα ( ) 5m 1.54m sen kg M màx 13 c q s h + h kg m Siendo : m: Carga de viento en el faldón a barlovento(hipótesis A) 0 n : Carga de viento en el faldón a sotavento(hipótesis A) -16 s : Separación entre cerchas 5 m f : Longitud del faldón de cubierta 1,54 m q : Carga de viento sobre el edificio 79 kg/m h : Altura en cabeza de pilar + cercha (7+) m h cercha : Canto de la cercha m c) Cálculo del esfuerzo cortante máximo en la base del pilar La tensión absorbida X por la cercha, que transmite al pilar del lado de sotavento es: 1 1 X q s h kg El esfuerzo cortante máximo en la base de pilares es: c 80 Q màx q s h + X kg 3 3 d) Comprobación a pandeo La longitud equivalente de pandeo en el plano vertical y paralelo al eje longitudinal de la nave, es la de un pilar empotrado en la base y articulado sin desplazamiento en su cabeza. La longitud equivalente de pandeo en el plano perpendicular al anterior es la de un pilar empotrado en su base y casi perfectamente libre en su cabeza. Pandeo alrededor de eje XX: Tipo de vinculación: empotrado-libre lkx 1400cm l kx β L cm ; λ x 149 ϖ i 9.43cm x Mejora de bodega en Valdefuentes (Cáceres). 16

17 Pandeo alrededor de eje YY: Tipo de vinculación: empotrado-articulado lky 490 l ky β L cm 490cm λ y 88 i 5,59 y N ϖ A M + W 894.5kg kg cm x kg cm < 1733kg / x 91cm 7.36 cm Por tanto, adm, siendo admisible el pilar Cálculo de la placa de anclaje del pilar 1 - Carga axial del pilar: N kg - Momento máximo en la base: M kg m M cm - Excentricidad: e 100cm N 894.5kg - Predimensionado de la placa: a b cm a 6 60cm 10cm < e Flexión compuesta 6 Mejora de bodega en Valdefuentes (Cáceres). 17

18 Parámetros fundamentales Tracción de la placa T N s f siendo: g 0.1 a cm Adoptamos g 6 cm g 0.15 a cm 7 s a g 46.5cm f e a cm kg 57.5cm T 11058kg 46.5 Compresión de la placa ( s + f ) 894.5kg( ) N cm R 0000kg. s 46.5cm Tensión a la que se somete el hormigón de las zapatas R a b 4 fck γ γ 0000kg 33.63kp cm 60cm 40cm kp ch admh c f ch < admh admisibles. El momento flector máximo de la placa En el borde del pilar será: M c ch a b 3 a c 33.63kg 60cm 40cm 3 60cm 3047kg cm Siendo c el canto del pilar en la dirección donde actúa el momento. Mejora de bodega en Valdefuentes (Cáceres). 18

19 El espesor de la placa t 6 M b adm kg cm 40cm 1733kg 4.48cm El espesor calculado es excesivo, por lo cual colocamos cartelas a fin de rebajarlo. El nuevo espesor de la placa viene dado por la expresión: M t 6 adm En donde M es el mayor de los siguientes momentos: ch l 33.63kg 10 cm M ch b 33.63kg M 8 8 b c l 10cm t kg 1733kg ( b 4 l) ( ).4cm 4mm Kg cm 40cm cm 0 El espesor sigue siendo excesivo, por lo que desdoblamos la basa en una placa superior de 1 mm y otra inferior de 1 mm de espesor, dándole a esta ultima 1 cm más a cada lado para facilitar la soldadura. La dimensión final de la placa inferior es 6 x 4. e 1 Espesor de las cartelas R ( a c) adm ch a b 33.63kg 60cm 40cm R 10089kg kg e1 0.3cm 3. mm kg ( ) Por seguridad y para que las soldaduras sean compatibles, se toma e 1 8 mm. Mejora de bodega en Valdefuentes (Cáceres). 19

20 Comprobación de la compatibilidad de soldaduras Garganta a: Pieza Espesor (mm) Valor máximo(mm) Valor mínimo(mm) Ala HEB Alma HEB Placa superior Placa inferior Cartela Todas las piezas son soldables, por consiguiente, la comprobación es satisfactoria. Diámetro y posición de los redondos de anclaje π φ T n u u [ B 400s] kp 1.15 π φ n Siφ 0mm n 1.6 φ 0 π 4000 a 3φ0 b φ0 Longitud de anclaje de los pernos será: Los redondos serán corrugados y con terminación en gancho. La longitud de anclaje l b f yk lb m1 φ φ 0 Al ser acero B 400S y hormigón H-5, m cm cm 0 l b 48 cm Terminación en patilla: 0.7 l b cmAdoptamos como mínimo 40 cm. Mejora de bodega en Valdefuentes (Cáceres). 0

21 Cálculo de la zapata 1 La zapata se dimensiona con m de largo, en la dirección perpendicular al eje longitudinal de la nave, 1. m de ancho y 1 m de canto. Dado que el pilar es metálico, no existirá material de relleno por encima de la zapata, sino que irá a ras del suelo. Datos del terreno: Resistencia característica: adm 0 kn/m 3 Ángulo de rozamiento interno: φ 30º Peso específico: γ terreno 18 kn/m 3 Datos de los materiales: Peso especifico del hormigón: γ h 5 kn/m 3 Hormigón HA-5 f ck 5 N/mm Acero B400S Coeficientes de ponderación a utilizar: Coeficiente de minoración del hormigón, γ c 1.5 Coeficiente de minoración del acero, γ s 1.15 Mejora de bodega en Valdefuentes (Cáceres). 1

22 Coeficiente de minoración de las cargas, γ f 1.6 A. Comprobación de la estabilidad estructural a) Cargas en la base del pilar: N o kn M o kn m V o 1.87 kn b) Cargas en la base de la zapata: N N 0 + peso zapata + Peso terreno. Como no existe terreno por encima de la zapata queda: N N o +B L h γ h kn+5 kn/m 3 1. m m 1 m144 kn M M o + V o h kn+1.87 kn 1m11 kn m V V o 1.87 kn. A.1. Vuelco Zapata con excentricidad física del pilar(e e fisica 0.3 m) L N + e C sv 1.5 M 144kN C sv La zapata es admisible a vuelco. 11kN m A.. Hundimiento Calculamos la excentricidad para conocer el tipo de distribución de tensiones. Mejora de bodega en Valdefuentes (Cáceres).

23 e M N 11kN m e 0.3m 0.47cm 144kN L 0.33cm 6 6 L e > Distribución triangular. 6 AX N max B AX L 3L 3 AC e AX 3 e m 3 4N max 1,5 Adm. Terreno 3 ( L e) B 4 144kN max 151kN / m 0.151N / mm m 1.m Adm. Terreno ( ) B. Cálculo de la zapata como elemento estructural b.1. Clasificación de la zapata según EHE. Vuelo físico (zapata excéntrica) L L 0. Vmax + e m 100mm h mm Tipo de zapata. V Max <h Zapata Rígida. (El vuelo físico será menor que dos veces el canto) b..flexión Las tensiones que actúan sobre las zapatas son las que provienen de las cargas de la estructura, sin contar el peso del cimiento ni de la tierra o cargas uniformemente repartidas que actúan directamente sobre él. El cálculo a flexión se realiza en cada dirección principal respecto a una sección de referencia S 1 que está retrasada respecto al soporte. Vuelo de cálculo: En el caso de un pilar metálico con placa. L c 600mm 0mm m Vmax + 100mm mm 4 4 Mejora de bodega en Valdefuentes (Cáceres). 3

24 Siendo L y B las dimensiones de la placa y c el canto del perfil metálico del soporte. De este modo el cálculo del momento se realiza como una viga en voladizo de 1105 mm de largo (vuelo mecánico) y 100 mm de ancho (lado menor de la zapata). Obtención de la tensión de cálculo. Es necesario descontar a la tensión máxima la tensión uniformemente distribuida debida al peso del cimiento. - La tensión a descontar: 3 zapata h γ z + ( D h) γ t 1m 5kN / m + (1 1) 5kN / m calculo máx zapatac N / mm Por triangulación puede calcular el valor de la tensión a una distancia m 1105 mm. La tensión de cálculo, descontando la tensión uniforme producida por el peso del cimiento y de la tierra situada sobre él, viene dada por la expresión: 1 AX m AX calculo N / mm Método de bielas y tirantes. máx + 1 L R1 d B N Mejora de bodega en Valdefuentes (Cáceres). 4

25 x L máx R B d 600mm T d R1d γ f 0,85 d 5 1 ( x 0, a) Al tener hormigón de limpieza, adoptamos d 50mm d h d mm a 0mm (anchura del soporte) T d ( ) N 1. kn N Con esta capacidad: A 344.3mm Comprobación de cuantía. Cuantía geométrica mínima Siendo la recomendación de J. Calavera, se adopta el mm Cuantía mecánica mínima: f A s 0.04 Ac f cd yd mm Por lo tanto, A s 43.9mm. Utilizando barras de diámetro 16mm: π n n φ16 4 La armadura longitudinal: B r n φ s + φ mm 9.49 cm ( n 1) ( 1 1) Mejora de bodega en Valdefuentes (Cáceres). 5