Montaje en cubiertas planas Indicaciones generales Con la creciente utilización de sistemas fotovoltaicos, los detalles de montaje están ganando cada vez más importancia junto a las magnitudes eléctricas, la durabilidad, los plazos de garantía, etc.. Mientras que al principio se montaba un número reducido de módulos en el tejado, hoy en día, existen varias variantes de montaje para cualquier tipo de tejado y formas de colocación, incluyendo tejados industriales de gran superficie o estructuras inclinadas en huertas solares. Con el número creciente de instalaciones, las empresas aseguradoras también intentan infl uir cada vez más en estándares de calidad de las instalaciones, a causa de un cierto aumento estadístico de casos de siniestros. En montajes en cubiertas planas, en especial con soluciones mediante contrapeso, se le atribuye gran importancia a la valoración de riesgos y daños. Mientras que en el caso de errores de montaje en cubiertas a dos aguas, las filtraciones en el tejado, los módulos dañados, o las pérdidas de rendimiento representan un riesgo de daños limitado, es absolutamente posible que un contrapeso insuficiente en la cubierta plana suponga riesgos para terceros. Por otra parte, en el caso de exceso de carga en el tejado, debido a cargas de contrapeso demasiado grandes, se deberá considerar el riesgo de sobrecarga del tejado hasta su derrumbamiento. Las siguientes indicaciones deben ayudar a limitar los riesgos para el planificador o instalador, y permitir una planificación segura y profesional. 1 Contrapeso o fijación Indicaciones generales para montajes en cubiertas planas En muchos casos, y precisamente en instalaciones en cubiertas planas, no se toma lo sufi cientemente en cuenta el lado técnico de los tejados en cuestión al elaborar las ofertas. Las ofertas globales de kw contienen a menudo una solución estándar mediante contrapeso, sin aclarar previamente si el volumen de contrapeso es realista o si el edifi cio podrá soportar una sobrecarga adicional debido al peso de los módulos, de la construcción portante y de las cargas adicionales de contrapeso. Frecuentemente no se considera que, dependiendo de la construcción, el peso del contrapeso aumenta considerablemente la carga total, siendo así apenas realizable en muchos tejados existentes. A menudo, la mejor solución para elaborar una oferta profesional es examinar las posibilidades de fijación de la instalación fotovoltaica en la estructura del tejado. Gracias a los detalles de montaje con soluciones de sellado cada vez más profesionales, desaparecen las reservas de los clientes respecto a perforaciones de la cubierta. El planificador debería mostrar al cliente más bien los riesgos más altos a causa de soluciones mediante contrapeso proyectadas de forma errónea, o bien presentar al cliente las cargas de contrapeso realmente necesarias. En caso de que la solución mediante contrapeso resulte ser efectivamente la mejor variante para el proyecto, será necesario calcular la carga de contrapeso teniendo en cuenta las normas vigentes y todos los parámetros individuales. En caso dado, también será posible minimizar la carga de contrapeso necesaria mediante una optimización de los detalles constructivos mecánicos. Generalmente no se recomienda combinar una solución mediante contrapeso y una solución de fijación. A causa de las deformaciones elásticas en el sistema, estas soluciones requieren para cada caso de un costoso cálculo estructural individualizado. Fax: +49 8072 9191-9200 E-mail: solar@schletter.es www.schletter.es Actualización 01/2010 Salvo modifi caciones 1 / 12
Ejemplo: Filas de módulos dañadas por vuelco en una cubierta plana (contrapeso insuficiente) Fuente: Prensa especializada Ejemplo: Montaje de una estructura en una cubierta plana con contrapeso completamente insuficiente Fuente: Schletter GmbH 2 Límites técnicos de soluciones mediante contrapeso Potencial de riesgo para el planificador e instalador Mientras que en el caso de errores de montaje en cubiertas a dos aguas las filtraciones en el tejado, los módulos dañados, o las pérdidas de rendimiento representan un riesgo de daños limitado, es absolutamente posible que un contrapeso insuficiente en la cubierta plana suponga riesgos para terceros. Por otra parte, en el caso de exceso de carga en el tejado debido a cargas de contrapeso demasiado grandes, se deberá considerar el riesgo de sobrecarga del tejado hasta su derrumbamiento. Dimensionamientos incorrectos de las cargas de contrapeso pueden llegar a ser un "peligro para la vida e integridad física" de personas ajenas. Los seguros de responsabilidad civil cubren generalmente estos daños potenciales. Pero esto sólo se aplica siempre y cuando no haya una negligencia grave. Un montaje en una cubierta plana con peso de hormigón sin verificación previa de la capacidad estructural de la nave, se podrá considerar absolutamente como una negligencia grave. Por lo tanto, el instalador, como empresa especializada, deberá dimensionar el contrapeso según cada parámetro (altura del tejado, zona de viento, categoría del terreno, tamaño del módulo,...), de forma que queden absolutamente descartados deslizamiento, vuelco y elevación. Especialmente las manifestaciones climáticas extremas en los últimos años debido al incipiente cambio climático nos demuestran la alta prioridad de una planificación perfecta y segura del proyecto. La información recogida muestra las posibilidades de una planificación profesional del proyecto. 2 / 12
2.1 Cargas concentradas admisibles La carga por compresión admisible del aislamiento del tejado en combinación con la capa impermeable superpuesta, limita generalmente la carga puntual máxima permitida (generalmente en kg/ m² o kn/m²). En el dimensionamiento constructivo del peso de la carga se deberá observar que no se supere esta carga máxima concentrada. Algunos peligros posibles en caso de superación son: relajación del aislamiento hundimiento del contrapeso dilatación de la cubierta degradación de la cubierta filtraciones en la cubierta Subestructura fotovoltaica Contrapeso Cubierta Aislamiento Mediante una adecuada distribución superficial se puede limitar la carga concentrada. 2.2 Cargas uniformes admisibles La carga uniforme admisible (generalmente kg/m² o kn/m²) se refiere, en general, a toda la superficie, o a partes de la superficie del tejado. La carga uniforme está predeterminada por la capacidad de carga de la construcción. Se tiene que tener en cuenta, que aparte del peso de los módulos, de la subestructura y de los posibles contrapesos, también se tiene que poder absorber la carga de nieve normal. Por lo tanto, el instalador tiene que comprobar mediante el cálculo estructural del edificio, si el tejado puede efectivamente soportar el peso adicional de la instalación fotovoltaica y en especial el del contrapeso. Precisamente los serios incidentes durante el invierno 2005/2006 demostraron con claridad la importancia de estas directrices de dimensionamiento. Se tiene que tener en cuenta que, según las indicaciones de la nueva norma DIN 1055, a menudo, son necesarios contrapesos muy grandes para poder cargar una instalación de forma adecuada. Algunos peligros posibles en caso de superar la carga superficial admisible son: hundimiento parcial de la construcción del tejado hundimiento completo de la construcción del tejado derrumbamiento del edificio daños a personas Nieve Módulos Construcción Posibilidades para limitar la carga superficial Contrapeso reducción de la cantidad de módulos colocación de las filas de módulos sobre las vigas optimización de la estructura 3 / 12
2.3 Garantía de continuidad en el caso de adaptación a normas nuevas Otro punto importante es, tras la modificación de la norma DIN1055, la garantía de continuidad para edificios planificados antes de la introducción de las nuevas normas. Ahora, un emplazamiento en el sur de Alemania puede mostrar, en vez de por ejemplo 1,2kN/m² de carga de nieve (que corresponde a aprox. 120kg/m²), 1,6kN, según la nueva norma. Una nave construida antes de la modificación de la norma con una capacidad de carga de por ejemplo 1,4 kn sigue teniendo garantía de continuidad y no tiene que ser reequipada. Sin embargo, en caso de que una empresa especialista realice una instalación fotovoltaica en una cubierta con garantía de continuidad, serán válidas las nuevas directrices de resistencia; la garantía de continuidad se perderá con el montaje de elementos adicionales o con modificaciones constructivas. Todo el dimensionamiento se tiene que realizar según la normas nuevas. 3 Criterios de dimensionamiento para soluciones mediante contrapeso 3.1 Normas determinantes DIN 1055 Hipótesis de carga en construcciones, parte 4: Cargas de viento, edición 03/2005 DIN 1055 Hipótesis de carga en construcciones, parte 5: Cargas de nieve y de hielo, edición 06/2005 DIN 1055-100 Acciones en estructuras portantes, bases de la planificación de estructuras portantes, concepto de seguridad y reglas de dimensionamiento, edición 03/2001 Eurocódigo 1: Acciones en estructuras portantes, edición 06/2002 3.2 Cargas especiales de viento Según las normas mencionadas anteriormente, no es posible realizar planificaciones conforme a parámetros estándar en el caso de proyectos en formas de terreno especiales. Esto es especialmente válido también para cargas de contrapeso. En caso de que existan dichas formas especiales de terreno (p.ej. edificios en colinas, etc.) se tendrá que realizar por separado un análisis estructural individual. 3.3 Parámetros para el cálculo del contrapeso Los parámetros necesarios para calcular el contrapeso se componen de los detalles constructivos de la estructura inclinada prevista (geometría de los soportes, configuración de los soportes, ángulo de inclinación, alineación de los módulos, medidas adicionales contra el viento, distancia entre soportes,...) y de los detalles geodésicos del emplazamiento previsto: zona de viento según DIN 1055 categoría de terreno según DIN 1055 altitud sobre el nivel del mar punto más elevado del inmueble altura del murete, en caso necesario zona expuesta, en caso necesario Los detalles geográficos tienen que ser indicados para un dimensionamiento (véase también la lista geográfica de chequeo, Schletter GmbH). 4 / 12
3.4 Determinación de carga Una determinación de la zona de viento sólo puede realizarse, según la norma, a través del mapa correspondiente de zonas de viento. Dado que esto es relativamente impreciso y resulta casi imposible con la definición puesta a disposición según la normativa, Schletter GmbH pone a su disposición un servicio en internet para averiguar las cargas por código postal (cargas de viento y de nieve). 3.5 Dimensionamiento de la carga de contrapeso Caso de carga 1 - succión de viento El dimensionamiento de una carga de contrapeso contra elevación a causa de la succión de viento supone una exigencia mínima. Si una corriente de aire se proyecta sobre una superficie inclinada con la velocidad supuesta, se produce a causa de las diferentes velocidades de corriente en la parte superior e inferior una diferencia de presión dinámica. La fuerza que produce la diferencia de presión en la superficie tiene que ser compensada mediante contrapeso para que no se eleve la instalación. Succión de viento Durante un largo periodo de tiempo, el dimensionamiento del contrapeso para evitar el levantamiento fue el único criterio para seleccionar las cargas de contrapeso. Esto ha sido tolerado incluso por algunos institutos de control, dado que con este dimensionamiento ya se producen cargas relativamente altas. Las tablas de análisis estructural de fabricantes de sistemas de montaje también indican casi siempre esta exigencia mínima. Para construcciones optimizadas este tipo de tabla puede ser absolutamente suficiente. En cualquier caso, una tabla de este tipo puede ser utilizada para determinar aproximadamente las cargas mínimas. Al utilizar esta tabla, el instalador puede aclarar sin cálculo adicional, si la cubierta plana es apta para soportar esta carga mínima, si tiene sentido seguir apostando por una solución mediante contrapeso, o si se tiene que buscar alguna solución alternativa. Tabla ejemplar para cargas contra succión del viento - Análisis estructural de sistemas Schletter GmbH 5 / 12
3.6 Dimensionamiento de la carga de contrapeso Caso de carga 2 - deslizamiento Junto a la fuerza de levantamiento, la corriente de aire produce una presión dinámica sobre la superficie inclinada. Mediante una descomposición vectorial de la fuerza de presión se produce una fuerza de empuje sobre la construcción que actúa de forma paralela a la cubierta. En un sistema únicamente fijado mediante contrapesos deberá compensarse esta fuerza de empuje únicamente mediante el rozamiento con la superficie de la cubierta, para evitar un desplazamiento de las filas de módulos en el tejado. Por los coeficientes de fricción de la cubierta, a menudo muy desfavorables e incalculables, el contrapeso necesario será significativamente más grande que la carga contra succión de viento. Es posible prescindir del contrapeso adicional necesario ya sea asegurando las filas o uniendolas. Deslizamiento 3.7 Dimensionamiento de la carga de contrapeso Caso de carga 3 - vuelco Vuelco Una sola fila puede también volcar, especialmente si hay viento de atrás, si la base de soporte es corta, o si el centro de gravedad es alto. Para poder controlar también un viento proveniente del norte, también se deberá considerar este caso. La carga necesaria para evitar un vuelco podrá ser varias veces la carga contra la succión de viento. Se puede minimizar la carga de contrapeso necesaria en una fila con una base ancha o con deflectores de viento, y distribuyendo bien las cargas. Otras posibilidades constructivas se presentan acoplando varias filas. 6 / 12
4 Optimización de las cargas de contrapeso Posibilidades constructivas A menudo, no son realizables los valores de contrapeso determinados según las normas mencionadas, a causa de la capacidad de carga limitada en los tejados. Una limitación de las cargas necesarias de contrapeso se puede alcanzar mediante diferentes adaptaciones constructivas. 4.1 Unión de las diferentes filas (ejemplo sistema CompactVario de Schletter) Mediante la unión de las diferentes filas con un soporte continuo de distribución de carga se puede evitar completamente el vuelco de una fila. En este caso, la carga de contrapeso contra vuelco puede ser ignorada por completo. El soporte de distribución de carga tiene que ser dimensionado de tal manera, que se pueda absorber el posible momento de vuelco de una fila sin deformación plástica. Al utilizar esta construcción, también se dificulta un deslizamiento de las diferentes filas, la carga contra deslizamiento se podría reducir, en función del número de filas, de aprox. un 20% a un 40%, gracias a la protección recíproca contra el viento de las filas. Un dimensionamiento exclusivamente con la carga de contrapeso contra la succión de viento es posible, si se puede evitar un deslizamiento de forma constructiva en el tejado (p.ej. apoyando el soporte de distribución de carga en el murete). 4.2 Optimización del ángulo y prevención del vuelco con el deflector de viento. (ejemplo sistema Windsafe de Schletter) El dimensionamiento de una carga de contrapeso contra vuelco no es necesario en una fi la cerrada hacia atrás, dado que se evita el viento que proviene de abajo. Además, la carga se puede reducir aún más, optimizando el ángulo de montaje. 4.3 Optimización de la geometría y la distribución de carga (ejemplo sistema SolRack de Schletter) Al colocar las fi las en el lecho de grava de una cubierta plana no hay que considerar el peligro de caída por deslizamiento. Además, se reduce la tendencia al vuelco gracias a la base de apoyo más grande, minimizando así el contrapeso contra vuelco. Se puede alcanzar una reducción más, distribuyendo la carga de grava de forma asimétrica (atrás 2/3, delante 1/3). De esta forma, también en este ejemplo pueden ser sufi cientes las cargas de contrapeso realizables para este tejado. Fax: +49 8072 9191-9200 E-mail: solar@schletter.es www.schletter.es Actualización 01/2010 Salvo modifi caciones 7 / 12
5 Cálculo apoyado por software, basado en las normas vigentes - ejemplos de cálculo Una planificación profesional para soluciones mediante contrapeso en cubiertas planas sólo será posible, después de la introducción de nuevas normas y diferentes parámetros, con la asistencia de un software. Para aclarar el funcionamiento se mostrarán algunos ejemplos. Cada ejemplo será meramente informativo sin pretensiones de exactitud técnica. En el anexo encontrará algunos ejemplos de cálculos. Comparación de los ejemplos de cálculo Los ejemplos tienen por objetivo aclarar la aplicación de las indicaciones de carga y las posibilidades de optimización de la construcción. En cada ejemplo, los otros parámetros (C.P, población, altura del elemento, inclinación del módulo, altura del tejado, distancia de los soportes, categoría del terreno,...) son constantes para facilitar una comparación de las diferentes variantes de construcción. Ejemplo 1 En el ejemplo 1 se ha elegido un montaje simple de una fila. Para una comprobación contra el levantamiento serían necesarios 2x77,2kg por soporte (según gráfico delante y detrás). Este también es el valor, que se puede leer en forma simplificada en las tablas según 3.5. La comprobación contra deslizamiento exige 2 x 129,5kg. La comprobación contra vuelco exige 141,2 más 251,4kg. En el caso de una distancia entre los soportes de 1,4 m, se necesitan aprox. 280kg por metro lineal de fila de módulos. La carga máxima de las tres comprobaciones es la carga necesaria de contrapeso. Ejemplo 2 En el ejemplo 2 se ha elegido la fijación horizontal y "acoplamiento de las filas de módulos". Esto corresponde p.ej. a la construcción según el punto 4.1. Sólo hay que aplicar la carga de contrapeso de 2 x 77,2kg por soporte. Esto corresponde aprox. a 110kg por metro lineal de fila de módulos. Ejemplo 3 En comparación con el ejemplo 1 no se han aplicado pesos individuales, sino un peso fijo centrado bajo el apoyo. La distribución de carga contra vuelco ya optimizada en el ejemplo 1, deberá compensarse mediante una carga adicional. La comprobación contra vuelco exige aquí 502,8kg (en vez de 141,2 más 251,4kg como en el ejemplo 1). En el caso de una distancia entre los soportes de 1,4 m, se necesitan aprox. 360kg por metro lineal de fila de módulos. Ejemplo 4 El ejemplo 4 corresponde al ejemplo 2, pero con un deflector adicional de viento Sólo hay que aplicar la carga de contrapeso de 2x37,3kg por soporte. Esto corresponde aprox. a 53kg por metro lineal de fila de módulos. En este caso se ve claramente la minimización de la sobrecarga mediante optimización de la construcción. 6 Resumen Con la presente ayuda para la planificación del proyecto se pretende simplificar la selección de las variantes de fijación apropiadas para la cubierta plana. Para limitar el riesgo para el planificador y el instalador se necesitará una planificación de proyecto completamente profesional, especialmente en el caso de cubiertas planas! Sin embargo, en muchos casos se deberá aceptar, que las fijaciones en cubiertas planas con soluciones mediante contrapeso no son realizables, a pesar de la posibilidad de la optimización de la construcción, simplemente por la poca resistencia del tejado y siendo así no se deben llevar a cabo en ningún caso! En tales casos se tendrá que elegir una solución de fijación como alternativa, o bien aceptar el hecho de que algunas ofertas no son realizables. El objetivo de cada esfuerzo deberá ser aumentar la calidad de montaje a largo plazo, reducir en la medida posible el riesgo de garantía para el instalador y mantener sobre todo la excelente aceptación de las instalaciones solares por el público. 8 / 12
7 Anexo - Ejemplos de cálculo Ejemplo 1 9 / 12
Ejemplo 2 10 / 12
Ejemplo 3 11 / 12
Ejemplo 4 Schletter GmbH, 2010, I400112ES, V2 12 / 12