Diseño de Estructuras de Acero y Cimentaciones para Naves Industriales

B1: Cimentaciones y Materiales Estructurales

Tipos de Cimentación

La cimentación tipo puede clasificarse según su tipología y elementos auxiliares:

• Tipo de cimentación: Superficial o profunda.
• Configuración: Aislada, corrida o losa.
• Elementos de atado: Con o sin vigas riostras.

Especificaciones del Hormigón (HA-35/B/30/XC2+XS1)

La codificación del hormigón se desglosa de la siguiente manera:

• HA: Hormigón Armado (otras variantes: HM para hormigón en masa, HP para hormigón pretensado).
• 35: Resistencia característica a compresión ($f_{ck}$) expresada en $N/mm^2$.
• B: Consistencia del hormigón fresco. En este caso, Blanda (otras consistencias: F Fluida, P Plástica, S Seca).
• 30: Tamaño máximo del árido expresado en milímetros ($mm$).
• XC2 + XS1: Clases de exposición ambiental:
  • XC: Corrosión por carbonatación.
  • XS: Corrosión por cloruros procedentes del medio marino.
  • XD: Corrosión por cloruros de origen no marino (por ejemplo, agentes de deshielo o procesos industriales).
  • XA: Ataque químico.
  • XF: Ataque por hielo-deshielo.

Especificaciones del Acero Estructural (B500S)

La designación del acero para armaduras pasivas se define como:

• B: Acero corrugado.
• 500: Límite elástico nominal expresado en $N/mm^2$.
• S: Soldable con ductilidad normal (la variante R indica soldabilidad especial o aptitud para diseño sismorresistente).

Recubrimiento Nominal

El recubrimiento nominal se define como la distancia libre entre la superficie de la armadura (incluyendo cercos y estribos) y la superficie externa del hormigón más cercana.

$$\text{Nominal} = \text{Mínimo} + \text{Margen de ejecución (según el nivel de control de la obra)}$$

Funciones principales:

1. Proteger la armadura frente a la corrosión ambiental.
2. Garantizar la protección pasiva contra el fuego.

Cuantía Geométrica

La cuantía geométrica se calcula mediante la siguiente relación:

$$\rho = \frac{A_s}{A_c} \times 1000$$

Donde:

• $A_s$ (Área de acero): Número de barras por el área individual de la barra ($A_s = n \times \frac{\pi \cdot d^2}{4}$).
• $A_c$ (Área de hormigón): Ancho por el canto de la zapata ($A_c = \text{ancho} \times \text{canto}$).

Utilidad de la cuantía geométrica:

1. Comprobar el cumplimiento de las cuantías mínimas y máximas exigidas por la normativa vigente.
2. Comparar la eficiencia de distintas secciones transversales.
3. Servir como referencia rápida durante la fase de predimensionado.

B2: Estructura de Nave Tipo

Comportamiento Estructural

• En el plano: Se configuran nudos rígidos en las uniones pilar-cimentación y pilar-dintel, constituyendo un pórtico rígido (en caso contrario, se modelarían como rótulas).
• Fuera del plano: La estabilidad se garantiza mediante el sistema de arriostramiento en cubierta (compuesto por correas y cruces de San Andrés), complementado con vigas de atado y cruces de arriostramiento en los pórticos de fachada.

Perfiles Metálicos y su Optimización

Criterios de selección de perfiles según su solicitación:

• IPE (empleados principalmente en vigas): Su sección en "I" concentra el material en las alas (fibras extremas) y reduce el espesor en el eje neutro. Esto proporciona una relación óptima entre peso y rigidez frente a la flexión en un solo plano.
• HE (empleados principalmente en pilares): Sus alas anchas proporcionan una mayor rigidez transversal y un mejor comportamiento frente al pandeo en ambos planos. Es la opción óptima para soportar flexión biaxial combinada con compresión (flexocompresión).
• Acartelamiento / Canto variable en apoyos: Debido a que el momento flector máximo se localiza en los apoyos, aumentar el canto en estas zonas específicas permite optimizar la sección sin necesidad de sobredimensionar el resto de la pieza, logrando un ahorro significativo de peso.
• Correas Z (perfiles conformados en frío): Destacan por ser ligeras, resistir flexión en dos planos y facilitar el montaje mediante solapes continuos sobre los pórticos.
• Arriostramientos (perfiles angulares en L o tubulares): Diseñados para trabajar bajo esfuerzos puros de tracción o compresión. Los perfiles tubulares ofrecen un mejor comportamiento frente al pandeo simétrico, mientras que los perfiles en L representan la solución constructiva tradicional. Nota: Si el perfil no está definido en el proyecto, se debe proponer una sección en L o tubular justificando técnicamente la elección.

Unión Pilar-Cimentación (Placa de Anclaje)

Para que la unión se considere mecánicamente rígida, debe cumplir con los siguientes requisitos:

• Disposición de pernos: Se deben disponer varios pernos de anclaje convenientemente separados en dos direcciones para generar un par de fuerzas de tracción-compresión.
• Soldadura pilar-placa: Soldadura en ángulo realizada a lo largo de todo el perímetro completo del perfil.
• Rigidizadores / Cartelas: Elementos que evitan la deformación o giro local de la placa de anclaje y del pilar, asegurando la transmisión íntegra del momento flector a la cimentación.
• Pernos de anclaje: Se debe verificar su diámetro, la distancia mínima a los bordes (que define el brazo de palanca para el par de fuerzas) y la longitud de anclaje necesaria para evitar el fallo por arrancamiento del perno o la rotura del cono de hormigón.
• Frase clave de validación: "Unión rígida a falta de comprobar las dimensiones resistentes del anclaje".

Unión Pilar-Viga

• Aumento del canto del dintel en el apoyo: Permite resistir de manera eficiente el momento flector negativo, el cual genera esfuerzos de tracción en el ala superior.
• Rigidizadores en el pilar: Deben colocarse alineados con las alas de la viga para evitar la abolladura local del alma o del ala del pilar.
• Soldadura: Se ejecuta mediante soldadura en ángulo por ambas caras. No obstante, se puede recomendar mejorar la unión empleando soldadura a tope con penetración total en las alas para una mayor seguridad estructural.

Estrategia de Durabilidad (Materiales y Tratamientos)

Esta estrategia de carácter fijo debe aplicarse y repetirse sistemáticamente en todo proyecto:

1. Diseño estructural preventivo: Evitar zonas propensas a la acumulación de agua y priorizar el uso de secciones cerradas herméticamente o estancas.
2. Protección superficial activa/pasiva: Aplicación de sistemas de pintura (imprimación anticorrosiva + acabado) o procesos de galvanizado en caliente.
3. Plan de mantenimiento programado: Inspección y repintado de la estructura con una periodicidad mínima de cada 5 años.

B3: Envolvente y Cerramientos

Clasificación de Cerramientos

• Panel Sándwich: Solución prefabricada de una sola pieza que integra un núcleo aislante rígido entre dos chapas metálicas.
• Doble chapa montada in situ: Sistema compuesto por dos hojas metálicas independientes (interior y exterior), separadas por un perfil distanciador que alberga el material aislante en su interior.

Elementos Típicos de la Envolvente

Requisitos de Seguridad y Habitabilidad

Requisitos de Seguridad (Resistencia, Estabilidad y Aptitud de Servicio)

• Capacidad para soportar las acciones permanentes (peso propio), variables (sobrecarga de uso, viento, nieve) y accidentales (sismo, impactos) sin riesgo de colapso ni deformaciones excesivas que comprometan el servicio.
• Seguridad en caso de incendio: Garantizar la estabilidad al fuego de la estructura portante y asegurar que los materiales de la envolvente no contribuyan a la propagación del incendio.

Requisitos de Habitabilidad

• Aislamiento térmico y acústico adecuado a las exigencias de la actividad.
• Impermeabilidad al agua de lluvia y control de la difusión del vapor de agua (mediante la instalación de barreras de vapor para evitar condensaciones intersticiales).
• Estanqueidad del edificio frente a la acción del viento y a la acción combinada de agua y viento.