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Artículo Técnico nº1/2009

Noviembre, 2009

NAVES INDUSTRIALES ADOSADAS RESUELTAS CON PERFILES TUBULARES DE ACERO COMPARACIÓN CON LA SOLUCIÓN EN HORMIGÓN PREFABRICADO: COSTES Y COMPORTAMIENTO EN CASO DE INCENDIO (CUMPLIMIENTO DEL RSCIEI)

Introducción y Objetivos

ICT - Instituto para la Construcción Tubular

NAVES INDUSTRIALES ADORESUELTAS

SADAS

PERFILES TUBULARES

CON DE

ACERO COMPARACIÓN CON LA SOLUCIÓN EN HORMIGÓN PREFABRICADO: COSTES Y COMPORTAMIENTO EN CASO DE INCENDIO (CUMPLIMIENTO DEL RSCIEI)

AUTORES:

Desde que el Instituto para la Construcción Tubular – ICT comenzó a realizar su labor divulgativa para el acercamiento del estado del arte en construcción tubular a todos los técnicos del país, éstos siempre han mostrado un especial interés por la aplicación de los Perfiles Tubulares de acero a los edificios industriales. Dicho interés propició que en el año 2000, ICT desarrollara la herramienta “HAGAlas MEJORES NAVES INDUSTRIALES de PERFILES TUBULARES de ACERO” consistente en una breve publicación acompañada de un CD-Rom,

donde se recogían los resultados del diseño y cálculo de 10 casos de naves industriales tipo. Desde entonces, los diseñadores, calculistas y fabricantes de estructuras metálicas han centrado su interés en la optimización de este tipo de construcciones. Para ayudarles en esta labor, en el año 2005, ICT actualizó y amplió la información sobre naves industriales publicada en el año 2000, dando como resultado, la publicación “NAVES INDUSTRIALES RESUELTAS CON PERFILES TUBULARES DE ACERO”.

Ambas publicaciones, cada una en su momento, fueron acogidas con gran entusiasmo por los técnicos españoles ya que, aquellos que las han aplicado en sus diseños, han podido constatar la rentabilidad de las estructuras tubulares en este tipo de edificaciones.

GORKA IGLESIAS DIRECTOR TÉCNICO DE ICT AITZIBER URIARTE DPTO. TÉCNICO DE ICT

AGRADECIMIENTOS: IDEAS EN METAL

Dando un paso más, y tratando siempre de dar respuesta a las necesidades del mercado, posible gracias al estrecho contacto con diferentes profesionales de distintos sectores (estudios de arquitectura, ingenierías, talleres de estructuras metálicas…), hace tiempo que en ICT

Contenido: Introducción y Objetivos

1

Datos de partida

2

Solución adoptada

3

Estudio económico

5

Cumplimiento del RSCIEI

5

Conclusiones

6


Página 2

Para abordar el estudio descrito, en primer lugar se debía definir el ‘Edificio Industrial Tipo constituido por Naves Adosadas’

Naves Industriales Adosadas resueltas con Perfiles Tubulares de acero se constató, por un lado el interés y por otro lado, las dificultades, que surgen a la hora de diseñar, calcular y ejecutar EDIFICIOS INDUSTRIALES ADOSADOS resueltos con estructura metálica. Parece haber, en determinados agentes del sector, una creencia ciega en la idea de que la solución resuelta con hormigón prefabricado tiene ventajas

tanto en coste como en cumplimiento de la normativa contra incendios, si bien nadie parece haber cuantificado dichas ventajas. Por ello, ICT, en colaboración con una de sus empresas socias, Ideas en Metal, S.A., ha decidido analizar las características de este tipo de construcciones, con la intención de encontrar la SOLUCIÓN ÓPTIMA

RESUELTA CON PERFILES TUBULARES DE ACERO. El objetivo último del estudio es el de comparar, por un lado, el coste de ‘su’ solución frente a la alternativa en hormigón prefabricado; y por otro lado, el grado de cumplimiento, en cada caso, del Reglamento de Seguridad Contra Incendios en los Establecimientos Industriales – RSCIEI .

Datos de partida GEOMETRÍA Para abordar el estudio descrito, en primer lugar se debía definir el ‘Edificio Industrial Tipo constituido por Naves Adosadas’. Para definir los parámetros que caracterizarían a este Edificio Tipo, se contactó con diferentes profesionales de contrastada experiencia en la construcción de esta clase de edificaciones, con los siguientes resultados: CARGAS LUZ DE CADA NAVE

Las cargas sobre el edificio a analizar se han considerado de acuerdo a las prescripciones recogidas en el

12m-15m

ALTURA LIBRE (en alero)

8m

PENDIENTE

10%

SUPERFICIE DE CADA NAVE TIPO DE CORREAS

300m2 Perfiles Tubulares

ALTURA CAMINO DE RODADURA

6,50m

CAPACIDAD DE PUENTE GRÚA

1 x 5T

MODULACIÓN (separación entre pórticos)

6m

CTE-DB SE-AE

Solución para correas con Perfiles Tubulares de acero


Naves Industriales Adosadas resueltas con Perfiles Tubulares de acero Una vez definido el edificio objeto de estudio, había que fijar las hipótesis de cálculo. Las cargas consideradas son las correspondientes a los pesos propios de los materiales a utilizar y a las sobrecargas recogidas en el Código Técnico de la Edificación (CTE). Documento Básico SE-AE: Seguridad Estructural. Acciones en la Edificación. CARGAS PERMANENTES: Peso de panel de cubierta:

20kg/m2

Peso de correas:

9,4kg/m2

CARGAS VARIABLES: Sobrecarga de uso: 40kg/m2 (cubiertas ligeras) Nieve:

93,1kg/m2 (correspondiente a un valor característico de carga de nieve de 70kg/m2)

Viento:

Presión dinámica: 50kg/m2 (valor válido para todo el territorio español) Ce (coeficiente de exposición): 1,7; es función del ‘Grado de aspereza del entorno’, considerado como IV (zona urbana en general, industrial o forestal) y de la altura de coronación del edificio, considerada igual a 9m (aproximadamente). Cp (coeficiente eólico): se consideran los coeficientes más desfavorables.

Página 3

La estructura óptima resuelta con Perfiles Tubulares de acero para este tipo de construcciones es la que presenta pórticos en celosía y estructuras independientes

Solución adoptada Tras el estudio de diferentes alternativas, se concluyó que la estructura óptima resuelta con Perfiles Tubulares de acero para este tipo de construcciones, es la que presenta el siguiente esquema, con estructuras independientes para cada nave (se duplican los pilares en los planos de conexión de las diferentes cubiertas):

Esquema estructural de la solución de Naves Adosadas resueltas con Perfiles Tubulares de acero


Naves Industriales Adosadas resueltas con Perfiles Tubulares de acero

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TIPOLOGÍA ESTRUCTURAL En aras de obtener una estructura lo más ligera posible, se presenta una solución diferente para los pórticos extremos y para los pórticos interiores (sometidos a mayor nivel de carga). Pórticos interiores

Los dinteles de los primeros, se solucionan mediante dinteles ’monotubo’. Los de los segundos, mediante celosías tipo Warren a dos aguas con cordones paralelos. En cuanto a los pilares, se definen perfiles de mayores dimensiones en los exteriores, y perfiles algo más reducidos para los interiores. De esta manera, se consiguen reducir los desplazamientos en alero producidos por la acción del viento (afectando mínimamente al peso de la solución).

Pórticos extremos

El ratio de peso de la estructura principal es de 23kg/m2. La perfilería necesaria se determina a continuación: PÓRTICOS INTERIORES Cordón superior:

RHS 140x120x4

Cordón inferior:

RHS 120x120x4

Diagonales:

RHS 80x80x3

Pilares exteriores:

RHS 400x200x8

Pilares interiores:

RHS 220x140x8

Unión soldada en K con espaciamiento

PÓRTICOS EXTREMOS Dintel:

RHS 160x120x5

Pilares exteriores:

RHS 400x200x8

Pilares interiores:

RHS 220x140x8

Pilarillos:

RHS 200x100x8

CORREAS RHS 150x50x4 (triapoyadas) y RHS 150x150x4 (biapoyadas) DEFORMACIONES Se cumplen las limitaciones de flecha marcadas en el CTE-DB-SE: “Código Técnico de la Edificación. Documento Básico: Seguridad Estructural”. UNIONES Con intención de optimizar los trabajos de fabricación, transporte y montaje de la estructura, se sigue el criterio de soldar en taller y atornillar en obra. Así, las uniones entre Perfiles Tubulares en las celosías se definen soldadas (con lo que se llevaría el dintel completo – 12,5m – desde el taller a obra, en una única pieza). El resto de uniones (dintel-pilar, correas-dintel, pilarillo de fachada-pórtico extremo) se resuelven mediante uniones atornilladas.

Unión atornillada dintel—pilar


Naves Industriales Adosadas resueltas con Perfiles Tubulares de acero

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RESISTENCIA AL FUEGO La solución anterior, sin ningún tipo de protección, presenta, para todos los elementos estructurales, una Resistencia al Fuego R15. Para este tipo de edificios industriales (con medianería entre naves contiguas), hay que disponer unos detalles constructivos para los muros medianeros como los que se plantean esquemáticamente en las figuras adjuntas.

Alternativas para la disposición de muros medianeros según el RSCIEI

Los muros medianeros considerados en el análisis comparativo (acero vs. hormigón prefabricado) cumplen, en el caso de la estructura de hormigón prefabricado con los requisitos de Nivel de Riesgo Intrínseco BAJO (EI 90) y, en el caso de la estructura metálica, con los de Nivel de Riesgo Intrínseco ALTO (EI 60). Los valores son diferentes en cada caso, porque el RSCIEI marca exigencias diferentes para cada tipo de estructura.

Estudio económico El primer gran objetivo del estudio era, una vez alcanzada la solución estructural óptima resuelta con Perfiles Tubulares de acero, comparar los costes de esta solución, con los asociados a un edificio idéntico resuelto con hormigón prefabricado.

nave industrial, de las mismas características generales que las presentadas en este artículo (ver ‘Datos de partida’).

Para obtener una comparativa realista, se pidieron presupuestos a empresas dedicadas a la fabricación y montaje de estructuras armadas y pretensadas, para la ejecución de una

Para obtener el coste de la ‘solución ICT’, se contó con la colaboración de la empresa socia del Instituto, IDEAS EN METAL. Según sus datos, el coste de construcción de un edificio

La solución más económica en hormigón prefabricado presenta un coste de 501.390€ (167€/m2).

industrial como el presentado en las páginas precedentes es de 493.989€ (165€/m2), es decir, aproximadamente un 1,5%más económica que la solución en hormigón prefabricado. Ambas cifras (obtenidas a finales de 2009) corresponden a la puesta en obra de la estructura (pórticos y correas), de los cierres tanto exteriores como interiores, de los remates de cumbrera y coronación y de los canalones para la evacuación de agua. La cimentación no está considerada en ninguno de los casos.

Cumplimiento del RSCIEI Antes de dar por concluido el estudio, y cumpliendo con el segundo gran objetivo del artículo, merece la pena realizar una última reflexión con respecto al cumplimiento de los requisitos del Reglamento de Seguridad Contra Incendios en los Establecimientos Industriales – RSCIEI, por parte de cada una de las soluciones. Tal como se recoge en la siguiente tabla, extractada del propio RSCIEI, las exigencias de Resistencia al Fuego para los elementos estructurales portantes de los Establecimientos Industriales son, en general (edificio Tipo A): Nivel de Riesgo Intrínseco 

Plantas sobre rasante 

BAJO 

R 90 

MEDIO 

R 120 

ALTO 

NO ADMITIDO 

Es importante tener en cuenta que, para el caso de estructuras metálicas como la que se presenta en este artículo (consideradas como ‘cubiertas ligeras’, según el RSCIEI), la tabla de exigencia al fuego para los elementos estructurales de estos establecimientos industriales sería la siguiente: Nivel de Riesgo Intrínseco 

Plantas sobre rasante 

BAJO 

R 15 

MEDIO 

R 30 

ALTO 

R 60 

Lo anterior será de aplicación siempre que se justifique que el fallo de una cubierta no puede ocasionar daños graves a los edificios o establecimiento próximos (lo cual se consigue con

la solución de estructuras independientes) y, si su riesgo intrínseco es medio o alto, se disponga de un sistema de extracción de humos. Como ya se ha mencionado, las dos soluciones analizadas (acero y hormigón prefabricado) son válidas, sin ningún sistema de protección, para niveles de riesgo intrínseco BAJO, ya que los elementos estructurales de hormigón prefabricado tienen una Resistencia al Fuego de R 90 con unos paneles medianeros EI 90 y los elementos estructurales de acero tienen una Resistencia al Fuego de R 15 con unos paneles medianeros de EI 60. Para niveles de riesgo intrínseco MEDIO o ALTO, la estructura metálica habría que protegerla (mediante pinturas intumescentes, por ejemplo) y disponer en el edificio un sistema de extracción de humos.


ICT - Instituto para la Construcción Tubular

Página 6 En cuanto a la estructura de hormigón prefabricado, si el nivel de riesgo intrínseco asociado a la actividad industrial que va a albergar, fuera MEDIO, habría que proteger no sólo la estructura, sino también los paneles medianeros.

Sin embargo, el RSCIEI no permite, para esta solución constructiva, desarrollar en su interior una actividad industrial que tenga asociado un nivel de riesgo intrínseco ALTO.

Conclusiones De la lectura del presente artículo se pueden extraer dos conclusiones principales, muy interesantes y que contradicen la creencia generalizada para los Edificios Industriales de Naves Adosadas resueltas con Perfiles Tubulares de acero. - Se ha podido comprobar cómo la solución completa para el Edificio Industrial resuelto con estructura tubular es más económica, alrededor de un 1,5%, que la solución en hormigón prefabricado. (En el análisis comparativo de costes no se ha incluido la cimentación, que se prevé mayor en el caso de la estructura de hormigón por el mayor peso de la solución estructural.) - Por otro lado, también se ha podido comprobar que, para cumplir con las exigencias del RSCIEI, la solución resuelta con Perfiles Tubulares de acero permitiría albergar cualquier tipo de actividad industrial en el interior de las Naves. Sin embargo, para Edificios Industriales de este tipo, resueltos con estructura de hormigón prefabricado, las actividades industriales permitidas quedan restringidas a aquellas que presenten un Nivel de Riesgo Intrínseco bajo o medio.

Parque Tecnológico Edificio E-5, Oficina 005 01510 MIÑANO-MAYOR ÁLAVA Teléfono: 945 297 232 Web: www.ictubular.es Correo: ict@ictubular.es

Ha colaborado:

www.ideasenmetal.com

Por tanto, y como conclusión general, puede afirmarse que, lejos de lo que muchos agentes del sector piensan, la solución de Naves Adosadas resueltas con Perfiles Tubulares de acero, no es solamente una solución competitiva, sino que constituye, posiblemente, la solución más económica y con mayores posibilidades del mercado, para el albergue de actividades industriales de cualquier índole.

Manipulación de un dintel en celosía de 20m de luz resuelto con Perfiles Tubulares de acero


NAVES INDUSTRIALES ADOSADAS RESUELTASCON PERFILES TUBULARES DE ACERO