INTRODUCCION
Las nevadas afectan directamente las estructuras, por lo que es de mucha importancia realizar el diseño de éstas considerando las sobrecargas probables de nieve que se produzcan en cada lugar según lo indicado en la normativa nacional vigente. La sobrecarga de de nieve en techumbre depende de diferentes factores, como son, la historia de nevadas en cada región, las características de la forma del edificio o de la cubierta, las temperaturas dentro de la estructura, clima del lugar, entre otros factores.
La nieve, como toda variable meteorológica, es difícil de pronosticar y de establecer su patrón de comportamiento con buena precisión. Por lo que es difícil determinar cuándo, cuánto y con que frecuencia e intensidad nevará, y qué características tendrá la nieve caída. Además de la dificultad para pronosticar las nevadas, se añade su complejo comportamiento mecánico sobre las techumbres producto del proceso interno de sinterización o metamorfosis de los cristales por efecto de la humedad, temperatura, carga de estratos superiores, radiación, viento, entre otros
Para las techumbres se establece en la norma una sobrecarga básica de nieve, su valor está en función de la altitud y longitud geográfica del lugar donde se emplazará la obra de construcción. Para latitudes y altitudes que no están contempladas en la norma, se establece que se debe realizar un análisis estadístico de valores extremos de datos disponibles en la vecindad del lugar, usando un valor con un 2% de probabilidad anual de que este valor sea excedido con un intervalo de 50 años promedio de recurrencia.
02OBJETIVO
Sobrecarga de nieve en naves industriales de acero NCh 431 OF2010
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CALIDADDELOSMATERIALES
Esfuerzo del fluencia del acero estructural ≔ fys 250 MPa Modulo de elasticidad del acero ≔ Es 200000 MPa
Peso unitario del acero ≔ γa 7850⋅ kgf m 3
05GEOMETRIADE LAESTRUCTURA
Figura 1. Imagen referencial de marco típico del galpón
Separación entre baricentros de pilares del marco ≔ Ly 20000 mm
Altura del hombro del marco desde tope de pedestal Lzmax=15000 mm. NCh 2369 Of2003Art. 11.2.1 ≔ Lz 6000 mm
Altura de cumbrera de techo desde el hombro ≔ Lc 2000 mm
Separación entre baricentros de marcos típicos Lxmax=30000 mm. NCh 2369 Of2003Art. 11.2.1 ≔ Lx 6000 mm
Número de marcos típicos ≔ Nmt 12
Número de costaneras de techo por cada caída de agua ≔ Nc 8
Número de costaneras de cerramiento a cada costado ≔ Nch 5
Número de tramos arriostrados por cada costado ≔ Nar 2
Distancia desde tope de pedestal a primera costanera de cerramiento ≔ Gci 200 mm
Distancia desde cumbrera a primera costanera de techo ≔ Gcj 100 mm
Distancia entre costaneras de cerramiento ≔ Gch = Lz Gci Nch 1 1450 mm
Distancia entre costaneras de techo ≔ Gc = 0.5⋅ 2 + Ly 2 Lc 2 Gcj Nc 1 1421.41 mm
Sobrecarga de nieve en naves industriales de acero NCh 431 OF2010 ≔ Gc = 0.5⋅
Figura 2. Imagen referencial de marcos de cerramiento
06UBICACIÒN GEOGRÀFICA
Para las estructuras ubicadas en el litoral del país, no se debe considerar sobrecarga de nieve. Esto según lo especificado punto 2 de la tabla 1 de la norma NCh 432 of2010.
¿Estructura ubicada en el litoral? ≔Litoral No
Figura 3 Latitud geográfica (sur) del lugar Tabla 1 NCh 431 2010
Latitud geográfica (sur) del lugar Tabla 1 NCh 431 2010 ≔LG 32°-34°
Altitud de la estructura en m.s.n.m ≔ Al 570
Sobrecarga de nieve en naves industriales de acero NCh 431 OF2010 ≔ Al 570
07CARCABÁSICADE VIENTO
En las zonas correspondiente a las cordilleras y en el extremo sur del país en las cuales nieva todos o casi todos los años la sobrecarga de nieve se considera normal y debe ser soportada por la estructura. También en las zonas donde la cargas básica de nieve especificada en la "Tabla 1 NCh 431 2010" sea mayor a 25. ≥ pg 25 kgf m 2
Para las zonas cordilleranas donde no se tiene información de la carga básica de nieve deben ser aprobadas por la autoridad competente. El artículo 4 de la norma NCh 431 210 especifica lo siguiente:
"
La determinación de las cargas básicas de nieve para estos lugares se deben basar en un análisis estadístico de valores extremos de datos disponibles en la vecindad del lugar, usando un valor con un 2% de probabilidad anual de que este valor sea excedido (intervalo de 50 años promedio de recurrencia)"
¿Se tiene información suficiente para obtener la carga básica de nieve pg? =Inf “Si”
Carga básica de nieveTabla 1 NCh 431 2010 = pg 25 kgf m 2
08CLASIFICACIÓN DE RUGOSIDAD DE LASUPERFICIE
Sobrecarga de nieve en naves industriales de acero NCh 431 OF2010
FACTOR DE EXPOSICIÓNYCONDICIÓN TERMICA
Categoría de ocupaciónTabla 1 NCh 3171. Of2010 ≔CO II
Figura 5. Factor de importancia Tabla 3 NCh 431 2010
Factor de importancia del diseño por nieveTabla 3 NCh 431 2010 = In 1
Figura 6. Factor de exposición Tabla 4 NCh 431 2010
Tipo de exposición de techos ≔ Tex Protegido
Factor de exposición durante la vida útil de la edificaciónTabla 4 NCh 431 2010 = Ce 1.1
Sobrecarga de nieve en naves industriales de acero NCh 431 OF2010
Figura 7. Factor de condición térmica Tabla 2 NCh 431 2010
Factor de condición térmicaTabla 2 NCh 431 2010 ≔ Cts 1.10
10FACTOR DE PENDIENTE DE TECHUMBRE
Angulo de inclinación del techo ≔ θt = atan ⎛ ⎜ ⎝ 2 Lc Ly
⎞ ⎟ ⎠ 11.31 deg
Tipo de pendiente de techoArt. 5.2 NCh 431 2010 = Tpen “Inclinado”
Figura 8. Factor de pendiente Figura 1 NCh 431 2010
Factor de pendiente Figura 1 NCh 431 2010 = Cs 1
Sobrecarga de nieve en naves industriales de acero NCh 431 OF2010
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CARGADE NIEVE SOBRE TECHUMBRES
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Se considera plano o de pendiente baja a todo techo con un ángulo de inclinación menor 5°. ≤ θt 5 deg
if else
≤ pg 1 kN m 2 ‖ ‖ ⋅ In pg ‖ ‖ ‖ ‖ ⋅ In 0.96 kN m 2
Carga mínima de nieve para techos planos Art. 5.1 NCh 431 2010 ≔ pfmin = | | | | | | | | | |
25 kgf m 2
Carga de nieve para techos planos Art. 5.1 NCh 431 2010 ≔ pf = max⎛ ⎝ , ⋅ ⋅ ⋅ 0.7 Ce Cts In pg pfmin⎞ ⎠ 25 kgf m 2
Carga de nieve para techos inclinados Art. 6.1 NCh 431 2010 ≔ ps = ⋅ Cs pf 25 kgf m 2
Carga de nieve para techo = Tpen “Inclinado” = pn 25 kgf m 2
CARGADE NIEVE SOBRE TECHO DESBALANCEADA
Un aspecto importante que se debe analizar es la posibilidad de que sobre los techos la nieve se pueda depositar de manera des uniforme, concentrándose una mayor cantidad de la misma en algunos sectores de la cubierta.
Angulo de inclinación del techo = θt 11.31 deg
CASO 1: (CARGABALANCEADA)Techos de muy baja y alta pendiente ≥ θt 70 deg ó ≤ θt max ⎛ ⎜ ⎝ , 2.38 deg ⎛ ⎜ ⎝ + 2 21.3⋅m Ly 0.5⎞ ⎟ ⎠ deg⎞ ⎟ ⎠
Aplicabilidad de CASO 1 =CASO1 “NOAPLICA”
CASO 2: (CARGADESBALANCEADA)
Techos con una distancia entre el alero y la cumbrera menor o igual que 6,1 m, que poseen vanos soportados por elementos prismáticos simplemente apoyados desde la cumbrera hasta el alero ≤ Ly 2 6.1 m
Aplicabilidad de CASO 2 =CASO2 “NOAPLICA”
CASO 3: (CARGADESBALANCEADA) Otros casos
Aplicabilidad de CASO 3 =CASO3 “APLICA”
⎜ , + 0.426⋅ pg ⎛kN ⎞ 2.2 4.7
Sobrecarga de nieve en naves industriales de acero NCh 431 OF2010
Peso específico de la nieve Ec. 3 NCh 431 2010 ≔ γsn = ⋅ min ⎛ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝
, + 0.426⋅ pg ⎛ ⎜ ⎝ kN m 2 ⎞ ⎟ ⎠
2.2 4.7 ⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠
kN m 3 234.99 kgf m 3
Distancia horizontal del techo inclinado que se tiene al elevar en 1 unidad ≔ Ssn = 1 m tan⎛ ⎝θt⎞ ⎠ 5 m ≔ Iu = Ly 2 10 m = pg 0.25 kN m 2
Figura 9. Figura 4 NCh 431 2010
Altura de nieve acumulada por arrastre de viento, expresada en metros (m) = hd 0.37 m
12.1 CASOS DE CARGA SOBRE LAESTRUCTURA
Sobrecarga de Nieve CASO 1 Art. 8.2 NCh 431. Of2010 ＝ pnc1 ps = pnc1 “N/A”
Sobrecarga de Nieve CASO 2 Art. 8.2 NCh 431. Of2010 ＝ pnc2 ⋅ In pg = pnc2 “N/A”
Sobrecarga de nieve en naves industriales de acero NCh 431 OF2010
Sobrecarga de Nieve CASO 3 Art. 8.2 NCh 431. Of2010 ＝ pnc3a ps = pnc3a 25 kgf m 2 ＝ pnc3b 0.3 ps = pnc3b 7.5 kgf m 2 ＝ pnc3c ⋅ γsn hd 2 Ssn
= pnc3c 38.9 kgf m 2 ＝ Lnc3c ⋅ ⋅ 8 3 2 Ssn hd = Lnc3c 2.21 m
Figura 10. Casos de carga de nieve sobre la estructura
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CARGADE LLUVIASOBRE LANIEVE
"Este aumento de la carga de diseño producto del efecto de la lluvia sobre la nieve se debe aplicar sólo al caso de carga de nieve balanceada y no necesita ser usada en combinación con la acumulación por viento, deslizamiento, cargas sin balancear y cargas parciales".
Condición 01 ≔ C01 =CASO1 “NOAPLICA”
Condición 02 ≤ pg 0.96 kN m 2 = C02 “APLICA”
Condición 03 < θt 1 2 Ly 12.5 = C03 “NOAPLICA”
Sobrecarga de nieve en naves industriales de acero NCh 431 OF2010 < θt 1 2 Ly 12.5 = C03 “NOAPLICA”
¿Aplica carga de lluvia sobre la nieve? Art. 12 NCh 431. Of2010 =CLL “NOAPLICA” Carga de lluvia sobre la nieve = pLL 0 kgf m 2
14INESTABILIDAD PORACUMULACIÓN DEAGUA
"Los techos deben ser diseñados para considerar la inestabilidad por acumulación de agua. Para techos con una pendiente menor que 1,19°, se deben investigar deformaciones por flexión causadas por las cargas de nieve, contemplando la probabilidad de inestabilidad por acumulación en forma de charcos, debido a lluvia sobre la nieve o a la nieve derretida"
CondiciónA
< θt 1.19 deg = CA “NOAPLICA”