INDICE

1.-

OBJETO Y ALCANCE.............................. ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.

2.-

DESCRIPCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS ........................................................... 2

2.-

DESCRIPCIÓN DE LA CUBIERTA 1 ................................................................... 2

2.-

DESCRIPCIÓN DE LA CUBIERTA 2 ................................................................... 2

3.-

CRITERIOS DE DISEÑO ..................................................................................... 3

3.1.- CONDICIONES GEOGRÁFICAS Y AMBIENTALES ............................................ 4 3.1.1.- EMPLAZAMIENTO GEOGRÁFICO................................................................... 4 3.1.2.-

Vida útil..................................................................................................... 4

3.1.3.-

Condiciones climáticas ............................................................................. 4

3.1.4.-

Condiciones del terreno ............................................................................ 4

3.2.- MATERIALES Y NIVELES DE CONTROL ........................................................... 5 4.-

BASES DE CÁLCULO ......................................................................................... 8

4.1.- NORMATIVA DE REFERENCIA .......................................................................... 8 4.2.- CRITERIOS PARA EL ESTADO LÍMITE ÚLTIMO (ELU) ..................................... 8 4.3.- CRITERIOS PARA EL ESTADO LÍMITE DE SERVICIO (ELS) ............................ 9 4.4.- DEFINICIÓN DE CARGAS ................................................................................ 10 5.-

CÁLCULOS........................................................................................................ 15

5.1.- GENERALIDADES............................................................................................. 15 5.2.1.- CUBIERTA 1 ................................................................................................... 15 5.2.2.- CUBIERTA 2 ................................................................................................... 19 5.2.3.- SISMO ............................................................................................................ 19 5.3.- RESULTADOS ................................................................................................... 22

ANEJO V: CÁLCULO DE ESTRUCTURAS.

1.- OBJETO Y ALCANCE El objeto del presente documento es presentar los cálculos justificativos de las estructuras metálicas, tanto la cubierta 1, como la cubierta 2, situadas ambas en paso fronterizo en Melilla. En la Memoria del Anejo se resumen los criterios de diseño y bases de cálculo generales, incluyéndose los listados de resultados en apéndices separados. En el punto 5.3 del presente documento se incluyen los listados de cálculo de las estructuras.

2.- DESCRIPCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS 2.1.- DESCRIPCIÓN DE LA CUBIERTA 1. La estructura de la marquesina situada en el paso fronterizo será una estructura metálica la cual presenta tres niveles a diferentes alturas, constituidas por perfiles HEB y UPN.

Cada uno de los niveles de que consta la cubierta estará constituido por un perfil central HEB-260 y dos perfiles perimetrales UPN-320, que apoyan en un pórtico HEB260, el cual apoya a su vez en pilares HEB-260. Los pilares HEB-260 nacen de placas de anclaje de dimensiones 400x400x20 con pernos de diámetro 16mm. ____________________________________________________________________________________ “OBRAS PARA LA ADECUACIÓN DEL PUESTO FRONTERIZO DE BENI-ENZAR, EN LA CIUDAD AUTÓNOMA DE MELILLA” -2-

ANEJO V: CÁLCULO DE ESTRUCTURAS.

Los nudos de la estructura se consideran empotrados, definiendo en planos los detalles constructivos necesarios para su ejecución. La cimentación se realiza mediante zapatas aisladas de dimensiones 220x220x55. La tensión admisible del terreno considerada para el dimensionamiento de la cimentación es 0.75 kp/cm². 2.2.- DESCRIPCIÓN DE LA CUBIERTA 2. La estructura de la marquesina situada en el paso fronterizo será una estructura metálica la cual presenta tres niveles a diferentes alturas, constituidas por perfiles HEB y UPN.

Cada uno de los niveles de que consta la cubierta estará constituido por perfiles centrales HEB-260 y dos perfiles perimetrales UPN-400, que apoyan en pórticos HEB260, los cuales apoyan a su vez en pilares HEB-300. Los pilares HEB-300 nacen de placas de anclaje de dimensiones 500x500x25 con pernos de diámetro 25mm y 650x650x35 con pernos de 32. Los nudos de la estructura se consideran empotrados, definiendo en planos los detalles constructivos necesarios para su ejecución. La cimentación se realiza mediante zapatas aisladas de dimensiones 250x250x80 y 290x290x100. La tensión admisible del terreno considerada para el dimensionamiento de la cimentación es 0.75 kp/cm². ____________________________________________________________________________________ “OBRAS PARA LA ADECUACIÓN DEL PUESTO FRONTERIZO DE BENI-ENZAR, EN LA CIUDAD AUTÓNOMA DE MELILLA” -3-

ANEJO V: CÁLCULO DE ESTRUCTURAS.

3.- CRITERIOS DE DISEÑO 3.1.- CONDICIONES GEOGRÁFICAS Y AMBIENTALES 3.1.1.- Emplazamiento geográfico •

Distancia al mar: inferior a 5 km.

3.1.2.- Vida útil. •

Se considera un vida útil de la estructura del edificio de 50 años

3.1.3.- Condiciones climáticas •

Precipitación media anual: 370 mm.

•

Temperatura media anual: 18.6 ºC.

•

Temperatura mínima en invierno, valor medio: 15.2 ºC.

•

Días de nieve al año, medios: 0 días/año.

•

Días de helada al año, medios: 0 días/año.

•

Humedad relativa media: 71 %.

Datos obtenidos de la información estadística suministrada por el Instituto Nacional de Meteorología en su página de Internet para la estación “Ciudad de Melilla” en los datos de efemérides meteorológicas (actualizadas a 31/12/02) y valores climáticos normales del periodo 1971-2000 de esas estaciones. 3.1.4.- Condiciones del terreno La prospección realizada ha puesto de manifiesto la existencia de un subsuelo, constituido por un conjunto heterogéneo de niveles, sin estratigrafía definida ni clara continuidad lateral. Se suceden sin orden aparente limos, arcillas, arenas y gravas, a veces incluso englobando bolos en la trama. Pertenecen a un amplio depósito coluvial, donde los elementos gruesos corresponden a cantos y arenas de mineralogía volcánica, procedentes de la erosión de los montes situados en los alrededores de la ciudad de Melilla. Dada la proximidad del Arroyo Mezquita, los niveles superiores podrán tener origen aluvial, aunque de escaso desarrollo. El nivel freático se detecta a unos 4 metros de profundidad, aunque por la proximidad del arroyo, será susceptible de experimentar fuertes oscilaciones, dependientes de la pluviometría. ____________________________________________________________________________________ “OBRAS PARA LA ADECUACIÓN DEL PUESTO FRONTERIZO DE BENI-ENZAR, EN LA CIUDAD AUTÓNOMA DE MELILLA” -4-

ANEJO V: CÁLCULO DE ESTRUCTURAS.

La compacidad puesta de manifiesto en los ensayos SPT, resulta muy variable, calificándose de SUELTA a COMPACTA en los primeros 5 metros y de DENSA A MUY DENSA en profundidad. La consistencia que podemos deducir de los penetrómetros dinámicos confirma la heterogénea situación, con valores muy bajos en los primeros 5 metros. Los elementos estructurales a disponer, al ser susceptibles de asientos diferenciales, podrán cimentarse con zapatas apoyadas sobre una capa de zahorra de un espesor mínimo de 50 centímetros compactada en dos tongadas. A partir de los ensayos realizados, se ha calculado una tensión admisible para la cimentación de los distintos elementos de 0.75 kpcm².

3.2.- MATERIALES Y NIVELES DE CONTROL Se indican a continuación las características de los materiales empleados en el estudio y valoración de las estructuras a nivel de proyecto Marquesina Metálica en Paso Fronterizo en Melilla. Elementos de hormigón en masa Se empleará un hormigón para limpieza y nivelación de fondos de cimentación: •

Hormigón en masa: HM-20

Elementos de hormigón en cimentaciones Tipo de ambiente •

Clase general de exposición: Normal.

•

Subclase de exposición: Humedad alta.

•

Clase específica de exposición: IIa.

Condicionantes de durabilidad •

Máxima relación agua/cemento: 0.6

•

Mínimo contenido de cemento: 275 kg/m3.

•

Resistencia mínima compatible con los requisitos de durabilidad: 25 N/nm2.

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ANEJO V: CÁLCULO DE ESTRUCTURAS.

Niveles de control El nivel de control de los materiales se establece en NORMAL para el acero en armaduras y ESTADÍSTICO para el hormigón. •

Características de los materiales: se aumenta la resistencia por requisitos

estructurales. •

Hormigón: HA-25/B/40/IIa.

•

Acero de armaduras: B-500-S.

Los recubrimientos nominales para las armaduras pasivas serán de 70 mm si el hormigonado se realiza directamente sobre el terreno y de 25 mm en caso contrario. Elementos de acero estructural •

Acero estructural: S-275-JR, J0 o J2 según requisitos de soldabilidad.

La calidad del acero se selecciona teniendo en cuenta que el factor determinante en el diseño de los elementos metálicos será siempre la rigidez, para garantizar un nivel de deformaciones reducidas. El aumento del límite elástico no supone mejora significativa de los elementos más condicionados por estos criterios, por lo que sólo supone un encarecimiento de la estructura. Por las luces y cargas empleadas, se empleará hormigón armado de resistencia característica 25 N/nm2 con los requisitos de dosificación y recubrimientos que marca la EHE para cada una de las zonas establecidas anteriormente. Coeficientes de seguridad parciales De acuerdo con la EHE-08 y el CTE, se consideran los siguientes coeficientes de minoración de resistencia de los materiales: MATERIAL

Coeficiente Situación persistente o transitoria

Situación accidental

Hormigón

c=1,50

c=1,15

Acero corrugado

c=1,15

c=1,0

Acero estructural

mo=1,05

(plastificación)

m1=1,05

(inestabilidad)

m2=1,25

(resistencia última, material y uniones)

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ANEJO V: CÁLCULO DE ESTRUCTURAS.

m3=1,1

(resistencia al deslizamiento de uniones con tornillos pretensados en ELS)

m3=1,25

(resistencia al deslizamiento de uniones con tornillos pretensados en

ELU) m3=1,4

(resistencia al deslizamiento de uniones con tornillos pretensados y

agujeros rasgados o con sobremedida)

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ANEJO V: CÁLCULO DE ESTRUCTURAS.

4.- BASES DE CÁLCULO 4.1.- NORMATIVA DE REFERENCIA Normas de obligado cumplimiento:


Código Técnico de la Edificación CTE-06.




Norma de Construcción Sismorresistente. Parte General y Edificación NCSE 02.




Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08.

Otras normas o documentos de referencia:


Eurocódigo 1 – Bases de proyecto y acciones sobre las estructuras EC1.




Eurocódigo 2 – Proyecto de estructuras de hormigón EC2.




Eurocódigo 3 – Proyecto de estructuras de acero EC3.




Normas UNE.




Normas Tecnológicas NTE.




Normas DIN.




Normas AENOR.

4.2.- CRITERIOS PARA EL ESTADO LÍMITE ÚLTIMO (ELU) La determinación de esfuerzos se realiza mediante cálculos elástico–lineales, aplicando los criterios de diseño de resistencia de materiales y las simplificaciones habituales para estas tipologías. En los elementos verticales, se tendrán en cuenta los criterios establecidos por la norma EHE sobre los efectos de segundo orden. En la determinación de los esfuerzos de cálculo se tendrán en cuenta los siguientes coeficientes de seguridad: Elementos de hormigón

ACCIÓN

Situación persistente o transitoria

Situación accidental

Efecto

Efecto

Efecto

Efecto

desfavorable

favorable

desfavorable

favorable

Permanente

G=1,35

G=1,00

G=1,00

G=1,00

Pretensado

P=1,00

P=1,00

P=1,00

P=1,00

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ANEJO V: CÁLCULO DE ESTRUCTURAS.

Permanente

de

valor

no

G*=1,50

G*=1,00

G*=1,00

G*=1,00

Q=1,50

Q=0,00

Q=1,00

Q=0,00

A=1,00

A=1,00

constante Variable Accidental

Elementos metálicos ACCIÓN

Efecto desfavorable

Efecto favorable

Permanente

G=1,35

G=1,00

Variable

Q=1,50

Q=0,00

Accidental

A=1,00

A=1,00

Adicionalmente, para la determinación de las combinaciones de cálculo se tendrán en cuenta los siguientes coeficientes de combinación: Coeficiente

ACCIÓN

combinación

de 0

Coeficiente de carga

Coeficiente

frecuente

cuasipermanente

1

de

carga 2

Sobrecarga superficial de uso Según uso

Según uso

Según uso

0

0

0

Viento

0,60

0,50

0,00

Acciones variables del

0,70

0,70

0,70

Cubiertas transitable Cubiertas

no

transitables

terreno

4.3.- CRITERIOS PARA EL ESTADO LÍMITE DE SERVICIO (ELS) Para la comprobación a estados límite de servicio, se consideran los siguientes coeficientes de seguridad: ACCIÓN Permanente

Efecto desfavorable G=1,00

Efecto favorable G=1,00

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ANEJO V: CÁLCULO DE ESTRUCTURAS.

Permanente de valor no constante

G*=1,00

G*=1,00

Variable

Q=1,00

Q=0,00

La rigidez de los elementos portantes se diseñará de manera que, bajo cargas cuasipermanentes, la flecha total sea inferior a los valores indicados en el apartado correspondiente. La fisuración admisible para cargas frecuentes, de acuerdo con la normativa vigente EHE-08, se fija en: •

0,3 mm para ambiente IIa.

4.4.- DEFINICIÓN DE CARGAS Se procede a continuación a detallar y justificar los valores de las acciones adoptados. Las acciones consideradas son: •

Acciones permanentes: engloban la carga de peso propio de los elementos

estructurales así como cargas muertas de formación de cubierta, etc. •

Acciones permanentes de valor no constante: aquéllas que actúan en todo

momento pero cuya magnitud no es constante. Engloban el empuje de tierras, etc. •

Acciones variables: aquellas que pueden actuar o no sobre la estructura: se

han considerado sobrecargas de uso y acciones climáticas (sobrecarga de nieve, viento, etc.). •

Acciones accidentales: aquellas cuya posibilidad de actuación es pequeña pero

puede ser de gran importancia. Dentro de este grupo se considera la acción sísmica. A continuación se detallan los valores de estas cargas. Se trata de valores aproximados ya que se definirán cuando se disponga del diseño definitivo en fase de proyecto de ejecución. Acciones permanentes de valor constante o

Peso propio



Hormigón armado (peso específico): 25,00 kN/m3.



Acero estructural (peso específico): 78,50 kN/m3.

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ANEJO V: CÁLCULO DE ESTRUCTURAS.



Peso propio cubierta ligera panel sándwich: 0.7 kN/m2.

Acciones permanentes de valor no constante. Acciones variables. o

Sobrecarga de uso en cubiertas: 0.4 kN/m2.

o

Acción del viento: Se considerará el viento actuando en las dos direcciones

paralelas a los pórticos existentes de acuerdo con el CTE.

•

qe: Presión estática del viento.

•

qb: Presión dinámica del viento. Valor 0,52 kN/m2 , correspondiente a la

Zona C indicada en el Anejo D. •

ce: Coeficiente de exposición (capítulo 3.3.3). Depende del grado de

aspereza del entorno.

Se considera un grado de aspereza II, tomando un valor de Ce en función de la altura máxima de 2.6. •

cp: Coeficiente eólico o de presión. Depende de la forma y orientación de

la superficie (capítulos 3.3.4 y 3.3.5).

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ANEJO V: CÁLCULO DE ESTRUCTURAS.

Para este caso concreto, la estructura espacial es una marquesina. El cálculo de los coeficientes eólicos o de presión se realizará según lo expuesto en el CTE-DB-SE-AE Anejo D. Se considera el grado de obstrucción de la marquesina φ=0. El ángulo que forma la marquesina con la horizontal es α=0º

. Por tanto, se considerarán dos hipótesis. Una primera hipótesis en la que la cubierta se encuentra comprimida bajo la acción del viento y una segunda hipótesis en que la cubierta se encuentra succionada. A su vez, se considera la acción del viento actuando según dos direcciones ortogonales a la estructura. Hipótesis 1: Zona A qe = 0.052x2.6x0.5 = 0.0676 T/m² Zona B qe = 0.052x2.6x1.8 = 0.243 T/m² Zona C qe = 0.052x2.6x1.1 = 0.148 T/m² ____________________________________________________________________________________ “OBRAS PARA LA ADECUACIÓN DEL PUESTO FRONTERIZO DE BENI-ENZAR, EN LA CIUDAD AUTÓNOMA DE MELILLA” - 12 -

ANEJO V: CÁLCULO DE ESTRUCTURAS.

Hipótesis 2: qe = 0.052x2.6x(-0.6) = -0.08112 T/m² Zona B qe = 0.052x2.6x(-1.3) = -0.175 T/m² Zona C qe = 0.052x2.6x(-1.4) = -0.189 T/m² •

Acciones accidentales.

En este grupo se encuentra la acción sísmica. Desde el punto de vista sísmico y a efectos de aplicación en el cálculo de estructuras, la zona que nos ocupa, de acuerdo con la Norma de Construcción Sismorresistente NCSR-02, actualmente vigente, tiene asignado un valor de la aceleración sísmica básica ab igual a 0.08•g, índice que representa la aceleración horizontal de la superficie del terreno correspondiente a un periodo de retorno de 500 años. De acuerdo con el uso a que se destinan y con los daños que su destrucción puede ocasionar, la estructura metálica se clasifica como construcción de importancia moderada. Combinaciones de cargas Se emplean las combinaciones de carga correspondientes a control normal para elementos de hormigón establecidas por la EHE y el CTE. Denominación de cargas Gk: Peso propio y carga muerta. G*k: Carga permanente de valor no constante. Qk: Sobrecargas (Q1 acción variable determinante). Ak: Sismo. • Estado Límite Último (E.L.U.). o

Situación permanente o transitoria.

1,35 • G + 1,50 • G* + 1,50 • Q1 + Σ 1,50 • 

0•

Qk,i

Se considera esta hipótesis para las siguientes situaciones de acción variable

determinante. ____________________________________________________________________________________ “OBRAS PARA LA ADECUACIÓN DEL PUESTO FRONTERIZO DE BENI-ENZAR, EN LA CIUDAD AUTÓNOMA DE MELILLA” - 13 -

ANEJO V: CÁLCULO DE ESTRUCTURAS.

•

Sobrecarga de uso.

•

Viento en dirección 1.

•

Viento en dirección 2.

o

Situación accidental.

1,35 • G + 1,50 • G* + 1,0 • Ak + 1,50 • 

1

• Q1 + Σ 1,50 •

2

• Qk,i

Se considera esta hipótesis para las siguientes situaciones de acción variable

determinante. •

Sobrecarga de uso.

•

Viento en dirección 1.

•

Viento en dirección 2.

• Estado Límite Servicio (E.L.S.). o

Combinación poco probable o frecuente

1,00 • G + Σ 1,00 • o

• Qk,i

Combinación cuasipermanente

1,00 •G + Σ 1,00 • 

1

2

•Qk,i

Se considera una hipótesis para cada una de las siguientes situaciones de

acción variable determinante: •

Sobrecarga de uso.

•

Viento en dirección 1.

•

Viento en dirección 2.

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ANEJO V: CÁLCULO DE ESTRUCTURAS.

5.- CÁLCULOS 5.1.- GENERALIDADES

Las estructuras tipo se predimensionan en el programa Cypecad. Este cálculo se considera suficientemente representativo a nivel de anteproyecto. Lo módulos metálicos se predimensionan en el programa Metal 3D, más adecuado para estructuras porticadas. El programa Cypecad permite el dimensionamiento de estructuras de hormigón armado y metálicas, realizando un análisis espacial de todos los elementos estructurales. Realiza el cálculo de estructuras tridimensionales, incluyendo la cimentación, dimensionando automáticamente todos los elementos. El análisis de las solicitaciones se realiza mediante un cálculo espacial en 3D, por métodos matriciales de rigidez, formando todos los elementos que definen la estructura. Se establece la compatibilidad de deformaciones en todos los nudos, considerando 6 grados de libertad. Para todos los estados de carga se realiza un cálculo estático (excepto cuando se consideran acciones dinámicas por sismo, en cuyo caso se emplea el análisis modal espectral) y se supone un comportamiento lineal de los materiales y, por tanto, un cálculo de primer orden, de cara a la obtención de desplazamientos y esfuerzos. Los resultados del programa se pueden obtener mediante salida numérica o gráfica (incluyendo leyes de esfuerzos, desplazamientos, envolventes, estados de carga, etc...). Las dimensiones finales se reflejarán en planos.

5.2.- DESCRIPCIÓN DEL MODELO Para el cálculo de la estructura se realiza un modelo mediante el programa informático METAL 3D. El modelo será un modelo alámbrico de la marquesina sobre el cual se introducen todas las cargas que afectan a la estructura. 5.2.1.- CUBIERTA 1.

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ANEJO V: CÁLCULO DE ESTRUCTURAS.

Carga permanente

Sobrecarga de mantenimiento de cubierta

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ANEJO V: CÁLCULO DE ESTRUCTURAS.

Sobrecarga de viento V1 (Compresión)

Sobrecarga de viento V2 (Succión)

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ANEJO V: CÁLCULO DE ESTRUCTURAS.

Sobrecarga de viento V3 (Compresión)

Sobrecarga de viento V4 (Succión)

A partir de dicho modelo de cálculo se procede a dimensionar tanto los distintos perfiles que conforman la estructura como la cimentación de la misma. ____________________________________________________________________________________ “OBRAS PARA LA ADECUACIÓN DEL PUESTO FRONTERIZO DE BENI-ENZAR, EN LA CIUDAD AUTÓNOMA DE MELILLA” - 18 -

ANEJO V: CÁLCULO DE ESTRUCTURAS.

5.2.2.- CUBIERTA 2. Carga permanente

Sobrecarga de mantenimiento de cubierta

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ANEJO V: CÁLCULO DE ESTRUCTURAS.

Sobrecarga de viento Vx+ idem Vx-

Sobrecarga de viento Vy+ idem Vy-

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ANEJO V: CÁLCULO DE ESTRUCTURAS.

Sobrecarga de nieve en todo

5.2.3.- SISMO. Se tendrá en cuenta para el cálculo de la estructura la acción del sismo.

Se consideran todas las uniones de la estructura empotradas. Para el cálculo de los pilares, se consideran todos ellos empotrados en su base y empotrados en cabeza, con lo que el coeficiente de pandeo β podría reducirse a 0.5. No obstante, para estar ____________________________________________________________________________________ “OBRAS PARA LA ADECUACIÓN DEL PUESTO FRONTERIZO DE BENI-ENZAR, EN LA CIUDAD AUTÓNOMA DE MELILLA” - 21 -

ANEJO V: CÁLCULO DE ESTRUCTURAS.

del lado de la seguridad, se mantiene un coeficiente β=1 para el cálculo y dimensionamiento de los pilares. La limitación de deformación de la cubierta se fija en L/300.

5.3.- RESULTADOS

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