CYPE 3D Zapatas en nave industrial

#1
Que tal amigos, hace poco he acabado un curso de Metal 3D de Cype, la verdad es que he quedado bastante contento porque he aprendido mucho. Ahora mismo me encuentro realizando el proyecto fin de carrera, sobre una nave industrial y cuando creía que lo sabia todo aparece una gran duda, que es el tema de la cimentación. Después de realizar varios ejercicios de varias naves con metal 3D y exportar la cimentación para calcularla con Cype con sus correspondientes vigas de atado y centradoras donde es necesario, las zapatas que aparecen todo el mundo me dice que son grandísimas. Por poner un ejemplo: nave de 20 metros de luz, pilares de 6 metros de altura y separación entre pórticos de 5 metros, con las habituales cargas de viento en situación normal y nieve de 80 Kg/m2 (sin sismo). Con todo ello y con una tensión del terreno de 2 Kp/cm2 las zapatas me siguen diciendo que las dimensiones son excesivas (de 2.60 x 2.60 metros y 80 cm. de canto) además aparecen con parrilla superior y todo ello incluso atando las zapatas en ambas direcciones.
El caso es que tengo poco axil y mucho momento y hasta puede resultar lógico el emparrillado superior, pero al preguntar a varios constructores de naves e incluso ingenieros industriales que se dedican al tema, una y otra vez me dicen que esas zapatas son excesivas, que lo normal serían zapatas de 1 m x 1 m x 80 cm de canto, y que el emparrillado superior sobra.
Como incrédulo que soy me he pateado un polígono industrial para comprobar "in situ" si esto es verdad. Cual fue mi sorpresa cuando veo que es verdad. En una nave que estaban construyendo la cimentación, metro en mano me pongo a medir las zapatas y efectivamente median 90 cm x 90 cm por 80 cm de canto y sin emparrillado superior, además la nave no tenía ninguna medianería con lo que el viento le afectaba por todos los sitios y el encargado de obra me dijo que los pilares que van a poner son de 8 metros de altura y separación entre pórticos de 5,80 metros. Además también me dijo que en naves nunca habían puesto emparrillado superior en las zapatas. Cada vez me desconcertaba más porque por más que calculo la cimentación con Cype de varios ejercicios de naves diferentes me salen las zapatas grandísimas y en cuanto quito el emparrillado superior no cumple alguna condición. En cuanto edito la zapata y disminuyo sus dimensiones, me da error "con estas dimensiones la zapata no está en equilibrio".
Como en la facultad tenemos también otro software llamado Procuno, decidí calcular entonces la misma nave con Procuno y su módulo NIwin (los datos de las barras eran similares a los obtenidos en el dimensionamiento con Metal 3D) hasta aquí todo bien. Exporto los datos de la nave al módulo de Zapatas de naves industriales de Procuno "ZnEHEwin" le doy a calcular y mi sorpresa es que han disminuído un poco de tamaño pero siguen siendo grandes "2,30 x 2,30 metros x 80 cm de canto) aunque eso sí, me ha desaparecido en todas ellas el emparrillado superior :eek: . Yo lo flipo, misma nave, mismas cargas, misma combinación de hipótesis, cada programa es una historia diferente.
La verdad es que lejos de aprender cada vez se menos, porque cada vez tengo más dudas. La conclusión a la que he llegado a la hora de calcular la cimentación de la nave de mi proyecto fin de carrera es la siguiente:

- O calculo las todas las zapatas a mano, siguiendo las indicaciones del libro "Números gordos en el proyecto de estructuras" donde dice que A = a^2 = Nk/Tensión del terreno, donde Nk es el Axil característico, y por lo tanto las dimensiones de la zapata (A = a^2, es decir, lado x lado) son directamente proporcionales al Axil (como tengo poco Axil, me salen como me dice todo el mundo, aproximadamente de 90 x 90 cm).

- O hago otro curso de Cype ahora en Zigurat, el de cimentaciones superficiales, a ver si me entero, con el correspondiente retraso de entrega del proyecto, y resulta que me finaliza el plazo de entrega a finales de junio.

Y lo peor de todo es que mi dire de proyecto no dice nada, me dice que ponga lo que me da el Cype y santas pascuas. Por lo menos ya que hago un proyecto de nave industrial me gustaría hacerlo bien hecho, a ver si alguien me da alguna recomendación. Le estaré eternamente agradecio.

Gracias de antemano a los foreros que se que sabeis mucho y me recomendareis algo y un saludo ;)
 
#2
La verdad es que lejos de aprender cada vez se menos, porque cada vez tengo más dudas.

Bienvenido al club...

puedes probar una cosa:
no empotres el pilar a la zapata, calculalo con el pandeo que salga como articulado-articulado, y calcula la zapata solo para el axil. es la única forma de que cype (u otro) te de unas zapata "normales".

piensa que en obra, el empotramiento perfecto es imposible de conseguir, y ciertos grados mas altos (entorno a un 70-80%) son incompatibles con los sistemas de soldadura utilizados normalmente. En realidad solo se logran en taller (y con suerte).

luego otro ojo importante: es muy posible que todas las zapatas del polígono estén mal calculadas, ¿pensaste esa posibilidad? :D :D :D o que en plano esten de 3x3 y el constructor las haga de 1x1...
 
#3
Y, sobre todo, ten en cuenta que los números gordos son muy atractivos, pero hay que tener cuidado con su ámbito de aplicación, y el que indicas para el dimensionado de la zapata sirve si el momento es pequeño respecto al axil, que es el caso habitual en zapatas de edificación, pero justo el contrario al tuyo.
 
#4
Si puedes prueba con Tricalc, a mí me daba zapatas grandes pero no tanto.

Como te indica sísifo, la clave es que en naves industriales el viento y puente grúa provocan momentos elevados en relación al axil, que se compensan con mayor zapata. Si has visto esas naves con zapatas tan escasas te preguntaría si no tienen algún forjado de oficinas o de parking, lo que las estabilizaría bastante. Además 80 cm me parecen un canto escaso, prueba a darle 120 (dimensión habitual para zapatas de pilares prefabricados).

En todo caso que tu solución sea justificable mediante números.
 

soloarquitectura

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#5
Si no estás seguro de los resultados de cálculo de un programa una buena idea es comprobar el cálculo manualmente.
Por supuesto sin utilizar "números gordos".
Comprueba unas cuantas zapatas por tu cuenta.
En el libro Cálculo de estructuras de cimentación de J. Calavera tienes todo lo que necesitas para ponerte manos a la obra.
 
#6
Este es un tema que siempre me ha interesado bastante porque me ocurría lo mismo que a tí. Te comento como lo hago yo en la actualidad.
Calculo la mayoría de las naves con las bases de los pilares articulados, con lo que los momentos de las zapatas desarecen las zapatas disminuyen una barbaridad, sobre todo si son medianeas.

El programa de procuno para naves con pórticos rigidos sólo calcula pilares con las bases empotradas.

En cuanto a la armadura superior, yo me la juego y no la pongo.

Saludos
 
#7
tpdeoro ha dicho:
El programa de procuno para naves con pórticos rigidos sólo calcula pilares con las bases empotradas.
Con Metal3D, se puede articular la base del pilar, con lo que no tiene ese problema. Lo que me sorprende es lo que dices que estás haciendo. ¿Dices que calculas las bases articuladas, y que el programa no te lo permite?. No lo acabo de comprender.

tpdeoro ha dicho:
En cuanto a la armadura superior, yo me la juego y no la pongo.
Realmente, con esto no te juegas nada. La armadura superior te sale cuando hay mucho momento, y el equilibrio se produce con reacción del terreno sólo en parte de la zapata, y parte de ella con despegue, en voladizo. Si articulas la base, ese momento desaparece, no hay despegue, y la armadura superior no es necesaria.
 
#8
Las zapatas de las naves industriales salen muy grandes casi siempre, salvo que las bases estén articuladas y aún , asi debido a la reacción horizontal en la base del pilar multiplicada por la altura de la zapata, da un momento en el plano hormigón-terreno que hace que aunque sean articuladas salgan grandes. A mí mas de un constructor me ha dicho :!!! Si te salen zapatas mayores que para una casa de diez pisos!!! y ...tienen razón.
Las zapata que viste de 1 m x 1 m seguro que están mal

Una forma de hacerlas más económicas aunque sean empotradas las bases es diseñar las zapatas de planta rectangular y no cuadrada. Una relación puede ser de 3/2 o incluso 2/1. El volumen de hormigón disminuye bastante. La altura del cimiento creo que por lo memos ha de ser de 1 m Se hacen así por la longitud de los espárragos que suele salir ser de 750 mm o más.
No entiendo esa afirmación de que las bases de los pilares metálicos no pueden se empotradas y menos por cuestión de soldadura. Se hacen todos los días y si el diseño es correcto creo que funcionan bien. Hay ejemplos resueltos en cualquier libro (Argüelles, Prontuario de Ensidesa etc)
 
#9
Sisifo, a ver si me explico: Puesto que el programa de procuno calcula los pilares con bases articuladas, yo decidí cambiar de programa y calcular con Metal3D, para poder calcular pilares articulados en su base.


Respecto a que la armadura superior no es necesaria con arranques articulados, ya lo suponía yo. Pero entonces ¿por que Metal3D si la coloca, aun articulando los pilares en su base?
 
#10
La explicación que se me ocurre es que el cortante que tienes sea tan alto y el axil tan bajo que se te produzca despegue de la zapata y sigas teniendo tracciones en la cara superior.
De todos modos, esto habría que verlo con números.
 
#11
Si la zapata es excéntrica, es fácil que se produzca despegue en la punta interior de la zapata, dando un momento negativo el peso propio de la zona en voladizo despegada, produciendose tracciones en la cara superior. En esta situación caben tres posibilidades:
-Pasar de todo, ya que no te controla nadie.
-Poner armadura, aunque los esfuerzos sean pequeños, habrá que poner la mínima.
-Activar la opción de zapatas de resistir tracciones como hormigón en masa que tiene CYPECAD. Suele ser práctica cuando los despegues son pequeños, no siendo necesaria armadura, peo te quedas tranquilo.
Hay algún truco mas, como aumentar el peso de la fachada y su viga como carga puntual en la zapata, pues aumentando la carga vertical, favorecemos el equilibrio de la zapata.
Otra cosa, y he calculado bastantes zapatas a mano, mucha gente las calcula mal, olvida comprobar el equilibrio, ...., y como es habitual en los foros, seguimos sin tener datos, algo asi como las cargas por hipótesis.
Por cierto, ¿de verdad que has puesto vigas centradoras?. No me lo creo.
 
#12
Muchísimas gracias a todos por vuestro tiempo y explicaciones. He aprendido más leyendo vuestras respuestas que en los últimos 15 días dandole vueltas al tema.

La solución que plantea el amigo "artabria" de definir los nudos como articulados es muy buena ya que desaparece el momento por completo y con él también el emparrillado superior. Además las dimensiones de la zapata están dentro de lo que me dice todo el mundo ( 1 x 1 m aprox.), por lo que deduzco que a los que pregunté (ingenieros, constructores...), hacen 2 cosas:

1.- Articulan en la base los pilares para que no se transmita el momento flector al terreno, lo que conlleva un aumento de los perfiles de la nave y una disminución de las zapatas (esto en clase de construcción decían que se hacia cuando el terreno es muy malo -tensión admisible muy baja- para evitar que las zapatas salieran muy grandes). Si hacen esto, el herrero que suelda los pilares a la basa, deberá soldar 2/3 del alma y no el pilar (alas y alma) en toda su longuitud, para conseguir la articulación ¿no?, algo que creo que NO hacen porque los soldadores que vi trabajando lo soldaban todo.

2.- Los constructores no hacen caso del plano de cimentación, como dice "artabria", las zapatas vendrán de 3x3 y ellos pensarán que con 1x1 va sobrado. Esta es mi hipótesis que cobra más fuerza, por lo que dice el amigo "Daniel Narro: !!! Si te salen zapatas mayores que para una casa de diez pisos!!!". Seguramente se creerán que el calcula la estructura no sabe y ellos que llevan construyendo toda la vida saben más.

Amigos, voy a hacer dos cosas:

1.- En el proyecto fin de carrera y para salir del paso ya que lo entrego a finales de este mes, definiré la unión "pilar-zapata" como articulada para que las dimensiones de la zapata salgan más coherentes y sin emparrillado superior. Cuando defienda el proyecto y me pregunte el tribunal, lo justificaré diciendo que según el estudio geotécnico adjunto al proyecto, el terreno es muy malo (Tensión admisible de 0,3 Kp/cm2 por ejemplo). Total es un proyecto fin de carrera y todo es inventado. Con ello los perfiles de la nave salen ligeramente superiores (algunos siguen igual), ya que como dice "artabria" ahora los pilares serán articulado-articulado y me varían todos los coeficientes de pandeo.

2.- Ayer tarde, estuve mirando el biblioteca de la facultad el libro del profesor J.Calavera que me recomienda "Juanjo de Solo aquitectura", me parece estupendo. Así que también seguiré las recomendaciones de "Sisifo" y "Juanjo" de huir de los "Números gordos" (aunque yo creía que funcionaban, el libro de Juan Carlos Arroyo lo compré depués de leer las "Aclaraciones" que contiene y las consultas que he realizado con él me parecían interesantes, pero ya veo que hay que saber bastante más de lo que yo se, para manejar esos "números gordos"). Así que me compraré el de "Cálculo de estructuras de cimentación".

Gracias también también a "tpdeoro", "Corvo Maltese" (no podré comprobar con Tricalc, en la facultad no lo tienen) y a por supuesto a "Castelar" por sus aportaciones a mis dudas.

Sinceramente muchas gracias por ayudame ;)
 
#13
La decisión de colcar apoyos articulados me parece correcta. Ahora bien controla los desplazamientos del portico metálico que salen mucho mayores y posiblemente tengas que aumentar los perfiles aunque trabajen a tensiones bastante menores que el limite elastico. No se si llego a tiempo para tu PFC. Si no, no me hagas ni caso
 
#15
Normalmente la técnica va por delante de los métodos de cálculo; es cierto, que la mayoria de las zapatas de las naves están mal calculadas (a ojo) y no cumplen los niveles de seguridad que marca la normativa, pero también es cierto que normalmente se ponen mucho más pequeñas que lo obtenido con el cálculo y no dan problemas aun habiendo condiciones meteorológicas bastante desfavorables. Esto es debido a que los métodos de cálculo que normalmente se emplean para este tipo de cimentaciones son poco afinados, separando el cálculo de la estructura del cálculo de la cimentación, considerando esta como empotrada en el terreno no produciéndose ningún tipo de giro en el pilar. Esta consideración es buena para muchas tipologías de estructuras, pero mala desde el punto de vista económico ya que produce, en el caso de cimentaciones de naves que la excentricidad relación entre el momento y la carga vertical salga bastante alta, por lo cuál simplemente por equilibrio el tamaño de la zapata sale considerable. ¿Que pasa si ponemos una zapata más pequeña que la obtenida con este método ? Pues simplemente que al ser el momento grande se produciría un giro de la zapata y como consecuencia un giro en la base del pilar, el cual queda arriostrado por el dintel de la nave produciéndose un par de fuerzas entre la base de la zapata y el dintel, las cuales compensan el momento; el caso más extremo es considerar una distribución uniforme de presiones y por tanto giro libre del pilar. El utilizar este método implica un cálculo integrado de la cimentación con la estructura y un control de los desplazamientos y giros tanto en la estructura como en la cimentación. El beneficio es grande ya que la cimentación se reduce una barbaridad sin afectar apenas a la estructura. Yo para este cálculo integrado utilizo los programas de procedimientos de estructuras tridimensionales.
 
#18
Voy más lejos, la base de los pilares en naves industriales, no tiene porqué ser articulada o empotrada 100%, Metal 3D, Cad2000 y yo creo que otros muchos programas también te permiten jugar con el grado de empotramiento. Yo he hecho alguna vez lo siguiente:
Me calculo a mano el momento flector que la soldadura es capaz de resistir (EA-95, antigua MV-103), y juego con el grado de empotramiento hasta que el momento flector en la base del pilar sea igual o ligeramente inferior. Calculo las zapatas rectangulares en vez de cuadradas para optimizar y tengo en cuenta parte del peso del cerramiento como axil (el cerramiento descansa sobre una correa que llega a la zapata).
Con todo esto se consiguen zapatas más reducidas y sin tener que despreciar los números.
 
#19
Hola a todos.
Despues de leer las respuestas que se ha publicado en el foro sobre este tema, os cuento:
He trabajado en una constructora y actualmente estoy en una oficina técnica calculando naves. He de deciros que la forma de calculo de una a otra es batante diferente, ya que en la constructora se tiende a "ajustar" demasiado, de tal manera que por ejemplo, las zapatas de 1mx1mx0,8m que se ha mencionado, yo no firmaría un proyecto con esas zapatas.
El "truco" que utilizo yo es aplicar una carga puntual en la base del pilar correspondiente al peso del cerramiento que apoya sobre la cimentación. De esta manera salen zapatas más normales.
En cuanto a la armadura superior, a no ser que tenga momentos negativos muy grandes, no se las pongo nunca. Solo pueden aparecer algunas grietas que no comprometen a la seguridad.

Espero que os sirva de ayuda.
 
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