En aquest cas real es va requerir comprovar la resistència estructural d’un magatzem autoportant. El resultat de l’anàlisi, aplicant la normativa actual, va ser que la resistència era insuficient i va fer plantejar una actuació general de reforç. La solució d’enderrocar i fer una nova construcció no era factible econòmicament. Es van dissenyar una sèrie d’actuacions que van permetre complir amb la normativa estructural a un cost acceptable.
1. Marc normatiu
En l’anàlisi es va aplicar la següent normativa:
· EN 1993 Proyecto de estructuras de acero. Eurocódigo 3
· EN 15512 Almacenaje en estanterías metálicas. Estanterías regulables para cargas paletizadas
· EN 15620 Sistemas de almacenaje estático en acero
2. Descripció de l’edifici
L’estructura era la típica d’un edifici d’aquestes característiques, formada per els propis mòduls d’estanteries construïts en perfils d’acer conformat en fred, de secció oberta i amb tots els nusos amb cargols o elements encaixables. La distribució en planta pot ser similar a la de la següent figura:
El tancament de les 4 façanes era de xapa d’acer lacada i conformada en fred, suportada per una subestructura perimetral composta de pilars i barres horitzontals disposats seguint la pauta dels elements de la estructura interior sobre la que es recolzaven, a la que transmetien esforços i que proporcionava estabilitat.
La coberta plana era suportada per una altra subestructura de corretges i jàsseres. Les corretges, de perfil obert laminat en fred de tipus comercial. Les jàsseres composades amb perfils d’acer de característiques similars als utilitzats en l’estructura. Es recolzaven en diversos punts sobre els mòduls interiors.
L’estructura central, formada per grups de 2 puntals verticals units entre sí per diagonals en una configuració semblat a una biga warren. Aquests grups estaven units entre sí per les barres horitzontals de les estanteries. A més, en alguns nuclis repartits, unes diagonals en els plans horitzontal i verticals asseguraven l’estabilitat a les accions laterals.
Fig. 1 Vista detall de l’estructura
1. Càrregues
En primer lloc es van determinar i quantificar els grups de càrregues presents:
· Carregues de vent
· Carregues d’us i de neu sobre la coberta
· Carregues de servei degudes al pes del material emmagatzemat
Es van configurar les combinacions indicades en la EN 1993 i també les indicades en la EN 15512
2. Anàlisi de l’estructura
Inicialment ja es va veure que un model complert de tota l’estructura estaria format per més de 15.000 barres. Degut a limitacions tant de software com de hardware no era possible aquest anàlisi. Va caldre identificar pautes estructurals i construir models parcials en 2D i 3D que representessin tot l’edifici. Es van analitzar 4 models estructurals diferents, 2 models 2D i 2 models 3D amb una quantitat de barres per model entre 650 i 3.300
Aquests models, en conjunt eren representatius de tota l’estructura. Els 2 models 2D representaven 2 alineacions perpendiculars que denominarem N-S i E-O Aquestes alineacions es repetien al llarg de tot l’edifici. Es van analitzar amb les càrregues màximes aplicades, per tant el resultat era vàlid, pel costat de la seguretat, per a tota l’estructura.
Els 2 models 3D representaven dues zones que no quedaven reflectides en els models 2D; una modelava les zones amb diagonals en els plans horitzontal i vertical i que donen rigidesa a tot el conjunt. L’altre model corresponia a una zona de l’extrem de la nau que no quedava representada en cap dels models anteriors.
Fig. 2. Vista d’eixos de barres d’un dels models 3D
4.1. Software
Per a l’anàlisi es va utilitzar el software DIAMONDS de Buildsoft amb una llicència limitada sobre una estació HP Z420
4.2. Col·laboració i supervisió
Aquest projecte es va fer amb la col·laboració i supervisió del Departament de Resistència de Materials i Estructures a l’Enginyeria de la UPC.
4.3. Resultats
Els resultats obtinguts van evidenciar una falta de capacitat resistent sota els criteris de la normativa actual i va caldre idear diverses actuacions de reforç estructural.
Es va observar que les fallades provenien de les accions del vent lateral sobre les façanes de l’edifici. En canvi, la càrrega de servei derivada del pes dels materials emmagatzemats tenia una influència relativament baixa. Concretament, les accions laterals del vent ocasionaven moments flectors sobre els puntals i algunes de les barres fallaven principalment per blincament però també per resistència a la flexió-compressió. Per tant, les actuacions de reforç, en conjunt, s’havien d’orientar a augmentar la resistència estructural a les accions laterals. Es va descartar la reducció de la capacitat d’emmagatzematge per tenir una escassa incidència en el resultat.
Es va optar per dos tipus d’actuacions, unes aplicades a tota l’estructura de l’edifici per donar-li més resistència a les accions laterals i que van solucionar gran part de les zones de fallada i altres més limitades localment.
Les zones de fallada es localitzaven majoritàriament en els cossos d’estructura situats en els laterals i alineats amb les façanes llargues i també en la zona més propera al paviment en els puntals dels cossos centrals.
Aquest tipus d’estructures estan concebudes en primer lloc per servir d’estanteries d’emmagatzematge. La funció estructural de l’edifici, encara que imprescindible, resulta secundària. Sota aquest punt de vista, no està optimitzada. Amb freqüència els nusos de les barres no coincideixen en un únic punt i generen localment trams curts amb moments flectors molt elevats que fallen per resistència.
La gran densitat tridimensional de l’estructura contribueix a una complexa distribució i direccionament dels esforços laterals cap a terra. A causa d’això, els resultats finals poden ser, a vegades, una mica sorprenents i difícils d’intuir.
3. Actuacions de reforç
La principal dificultat per a idear el reforç va ser la pròpia funcionalitat de l’estructura com a estanteries d’emmagatzematge. Algunes de les opcions no eren viables per que suposaven una reducció de capacitat o d’accés. Per un altre costat, la zona de fallada més important estava situada en els puntals de l’estructura al costat de les façanes. La solució que es va escollir fou utilitzar els pilars de soportació de l’estructura de façana, que formaven una estructura superposada, i convertir-los en cordons col·laboradors de l’estructura principal. Es van col·locar unes diagonals entre aquests pilars i el puntal més exterior de l’estructura, d’aquesta forma es va ampliar la capacitat resistent d’aquests grups donant-los un major moment d’inèrcia. Aquesta actuació repetida en totes les alineacions al llarg de l’edifici va ser l’actuació principal.
Per als perfils que presentaven fallada per blincament o per flexió, es va optar per posar reforços compatibles amb la configuració local, preferiblement utilitzant perfils tancats conformats en fred ocupant l’espai interior dels perfils oberts a reforçar. En els llocs on un perfil tancat no era compatible, es van col·locar suplements externs per a reforç de les ales dels perfils oberts.
La fixació de tots els elements de reforç es va realitzar amb unions cargolades. En cap cas es va utilitzar la soldadura ni es va fer cap modificació de la perfileria original a fi que la intervenció realitzada fos compatible amb les inspeccions tècniques posteriors que per normativa estan sotmeses aquest tipus d’instal·lacions.
Fig. 3. Vista de un perfil obert amb el seu reforç (Vista de finestra del generador de seccions de DIAMONDS)
Fig. 4. Utilizació dels pilars de façana com a cordons colaboradors de la estructura principal
4. Conclusions
El càlcul estructural va evidenciar que l’estructura de l’edifici no complia amb les disposicions de la normativa aplicable vigent. Tenint en compte que la solució de un nou edifici no era econòmicament viable, es va optar per explorar la possibilitat de fer una o diverses actuacions de reforç. Les següents fases de l’estudi demostraren que si be les actuacions possibles tenien una complexitat apreciable, eren factibles.
Encara que el cost de la partida d’enginyeria que es va derivar del projecte de reforç va ser més alta que la del propi estudi de resistència i també que el cost de l’execució material del projecte de reforç va ser considerable, el cost global va resultar molt inferior al de una construcció nova.