Carga de impacto de un automóvil de pasajeros en una cochera

Combinaciones de carga

En [1], capítulo 3.2 (2)P, se define un impacto como una situación de proyecto accidental. Por tanto, la ecuación 6.11b se aplica a las combinaciones de acciones. La elección entre el valor frecuente Ψ_1,1 ⋅ Q_{k 1} o la variable cuasipermanente Ψ_2,1 ⋅ Q_{k 1} depende de la situación de proyecto accidental determinante. En [2] NDP hasta A.1.3.2, por ejemplo, en el caso de un choque de un vehículo, se especifica que está permitido aplicar el valor cuasipermanente Ψ_2,1 ⋅ Q_k,1. Por lo tanto, las cargas de nieve y de viento para ubicaciones en los estados miembros de CEN con una altura inferior a 1000 m sobre el nivel del mar no tienen que tenerse en cuenta en caso de impacto de un vehículo, ya que sus coeficientes de combinación Ψ_2,1 generalmente se definen como 0,0.

Definición de acción accidental

Ahora, tenemos que definir el tipo y el tamaño del impacto. La parte 1-1 del Eurocódigo 1 [3] en el capítulo 1.1 (6) se refiere a la parte 1-7 [4], donde se explican las acciones accidentales. Se recomiendan dos métodos en el capítulo 4.2 (1):

• Determinación de las cargas de impacto con un análisis dinámico
• Definición de las cargas de impacto como fuerza estática equivalente

Para más información sobre el cálculo del impacto dinámico, ver el apéndice C. Este anexo distingue entre un "impacto fuerte", donde la energía es disipada principalmente por el cuerpo impactante, y un "impacto suave", donde la estructura está diseñada para deformarse para absorber la energía del impacto. Según el anexo C.2.1 (1), se permite el cálculo con una fuerza estática equivalente para un "impacto fuerte". En el caso de que un automóvil se estrelle contra una cochera, se asume un impacto fuerte y el contenido de este artículo se refiere a la determinación del esfuerzo estático equivalente.

Imagen 01 - Coche chocando contra la cochera

En la tabla 4.1 de [4], se propone una fuerza estática equivalente F_dx en la dirección normal de desplazamiento de 50 kN para los vehículos de pasajeros en los garajes de aparcamiento. Transversal a la dirección de desplazamiento, esto da como resultado la fuerza F_dy de 25 kN. Debido al tamaño de la carga, probablemente sólo en muy raras ocasiones será posible realizar un dimensionamiento económico de las secciones transversales de los pilares de una cochera. También se debe mencionar que las colisiones en estructuras livianas se excluyen en el capítulo 4.1 (1), por lo que la tabla 4.1 no es válida y se hace referencia al Anejo Nacional. La instalación de una protección contra impactos que absorba el impacto delante de la columna para llevar a cabo un diseño económico de las columnas no es probable que sea una opción. El Anejo Nacional de Alemania [5] describe para los vehículos de pasajeros ≤ 30 kN en la tabla NA.2-4.1 para garajes individuales y dobles, así como en los aparcamientos, una fuerza de impacto estática equivalente de 10 kN para ambas direcciones.

Si el Anejo Nacional de un país no proporciona más información, puede consultar el anexo B de [3]. En la ecuación B.1, se describe la carga horizontal equivalente para una protección contra caídas. Esto da como resultado:

Fórmula 1

De acuerdo con el anexo B (3) en [3] , se seleccionan los siguientes supuestos:

m = 1.500 kg
δ_c + δ_b = 100 mm
v = 1,39 m/s

La velocidad de impacto v que se desvía de B(3) se asume con 5 km/h según [4], tabla C.1, para garajes o aparcamientos, que corresponde a 1,39 m/s. Esto da como resultado una carga equivalente de:

Fórmula 2

Posición de la acción accidental

Según [4] 4.3.1 (3), está permitido aplicar la fuerza de impacto de los vehículos de pasajeros a una altura de 50 cm por encima del borde superior de la carretera. En el anexo B de [3], se especifican 37,5 cm para los turismos con una masa máxima de 2 500 kg. Puesto que la altura de los parachoques de un vehículo no está regulada para la mayoría de los países, el ingeniero debe decidir a qué altura se aplicará la carga equivalente. El Anejo alemán [5] recomienda una altura de 50 cm para los vehículos de pasajeros.

Fallo completo de los componentes estructurales como opción

También existe la opción de analizar los efectos de la falla total del componente estructural afectado en toda la estructura (Imagen 02). Dependiendo de cómo se haya fijado el componente, dicho análisis puede ser útil.

Imagen 02 - Fallo total de la columna después del impacto del automóvil

Diseño de la columna de la cochera para el caso de carga de "impacto" en RFEM/RSTAB

Para la cochera que se muestra en la Imagen 01, se simulará el impacto de un automóvil de pasajeros en la columna central. En este ejemplo, se va a llevar a cabo el cálculo según el Anejo Nacional alemán.

Con este fin, primero se debe crear un nuevo caso de carga donde se define la carga estática equivalente. Si se utiliza la combinación de carga automática, se debe asignar la clase de acción "Accidental" a este caso de carga.

Imagen 03 - Nuevo caso de carga con categoría de acción "Accidental"

Después, se crea una nueva expresión de combinación con la situación de proyecto accidental según [2], ecuación 6.11e.

Imagen 04 - Nueva expresión de combinación con la situación de cálculo correspondiente

En este ejemplo, se selecciona la distancia de la carga equivalente desde el inicio de la barra de 37,5 cm, porque la fijación (en este caso, la altura de la zapata del pilar) no se tiene en cuenta en el análisis estructural.

Imagen 05 - Tamaño y posición de la fuerza equivalente

La estructura de madera está diseñada con el módulo adicional RF‑/TIMBER Pro. Los archivos de modelo correspondientes para RFEM y RSTAB están disponibles en "Descargas" al final de este artículo. En TIMBER Pro Case 2, el cálculo accidental se realiza seleccionando la combinación de carga correspondiente. Ya que no es necesario combinar la carga de nieve y la carga de viento con el impacto en este caso, solo se deben considerar el peso propio y el impacto en sí mismo. Si las combinaciones de carga se crean manualmente, asegúrese de que la "Situación de cálculo accidental" esté asignada a las combinaciones de carga correspondientes (Imagen 06) y la clase de duración de carga correcta, "Instantánea" (Imagen 07).

Imagen 06 - Datos generales en TIMBER Pro con asignación de situación de proyecto

Imagen 07 - Asignación de la duración de la carga

Mediante esta asignación, la situación de proyecto accidental en el estado límite último se considera con un coeficiente de seguridad parcial de 1,0, como se requiere en [6]. Además, en este caso, la resistencia se multiplica por un k_mod de 1,1 (clase de servicio 2) debido a la duración de la carga instantánea. En este ejemplo, la columna tiene un intervalo de 0,47 ≤ 1,00 y, por lo tanto, se calcula el impacto del vehículo de pasajeros. El cálculo funciona incluso con un valor k_mod de 0,9 (clase de servicio 3).

Imagen 08 - Diseño realizado para el pilar atropellado por el automóvil

Como ya se explicó, vale la pena echar un vistazo a la falla completa de la columna (Imagen 02). Para ello, no es necesario considerar el fallo o la eliminación de la barra en un archivo separado. Se puede desactivar la columna fácilmente para combinaciones de cargas específicas. Para el fallo completo de la columna, se creará una nueva combinación de carga donde solo se incluye el peso propio y se desactiva la columna en los parámetros de cálculo.

Imagen 09 - Desactivar la columna para cierta combinación de carga

Como la estructura se admite inmediatamente después de que falle la columna, se puede aplicar una duración de carga "instantánea" para esta combinación de carga. El cálculo de la correa bajo el peso propio para la situación de cálculo accidental asciende a 0,48 ≤ 1,00 (TIMBER Pro Caso 3).

Imagen 10 - Diseño de correas para fallo total del pilar

Cálculo de uniones y cimentaciones

Además, los sujetadores deben comprobarse en caso de impacto. Por lo tanto, es necesario verificar que la base de la columna y la conexión de la columna a la correa superior estén suficientemente dimensionadas. El tipo de estructura determina si la carga de impacto debe transferirse a la cimentación o no. En [5] NDP hasta 4.1 (1), nota 3, la transferencia de esfuerzos generalmente no es aplicable para edificios. Esta afirmación es cierta para la cochera mencionada en el ejemplo.