Carga de nieve en cubiertas a un agua y a dos aguas

Artículo técnico

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En Alemania, las cargas de nieve se regulan según DIN EN 1991-1-3 con el Anejo Nacional DIN EN 1991-1-3/NA. La norma se aplica a las obras de ingeniería civil a una altitud de hasta 1 500 m sobre el nivel del mar.

Para combinar las cargas de nieve con otras acciones (cargas impuestas, viento, etc.) en situaciones de proyecto definidas según la norma DIN EN 1990, la carga se clasifica como acción variable, fija y estática según [1], [2]. Es importante que existan condiciones normales o excepcionales en el lugar de construcción correspondiente. Si es poco probable que ocurran nevadas excepcionales en esta ubicación, se asume una condición normal. En este caso, se debe determinar la carga para la situación durable o de transición de proyecto. Se asume una condición excepcional si es probable que ocurran nevadas en esta ubicación. En la llanura del norte de Alemania, se han registrado cargas de nieve de hasta un múltiplo de los valores calculados en raras ocasiones. En este caso, se debe determinar la carga para la situación durable, de transición o accidental de proyecto. Según el Anejo Nacional, las cargas de nieve redistribuidas no implican acciones accidentales.

[3]Condiciones normalesCondiciones excepcionales
CasoCarga A
DIN EN 1991-1-3 3.2(1)
B1
DIN EN 1991-1-3 3.3(1)
DescripciónSin nevadas excepcionales
Sin cargas de nieve redistribuidas excepcionales
Nevadas excepcionales
Sin cargas de nieve redistribuidas excepcionales
Cálculo
Situación 1
Persistente/transitoriaPersistente/transitoria
Cargas de nieve en la cubiertaSin redistribuir: ${\mathrm\mu}_\mathrm i\;\cdot\;{\mathrm C}_\mathrm e\;\cdot\;{\mathrm C}_\mathrm t\;\cdot\;{\mathrm s}_\mathrm k$Sin redistribuir: ${\mathrm\mu}_\mathrm i\;\cdot\;{\mathrm C}_\mathrm e\;\cdot\;{\mathrm C}_\mathrm t\;\cdot\;{\mathrm s}_\mathrm k$
Redistribuida: ${\mathrm\mu}_\mathrm i\;\cdot\;{\mathrm C}_\mathrm e\;\cdot\;{\mathrm C}_\mathrm t\;\cdot\;{\mathrm s}_\mathrm k$Redistribuida: ${\mathrm\mu}_\mathrm i\;\cdot\;{\mathrm C}_\mathrm e\;\cdot\;{\mathrm C}_\mathrm t\;\cdot\;{\mathrm s}_\mathrm k$
Cálculo
Situación 2
-Excepcional (si la nieve es la acción accidental)
Cargas de nieve en la cubierta-Sin redistribuir: ${\mathrm\mu}_\mathrm i\;\cdot\;{\mathrm C}_\mathrm e\;\cdot\;{\mathrm C}_\mathrm t\;\cdot\;{\mathrm s}_\mathrm{Ad}$
with ${\mathrm s}_\mathrm{Ad}\;=\;{\mathrm C}_\mathrm{esl}\;\cdot\;{\mathrm s}_\mathrm k$
Redistribuida: ${\mathrm\mu}_\mathrm i\;\cdot\;{\mathrm C}_\mathrm e\;\cdot\;{\mathrm C}_\mathrm t\;\cdot\;{\mathrm s}_\mathrm{Ad}$
with ${\mathrm s}_\mathrm{Ad}\;=\;{\mathrm C}_\mathrm{esl}\;\cdot\;{\mathrm s}_\mathrm k$
${\mathrm\mu}_\mathrm i$ = Factor de forma de la carga de nieve
${\mathrm C}_\mathrm e$ = Coeficiente de exposición (según el Anejo Nacional, se aplica ${\mathrm C}_\mathrm e\;=\;1,0$)
${\mathrm C}_\mathrm t$ = Coeficiente térmico (según el Anejo Nacional, se aplica ${\mathrm C}_\mathrm t\;=\;1,0$)
${\mathrm s}_\mathrm k$ = Valor característico de la carga de nieve en el terreno
${\mathrm s}_\mathrm{Ad}$ = Valor de cálculo para la carga de nieve accidental en el terreno
${\mathrm C}_\mathrm{esl}$ = Coeficiente de carga de nieve accidental (según [5], ${\mathrm C}_\mathrm{esl}\;=\;2,3$ en la llanura del norte de Alemania)

Valor característico de la carga de nieve en el terreno

"El valor característico de la carga de nieve en el terreno es un valor fractil del 98% con un valor anual de exceso de probabilidad de 0,02 y un periodo de retorno de 50 años" [3]. Este valor se define en el Anejo Nacional de Alemania y se calcula en función de la zona de carga de nieve y la altura sobre el nivel del mar. El Anejo Nacional [2] muestra en la figura NA.1 un mapa de Alemania con las indicaciones de las zonas. Se debe comprobar la asignación exacta de las cargas de nieve de las unidades administrativas, especialmente en los bordes de las zonas, con las autoridades competentes [5]. El centro alemán de competencia para la construcción (DIBt) ofrece, en alemán, la tabla "Categorización de las zonas de carga de nieve según los límites administrativos" para cada terreno sobre esta materia en su sitio web. Además, esta tabla indica la asignación a la llanura del norte de Alemania para cada área administrativa con respecto a la implementación de la situación de proyecto accidental.

Figura 01 - Zonas de carga de nieve de Alemania

Zona [2], [4]Valor característico de la carga de nieve en el terreno en kN/m² ${\mathrm s}_\mathrm k$
1$0,19\;+\;0,91\;\cdot\;\left(\frac{\mathrm A\;+\;140}{760}\right)^2\;\geq\;0,65$
1a$1,25\;\cdot\;\left[0,19\;+\;0,91\;\cdot\;\left(\frac{\mathrm A\;+\;140}{760}\right)^2\right]\;\geq\;0,81$
2$0,25\;+\;1,91\;\cdot\;\left(\frac{\mathrm A\;+\;140}{760}\right)^2\;\geq\;0,85$
2a$1,25\;\cdot\;\left[0,25\;+\;1,91\;\cdot\;\left(\frac{\mathrm A\;+\;140}{760}\right)^2\right]\;\geq\;1,06$
31)$0,31\;+\;2,91\;\cdot\;\left(\frac{\mathrm A\;+\;140}{760}\right)^2\;\geq\;1,10$
3a y > 3a2)$1,25\;\cdot\;\left[0,31\;+\;2,91\;\cdot\;\left(\frac{\mathrm A\;+\;140}{760}\right)^2\right]\;\geq\;1,10$
A = m sobre el nivel del mar del terreno
1) En la zona 3, los valores superiores a los especificados por la ecuación anterior pueden ser determinantes para ciertas capas (por ejemplo, Oberharz, elevaciones altas de Fichtelgebirge, Reit im Winkl, Obernach/Walchensee). La información sobre la carga de nieve en estas regiones se debe solicitar a las autoridades competentes.
2) Las zonas nuevas 3a y 3a sobre la base de [4] según la notificación de la autoridad suprema del edificio en el Ministerio del Interior bávaro de 19.01.2018

Determinación con el servicio en línea de Dlubal

El servicio en línea de Dlubal Mapas de zonas de cargas de nieve, zonas de viento y regiones sísmicas combina la normativa con la tecnología digital de internet. El servicio ubica, dependiendo del tipo de carga seleccionada (nieve, viento, terremoto) y la normativa específica del país, el mapa de zonas respectivo sobre el mapa de Google Maps. Al usar esta búsqueda, es posible ubicar un marcador en el sitio de construcción planeado al definir la dirección, las coordenadas geográficas o las condiciones locales. La aplicación determina la carga característica o la aceleración en esta ubicación al usar la altura exacta sobre el nivel del mar y los datos de la zona dados. Si el nuevo lugar de construcción no se puede identificar por una dirección específica, es posible acercar y cambiar el enfoque a la ubicación correcta. Con el desplazamiento del marcador, el cálculo se adapta a la nueva altitud y muestra las cargas correctas.

El servicio en línea está disponible en el sitio web de Dlubal en "Soluciones → Servicios en línea".

Al definir los parámetros...

1. Tipo de carga = nieve
2. Norma = EN 1991-1-3
3. Estado | Anejo = Alemania | DIN EN 1991-1-3
4. Dirección = Zellweg 2, Tiefenbach

... se obtienen los siguientes resultados para la ubicación seleccionada:

5. Zona de carga de nieve
6. Si se aplica: información adicional
7. El valor característico de la carga de nieve ${\mathrm s}_\mathrm k$

Figura 02 - Servicio en línea de Dlubal

Si se selecciona una ubicación en la llanura del norte de Alemania, el servicio en línea muestra en el punto 6 la nota "llanura norte de Alemania". Luego, la carga calculada se debe considerar como una acción de nieve excepcional en la situación de proyecto excepcional.

Factor de forma de las cubiertas seleccionadas

La nieve puede encontrarse en la cubierta en muchas distribuciones de carga diferentes [1] . Entre otras cosas, la carga de nieve depende de la forma de la cubierta, las propiedades aislantes, la rugosidad superficial, el aumento de temperatura bajo la cubierta, los edificios colindantes, el entorno y, por supuesto, el clima local. Por lo tanto, es esencial que se considere una distribución de la carga de nieve no redistribuida y redistribuida durante el cálculo. La carga de nieve que se aplica actúa perpendicularmente y se refiere a la proyección horizontal de la superficie de la cubierta.

Figura 03 - Carga de nieve proyectada

El factor de forma ${\mathrm\mu}_\mathrm i$ depende básicamente de la inclinación $\mathrm\alpha$ de la cubierta considerada.

Factor de formaInclinación de la cubierta $\mathrm\alpha$
$0^\circ\;\leq\;\mathrm\alpha\;\leq\;30^\circ$$30^\circ\;\leq\;\mathrm\alpha\;\leq\;60^\circ$$\mathrm\alpha\;>\;60^\circ$
${\mathrm\mu}_1\left(\mathrm\alpha\right)$0,8$\frac{0,8\;\cdot\;\left(60^\circ\;-\;\mathrm\alpha\right)}{30^\circ}$0
Los coeficientes de forma se aplican si la nieve se puede deslizar fuera del techo sin obstrucciones. Si el deslizamiento está obstruido, por ejemplo, por una defensa contra la nieve, ático, etc., se debe aplicar el factor de forma 0,8.

Una carga uniformemente distribuida se debe aplicar con y sin redistribución para cubiertas planas y a un agua.

Figura 04 - Factor de forma en cubierta plana y a un agua

Se deben analizar tres disposiciones de carga para las cubiertas a dos aguas. El caso a) muestra la distribución sin los efectos del viento. Los casos b) y c) muestran la distribución con influencias de la redistribución y la fusión de la nieve. Estas dos distribuciones adicionales a menudo son determinantes para estructuras que son sensibles a cargas distribuidas de forma desigual.

Figura 05 - Factor de forma en cubierta a dos aguas

Palabras clave

Nieve Zona Tierras bajas Monopitch Silla de montar Factor de forma

Referencia

[1]   Eurocode 1: Actions on structures - Part 1‑3: General actions - Snow actions; EN 1991‑1‑3:2003 + AC:2009
[2]   National Annex - Nationally determined parameters - Eurocode 1: Actions on structures - Part 1‑3: General actions - Snow actions; EN 1991‑1‑3/NA:2010‑12
[3]   Albert, A.: Schneider - Bautabellen für Ingenieure mit Berechnungshinweisen und Beispielen, 23. Auflage. Köln: Bundesanzeiger, 2018
[4]   Wichura, B.; Hoffmann, K.: Flächenhafte Analyse von Schneelastmesswerten in fünf Landkreisen und ihr Vergleich mit den Schneelastzonendaten der DIN 1055-5:2005 als Pilotuntersuchung für die Überarbeitung der Schneelastzonenkarte. Stuttgart: Fraunhofer IRB, 2017
[5]   Deutsches Institut für Bautechnik: Zuordnung der Schneelastzonen nach Verwaltungsgrenzen. Berlin: Deutsches Institut für Bautechnik, 2018

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