Determinación de las cargas de viento para estructuras con marquesina según UNE-EN 1991-1-4

Artículo técnico

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Si se debe calcular una cubierta tipo marquesina, como por ejemplo, la cubierta de una gasolinera, se necesita determinar la carga según la sección 7.3 de UNE-EN 1991-1-4. Este artículo muestra un ejemplo del cálculo de una doble cubierta a dos aguas ligeramente inclinada.

Determinación de los coeficientes

Para determinar la carga, se deben usar los coeficientes de fuerza cf y los coeficientes de presión completos cp, net según las tablas 7.6 a 7.8. Si hay alguna obstrucción bajo la cubierta o inmediatamente al lado de la misma (por ejemplo, bienes almacenados), el grado de obstrucción se debe de terminar e interpolar en las tablas entre ϕ = 0 (sin obstrucción) y ϕ = 1 (totalmente obstruido).

Para determinar el coeficiente de la presión total resultante, se realiza una clasificación de superficies similar a la de los edificios cerrados. Esto sólo se aplica al cálculo de la cubierta y a los elementos de anclaje.

Figura 01 - Clasificación los coeficientes de presión total de las superficies

Ubicación y forma de la energía eólica resultante

Para calcular la estructura de apoyo es necesario aplicar la energía eólica resultante en la distancia de d/4 del lado de barlovento. d es la dimensión de la superficie del techo a sotavento. El gráfico 7.17 muestra seis posibles disposiciones de carga que dependen del signo del coeficiente de la fuerza.

Figura 02 - Disposición de la carga de la fuerza de viento resultante

Es necesario encontrar una situación de carga apropiada que considere que la carga de viento actúa como una carga superficial y no como una carga en nudo, así como que su posición del centro de gravedad asciende a 1/4 de la longitud de la cubierta. Tal disposición de la carga excéntrica conlleva a un análisis de estabilidad con una carga elevada de los posibles apoyos centrales. Una posible disposición de la carga sería una carga superficial con la forma de una parábola cuadrada, debido a que su centro de gravedad está situado en 1/4 de la longitud.

Ejemplo de cubierta a dos aguas

Longitud= 15 m
Ancho = 12 m
Altura del valle = 6 m
Inclinación de la cubierta = -5 °
Carga de viento = 0,5 kN/m²
Sin obstrucción → ϕ = 0
cf = +0,3 máximo todo ϕ
cf = -0,5 mínimo ϕ = 0

Figura 03 - Ejemplo

Fuerza de viento resultante

RFEM y RSTAB contiene las generaciones de carga para edificios cerrados con una planta rectangular. Se puede seleccionar si la carga se aplica en los muros, en la cubierta o en el edificio entero.

Las estructuras de apoyo de las marquesinas no se pueden calcular automáticamente. Sin embargo, el generador de cargas con niveles se puede usar después de haber determinado los coeficientes.

Presión del viento:
${\mathrm F}_{\mathrm w,\max}\;=\;{\mathrm c}_\mathrm f\;\cdot\;{\mathrm q}_\mathrm h(\mathrm{ze})\;\cdot\;{\mathrm A}_\mathrm{ref}\;=\;0,3\;\cdot\;0,5\;\cdot\;\frac{15\;\cdot\;12}{\cos\;5^\circ}\;=\;27,10\;\mathrm{kN}$

Succión del viento:
${\mathrm F}_{\mathrm w,\min}\;=\;{\mathrm c}_\mathrm f\;\cdot\;{\mathrm q}_\mathrm h(\mathrm{ze})\;\cdot\;{\mathrm A}_\mathrm{ref}\;=\;-0,5\;\cdot\;0,5\;\cdot\;\frac{15\;\cdot\;12}{\cos\;5^\circ}\;=\;-45,17\;\mathrm{kN}$

En este ejemplo no se consideran los esfuerzos debidos a la fricción según la sección 7.5.

Ordenadas de la carga más grandes para la carga parabólica

Sólo se presta atención a las posiciones de la carga 2 y 5. Las posiciones de la carga 3 y 5 no son necesarias debido a la simetría.

$\begin{array}{l}\mathrm q(\mathrm{Pressure})\;=\;\frac{27.1}{\left({\displaystyle\frac{12}3}\right)}\;=\;6.775\;\mathrm{kN}/\mathrm m\;=\;0,45\;\mathrm{kN}/\mathrm m²\\\mathrm q(\mathrm{Suction})\;=\;\frac{-45,17}{\left({\displaystyle\frac{12}3}\right)}\;=\;-11,293\;\mathrm{kN}/\mathrm m\;=\;-0,75\;\mathrm{kN}/\mathrm m²\end{array}$

Con estas ordenadas de la carga y al usar la ecuación cuadrática, en Excel si es necesario, los valores de carga variable para la posición x se puede determinar y exportar a RFEM o RSTAB.

Figura 04 - Carga del viento y presión del viento

Figura 05 - Carga del viento y succión del viento

Palabras clave

EN 1991-1-4 marquesina Carga de viento

Referencia

[1]   EN 1991-1-4: Eurocódigo 1: Acciones en estructuras. Parte 1-4: Acciones generales. Acciones de viento.

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