Nos trasladamos a la playa de Fontanilla, por sus aguas y arena se considera una de las mejores de Conil. Junto a esta playa se encuentra el Hotel Fuerte, un complejo de casi 13.000m² que cuenta con unos espectaculares jardines, que se visitan a través de caminos y pasarelas, que salvan los desniveles del terreno.
Sobre una de estas pasarelas vamos a intervenir, montando una estructura de andamio multidireccional que soporten las vigas de madera que la sustenta.
Es una medida de seguridad adicional, pues no se retiran los pilares de hormigón que transmiten la carga al terreno.
El objeto de esta intervención será la sustitución del piso y la rehabilitación de las vigas de madera que conforman dicha pasarela.
En esta ocasión vamos a dejar trabajar a nuestros ingenieros presentando los cálculos que se han llevado a cabo para justificar la estructura de andamios instalada.
Cálculo
Instalamos un andamio para poder realizar labores de mantenimiento sobre las vigas de madera y poder sustituir el piso de la pasarela peatonal, manteniéndose los pilares sobre los que se asienta la pasarela. Aun manteniéndose los pilares de la pasarela, el cliente nos solicita que se cimbre las vigas de maderas como medida de protección adiciona, indicando el peso de las vigas (10.000 kg) y las dimensiones de las mismas, que son de 17m de longitud, por 1,80m de altura y 0,15m de ancho.
Mi compañero del departamento técnico-comercial, realiza un pre-diseño, que será el que someteremos a cálculo, aunque en esta ocasión, tendremos que tener en cuenta tanto la normativa UNE-12810 y 12811 referente a los andamios como la UNE-12812 referente a las cimbras.
A continuación, se muestra un plano de planta y alzado general (fig. 1). Todos los módulos de los andamios tendrán una longitud de 3m y se diagonalizará cada 6m, es decir un cuerpo si uno no.
Fig. 1. Alzado y planta general del andamio.
La sección más desfavorable, con mayor altura, es la que se indica en la figura.
2. En ella se puede ver como se crearán dos pasillos de andamios de 0,70m de ancho, separados entre sí 2m, los cuales terminarán en verticales sin enchufes, en los que se dispondrán husillos niveladores con cabezales, que serán donde se coloque las vigas Soldier MKII de longitud 1,125m (Fig. 2).
Fig. 2. Vigas Soldier MkII de diferentes longitudes.
Además, a cada lado de los pasillos de 0,70m se colocarán un módulo adicional, también de 0,70m, con diagonales hasta 4m de altura.
A la altura de 8m, se colocará un soporte de plataforma de 2m y ménsulas de 1m a cada lado del andamio. Este nivel irá completo de plataformas de andamios. Las ménsulas irán tornapunteadas con diagonales de 1x2m y sobre ellas se recrecerá el andamio 4m de altura.
El andamio se coronará con tubos de 6m de longitud creando “cruces de San Andrés” en los mismos módulos de 3m que se diagonalizan y se colocan los módulos adicionales (ver. figura 4).
Fig. 4. Situaciones de las cruces de San Andrés.
En cuanto a los durmientes bajo los husillos de replanteo se seguirán las indicaciones reflejadas en la ntp-1069 Cimbras montadas con elementos prefabricados (I): normas constructivas, pág. 6, siendo estas:
- No colocar las traviesas en la misma dirección en distintos niveles.
- La anchura de la base debe ser al menos el doble de la altura máxima (h).
- No exceder de una altura de 400mm.
- Longitud solape espiga 160 mm > 150 mm
- Juego entre diámetro interior tubo y espiga = 3,9 mm > 4 mm
- Diámetro exterior 48,3 mm < 60 mm
Para la realización del cálculo nos centramos en el tramo central, tal como se puede ver en la figura 5, utilizando un modelo tridimensional por considerarse que se puede simular de forma más adecuada el comportamiento de la estructura del andamio. Se utiliza el programa de cálculo de elementos finitos, SAP 2000 v25.
Fig. 5
A continuación, se presenta el modelo realizado.
Fig. 6. Geometría introducida en SAP2000.
Para calcular la carga que cada viga transmitiría a cada cabezal en «U» (fig. 7):
Fig. 7. Diferentes modelos de husillos con cabezales en «U».
Tenemos una viga de madera de 17m de longitud, por una altura de 1,85m y espesor 0,15m, la cual, según datos facilitados por el cliente, tiene un peso de 10.000 kg (98.07 kN), la cual equivale a una carga uniformemente distribuida de 98,07kn/17m= 5,77 kN/m (fig. 8). Cada viga de madera se apoyará sobre 6 vigas Soldier MKII de longitud 1,125m, por lo que cada viga Soldier MKII recibirá la siguiente carga:
Fig. 8 Carga puntual a cada viga Soldier MkII.
Observamos que la carga de mayor valor transmitida a una viga Soldier MKII es 18,04kN, por lo que comprobaremos su capacidad. Con esta carga puntual obtenemos, sobre la viga Soldier MKII un cortante V= 9,02kN y un momento flector máximo Mf máx.= 4,51kN·m. Usando la gráfica “MKII SOLDIER –
Capacidad de Flexión y Cortadura”, obtenemos para V= 9,02 kN un Mf= 38kN·m, el cual es superior al momento flector obtenido, por lo que su uso es correcto.
Fig. 9.
La carga que transmite la viga de madera a cada cabezal en “U” de la cimbra será 9,02 kN, el cual es nuestro dato de partida para la cimbra, tal como se muestra en la figura 10.
Fig. 10
El resto de cargas introducidas al modelo corresponde a:
Sobrecarga de uso, según Norma UNE – EN 12811, tomamos un andamio clase 3 (ver tabla 3), con una sobrecarga uniformemente distribuida de 2 kN/m2 actuando sobre el único nivel de plataformas sobre el que trabajarán los operarios, y que se sitúa en los módulos de 0,70m de ancho sobre las ménsulas.
Carga horizontal: Según punto 6.2.3 EN 12811-1, en ausencia de viento, carga hipotética horizontal no inferior al 2,5% del total de la carga uniformemente distribuida q1 especificada en la tabla 3, ó 0,3 kN, el que sea el valor mayor.En el modelo aplicaremos esta carga como cargas puntuales aplicadas en los nudos en los niveles de plataformas en los que se aplicaron la sobrecarga de uso. Por tanto, en un módulo de 3 x 0,65 m tendremos:3 m · 0,65 m · 2 kN/m2 * 0,025 = 0,0975 kN < 0,3 kN è 0,3 kNAl ser valor que sale de 0,0975kN inferior al mínimo de 0,3kN nos quedamos con 0,3kN. Aplicaremos estas cargas como cargas puntuales paralelo a la sección longitudinal de la viga y perpendicular a la misma.
Imperfección angular: Se introduce una imperfección angular de 20mm, tal como se indica en la figura 11.
Fig. 11. Selección de los elementos a desplazar 20mm.
Vientos de servicios: Como norma general, las cargas de viento se obtienen a partir de la ecuación que aparece en el punto 6.2.7.1. de la EN 12811-1.
Fig. 12. VSER1 y VSER2
Vientos últimos o máximos: Como norma general, las cargas de viento se obtienen a partir de la ecuación que aparece en el punto 6.2.7.1. de la EN 12811-1.
Fig. 13. VMAX1 y VMAX2
Las combinaciones de cargas son las propias del Estado Límite de Servicio (cargas sin mayorar) y Estado Límite Último (cargas mayoradas con coeficientes comprendidos entre 1,35 y 1,50).
También se ha tenido en cuenta las imperfecciones geométricas, siguiente el punto 9.3.4.2 de la Norma EN 12812.
Fig. 14. Imperfecciones de desplome.
Las condiciones de contorno establecida son las siguientes:
Uniones entre elementos verticales:
Por tanto consideramos unión Rígida.
Unión elemento horizontal – elemento vertical:
No se han considerado articulados en los extremos de los mismos, sino un empotramiento parcial.
Acoplamientos:
En el modelo de cálculo esta unión se ha determinado como empotrada. De esta forma tendremos información en cuanto a los momentos flectores en los puntos de encuentro con las verticales. Tendremos especial cuidado en determinar la magnitud de estos flectores en todas las hipótesis.
Comprobaremos que estos valores no superan en ningún caso el valor máximo admisible para el momento flector en estas uniones que aparece en el anexo“C” de la EN 12811-1.
Finalmente, realizamos un análisis será de tipo elástico, no lineal, para considerar las no linealidades geométricas y tener en cuenta los esfuerzos originados por la propia deformación de la estructura. El programa SAP2000 v25.0.0, permite tener en cuenta los efectos de Segundo orden, al aplicar las cargas sobre una geometría inicialmente deformada.
El programa realiza una comprobación automática de las barras según Eurocódigo 3, de los elementos de acero de la estructura multidireccional.
Fig.: 15. “All steel frames passed the stress/capacity check”.
Se comprueba que todos los elementos de la estructura se comportan de forma satisfactoria.
A continuación, os dejo algunas fotos del andamio terminado:
Foto nº 1. Vista inferior del andamio.
Foto nº 2. Vista superior del andamio.
Foto nº 3. Piso de la pasarela desmontado.
Plano del montaje del andamio para la rehabilitación de la pasarela peatonal del hotel Fuerte de Conil.
Fotos del montaje del andamio para la rehabilitación de la pasarela peatonal del hotel Fuerte de Conil.
