Naves o Galpones Industriales

Naves o Galpones Industriales
Las naves industriales son edificios destinados a la fabricación o almacenaje en general, que pueden contener desde la producción de cualquier tipo de productos manufacturados, hasta almacenamiento de bienes de todo tipo.

Albergan a las personas, como por ejemplo a los trabajadores especializados, a la maquinaria necesaria también para la transformación de las materias primas, o el transporte de mercancías interno, así como la logística u organización de las salidas y entradas de materias primas o productos elaborados.

De la mano del Ing. Rodrigo Delgado Charria, Presidente de Fedestructuras Valle, presentamos los referentes técnicos y normativos de mayor importancia para el diseño y cálculo estructural de este tipo de edificaciones.

Los tratados de libre comercio y los retos económicos que la producción industrial nacional asumió en los últimos años han llevado a que las empresas sean más eficientes en sus procesos y en la calidad de sus entregas, de ahí que las instalaciones donde se realizan las tareas de producción y almacenaje sean hoy una prioridad.

Esta es una de las principales razones por las que las naves industriales comenzaron a jugar un papel determinante. Además de alojar procesos de producción y servir de área de almacenamiento de mercancías, en estas se transforman bienes físicos y desarrollan algunas o todas las fases de la cadena, por ejemplo: recibo de materias primas, transportes internos y despachos.

Diseño Básico
Las características de una nave industrial están definidas específicamente por la clase de actividad desarrollada en el interior. Sin embargo, en términos generales, este tipo de construcciones consta de una estructura principal de acero o de hormigón reforzado –cuyo objetivo es soportar directa o indirectamente las cargas de una estructura secundaria, comúnmente hecha en acero y que recibe los recubrimientos de la cubierta y de los cerramientos–, así como de un piso de tierra compactada o de hormigón con capacidades y calidades variables.

La infraestructura eléctrica e hidrosanitaria es también un aspecto que debe contemplarse desde la concepción del proyecto. Igual sucede con el posible ruido por su uso, porque la alta sonoridad es incompatible con otros tipos de actividad humana fuera de la industrial.

Las vías de acceso de las naves industriales, en cuanto a requerimientos del diseño
geométrico y estructural, deben construirse para circulación de tráfico pesado, realización de maniobras y giros, y condiciones extremas de uso. Otras también incluyen elementos mecánicos y eléctricos destinados a tareas específicas: transportes internos, cargues y descargues.

En Colombia, la NSR-10 no especifica directa o exclusivamente estas construcciones; sin embargo, algunos aspectos de la norma deben señalarse, como los contenidos en el título A referentes a análisis por sismo; los del título B enfocados en cargas muertas, cargas vivas y cargas por viento, y los del F, sobre diseño general para estructuras de acero.

Así mismo, como dicho documento no cubre muchos aspectos de concepción y disposición estructural, y análisis y comportamiento por cargas de gravedad y horizontales, se recomienda acudir a las disposiciones del manual de la Metal Building Manufacturers Association de Estados Unidos, y a la Guía de Diseño 7 del American Institute of Steel Construction (AISC), documento conocido como Industrial Buildings - Roofs to Anchor Rods.

Diseño estructural
El cálculo y diseño estructural debe contener:
·         Avalúo de cargas.
·         Análisis estructural para el cálculo de fuerzas internas y desplazamientos
·         de los elementos estructurales (necesidad de resistencia y rigidez).
·         Diseño de cada componente.


La mayoría de las naves industriales tiene una regularidad estructural en planta y altura que permite calcular y diseñar en 2D los pórticos en cada sentido para facilitar y agilizar este proceso.

Adicionalmente, deben diseñarse las conexiones entre componentes estructurales de acero, así como entre estos y sus apoyos en el hormigón. Las conexiones entre elementos deben obedecer rigurosamente a las suposiciones del cálculo y tener configuraciones estudiadas que garanticen la transmisión de fuerzas entre ellos.

Naves o Galpones Industriales

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Dichas conexiones pueden ser soldadas o empernadas, siendo las primeras normalmente ejecutadas en el taller y las segundas, en campo. Los procesos de aplicación de soldadura y su diseño deben seguir las normas para soldadura estructural; en este caso, la American Welding Society rige los procedimientos y parámetros de aplicación. Para los pernos estructurales, los referentes son los estándares ASTM A325 y A490, y las medidas y procedimientos definidos por el Research Council on Structural Connections. No deben usarse en la construcción de estructuras de acero pernos diferentes a los mencionados en los estándares.

El proceso del diseño estructural concluye con la elaboración de planos de fabricación o taller y de montaje. Los primeros deben contener dibujos de piezas individuales con todas las vistas, cortes, soldaduras, perforaciones y dimensiones necesarias para su construcción, además de listados detallados de cada posición que al final suministran el peso de cada pieza–. Los planos de montaje, por su parte, muestran las plantas, alzadas y cortes de la estructura ensamblada y detalles de cada empalme en la obra. Estos pueden ser desarrollados de acuerdo con las normas NSR-10 y el Código de Práctica Estándar del AISC.


La Estructura
Generalmente de acero, esta se compone de:
·         Columnas.
·         Vigas de carga y de amarre.
·         Riostras.
·         Correas.
·         Elementos secundarios de tensión y arriostramiento.

En las naves industriales se implementan, transversalmente, luces y alturas de columnas muy superiores a los edificios convencionales de oficinas, comercio o vivienda. Así se conforman pórticos con unión viga-columna, rígida o a momento, con o sin normativa empotramiento en la base de las columnas, normalmente apoyadas en pedestales o dados de hormigón armado, que se complementan con cimentaciones cuya profundidad depende de las cargas transmitidas.

Para las columnas y vigas de los pórticos se utilizan, por lo general, perfiles I, laminados o fabricados a partir de láminas H.R. de acero, debido a que las prioridades son la flexión o la flexión combinada con la compresión; la sección I, debidamente arriostrada, ofrece los mejores comportamientos estructurales en relación con su precio y su calidad.

En cuanto al sentido longitudinal de la nave industrial, hoy la separación entre pórticos ya no es tan grande, debido a que ese es el sentido que genera la luz de trabajo de las vigas de amarre, de las correas de cubierta y cerramiento, y de las vigas de rodadura o carrileras, si estas últimas se han implementado.

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A lo anterior se suma que entre las columnas de los pórticos –en el sentido débil de
su sección– y las vigas de amarre articuladas –en su llegada a las columnas–, se arman pórticos con riostras verticales en algunos de los módulos de la construcción. Esas riostras son casi siempre articuladas y concéntricas. Todo este conjunto es el responsable de la rigidez y resistencia ante fuerzas horizontales.

Cómo Se Construyen
El proceso constructivo de una nave industrial es similar al de un edificio destinado a otros usos, con la diferencia de que no se requieren mayores acabados.
La cimentación, que puede ser superficial (zapatas) o profunda (pilotes, caissons, etcétera) dependiendo del tipo de suelo, resiste:
·         Cargas y requisitos de empotramiento en la base.
·         Vigas de amarre de cimentación.
·         Pedestales de hormigón reforzado.


Estos elementos están destinados a recibir las columnas de acero mediante anclajes embebidos.

El montaje de la estructura de acero es similar y obedece a las mismas necesidades de infraestructura de un edificio convencional; sin embargo, las grandes luces de los pórticos y los pesos de las piezas empleadas deben tenerse en cuenta.

Luego de la estructura se instalan los recubrimientos de cubierta y cerramientos. Estos, por lo general, son paneles de acero formados en frío, sencillos o dobles, rellenos de algún aislante (poliuretano, lana de roca, entre otras). En ocasiones, los primeros 3 o 4 m de los cerramientos laterales y frontales se construyen con bloques de cemento autoportantes.

Las instalaciones hidrosanitarias y eléctricas, al igual que los cableados de todo tipo, se construyen de la manera convencional.

Los pisos, casi siempre de hormigón, se construyen al final; demandan un proceso constructivo con prolongados tiempos de curado que impiden ejecutar otras labores.

Por su condición y uso, la nave puede requerir dotación adicional como elementos
de transporte interno, tales como monorrieles y puentes-grúa; estos, al tener sus propias normas de cálculo y diseño, son los últimos en instalarse.

Las grandes luces requeridas en este tipo de construcciones son para evitar interferencias en los procesos de producción o almacenamiento. Luces transversales de 50 y 60 m son estructural y económicamente construibles, con alturas de 20 m o más para las columnas.

En el sentido longitudinal, también pueden proveerse grandes luces, aunque esto no es muy frecuente porque los accesos a la planta no requieren grandes tamaños. Cuando la luz requerida supera los valores mencionados, pueden disponerse apoyos intermedios o columnas para recibir vigas tipo Warren que permitan su ubicación cada 20 o 30 m, y reciban los pórticos a separaciones estándar.

Esas columnas intermedias deben trabajar solas en toda su altura (sin arriostramientos ni amarres), por lo cual su sección transversal puede ser grande, tipo H, o cajón de fábrica, o armada en taller con lámina H.R.

Las Cubiertas
Las cubiertas más comunes son de perfil transversal trapezoidal, fabricadas con láminas de acero –normalmente pintadas o galvanizadas– o de aluminio. También se usan paneles rellenos de poliuretano u otros elementos para mejorar el comportamiento acústico o térmico.

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En algunos casos, la nave requiere ser dotada de elementos de transporte interno, tales como monorrieles y puentes-grúa, los últimos en instalarse.

Mientras el uso de tejas de fibrocemento va en declive, el de tejas traslúcidas está en su mejor momento. Estas últimas propician el aprovechamiento de la luz natural, de allí que se recomiende su uso en al menos 10 % del área de la cubierta. Para permitir la salida del aire caliente pueden usarse lucarnas.

Las cubiertas usadas en construcción de naves industriales son normalmente láminas de acero o aluminio plegadas, de forma trapezoidal o de bandejas de anchos variados. Pueden construirse en obra, del largo requerido, para no tener traslapos. Cuando se traen de fábrica, su longitud máxima alcanza los 12 m.

Para su fabricación se utiliza acero con calibres desde 26 mm hasta 22 mm, galvanizado y pintado en fábrica. El aluminio normalmente se usa de 0,5 a 1,0 mm de espesor, siendo el más recomendado el de 0,7 mm, en tejas trapezoidales de hasta 12 m de largo. Las tejas termoacústicas se componen de dos tejas separadas desde 25 mm hasta 100 mm, rellenas con poliuretanos de alta densidad, lana de roca, poliestireno u otro elemento.

Entre los elementos de fijación de las tejas a las correas o vigas de acero se cuentan los tornillos, clips u otros elementos diseñados para soportar las cargas vivas y de viento, según el tipo de estructura y su ubicación geográfica.

Cuando se requiere cerrar lateralmente las naves industriales, los recubrimientos suelen ser los mismos de la cubierta. De hecho, estos normalmente van de cierta
altura para arriba, dejando los primeros 3 o 4 m sin cerramiento o con muros de mampostería con accesos.

Los pisos
El piso de trabajo de la nave industrial debe –casi siempre– tener un terminado liso y bien nivelado, y ser resistente a la abrasión y a grandes cargas, pues debe soportar la circulación de vehículos.

Los materiales van desde la sola roca muerta o base granular compactada, hasta pisos de hormigón de alta resistencia mecánica y al desgaste. Se utilizan hormigones MR39 y MR42 (Módulo de Rotura 39 y 42 kg/cm2), a veces con adición de fibras sintéticas o metálicas del orden de 20 kg/m3.

En cuanto al espesor de los pisos, estos están en el orden de los 10 cm hasta más de 20 cm. Los módulos o paños que se pueden manejar entre juntas de dilatación son, comúnmente, de hasta 8 m x 8 m, aunque mayores dimensiones son posibles (pero a mayor costo).

La planicidad es una característica indispensable en un piso de buena calidad y debe medirse máximo a las 72 horas de vaciado el hormigón, ya que, debido a la contracción por fraguado, varía luego de ese tiempo. Debe revisarse la planicidad (Ff) –50, por ejemplo– y la horizontalidad (Fl) –35, por ejemplo–.

La resistencia al desgaste es otra propiedad importante; para esto es conveniente aplicar un endurecedor de cuarzo en la superficie. Al respecto, un adecuado fraguado, sin agentes dañinos (golpes, circulación, intemperie, etcétera), al igual que el curado riguroso, es indispensable luego del vaciado del hormigón.

Iluminación y Ventilación
La iluminación es un factor importante en el diseño funcional de las naves industriales. Puede ser artificial o natural (durante el día). Esta última se logra distribuyendo uniformemente tejas traslúcidas en la cubierta de la nave o en la cubierta y los cerramientos. El valor recomendado es del orden del 10 % del área total de la cubierta.

La iluminación artificial es por ahora mayoritariamente eléctrica y obedece a las necesidades particulares de cada sector industrial. En algunos lugares se usa la acumulación de energía solar para suplir estos requerimientos.

En la ventilación, en combinación con el tipo de teja, muchas veces termoacústica, debe preverse la circulación de aire entre el interior y el exterior de la construcción. La entrada de aire debe ubicarse en la parte inferior de los cerramientos y su salida, ya recorrido el espacio interior, en la parte superior de los cerramientos opuestos. También puede, si el funcionamiento de la planta lo permite, evacuar por sobre-techos o lucarnas.





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