ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PARA DOMOS GEODÉSICOS DE ALUMINIO 1 ÍNDICE: 1. ALCANCE DEL DOCUMENTO ................................................................................................. 3 2. OBJETIVO DEL DOCUMENTO ................................................................................................ 3 3. DISEÑO ESTRUCTURAL ......................................................................................................... 3 3.1. Descripción ........................................................................................................................ 3 3.2. Información requerida para el diseño del domo de aluminio ........................................ 4 3.3. Normativas y cargas de diseño ......................................................................................... 4 3.4. Calidad, seguridad ............................................................................................................. 5 3.5. Especificaciones de diseño ................................................. ¡Error! Marcador no definido. 4. COMPONENTES DEL DOMOS ............................................................................................... 5 4.1. Barras (vigas) ..................................................................................................................... 5 4.2. Nudos ................................................................................................................................. 6 4.3. Paneles de cubierta ........................................................................................................... 7 4.4. Uniones estructurales ....................................................................................................... 8 4.5 Union Cubrejuntas ………………………………………………………………………………………………….. 8 4.6. Otros componentes ........................................................................................................... 9 4.6.1. Juntas de estanqueidad ............................................................................................... 9 4.6.2. Unión domo‐cilindro de hormigón ............................................................................ 10 4.6.3. Faldón o vierteaguas ................................................................................................. 10 4.6.4. Accesorios del domo .................................................................................................. 10 2 1. ALCANCE DEL DOCUMENTO Esta especificación abarca el diseño y fabricación de domos geodésicos de aluminio para su instalación en Perú. 2. OBJETIVO DEL DOCUMENTO La presente especificación técnica tiene por objeto realizar una descripción detallada de los requerimientos para los domos geodésicos de aluminio a emplear como cubiertas de los reservorios de almacenamiento de agua. Esta tecnología podrá ser empleada, para cubrir reservorios cilíndricos con diámetros que van desde los 4m hasta los 150 m de diámetro. 3. DISEÑO ESTRUCTURAL 3.1. Descripción El domo geodésico es una estructura espacial auto portante, mono capa formada por barras y nudos situados a lo largo de la superficie esférica que forma la cubierta. La estructura soporte formada por vigas y nudos está recubierta por paneles de aluminio no corrugados, con forma triangular y fijados a las vigas por medio de perfiles cubrejuntas atornillado a las propias vigas estructurales mediante tornillería de acero inoxidable. La superficie esférica se descompone en polígonos en función de las características del casquete, radio de la esfera, altura, diámetro de la circunferencia a cubrir, etc. La generación de la estructura parte siempre de un polígono regular: un pentágono hexágono, etc., que se va ampliando a lo largo de los anillos situados siempre en planos paralelos a la esfera y finalizando en el anillo de apoyo sobre la estructura soporte. Todas las uniones del domo son atornilladas, utilizando para ello acero inoxidable A4. No está permitido ningún tipo de soldadura que debilite la estructura y cree tensiones residuales. Los esfuerzos radiales horizontales serán transmitidos a la estructura de hormigón del depósito o si fuera necesario, por las condiciones de la estructura de hormigón existente, se podrían reducir y ser absorbidos por un anillo de tensión integral. 3 3.2. Información requerida para el diseño del domo de aluminio 1. Tipo de líquido a almacenar y sus características. 2. Condiciones atmosféricas: a. Temperaturas máximas y mínimas. b. Localización del reservorio: cargas de viento a emplear. 3. Altura del reservorio: a. Altura del tanque de hormigón sobre el terreno. b. Altura del reservorio sobre el nivel del mar. 4. Características del terreno. 5. Cargas a aplicar sobre la estructura: a. Cargas muertas. b. Cargas vivas. c. Cargas sísmicas. 6. Diámetro del depósito: a. Diámetro a eje del muro. b. Diámetro exterior. c. Diámetro interior. 7. Tipo de hormigón empleado en el reservorio y sus características. 3.3. Normativas y cargas de diseño Al no existir en Perú normativas especificas que definan las características de los componentes de aluminio de los domos geodésicos ni procedimientos para su diseño, se emplearán las siguientes normas: ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ EUROCODIGO 1. Acciones en Estructuras. EUROCODIGO 9. Diseño de Estructuras de Aluminio. AWWA D108‐10 Domos de aluminio para instalaciones de almacenamiento de agua (como alternativa a los EUROCODIGOS). UNE‐EN 10204 3.1. Productos metálicos. Tipos de documentos de inspección. UNE‐EN 485‐2. Aluminio y sus aleaciones. Propiedades mecánicas. UNE‐EN 515. Aluminio y aleaciones de aluminio. Productos forjados. Designación de los estados de tratamiento. UNE‐EN 573‐3 Aluminio y aleaciones de aluminio. Composición química y forma de los productos de forja. Las cargas consideradas serán las definidas en la normativa peruana NTE 0.20 y 0.30: ‐ Carga muerta: Se define como el peso del domo y todos los componentes que serán permanentemente anclados a la estructura. ‐ Carga viva: La carga mínima será la definida por la NTE 0.20 ó un valor previamente definido por el cliente. ‐ Carga sísmica: se empleará la NTE 0.30. ‐ Carga de viento: La definida por la norma peruana o el EUROCODIGO 1. ‐ Presiones negativas: No permitidas (son domos atmosféricos, o sea, el domo posee aberturas para ventilación, por lo que el interior del domo siempre estará a presión atmosférica). 4 Con el fin de justificar la seguridad de la estructura se utilizará el método de los estados límite, teniendo en cuenta las directrices marcadas por la NTE 0.20. Estos se clasifican de la siguiente manera: ‐ Estados límite últimos (E.L.U.): engloban todos aquellos estados correspondientes a una puesta fuera de servicio de la estructura por colapso o rotura de la misma o de una parte de ella, poniendo en peligro la seguridad. Los estados límite último qué se deben considerar son los siguientes: E.L.U. de pérdida de equilibrio, por falta de estabilidad de una parte o la totalidad de la estructura. E.L.U. de agotamiento frente a solicitaciones normales o de cortante. Estos esfuerzos se estudian a nivel de sección estructural. ‐ Estados límite de servicio (E.L.S.): se incluye bajo esta denominación todas aquellas situaciones de la estructura para los que no se cumplen los requisitos predefinidos de funcionalidad, comodidad, durabilidad o aspecto de la estructura. 3.4. Calidad, seguridad Los domos geodésicos, deberán ser fabricados bajo la norma ISO 9001 y contarán con el Marcado CE. El proveedor de los domos, deberá entregar la Declaración de Prestaciones de acuerdo a la norma EN 1090‐1:2009+A1:2011. 4. COMPONENTES DEL DOMOS 4.1. Barras (vigas) Las barras son perfiles extruidos en forma de doble T o H de dimensiones y espesores variables en función de las cargas de diseño de la estructura. Los perfiles se fabricarán mediante extrusión de aluminio estructural en aleación 6082‐T6 (según norma UNE‐EN 573‐1 y UNE‐EN 515) con las siguientes características: Limite elástico = 250‐260 MPa Límite de rotura = 290‐310 MPa Módulo de elasticidad = 70.000 MPa Densidad = 2.700 kg/m3 Modulo transversal G = 27.000 MPa 5 El material deberá cumplir la siguiente normativa: NORMA UNE-EN 15088 UNE-EN 573-3 UNE-EN 755-1 UNE-EN 755-2 UNE-EN 755-9 DESCRIPCIÓN Aluminio. Productos estructurales para construcción. Marcado CE Aluminio. Composición química Aluminio. Perfiles extruidos: Condiciones técnicas de suministro e inspección Aluminio. Perfiles extruidos: Características mecánicas Aluminio. Perfiles extruidos: Tolerancias dimensionales 4.2. Nudos Los nudos están formados por dos platos, uno superior y otro inferior, y con diámetros diferentes, que pueden variar entre 400 y 500mm. Los espesores están comprendidos entre 6 y 10 mm en función del cálculo estructural resultante. Las placas de nudos se cortarán mediante láser CNC para una máxima precisión, admitiéndose una tolerancia máxima en orificios de conexion respecto de los planos de diseño de 0,2mm. La unión de las vigas a estos platos se realiza en sus extremos mediante tornillería de acero inoxidable A4 en un número variable y como mínimo 8 unidades por extremo de viga en función de los esfuerzos existentes en cada barra. Los nudos destacan por poseer una gran rigidez y capacidad para absorber momentos flectores, lo que proporciona a la estructura una gran resistencia al pandeo global. Los platos se fabrican a partir de chapa de aluminio estructural de aleación 6082‐T6/T651 (según norma UNE‐EN 573‐1 y UNE‐EN 515) con las siguientes características: Limite elástico = 255 MPa Límite de rotura = 300 MPa Módulo de elasticidad = 70.000 MPa Densidad = 2.700 kg/m3 Modulo transversal G = 27.000 MPa El material deberá cumplir la siguiente normativa: NORMA UNE-EN 15088 UNE-EN 573-3 UNE-EN 485-1 UNE-EN 485-2 UNE-EN 485-4 DESCRIPCIÓN Aluminio. Productos estructurales para construcción. Marcado CE Aluminio. Composición química Aluminio. Chapas, bandas y planchas: Condiciones técnicas de suministro e inspección Aluminio. Chapas, bandas y planchas: Características mecánicas Aluminio. Chapas, bandas y planchas: Tolerancias dimensionales 6 Con el fin de conseguir el sellado y la estanqueidad necesaria, el nudo deberá ser cubierto, mediante un tapanudo en aluminio que deberá ser debidamente sellado contra los paneles de cubierta mediante el empleo de silicona neutra, sin necesidad de tornillo de fijación. 4.3. Paneles de cubierta Las lonas o paneles son chapas de forma triangular que se apoyan sobre las vigas estructurales que forman el domo. Estos paneles van fijados por sus tres lados mediante un perfil cubrejuntas de aluminio y tornillería de acero inoxidable A4. Los paneles se cortarán mediante láser CNC para una máxima precisión, admitiéndose una tolerancia máxima respecto de los planos de diseño de 1 mm. Los paneles se fabricarán a partir de chapa de aluminio de aleación 3003‐H16 (según norma UNE‐EN 573‐1 y UNE‐EN 515) con las siguientes características: Espesor = 1,27 mm Limite elástico = 150 MPa Límite de rotura = 170‐210 MPa Módulo de elasticidad = 70.000 MPa Densidad = 2.700 kg/m3 Módulo transversal G = 27.000 MPa El material deberá cumplir la siguiente normativa: NORMA UNE-EN 15088 UNE-EN 573-3 UNE-EN 485-1 UNE-EN 485-2 UNE-EN 485-4 DESCRIPCIÓN Aluminio. Productos estructurales para construcción. Marcado CE Aluminio. Composición química Aluminio. Chapas, bandas y planchas: Condiciones técnicas de suministro e inspección Aluminio. Chapas, bandas y planchas: Características mecánicas Aluminio. Chapas, bandas y planchas: Tolerancias dimensionales Los paneles de cubierta se fijaran sobre las vigas estructurales. Se fijarán sobre las vigas de estructura mediante barras o cubrejuntas, que además sellará la cubierta y evitará fugas o entrada de agua en la estructura. Se asegurarán firmemente prevenir el deslizamiento de las chapas bajo todas las condiciones de diseño. Para este fin se seguirán las directrices del Apartado 4.5. Como característica general, la altura mínima máxima que pueden tener los paneles de un domo (teniendo en cuenta las 3 alturas de cada panel triangular) no debe superar los 2,50 m. No se permitirán soldaduras en los paneles. 7 4.4. Uniones estructurales Todas las uniones estructurales del domo (unión de las vigas a los nudos) se realizarán utilizando tornillería de acero inoxidable A4 (AISI 316). No se permite el uso de acero galvanizado, pintado, revestido o cualquier otro material en ninguno de los elementos del domo. Esta tornillería estructural se debe suministrar con la correspondiente declaración de prestaciones y certificado EN 10204‐3.1. o EN 10204‐2.2 mínimo. Las uniones entre vigas y nudos deberán estar diseñadas para: ‐ Minimizar los desplazamientos relativos y rotaciones ‐ Tolerancia máxima admisible de +0,2mm en taladros de vigas y nudos. Toda la tornillería estructural empleada en el domo estará acorde con la norma UNE‐EN ISO 3506‐1 y cumplirá con las siguientes características: Acero inoxidable Clase 70 Resistencia a la tracción = 700 N/mm2 Límite elástico = 450 N/mm2 El material deberá cumplir la siguiente normativa: NORMA DESCRIPCIÓN EN 1999-1-1: 2007+A Eurocódigo 9: Diseño de estructuras de aluminio. Parte 1‐1: Reglas generales Características mecánicas de los elementos de fijación de acero inoxidable resistente a la corrosión. Parte 1: Pernos, tornillos y bulones. (ISO 3506‐ 1:2009) Conjuntos de elementos de fijación estructurales de alta resistencia para precarga. Conjuntos de tornillo y tuerca de cabeza hexagonal. UNE-EN ISO 3506-1 EN 14399‐3:2016, EN 14399‐4:2016 4.5. Unión cubrejuntas viga Los domos geodésicos deberán contar con un sistema de fijación de los paneles sobre las vigas que aporte un agarre máximo. Esto se debe conseguir con un sistema que permita que todo el perímetro de la zona roscada del tornillo de fijación se encuentre en contacto con las paredes de la viga a la que va fijado, es decir un contacto en 360°, no permitiéndose contactos parciales del tornillo en canales extruidos que aporten una fijación e instalación parcial del tornillo. Por otro lado, el diseño de los cubrejuntas de fijación de paneles con la viga deben estar enrasado al mismo nivel que los paneles, reduciéndose al máximo la posible retención de agua y suciedad a lo largo del tiempo. 8 4.6. Otros componentes 4.5.1. Juntas de estanqueidad Toda la estructura será diseñada como un sistema impermeable mediante la utilización de juntas de estanqueidad de EPDM. Estas juntas se dispondrán entre los paneles y los perfiles cubrejuntas y tendrán las siguientes características: Material: EPDM Estructura: celda cerrada o de burbuja Dureza Shore aprox.: 65 Límite elástico= 8,5 MPa Elongación hasta rotura: 350% Resistencia a la rotura = 19 MPa Propiedades: alta resistencia a la oxidación, rayos UV, temperatura. Por otro lado, las juntas en los nudos y vierteaguas, se sellarán mediante la utilización de silicona, de forma que eviten la entrada de agua por estos puntos. Tendrá las siguientes características: Material: Silicona mono componente neutra compatible con aluminio. Propiedades: alta resistencia a la oxidación, rayos UV, etc. EN 15161‐1 F EXT‐INT CC 25 LM EN 15161‐2 G CC 25 LM ASTM C 920, class 35 ISO 11600 F25 LM & G 25 LM Temperatura de servicio: ‐40°C + 150°C 4.5.2. Otras uniones Todas las uniones no estructurales: remates, accesorios, etc. se realizarán mediante uno de los siguientes sistemas: Tornillería autotaladrante en acero inoxidable A4 con arandela de EPDM 70 shore. Tornillería tipo DIN en acero inoxidable A4 de acuerdo con la norma UNE EN ISO 3506‐1:10, sección 7.2 ‐ Acero inoxidable Clase 50 (mínimo) ‐ Resistencia a la tracción = 500 N/mm2 ‐ Límite elástico = 210 N/mm2 Remaches de aluminio serie 5000. 9 4.5.3. Unión domo‐tanque de hormigón La unión del domo al cilindro de hormigón se hará mediante soportes formados de una única pieza extruida en aluminio en la aleación 6082‐T6. No están permitidos los soportes soldados. La unión de estos soportes al cilindro de hormigón se hará mediante anclajes que se instalarán in‐situ, ya sean anclajes mecánicos o químicos, según el análisis estructural. Serán de calidad A4 (AISI 316). La unión entre el soporte y el domo se hará médiate un brazo o perfil rectangular en aluminio aleación 6082‐T6. Cualquier elemento de aluminio en contacto con el hormigón deberá ser debidamente aislado de este, mediante el empleo de materiales compatibles con ambos y aptos para el uso en intemperie: EPDM, PVC, HDPE, etc. 4.5.4. Faldón o vierteaguas La cúpula de aluminio contará en su perímetro de un remate vierteaguas, fabricado en el mismo material de los paneles, que garantice que todo el agua pluvial que cae sobre el domo no ingrese dentro del reservorio y sea vertida al exterior del cilindro. Como cierre inferior, se dispondrá de una malla. Esta malla será flexible, de acero inoxidable o aluminio, y deberá evitar la entrada de pájaros. Esta malla irá fijada mediante remaches de aluminio al vierteaguas y al muro de hormigón, permitiendo posibles movimientos del domo debido a las deformaciones o dilataciones. 4.5.5. Accesorios del domo Con el fin de garantizar la correcta operación y funcionamiento de los reservorios, las cúpulas de aluminio deberán contar con los siguientes elementos: 1. Enganche de seguridad: Los domos deberán estar previstos de un enganche en la parte superior para la línea de vida o de seguridad, que será empleada para posibles visitas del personal a la cubierta. Este enganche estará fabricado en acero inoxidable y deberá estar certificado según EN 795/EN 50308, pudiendo girar 360°. 2. Boca de hombre (compuerta de acceso): El domo deberá contar con al menos 1 boca de hombre de 600x600 mm fabricado en aluminio de la serie 5000. Esta boca deberá contar con los siguientes elementos: Bisagras en aluminio o acero inoxidable calidad A4. Asa para apertura de la puerta en aluminio o acero inoxidable calidad A4. Pasador de cierre o algún sistema que permita la instalación de candados para evitar la apertura de las mismas por personal ajeno a la instalación. El material a emplear debe ser aluminio o acero inoxidable calidad A4. 10 Estructura de refuerzo necesaria en aluminio de las series 5000 ó 6000, que garantice la estabilidad de la puerta con el paso del personal a través de la misma. 3. Venteos: Todos los domos deberán contar con los venteos necesarios, debidamente dimensionados y que garanticen la integridad de la estructura en los procesos de vaciado y llenado del reservorio. Estos elementos deberán impedir el acceso de pájaros al interior del reservorio, mediante mallas en aluminio o en acero inoxidable. 4. Equipos de medición: El proyectista, deberá definir, para la instalación de los equipos de medición tales como niveles o sondas, las cantidades y dimensiones de las conexiones pasantes con las que deberá contar el domo. Se reforzarán dichas conexiones para garantizar la estabilidad del accesorio y del personal de la explotación. 11
