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Información General
El presente proyecto es el predimensionado de una estructura fotovoltaica para su oferta por parte de Eucomsa del grupo Cox-Abengoa.
La localización se encuentra en Eslovaquia a las afueras de la ciudad de Zilina en el norte del país. Eslovaquia es uno de los países Europeos que adoptan el Eurocódigo como estándar único para el cálculo de estructuras por lo que todo el proceso de cálculo se basará en dicho estándar a través el programa CYPE.
El Eurocódigo en Europa
Geometría
La geometría de la estructura está basada en 5 líneas de 8 pórticos en forma de “Y”. Para aumentar el espacio diáfano en la superficie bajo la estructura los pórticos pares no tienen pilares por lo que se arriostran transversalmente con una celosía a los pórticos impares para transmitir la carga.
Los pórticos en forma de “Y” tienen dos alas de 7.5 metros de largo sobre la horizontal, con una inclinación de 11º, junto con una altura libre de pilares de 4 metros desde el suelo hasta encontrar la celosía triangular que soporta dichas alas y la celosía transversal. Dichas celosías cuentan con un canto máximo de 2 metros de ancho.
Las correas que soportan los módulos van apoyadas sobre el cordón superior de la celosía triangular y tendrán una sección en Z. Tendremos 8 correas por cada paño del pórtico en “Y”, ya que cada uno de ellos soporta 4 filas de módulos fotovoltaicos, 2 correas por módulo.
La estructura dispondrá de tirantes contraviento en el plano inferior de las correas entre las dos líneas de pórticos laterales para soportar las cargas laterales de viento y sísmicas.
Se ha distinguido entre pórticos en “Y” exteriores e interiores, dado que los exteriores soportan cargas mayores que los interiores. Se consideran pórticos exteriores los que se encuentran al principio y al final de la línea de pórticos junco con sus contiguos. Se ha decidido hacer esta distinción para no penalizar la estructura completa.
De igual modo se distinguen entre pilares lateral y centrales. Se consideran pilares centrales aquellos que encuentran en líneas de pórticos flanqueados a ambos lados, por otras líneas de dichos pórticos.
El material utilizado en los perfiles de la estructura es acero S275 para los perfiles de acero laminado y acero S235 para los perfiles conformados.
Cargas
Las cargas a tener en cuenta serán las de peso propio de la estructura, las cargas muertas del peso de los paneles fotovoltaicos, viento, nieve y sismo de acuerdo con las hipótesis de combinación del Eurocódigo.
La velocidad básica de viento ( v_b ) para este emplazamiento es de 24m/s. (Dato proporcionado por Eucomsa Cox-Abengoa).
Mapa de velocidades básicas de viento (vb) en Eslovaquia
La presión de viento según Eurocódigo ( q_{ref} ), puede calcularse como:
w = q_{ref} · C_e(z) · C_p
Siendo:
q_{ref} = \large \frac{1}{2} \normalsize \rho v_b^2
Con \rho como la densidad del viento en 1.25kg/m³.
En el cálculo de C_e (z) se ha considerado una estructura de 7.5 metros de altura máximo y en terreno tipo II.
Cercanías de Zilina (Eslovaquia). Terreno tipo II
Con estos valores, el parámetro C_e (z) es de 2.17.
Los coeficientes C_p se tomarán del caso de marquesina a dos aguas aislada, multiplicados por los factores para marquesinas múltiples:
La carga de nieve a aplicar en el emplazamiento ( s_k ) es de 1.09kN/m². (Dato proporcionado por Eucomsa Cox-Abengoa).
Distribución de la carga de nieve (sk) en Eslovaquia
Además, este valor debe ser mayorado por el coeficiente de acumulación ( \mu ).
Los valores de ( \mu_1 ) y ( \mu_3 ) son 0.8 y 1.09 respectivamente para una cubierta de inclinación 11º.
Por lo que la nieve queda como una carga trapezoidal cuya altura menor es de 872N/m² y cuya altura mayor es de 1.192N/m².
La aceleración básica del sismo de la zona es de 0.63m/s². (Dato proporcionado por Eucomsa Cox-Abengoa).
El factor de aceleración es por tanto 0.63/9.81 = 0.06. Por dar una referencia, es uno de los datos sismográficos más bajos.
Otros datos a tener en cuenta:
Parámetros para la carga sísmica
Teniendo en cuenta los parámetros antes mencionados obtenemos el espectro de diseño para las cargas sísmicas.
Espectro de cálculo para las cargas sísmicas
Las cargas muertas serán las equivalentes al peso de los módulos fotovoltaicos.
Se considerará un peso unitario por módulo de 30kg de peso, la carga nominal a aplicar será de 150N/m2 que se repartirán entre dos correas por cada fila de módulos.
Dado que cada correa abarca una sección aproximada de 1m, cada una de ellas soportará una carga de 0.15kN/m.
Módulo fotovoltaico
Resultados
Se exponen a continuación la envolvente de cargas para el cálculo de la cimentación.
Hay que recordar que el diseño de la cimentación requiere de un estudio geotécnico previo para determinar las condiciones en las que se encuentra el suelo. En este análisis solo aportamos las cargas que provienen de la norma Eurocódigo extrapolado a los elementos de la cimentación para que puedan ser consideradas junto con el estudio geotécnico para el diseño de la cimentación de la estructura de cálculo.
Las barras de la estructura han sido comprobadas para el cumplimento de todos estados límites últimos (E.L.U.) que dicta la norma de cálculo Eurocódigo.
Comprobaciones E.L.U.
Modos principales de vibración
La estructura diseñada cumple con los estados límites últimos que proporcionan las cargas definidas en el Eurocódigo para el emplazamiento donde se encuentra.
Los únicos nudos rígidos considerados en la estructura son los de la base de los pilares. Por lo tanto, para que la estructura se aproxime a la simulación, la base de los pilares debe ser acartelada en los dos ejes de giro para conseguir este nudo rígido.
En el punto del pilar donde empiezan las celosías, también deberá ser reforzado, al menos en el sentido de la celosía transversal, para evitar la traslacionalidad de todos los pórticos frente a cargas laterales de viento y sismo.
