El diseño estructural es el arte de aprovechar las propiedades de distintos materiales para asegurar que un edificio o estructura sea capaz de sostener y soportar las distintas fuerzas a las que estarán sometidos a lo largo del tiempo.
En el caso de las naves industriales, que son estructuras arquitectónicas con características muy bien definidas, predecir y ajustar cómo la estructura va a absorber y a transmitir las fuerzas intrínsecas y externas durante toda su vida útil es algo que requiere respetar ciertos aspectos clave de funcionalidad, mismos que pueden agregar desafíos complejos para los estructuristas.
Hoy revisaremos los aspectos más importantes que se toman en cuenta hoy en día en el diseño estructural de naves industriales: desde la carga y resistencia hasta la eficiencia energética y la seguridad.
¿Qué es el diseño estructural de una nave industrial y qué se debe tomar en cuenta?
El diseño estructural de una nave industrial implica la creación de un conjunto de elementos resistentes e interconectados, que además de darle su “esqueleto” a la nave, soportan y transmiten cargas a los apoyos, manteniendo la forma y evitando deformaciones excesivas. Como en cualquier otro tipo de edificio, los elementos estructurales fundamentales incluyen vigas, columnas, techumbres y cimentaciones.
Las vigas trabajan principalmente a flexión y son esenciales para soportar cargas verticales. Las columnas funcionan mediante compresión y flexo-compresión y, finalmente, la cimentación transmite las cargas al terreno, por lo que las características del suelo también son un factor importante a tomar en cuenta.
Además de todas las directrices estructurales básicas, cuando estamos trabajando en el diseño de una nave industrial es necesario conocer el tipo de actividades que se van a llevar a cabo dentro de ella: a qué industria pertenece, qué tipo de equipos albergará, qué extensión y número de claros se requieren, si se requerirá instalar puentes grúa, si se deben prever posibles ampliaciones futuras, y una largo etc.
Adicionalmente a esto, el costo o el presupuesto del cliente suele ser un factor principal que afecta el diseño de las naves, ya que mientras más grandes o compleja sea la estructura, mayor es el costo en materiales, tecnologías de construcción y mano de obra.
Aunado a todo lo anterior, cuestiones como las ingenierías MEP, que incluyen los sistemas mecánicos, eléctricos e hidrosanitarios; la climatización, que depende en gran medida del volumen de aire y la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior; y el confort lumínico, que requiere de una iluminación uniforme y sin contrastes excesivos, también se toman en cuenta desde la fase de diseño estructural.
¿Cuáles son los principales retos del diseño estructural de naves industriales?
Por regla general, las naves industriales suelen cubrir grandes claros, lo que introduce particularidades en su diseño debido a la importancia de las cargas verticales y horizontales y los fenómenos de inestabilidad que se acumulan. Algunos de los principales retos que enfrentan los arquitectos e ingenieros en este tipo de proyectos se relacionan con:
1.- Carga y resistencia estructural
Las naves industriales deben soportar cargas estáticas significativas, incluyendo vigas, losas para techumbre, estructuras para grúas, áreas elevadas de almacenamiento de materiales, instalaciones eléctricas o sanitarias y mucho más. Todas estas cargas pueden provocar puntos de riesgo que comprometen la integridad del edificio y de sus ocupantes.
Además, estas estructuras también están expuestas a cargas dinámicas, es decir factores ambientales que pueden ir desde vientos muy intensos hasta nevadas que llegan a agregar demasiado peso a los techos, y en cada caso hay que encontrar una solución específica, ya que, por ejemplo, una mayor pendiente en el techo facilita el escurrimiento de agua y nieve, pero también incrementa la resistencia al viento y la superficie de exposición. En cuanto a los sismos, algunas innovaciones, como los contravientos desadheridos o restringidos a pandeo, proporcionan puntos de quiebre confinados que permiten que se dañe solo una zona específica de la estructura en caso de un terremoto.
2.- Selección de materiales
El acero y el concreto reforzado son los dos principales materiales que se utilizan en la construcción de naves industriales debido a su resistencia y durabilidad. También se pueden llegar a usar materiales como el aluminio y el policarbonato, especialmente cuando factores como el aislamiento térmico y acústico, la ligereza, la resistencia a la corrosión, la transparencia o la protección contra los rayos UV son relevantes.
Optar por un diseño modular con secciones prefabricadas puede ser más rápido, económico y sostenible. Este método facilita el control de calidad, requiere menos mano de obra y permite una construcción más eficiente. Las vigas de acero o concreto pueden ser complementadas con elementos compuestos como armaduras, lo que permite extender el área y disminuir el peso de las estructuras sin sacrificar resistencia.
Otras innovaciones en cuanto a los materiales incluyen concretos que tienen hasta el doble de resistencia que el concreto tradicional, mampostería reforzada o confinada con tabiques prefabricados que pueden brindar una resistencia hasta siete veces mayor que un tabique artesanal, losacero para los sistemas de piso y láminas con aislante térmico para techumbres ligeras.
3.- Espacios abiertos y flexibilidad
Uno de los requisitos más comunes en las naves industriales es contar con grandes claros sin columnas intermedias para maximizar el espacio utilizable y permitir la instalación de maquinaria pesada, líneas de producción o áreas de almacenamiento amplias. Lograr esta flexibilidad estructural sin sacrificar la estabilidad es un desafío considerable.
Para lograr estos espacios abiertos, se utilizan elementos como pórticos rígidos o cerchas. Los pórticos rígidos proporcionan estabilidad y resistencia, permitiendo grandes claros sin necesidad de soportes intermedios. Por otro lado, las cerchas, al estar articuladas sobre la cabeza de las columnas, no transmiten momentos, reduciendo así las tensiones en la cimentación.
La flexibilidad también implica prever posibles modificaciones internas, como la instalación de entreplantas o puentes grúa. Un diseño modular asegura que la nave pueda evolucionar con las necesidades de la industria, permitiendo reconfiguraciones rápidas y eficientes sin comprometer la integridad estructural.
4.- Seguridad y cumplimiento de normativas
Debido a que las actividades que se realizan dentro de ellas pueden ser altamente riesgosas, las naves industriales deben cumplir con estrictas normativas de seguridad adicionales, tanto a nivel estructural como en términos de prevención de incendios, resistencia al fuego, accesibilidad, protección sísmica, rutas de evacuación, control de accesos y otros riesgos laborales.
Los diseñadores estructurales deben estar al tanto de todas las regulaciones y códigos de construcción aplicables a nivel local, pero también de las mejores prácticas internacionales y las innovaciones que permiten ir un paso más allá no solo para disminuir riesgos, también para incrementar el bienestar de los usuarios.
Por ejemplo, es fundamental considerar el confort climático y lumínico desde el diseño estructural. Incorporar sistemas de ventilación y aprovechar la luz natural mediante tragaluces o ventanas bien ubicadas contribuye a crear un ambiente de trabajo más agradable y eficiente energéticamente.
5.- Eficiencia energética
La eficiencia energética se ha convertido en un aspecto cada vez más relevante en el diseño estructural de naves industriales, ya que no solo contribuye a reducir los costos operativos, sino que también ayuda a disminuir la huella de carbono de la nave, alineándose con las crecientes demandas de sostenibilidad en el sector industrial. Esto mejora la imagen corporativa y también puede abrir oportunidades para incentivos y certificaciones ambientales.
Para incrementar la eficiencia energética todo lo posible, se deben incorporar principios de diseño pasivo, por ejemplo, el uso de materiales con alta capacidad de aislamiento térmico y la orientación adecuada del edificio favorecen la captación de luz natural y la ventilación, mientras minimizan la ganancia de calor. Incorporar fuentes de energía renovable, como paneles solares fotovoltaicos o sistemas de recolección de agua de lluvia, también reduce la dependencia de la operación a fuentes de energía no renovables.
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