MassDOT Solar Carports, Plymouth

Acerca del Proyecto

KPFF Consulting Engineers proyecto MassDOT Solar Carports, ubicado en Plymouth, MA, implicó un esfuerzo integral para instalar una estructura de marquesina fotovoltaica montada en suelo. Este proyecto forma parte de una iniciativa más amplia para incorporar soluciones de energía renovable en la infraestructura pública, mostrando el compromiso del Departamento de Transporte de Massachusetts con el desarrollo sostenible. Las marquesinas fotovoltaicas fueron diseñadas para aprovechar la energía solar de manera eficiente, al tiempo que proporcionan sombra y protección para los vehículos estacionados.

El diseño estructural presentó elementos primarios compuestos por secciones de ala ancha (WF) tanto para vigas como para columnas, garantizando un soporte robusto para los paneles solares. Los módulos fotovoltaicos se montaron sobre correas de acero conformado en frío, que se extendían entre las vigas. Esta disposición no solo optimizó la integridad estructural, sino que también facilitó la distribución efectiva de los paneles. El sistema resistente a fuerzas laterales se definió como columnas en voladizo ordinarias de acero de acuerdo con los estándares del capítulo 13 de ASCE 7, garantizando el cumplimiento de las normativas del sector y las normas de seguridad. Las columnas se fijaron mediante uniones atornilladas a pilotes helicoidales, proporcionando una cimentación estable capaz de resistir las tensiones ambientales y las variaciones de carga.

Desafíos de Ingeniería

Los desafíos de ingeniería del proyecto MassDOT Solar Carports fueron multifacéticos, girando principalmente en torno al diseño y análisis de la unión de paso superior. Esta unión era crucial para mantener la coherencia estructural de la marquesina fotovoltaica, especialmente bajo condiciones de carga variables, incluida la carga desequilibrada. Una de las principales dificultades fue modelar con precisión la fuerza de palanca, una fuerza que se produce cuando los componentes de la unión experimentan tracción, provocando la separación de las placas atornilladas. Calcular manualmente estos efectos no solo requiere mucho tiempo, sino que también es propenso a imprecisiones debido a la naturaleza compleja de las interacciones involucradas.

Además, el proceso de diseño iterativo planteó sus propios desafíos. KPFF necesitaba refinar los detalles de la unión para garantizar que fueran constructibles y económicos, cumpliendo al mismo tiempo todos los criterios estructurales necesarios. Este proceso requirió un enfoque flexible que pudiera adaptarse a los cambios en los parámetros de diseño manteniendo la precisión y el cumplimiento de las normas de ingeniería. La capacidad de simular los comportamientos reales de la unión bajo diferentes escenarios fue esencial para optimizar el diseño y garantizar su fiabilidad.

Soluciones y Resultados

IDEA StatiCa proporcionó una solución robusta y económica a los desafíos de ingeniería afrontados en este proyecto. Utilizando las capacidades avanzadas del análisis CBFEM, los ingenieros pudieron simular la fuerza de palanca bidireccional y otros comportamientos complejos de la unión de paso superior con alta precisión. Las potentes herramientas de modelado del software permitieron el análisis detallado de las distribuciones de tensiones y deformaciones, proporcionando información que sería difícil, si no imposible, de obtener mediante cálculos manuales.

El proceso de diseño iterativo fue significativamente simplificado por IDEA StatiCa. Los ingenieros podían ajustar rápidamente los parámetros de diseño y ver al instante los efectos de estos cambios en el rendimiento de la unión. Esta capacidad no solo ahorró un tiempo considerable —aproximadamente tres horas—, sino que también mejoró la eficiencia general del proceso de diseño. La interfaz intuitiva del software y los completos paquetes de cálculo facilitaron la documentación y presentación de los cálculos estructurales, garantizando el cumplimiento de los requisitos del proyecto y las normas del sector.

La aplicación de IDEA StatiCa en este proyecto no solo abordó los desafíos de ingeniería inmediatos, sino que también contribuyó a un proceso de diseño más eficiente y fiable. El análisis detallado y las capacidades iterativas proporcionadas por el software garantizaron que la unión de paso superior fuera tanto estructuralmente sólida como factible de construir, contribuyendo en última instancia al éxito del proyecto MassDOT Solar Carports.