Fundamentos del Diseño Estructural

Estados Límite

• Estados Límite Últimos (ELU):

  
  

  Corresponden a la máxima capacidad resistente de la estructura (equilibrio, agotamiento, pandeo, fatiga, adherencia y anclaje). Producen colapso o rotura de alguna parte.

• Estados Límite de Servicio (ELS):

  Corresponden a la máxima capacidad de uso o utilización de la estructura (fisuración, deformaciones, vibraciones). Afectan la funcionalidad, capacidad y estética.

• Estado Límite de Durabilidad:

  Producido por acciones físicas y químicas que pueden degradar el hormigón o la armadura.

Resistencia

• Resistencia Característica:

  Valor que tiene una probabilidad del 5% de que se presenten valores inferiores a él (nivel de confianza del 95%).

• Resistencia de Cálculo:

  Cociente entre la resistencia característica y su coeficiente de seguridad (λ).

Métodos de Cálculo de Estructuras

• Métodos Clásicos o de Tensiones Admisibles:

  Se determinan las solicitaciones y se comparan con una fracción de la resistencia de los materiales (tensión admisible).

• Métodos de Rotura:

  Se determinan las solicitaciones correspondientes a las cargas mayoradas y se comparan con las solicitaciones últimas.

• Métodos Deterministas:

  Se consideran fijos los valores de cálculo.

• Métodos Probabilistas:

  Se consideran aleatorios los valores de cálculo.

Durabilidad

Durabilidad del Hormigón

• Influenciada por la presencia de agua y su transporte a través de poros y fisuras.
• Zonas sometidas a humedad-sequedad son muy vulnerables.

Corrosión del Acero

• El pH elevado del agua en los poros del hormigón forma una capa protectora en el acero (pasivación).
• La carbonatación reduce el pH y la capa protectora.
• Los cloruros también pueden dañar la capa protectora.

Esbeltez

• Mecánica:

  λ = L_p / i (longitud de pandeo y radio de giro)

• Geométrica:

  λ_g = L_p / h (h es la dimensión de la sección contenida en el plano)

Pórticos

• Traslacional:

  Tiene movimiento.

• Intraslacional:

  No tiene movimiento.

Comportamiento del Hormigón Frente a Solicitaciones Cortantes

• Se produce el alabeo de las secciones.
• La armadura debe resistir el incremento de tracción debido al esfuerzo cortante.

Teoría de la EHE para el Análisis de Piezas a Cortante

• Método de bielas y tirantes.

Acciones

Clasificación de Acciones

• Según su Naturaleza:

  Directas e Indirectas.

• Según su Variación en el Tiempo:

  • Permanentes (G)
  • Variables (Q)
  • Accidentales (A)

• Según su Variación en el Espacio:

  • Fijas (peso propio)
  • Libres (sobrecargas de uso)

Agentes Agresivos al Hormigón

• Acciones Mecánicas:

  Cargas, sobrecargas, impactos.

• Acciones Físicas:

  Temperatura, humedad, heladas.

• Acciones Químicas:

  Gases, agua agresiva.

• Acciones Biológicas:

  Vegetación, microorganismos.

Recomendaciones para Evitar la Refracción

• Hormigonar con poco agua.
• Hormigonar con pocos finos.
• Rebajar la relación agua/cemento.
• Compactar bien el hormigón.
• Hormigonar sin viento excesivo.
• No hormigonar a temperaturas bajo cero.

Materiales

Hormigón

• f_c,real:

  Valor de la resistencia a su izquierda del 5% de la población.

• f_est:

  Resistencia característica estimada con ensayos limitados.

• f_ck:

  Valor especificado en los planos con un 95% de confianza.

Acero

• Armaduras Activas:

  Armaduras en secciones de hormigón no pretensadas.

• Armaduras Pasivas:

  Pretensadas.

Decalaje

• Las armaduras se deben prolongar mediante una longitud neta más un canto útil.
• Las armaduras de flexión deben resistir un incremento de tracción debido al esfuerzo cortante.
• Se cumple decalando la ley de momentos de cálculo M_d una magnitud igual al canto útil.

Proyecto (Bases de Cálculo)

• Clase General:

  Corrosión de armaduras.

• Clase Específica:

  Deterioro del hormigón.

Fisuración

• Elementos No Estructurales:

  Tabiquerías, cerramientos, soleras.

• Elementos Estructurales:

  Por efecto de acciones, tipos de fisuras (refracción, temperatura).

• Microfisuración:

  Por retracción del cemento.

Hormigón

Acción

• Cualquier causa, tanto externa como interna, capaz de producir tensiones o estados tensionales en una estructura o modificar los existentes.

Tipos de Acciones

• Físicas:

  • Mecánicas (cargas, pesos propios…)
  • No Mecánicas (temperatura y refracción)

• Químicas:

  Afectan a la durabilidad.

Valor Característico de Acción

• Aquel que presenta una probabilidad del 5% de ser sobrepasado durante la vida de servicio prevista para la estructura.

Valor Representativo de las Acciones

• Cuando sobre una estructura actúan varias cargas variables, no todas lo hacen con su valor característico.
• Se calcula bajo la combinación de acciones determinantes y de acompañamiento.

Valores de Cálculo de las Acciones

• Es aquel valor de una acción F_d obtenido multiplicando su valor representativo por un coeficiente de ponderación (γ_F).
• F_d = γ_F x F_r

Situaciones

• Persistentes:

  Corresponden a las condiciones de uso normal de la estructura.

• Transitorias:

  Se producen durante la construcción o reparación de la estructura (sin uso).

• Accidentales:

  Corresponden al caso en que la estructura se encuentra sometida a condiciones excepcionales.

Acero

Aceros Estructurales

• Resistencia:

  S275 (uso general)

• Grado de Resiliencia:

  Medida de la tenacidad (resistencia a la rotura frágil)

Clasificación Según su Rigidez

Nudos

• Articulados:

  Permiten el giro relativo entre las barras unidas. La unión solo debe transmitir axiles y cortantes.

• Rígidos:

  No se producen giros relativos entre las barras unidas. La unión transmite momentos además de axiles y cortantes.

• Semi-rígidos:

  Transmiten parte del momento a las barras y permiten un cierto giro relativo entre ellas (no se consideran por su dificultad).

Pandeo Lateral

• Se produce en vigas solicitadas a flexión cuya inercia en el plano transversal es bastante menor que la inercia en el plano de la estructura.
• El efecto es una deformación de la barra lateralmente y una torsión de la sección.
• Si hay pandeo, se debe reducir la distancia entre puntos de arriostramiento transversal.

Niveles de Cálculo en los Estados Límite

1. Es el más utilizado por EHE, Eurocódigo. Se tienen en cuenta los aspectos probabilistas del cálculo a través de valores característicos de las acciones y resistencia de los materiales.
2. Método probabilista que representa las acciones y las resistencias de los materiales por medio de funciones aleatorias.
3. Cálculo probabilista en función de una posibilidad de ruina previamente fijada.

Usos de Aceros Estructurales

• Resistencia:

  S235, S275 (uso general), S355

Perfiles Estructurales

• Productos Laminados en Caliente:

  • Uso en estructuras pesadas.
  • Cantos vivos.
  • Espesores: 3-40 mm.
  • Longitudes: 10-16 mm.

• Productos Conformados en Frío:

  • Uso en estructuras metálicas ligeras, correas y como material de cerramiento.
  • Cantos redondeados.
  • Espesores menores que 8 mm.

Proceso de Diseño y Cálculo de las Placas de Anclaje en Compresión Simple

1. Diseño de la unión.
2. Predimensionado de la placa.
3. Comprobaciones de las dimensiones en planta.
4. Comprobación del espesor de la placa.
5. Dimensionado de las armaduras.
6. Dibujo del detalle constructivo.

Bases de Soportes en Compresión Compuesta

1. Determinar la tensión admisible del hormigón.
2. Analizar las solicitaciones: compresión compuesta.
3. A partir del predimensionado, se determinan las tensiones y se comprueba que no superan los valores admisibles.
4. Comprobar que todos los elementos tienen rigidez.
5. Comprobar el espesor de la placa.
6. Dimensionar los anclajes.