Bases de Proyecto

Tema :
Bases de Proyecto
Estructuras Metálicas
Grado en Ingeniería de Obras Públicas
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1. Criterios de seguridad
Bases de proyecto
 Seguridad estructural
‐ Este concepto aparece cuando el proyectista no conoce de forma exacta algún aspecto relacionado con la capacidad resistente de la estructura
‐ Surge el concepto de incertidumbre: imposibilidad de conocer con total exactitud un determinado valor, pero sí sus valores más probables
Imprecisión de los datos utilizados:
‐ En los datos externos: indefiniciones geométricas, propiedades de materiales, cargas, etc…
‐ En las herramientas de cálculo utilizadas: modelo, hipótesis simplificativas, tipo de análisis
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1. Criterios de seguridad
Bases de proyecto
 Estados límite
Definición: situación que en caso de ser superada, la estructura no cumple alguna de las funciones para las que fue diseñada.
• Estados límite de servicio (ELS) Funcionalidad, comodidad, aspecto • Estados límite últimos (ELU) Fallo de la estructura por colapso o rotura
g (X)  R(X)  E (X)
g ( X )  0  región de fallo
g ( X )  0  región de seguridad
X: vector de variables aleatorias o deterministas
Formas de aumentar la seguridad estructural
1. Reducir incertidumbre
2. Mayor dimensionamiento de la estructura
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1. Criterios de seguridad
Bases de proyecto
 Métodos de análisis de la seguridad estructural
‐ Determinista: R – E > 0
‐ Basado en coeficientes parciales de seguridad (Nivel I)
 R    E
i
i
j
i
 i  1;  j  1
j
j
‐Métodos probabilistas (Nivel II y Nivel III)
Situación de fallo: g ( X )  R ( X )  E ( X )  0
Si R(X) y E(X) son lineales y las variables aleatorias están normalmente distribuidas se puede afirmar que g(X) también esta normalmente distribuida
Pf  P[ g  0]  
0

u
g  g
g
f g ( g ) dg  

Pf  

g
g

Pf     
1
0
g
 1 g 
g
exp   
 2   g
2




2

 dg


g
 g

1
 1 2
g
exp   u  du    (u )du    
 

2
 2 
g

β=μg/σg
Índice de fiabilidad



(Cornell, 1969)
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1. Criterios de seguridad
Bases de proyecto
 Métodos de análisis de la seguridad estructural
Situación de fallo: g ( X )  R ( X )  S ( X )  0
Si R(X) y S(X) son lineales y las variables aleatorias están normalmente distribuidas se puede afirmar que g(X) también esta normalmente distribuida
Pf  
0

f g ( g ) dg  

u
g  g
g
1
0
g
 1 g
g
exp   
 2   g
2

Pf  

g
g

Pf     



2

 dg


g
 g

1
 1 2
g
exp   u  du    (u )du    
 

2
 2 
g

β=μg/σg



Índice de fiabilidad
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1. Criterios de seguridad
Bases de proyecto
Ejemplo (análisis determinista vs análisis probabilista)
Datos: P=10 kN; L=5 m; Mu=70 kNm
Datos:
P=N(10, 2); L=5 m; Mu=70 kNm
Resultados: V= 10 kN; M= 50 kNm
Resultados: V=N(10,2); M=N(50,10) kNm
Pf = P[M>Mu]= P[M>70]=0.0228
Entrada de datos probabilista
Entrada de datos determinista
Respuesta determinista
Superior/Inferior al límite establecido Respuesta probabilista
Propiedades estadísticas de la respuesta
Probabilidad de fallo
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2. Bases de cálculo
Bases de proyecto
 Situaciones de proyecto en la EAE (Art. 7)
‐ Situaciones persistentes
‐ Situaciones transitorias
‐ Situaciones accidentales
 Estados límite considerados en la EAE (Art. 8)
Será necesario verificar el cumplimiento de los Estados Límite tanto para las Fases de construcción como para la fase de servicio
Estados Límite Últimos:
‐ De Equilibrio
‐ De Resistencia de las secciones
‐ De Inestabilidad
‐ De Resistencia de las uniones
‐ De Fatiga
‐ De Resistencia al fuego
‐ De Resistencia al sismo
Estados Límite de Servicio:
‐ De Deformaciones
‐ De Vibraciones
‐ De Deslizamiento de uniones con tornillos de alta resistencia
‐ De Deformaciones de paneles esbeltos
‐ De Plastificaciones locales
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2. Bases de cálculo
Bases de proyecto
 Durabilidad (Art. 8)
Un estructura de acero debe soportar las condiciones físico‐químicas a las que está expuesta durante su vida útil de proyecto.
‐
Tipo de ambiente  Clases de exposición
‐
Establecer medidas de protección
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3. Acciones
Bases de proyecto
 Clasificación (Art. 9)
‐ Naturaleza
Acciones directas  se aplican directamente sobre la estructura
Acciones indirectas  deformaciones o aceleraciones impuestas
‐ Variación en el tiempo
Acciones Permanentes (G): peso propio, cargas muertas, …
Acciones Permanentes de valor no constante (G*): movimientos diferidos, pretensado en piezas de hormigón, acciones reológicas,…
Acciones Variables (Q): sobrecargas de uso, acciones climáticas (viento, nieve, temperatura),… Acciones Accidentales (A): impactos, explosiones, sismos
‐ Variación en el espacio
Acciones fijas: peso propio, cargas muertas, …
Acciones libres: sobrecargas de uso
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3. Acciones
Bases de proyecto
 Valores característicos de las acciones (Art. 10)
Definición: valor de referencia a efectos de proyecto. Valor medio, nominal, criterios estadísticos f(T)
Si existe mucha dispersión: [Valor máx. ; Valor mín]
 Valores representativos de las acciones
(Art. 11)
Definición: valor de la acción utilizado para la comprobación de los Estados Límite
Para acciones permanentes y accidentales:
Valor Representativo = Valor Característico Para acciones variables
Valor Representativo = ψ · Valor Característico Valor de combinación
ψ0 Q
Valor frecuente ψ1 Q
Valor cuasi‐permanente ψ2 Q
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3. Acciones
Bases de proyecto
 Valores de cálculo de las acciones (Art. 12)
Definición: Valor Representativo x γf
Coeficiente parcial de seguridad
Estados Límite Últimos
Estados Límite de Servicio
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3. Acciones
Bases de proyecto
 Combinaciones de acciones (Art. 13)
Estados Límite Últimos (ELU)
Estados Límite de Servicio (ELS)
En situaciones persistentes o transitorias
Combinación poco probable:
En situaciones accidentales:
Combinación frecuente:
En situaciones con acción sísmica
Combinación cuasi‐permanente
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4. Resistencias
Bases de proyecto
Comprobaciones de seguridad en la EAE (Art. 15): basadas en utilización de coeficientes parciales de seguridad
‐
Aumento del valor característico de las acciones
‐
Reducción de la resistencia característica del material
Rd 
Rk
M
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5. Estados Límite de Servicio (ELS)
Bases de proyecto
 ELS de Deformaciones (Art. 37)
Se debe verificar que los movimientos de una estructura o elemento estructural sean menores que
unos valores establecidos:
u  umax ; u  (u, v, w, x ,  y , z )
Objetivos: estética, funcionalidad, durabilidad, confort, sensación de seguridad Los valores límite fijados en la EAE son semiempíricos e indicativos  se pueden fijar otros valores entre la propiedad y el autor del proyecto o en su caso la Administración
wc: contraflecha de ejecución
w1: flecha inicial bajo cargas permanentes
w2: flecha diferida bajo cargas permanentes
w3: flecha debida a sobrecargas o combinaciones de acciones
Definición de flechas verticales
Definición de flechas horizontales
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5. Estados Límite de Servicio (ELS)
Bases de proyecto
 ELS de Deformaciones (Art. 37)
Edificios (ver Código Técnico Edificación)
Limitación de flechas
CTE
La flecha relativa (después de la puesta en obra) será inferior a:
a) 1/500 en pisos con tabiques frágiles (como los de gran formato, rasillones, o placas) o pavimentos rígidos sin juntas;
b) 1/400 en pisos con tabiques ordinarios o pavimentos rígidos con juntas;
c) 1/300 en el resto de los casos.
Limitación de desplazamientos horizontales
‐ Integridad de los elementos:
desplome total: H/500
desplome local: h/250
Apariencia: h/250
h=
H=
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5. Estados Límite de Servicio (ELS)
Bases de proyecto
 ELS de Deformaciones (Art. 37)
Puentes y Pasarelas (IAP, IAPF)
Objetivo:
‐ Limitar efectos dinámicos amplificados
‐ Evitar daños en capa de rodadura
‐ Evitar alteraciones en el funcionamiento del drenaje
‐ Evitar impresiones visuales no adecuadas
‐ Confort
‐ Evitar alteraciones de la rasante
‐ Buen funcionamiento de juntas, instalaciones, etc…
Normas de construcción:
‐ La contraflecha de ejecución debe contrarrestar el efecto de la carga permanente, la parte de sobrecargas para combinación cuasipermanente y la mitad de los efectos reológicos
‐ La variación en los procesos constructivos pueden modificar la contraflecha necesaria y deberá tenerse en cuenta dicha modificación
Limitación de flechas
‐
‐
‐
‐
L/1000 en puentes de carretera
L/1200 en puentes de carretera urbanos con aceras transitables
L/1200 en pasarelas
Ver IAPF para puentes de ferrocarril
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5. Estados Límite de Servicio (ELS)
Bases de proyecto
 ELS de Vibraciones (Art. 38)
Objetivo:
‐ Confort de los usuarios
‐ Evitar deterioros de la estructura
‐ Durabilidad de instalaciones, servicios, etc…
Causas de vibraciones en estructuras
‐ Maquinarias
‐ Movimiento sincronizados de gente
‐ Sobrecargas de tráfico, viento
Criterio general para evitar vibraciones: alejar las frecuencias fundamentales de la estructura de las frecuencias de excitación de la estructura.   k / m
El cumplimiento de esta tabla garantiza aceleraciones máx. entre 0.05g ‐ 0.1g
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5. Estados Límite de Servicio (ELS)
Bases de proyecto
 ELS de Vibraciones (Art. 38)
Pasarelas (IAP)
Si las frecuencias naturales están fuera de estos rangos no es necesario realizar un estudio dinámico específico:
• Rango crítico para vibraciones verticales y longitudinales: de 1,25 a 4,60 Hz • Rango crítico para vibraciones laterales: de 0,50 a 1,20 Hz Será necesario en cualquier caso un estudio dinámico específico si se da alguno de estos casos:
• Luz superior a 50 m Anchura útil superior a 3,0 m
• Tipología estructural singular o nuevos materiales • Ubicación en zona urbana donde sea previsible un tráfico intenso de peatones o exista riesgo de concentración de personas sobre la propia pasarela 18
5. Estados Límite de Servicio (ELS)
Bases de proyecto
 ELS de Vibraciones (Art. 38)
Puentes de carretera (IAP)
Será necesario comprobar el ELS de vibraciones si:
‐ No se satisface el estado límite de deformaciones
‐ En puentes urbanos con tráfico peatonal intenso
‐ En puentes con voladizos laterales transitables esbeltos
‐ En puentes de tipologías estructurales singulares o nuevos materiales Comprobación: que la aceleración vertical máxima bajo el paso de un camión de 400 kN de peso sobre la plataforma, a distintas velocidades: de 20 a 80 km/h con incrementos de 10 en 10 km/h, no supere los valores límite, función del nivel de confort exigido, que se establecen para el caso de pasarelas.
Puentes de ferrocarril (ver IAPF) Vibraciones inducidas por el viento
‐
‐
‐
‐
‐
Bataneo
Desprendimiento de torbellinos
Flameo
Galope, galope inducido
Divergencia torsional
Puente sobre el embalse de Alcántara
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5. Estados Límite de Servicio (ELS)
Bases de proyecto
 ELS de deformaciones transversales en paneles esbeltos (Art. 40)
Objetivo:
‐ Evitar excesivas combaduras
‐ Evitar cambios bruscos de la configuración equilibrio
‐ Evitar el Respiro Transversal (fisuraciones por fatiga)
Comprobación:
‐
‐
En paneles rigidizados puede hacerse la comprobación anterior para los subpaneles
resultantes
Si las tensiones normal y tangencial varían a lo largo del panel se puede tomar un valor situado a 0.4a o 0.5b, siendo a la dimensión long. y b la transversal
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5. Estados Límite de Servicio (ELS)
Bases de proyecto
 ELS de plastificaciones locales (Art. 41)
Objetivo:
‐ Garantizar una respuesta cuasi‐lineal
‐ Evitar deformaciones plásticas remanentes
‐ Evitar fatiga oligocíclica bajo un número reducido de ciclos
Comprobación:
Debe realizarse:
‐ En elementos estructurales de puentes y aquellos que soporten cargas repetitivas de entidad
‐ En losas ortótropas solicitadas transversalmente a su plano
‐ Zonas singulares de responsabilidad (zonas de concentración de tensiones)
 ELS de deslizamiento en uniones con tornillos pretensados de alta resistencia (Art. 39)
‐
‐
En este tipo de tornillos se admite deslizamiento de la unión en ELU
No se admite deslizamiento en ELS para la combinación de acciones poco probable
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