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OPENCOURSEWAREINGENIERIA CIVIL

I.T. Obras Públicas / Ing. Caminos

Mariano Mompeán MoralesIngeniero de Caminos e ITOPFrancisco de Borja Varona MoyaProfesor Responsable de la AsignaturaDpto. de Ing. de la Construcción

• Contenidos:

–Clasificación acciones

–Acciones s/ CTE DB SE-AE

–Acción sísmica s/ NCSE-02

–Acciones sobre una nave

–Combinación de acciones

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• Acción: todo aquello que provoca una respuesta resistente en una estructura

• Clasificación de acciones:– Acciones permanentes

• Peso Propio (PP)• Pretensado (Pret)• Acciones Terreno

– Acciones variables• Sobrecarga de Uso (SU)• Acciones sobre barandillas y elementos divisorios• Viento• Acciones térmicas• Nieve

– Acciones accidentales• Sismo• Impacto• Otras

• Acciones Permanentes– Peso propio

• Elementos estructurales

– Valor medio. Cubicación.

• Tabiquerías– Viviendas / Oficinas:

1.0 KN/m2– Fachadas y

compartimentación pesada: Carga Lineal

• Equipo fijo– Catálogos

– Acciones del terreno• Geotecnia:

– Empujes– Peso muerto

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• Acciones Variables– Sobrecarga de Uso

• Lo que gravita sobre la estructura por razón de su uso

• Uniformes + Puntuales

– Cubierta naves» 2.0 KN

• Exigencias Propiedad• Reducción de SU

– Por área– Por Nº plantas

• Acciones Variables– Barandillas

• Horizontal• Uniformemente distribuida• A 1.2 m o en borde• Aparcamientos

– 100 KN a 1.2m en 1.0m– Bolardos

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• Acciones variables–Viento

• Comprobación en dos direcciones ortogonales

– independiéntemente de medianeras• Acción perpendicular a la superficie

– Presión (+) ó Succión (-)– Presión estática qe

» qb Presión dinámica» Ce Coeficiente de exposición» Cp Coeficiente eólico o de presión

– Presión dinámica qb• depende de la zona geográfica

– Simplificadamente: 0.5 KN/m2– Anejo E:

» Zona A: 0.42 KN/m²» Zona B: 0.45 "» Zona C: 0.52 "

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– Coeficiente de exposición Ce• depende de la altura del punto considerado• depende de la aspereza del entorno

– Coef. eólico o de presión Cp• depende de la forma

y orientación superficie

• depende de la ubicación del punto considerado sobre la superficie

• depende de la forma del edificio

• depende del área de influencia del elemento estudiado

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• Acciones variables–Acciones Térmicas

• variaciones de longitud coaccionadas provocan tensiones

• Disposición de juntas de dilatación– 40 m en edificios habituales– OJO: Estructura diferente de cerramientos

• Acciones variables– Nieve

• cargas por depósito natural

• pueden producirse acumulaciones

– resbala por pendientes

– creación de pasos• Carga por ud. de

superficie horizontal

– μ: Coeficiente de forma de cubierta

» 1.0 para pendte<30º

– Sk: Valor característico carga nieve sobre terreno horizontal

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• Acciones accidentales–Sismo

• Norma NCSE-02• Acciones horizontales proporcionales a la

masa “sísmica”• 3.7: Método simplificado para casos usuales

Fik

Pk

Fik = Sik · Pk

Fik: Fuerza estática equivalente. Modo de vibración i, planta k

Sik: Coeficiente sísmico adimensional

Pk: Peso de la masa Mk, en situación sísmica

• Acciones accidentales. Sismo–Peso en situación sísmica

• en situación sísmica se considera:– Masa de elementos estructurales (PP)– Cargas permanentes (CP)– Fracción de Sobrecargas de uso (% SU)

» Efecto favorable: 0 %» Viviendas: 50 %» Espectáculos 60 %» Archivos 100 %

• Pk = PP + CP + % SU

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• Acciones accidentales. Sismo– Coeficiente sísmico Sik

– ac: Aceleración sísmica de cálculo• ac=S·ρ·ab

– S: Coeficiente de amplificación del terreno» S=S(C) C: Coeficiente de terreno

– ρ: Coeficiente adimensional de riesgo» Importancia normal / especial

– ab: Aceleración sísmica básica» Según ubicación geográfica

– g: Aceleración de la gravedad– αi: Coeficiente

• αi=αi(Ti)– Ti: Periodo del modo considerado

– β: Coeficiente de respuesta• β=β(Ω,μ)

– Ω: Amortiguamiento del tipo estructural– μ: Factor de ductilidad estructural

– ηik: Factor de distribución• ηik= ηik(mk,Φik)

– Φik: Coeficiente de forma

• Clasificación de acciones– Acción: todo aquello que provoca una respuesta

resistente en una estructura– Acciones permanentes

• Peso Propio (PP)• Pretensado (Pret)• Acciones Terreno

– Acciones variables• Sobrecarga de Uso (SU)• Acciones sobre barandillas y elementos divisorios• Viento• Acciones térmicas• Nieve

– Acciones accidentales• Sismo• Impacto• Otras

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Determinación de acciones en valor característico

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Acciones Permanentes

Acciones permanentes:

Otras cargas permanentes en cubierta:

• Paneles solares

• Impermeabilizaciones

Acciones Variables

Sobrecarga de usoCarga sobre la cubierta:

No hay sobrecarga de uso uniforme

Si puede haber necesidad de mantenimiento

puntual en cualquier elemento y posición

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Acciones Variables

• Viento–Acción normal a superficie

• qb Presión dinámica• Ce Coeficiente de exposición• Cp Coeficiente eólico o de presión

–Puede ser presión o succión

Acción de viento

• Cálculo de la presión dinámica qb– según ubicación geográfica

–Anejo D: Zona B: qb=0.45 KN/m2

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Acción de viento

• Cálculo del Coeficiente de Exposición Ce

• Interpolación lineal:

•depende de la altura del punto considerado•depende de la aspereza del entorno

x

y

xi xfx

yfyyi

Fachada: Hmáx 8m

Ce=1.6

Cubierta: Hmáx 10m

Ce=1.76

Acción de viento• Cálculo del coeficiente eólico Cp

– Paramento vertical– Dirección +Y

• Zonas– peor en bordes

• Área de influencia– peor en área pequeña

• Esbeltez– peor a mayor esbeltez

• h/d=10/35=0.286• A>10.0 m2

A:-1.2 / B: -0.8 / C: -0.5 / D: 0.705 / E: -0.31

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Acción de viento• Cálculo del coeficiente eólico Cp

– Cubierta– Dirección +Y

• Zonas– peor en bordes

• Área de influencia– peor en área pequeña

» A>10.0 m2

• Pendiente cubierta– α = 11.3º

F:-1.411 / G: -1.30 / H: -0.637 / I: -0.537

•Viento +Y: Resumen

Acción de viento

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Acción de viento• Cálculo del coeficiente eólico Cp

– Paramento vertical– Dirección +X

• Zonas– peor en bordes

• Área de influencia– peor en área pequeña

• Esbeltez– peor a mayor esbeltez

• h/d=10/20=0.50• A>10.0 m2

A:-1.2 / B: -0.8 / C: -0.5 / D: 0.733 / E: -0.366

Acción de viento

• Cálculo del coeficiente eólico Cp– Cubierta– Dirección +X

• Zonas– peor en bordes

• Área de influencia– peor en área pequeña

» A>10.0 m2

• Pendiente cubierta– α = 11.3º

• Presión o Succión: 2 hipótesis

F:-1.20 / G: -0.95 / H: -0.41 / I: -0.18 / J:-0.56

F:0.13 / G:0.13 / H:0.13 / I: -0.22 / J:-0.22

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•Viento +X: Resumen

Acción de viento

Acción de nieve

• Acciones variables– Nieve

• μ: Coeficiente de forma de cubierta

» 1.0 para pend<30º

• Sk: Valor característico carga nieve sobre terreno horizontal

– Zona 5– H=35 m

» Sk=0.2 KN/m2

– qn=0.2 KN/m2

• Pórtico Fachada:– 2.50x0.2=0.50 KN/m

• Pórtico Interior:– 5.00x0.2=1.00 KN/m

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Acciones Sísmicas

• Acciones sísmicas• Norma NCSE-02. Art 3.7

Fik

Pk

Fik = Sik · Pk

Fik: Fuerza estática equivalente. Modo de vibración i, planta k

Sik: Coeficiente sísmico adimensional

Pk: Peso de la masa Mk, en situación sísmica

Acciones Sísmicas

• Cálculo de la masa en situación sísmica.– Pk=CP + Ks x SCU

• Cargas permanentes sobre la cubierta

• Superficie de nave: 35x20=700 m2

– Masa total: Pk= 700 x 60 = 42.000 Kp

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Acciones Sísmicas

• Cálculo del coeficiente sísmico (1/4).– Sik=(ac/g)·αi·β·ηik

• ac = S·ρ·ab– ρ = 1.0 Construcción importancia normal– ab/g = 0.14 Anejo 1 (Alicante)– S = 1.24

• ac/g = 1.24 · 1.0 · 0.14 = 0.174

Acciones Sísmicas

• Cálculo del coeficiente sísmico (2/4).– Sik=(ac/g)· αi·β·ηik

• Coeficiente αi=2.50

– TB=K·C/2.5 TB = 1.0·1.60/2.5 = 0.64 s (KAnejo 1, Alicante)– Plano del pórtico (PP):

» Pórtico rígido de acero laminado Tf=0.11·n=0.11 s<0.75s 1º MODO

– Plano perpendicular al pórtico (PPP):» Planos triangulados Tf=0.085·n·√(H/(B+H))» Tf=0.085·1·√(10/(5+10))=0.069 s<0.75 s 1º MODO

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Acciones Sísmicas

• Cálculo del coeficiente sísmico (3/4).– Sik=(ac/g)·αi·β·ηik

• Coeficiente β:– Plano del pórtico: ductilidad baja μ=2 β=0.55

» nudos rígidos (del lado de la seguridad)– Plano perpendicular: ductilidad alta μ=3 β=0.36

» cruz de San Andrés

Acciones Sísmicas

• Cálculo del coeficiente sísmico (4/4).– Sik=(ac/g)·αi·β·ηik

• Coeficientes de distribución ηik:

• Para una sola planta:– ηik=1.0

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Acciones Sísmicas

• Acción sísmica (Global)Fik = Sik · Pk = (ac/g)·αi·β·ηik · Pk

– En el plano del pórtico:

F = 0.174·2.5·0.55·1·42 = 10.05 Ton

A repartir entre 6+2 pórticos

– En el plano perpendicular:

F = 0.174·2.5·0.36·1·42 = 6.57 Ton

A repartir entre 2 Cruces de San Andrés

Resumen Acciones (Ton/m)

PP + CP

Nieve

0.150 0.300

0.050 0.100

Pórtico Fachada. BC = 2.50 m Pórtico Interior. BC = 5.00 m

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Viento Succión +X

Viento Presión +X

0.134 -0.067 0.269 -0.134

0.134 -0.067 0.269 -0.134

-0.244-0.083

-0.114-0.037 -0.386

-0.166-0.227

-0.073

0.026 -0.045 0.053 -0.089

Resumen Acciones (Ton/m)

Pórtico Fachada. BC = 2.50 m Pórtico Interior. BC = 5.00 m

Sismo +X

0.360 0.7150.360 0.715

Resumen Acciones (Ton/m)

Pórtico Fachada. BC = 2.50 m Pórtico Interior. BC = 5.00 m

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Combinación de acciones

• Combinación de acciones– una vez determinadas las acciones, se determina el

efecto de las mismas mediante combinaciones, empleando el método de los coeficientes de seguridad parciales

– Hay dos tipos de verificaciones• Capacidad Portante (ELU)

– Estabilidad– Resistencia

• Aptitud al Servicio (ELS)– Deformaciones– Vibraciones– Deterioro

– Se aplican dos tipos de coeficientes• Coeficientes parciales de seguridad para acciones (γ)• Coeficientes de simultaneidad (ψ)

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• Coeficientes parciales de seguridad para acciones (γ)

• Coeficientes de simultaneidad (ψ)

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• Capacidad Portante– Situación Persistente o Transitoria

• Capacidad Portante– Situación sismica:

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• Aptitud al servicio– Acciones de corta duración. Efecto Irreversible

• Combinación característica:

• Aptitud al servicio– Acciones de corta duración. Efecto Reversible

• Combinación Frecuente:

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• Aptitud al servicio

– Acciones de Larga Duración

• Combinación Casi (o cuasi) Permanente: