MÁSTER de
ESTRUCTURAS de
EDIFICACIÓN con
CYPE B1 Bases de proyecto T3
Acciones sobre los edificios
P1
Tipos de acciones
RESPONSABILIDADES: El contenido de esta obra elaborada por ZIGURAT Consultoría de Formación Técnica, S.L. está protegida por la Ley de Propiedad Intelectual Española que establece penas de prisión y/o multas además de las correspondientes indemnizaciones por daños y perjuicios. No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita a ZIGURAT. © Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L. www.e-zigur www.e-zigurat.com at.com
MÁSTER DE ESTRUCTURAS DE EDIFICACIÓN CON CYPE B1 Bases de proy ecto T3
Acciones sobre los edificios
P1
Tipos de acciones
ÍNDICE DE CONTENIDOS 1. Introducción ....................................................................................................................... 3 1.1. 1.2. 1.3.
Normativa de acciones .............................................................................................. 3 Tipos de acciones según su naturaleza ..................................................................... 3 Tipos de acciones según su variación en el tiempo ................................................... 4
2. Hipótesis de cálculo en Cypecad ..................................................................................... 5 2.1. 2.2.
Hipótesis automáticas ................................................................................................ 5 Hipótesis adicionales ................................................................................................. 6
3. Intr oducción de cargas en Cypecad ................................................................................. 7 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5.
Cargas uniformemente repartidas en cada planta...................................................... 7 Cargas de viento y sismo ....................................................................................... 8 Cargas especiales ..................................................................................................... 8 Cargas horizontales en pilares o columnas................................................................ 9 Cargas en cabeza de pilares o columnas ................................................................ 10
4. Acciones térmicas y reológicas ...................................................................................... 11 5. Acc iones accident ales..................................................................................................... 12 5.1. 5.2. 5.3.
Acción sísmica......................................................................................................... 12 Impacto de vehículos ............................................................................................... 13 Otras acciones accidentales .................................................................................... 14
Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.
2
No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita. (Rev.0)
MÁSTER DE ESTRUCTURAS DE EDIFICACIÓN CON CYPE B1 Bases de proy ecto T3
Acciones sobre los edificios
P1
Tipos de acciones
1. Introducción
Vídeo 1.1 Conceptos básicos, accion es Las acciones que actúan sobre las estructuras suelen estar definidas por las diferentes normativas, pues en general implican consideraciones estadísticas relacionadas con su probabilidad de ocurrencia.
1.1. Normativa de acciones Las normativas europeas actuales siguen la línea del EC-1. En algunos países se utiliza ya el propio Eurocódigo con su correspondiente documento nacional de aplicación. En España el CTE incluye el DB-SE-AE (Documento básico-Seguridad estructural-Acciones en la Edificación), basado en el EC-1, aunque mucho menos exhaustivo y, en muchas cuestiones, mucho más confuso. Las normativas americanas actuales siguen la línea de ASCE-7.
1.2. Tipos de acciones según su naturaleza Las acciones pueden ser directas o indirectas.
Acciones indirectas son aquellas producidas por fenómenos que imponen deformaciones a la estructura. Las más genéricas son las acciones térmicas, debidas a los cambios de temperatura, y las acciones por movimientos impuestos, como asentamientos de la cimentación. En estructuras de hormigón se producen también acciones reológicas, debidas a los procesos internos del hormigón: retracción, fluencia, etc. Algunos autores también consideran como acción indirecta el sismo, ya que se trata de una aceleración de la propia estructura.
Acciones directas son aquellas producidas por elementos externos que afectan a la estructura, como el peso de los elementos constructivos, los ocupantes o la nieve, los empujes del terreno, la fuerza del viento, etc.
Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.
3
No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita. (Rev.0)
MÁSTER DE ESTRUCTURAS DE EDIFICACIÓN CON CYPE B1 Bases de proy ecto T3
Acciones sobre los edificios
P1
Tipos de acciones
1.3. Tipos d e acciones según su variación en el tiempo Consideramos tres tipos de acciones: Permanentes
•
Variables
•
Accidentales
•
Las acciones p ermanentes o cargas muertas son aquellas que actúan a lo largo de toda la vida útil del edificio. Dentro de las acciones permanentes se incluye el peso propio de los elementos estructurales y de otros elementos constructivos, como cerramientos, tabiquerías, revestimientos, carpinterías, recrecidos, rellenos, instalaciones fijas, etc. Existen también acciones permanentes de valor no constante, como el pretensado, que están siempre presentes aunque cambie su magnitud. Las acciones variables son aquellas que cambian durante la vida del edificio. Incluyen las sobrecargas de uso o cargas vivas, relativas a los ocupantes, las acciones climáticas y las acciones térmicas o reológicas. Como valor característico de las acciones variables se adopta un valor con una determinada probabilidad de no ser superado en un periodo de referencia específico o bien, en los casos en los que se desconozca la correspondiente distribución estadística, un valor nominal. Las acciones variables que considera el CTE DB-SE-AE son: sobrecarga de uso, acciones sobre barandillas y elementos divisorios, viento, nieve y acciones térmicas y reológicas ASCE-7 separa las acciones variables debidas al uso de aquellas debidas a otros factores, como los climáticos. El capítulo 4 habla de Cargas vivas, incluyendo las sobrecargas uniformes y concentradas debidas al uso, las cargas sobre barandillas y protecciones de garajes, las cargas de impacto, las cargas de puentes grúa y las cargas debidas a almacenamiento de fluidos. Las acciones accidentales son aquellas que tienen una probabilidad muy baja de ocurrencia pero sus efectos pueden ser catastróficos. Es el caso del sismo, los impactos, las explosiones, etc. A continuación se comentan algunos aspectos de las acciones térmicas y reológicas y de las acciones accidentales. En la práctica puede omitirse su consideración en la mayoría de las obras, porque su efecto es –o se busca que sea- poco relevante. Las acciones más comunes, que trataremos en documentos específicos,
son las
gravitatorias, en particular el peso propio de la estructura, el peso de otros elementos constructivos –carga muerta-, la sobrecarga de uso –carga viva- y la nieve (en algunos casos también la lluvia, por acumulación). Asimismo resultan relevantes las acciones de viento y sismo.
Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.
4
No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita. (Rev.0)
MÁSTER DE ESTRUCTURAS DE EDIFICACIÓN CON CYPE B1 Bases de proy ecto T3
Acciones sobre los edificios
P1
Tipos de acciones
2. Hipótesis de cálculo en Cypecad 2.1. Hipótesis automáticas Hipótesis automáticas son aquellas que el programa añade automáticamente en función de otros datos de la obra. Las que están siempre son •
Peso propio, porque la estructura siempre pesa
•
Carga muerta, porque siempre tiene algo encima
•
Carga viva, porque se supone que sirve para algo
Figura 2.1 Hipótesis automáticas por defecto A partir de ahí, según lo que vayamos introduciendo aparecen más. Si tenemos varias categorías de uso activadas, aparecen más filas de carga viva en la lista de hipótesis.
Figura 2.2 Hipótesis de carga viva para cada categoría Si activamos viento o sismo automáticos, crearán sus hipótesis.
Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.
5
No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita. (Rev.0)
MÁSTER DE ESTRUCTURAS DE EDIFICACIÓN CON CYPE B1 Bases de proy ecto T3
Acciones sobre los edificios
P1
Tipos de acciones
2.2. Hipótesis adicionales Hipótesis adicionales son aquellas que introducimos manualmente. Podemos introducir hipótesis adicionales de cualquier naturaleza, excepto de peso propio. La figura muestra el proceso de introducción, en este caso hemos añadido una hipótesis adicional de sobrecarga de uso.
Figura 2.3 Hipótesis adicional de sobrecarga de uso En muchos casos es suficiente con las hipótesis automáticas. La aplicación más frecuente de las hipótesis adicionales es la inclusión de hipótesis de nieve, empujes del terreno y, más raramente, accidentales.
Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.
6
No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita. (Rev.0)
MÁSTER DE ESTRUCTURAS DE EDIFICACIÓN CON CYPE B1 Bases de proy ecto T3
Acciones sobre los edificios
P1
Tipos de acciones
3. Introducción de cargas en Cypecad En Cypecad se pueden introducir varios tipos de cargas: •
Cargas uniformemente repartidas en cada planta
•
Cargas especiales: cargas puntuales, lineales y superficiales introducidas en las plantas
•
Cargas horizontales: introducidas en cualquier punto de un soporte
•
Cargas en cabeza de soportes: pueden ser verticales, horizontales o momentos.
•
Cargas de viento y sismo: se introducen los parámetros generales y el programa las calcula automáticamente.
3.1. Cargas uniformemente repartidas en cada planta Las cargas uniformemente repartidas en cada planta o grupo se introducen desde el menú Introducción-Plantas/Grupos-Editar Grupos, dentro de la pestaña Entrada de pilares o Entrada de columnas.
Figura 3.1Cargas unifo rmes por planta En cualquier momento se puede entrar en Editar grupos desde el cuadro Datos generales.
Figura 3.2 Editar grup os Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.
7
No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita. (Rev.0)
MÁSTER DE ESTRUCTURAS DE EDIFICACIÓN CON CYPE B1 Bases de proy ecto T3
Acciones sobre los edificios
P1
Tipos de acciones
3.2. Cargas de viento y sismo Por su singularidad, se tratan en documento específico.
3.3. Cargas especiales Las cargas especiales se introducen en el menú Cargas, dentro de la pestaña Entrada de vigas.
Vídeo 3.1 Introd ucció n d e cargas especiales
Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.
8
No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita. (Rev.0)
MÁSTER DE ESTRUCTURAS DE EDIFICACIÓN CON CYPE B1 Bases de proy ecto T3
Acciones sobre los edificios
P1
Tipos de acciones
3.4. Cargas horizontales en pilares o columnas Para introducir una carga horizontal sobre un pilar entramos en el menú Introducción-Pilares, pantallas y arranques-Cargas horizontales o usamos el botón Cargas horizontales de la barra de herramientas. La siguiente figura muestra la introducción de una carga uniforme en el eje Y local, en hipótesis de sobrecarga de uso, de valor 4,00 kN/m y aplicada en un tramo entre 1,00 y 3,00 m de altura.
Figura 3.3 Carga horizontal uniform e La figura siguiente figura muestra una carga puntual en el eje X global (la planta muestra la dirección), en hipótesis de carga permanente, de valor 0,50 kN y aplicada a 3,00 m de altura (la sección muestra el punto de aplicación de la carga).
Figura 3.4 Introduc ir una carga horizontal puntual
Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.
9
No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita. (Rev.0)
MÁSTER DE ESTRUCTURAS DE EDIFICACIÓN CON CYPE B1 Bases de proy ecto T3
Acciones sobre los edificios
P1
Tipos de acciones
3.5. Cargas en cabeza de pilares o colu mnas En cabeza de pilares (y en los arranques) podemos introducir cargas horizontales o verticales e incluso momentos.
Figur a 3.5 Cargas en cabeza Esta opción es especialmente útil en los arranques, para calcular zapatas. Colocamos un arranque, una carga o momento en cabeza y una zapata bajo el arranque. Con eso podemos calcular una zapata sometida a dicha carga o momento.
Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.
10
No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita. (Rev.0)
MÁSTER DE ESTRUCTURAS DE EDIFICACIÓN CON CYPE B1 Bases de proy ecto T3
Acciones sobre los edificios
P1
Tipos de acciones
4. Acciones térmicas y reológicas La variación de la temperatura de los elementos estructurales supone dilataciones y contracciones que, si están impedidas por otros elementos, generan esfuerzos de cierta importancia. El caso más claro es el de la dilatación y contracción de los forjados, limitada por los soportes.
Figura 4.1Esfuerzos en soportes por dilatación y contracción de forjados Cuanta mayor sea la rigidez de los soportes, mayores serán los esfuerzos, que obviamente dependerán también del incremento de temperaturas. En el caso de forjados de hormigón, la retracción puede provocar un efecto similar al de la contracción. El DB-SE-AE permite, en edificios habituales con elementos estructurales de hormigón o acero, obviar las acciones térmicas cuando se dispongan juntas de dilatación de forma que no existan elementos continuos de más de 40 m de longitud. En edificios de mayor dimensión, esto se consigue disponiendo juntas de dilatación. Para otro tipo de edificios, los respectivos Documentos Básicos del CTE incluyen la distancia máxima entre juntas de dilatación en función de las características del material utilizado. La solución práctica es habitualmente la disposición de las juntas de dilatación, porque el cálculo de la estructura considerando acciones térmicas es muy complejo si se tiene en cuenta la estructura tridimensional y los efectos de segundo orden.
Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.
11
No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita. (Rev.0)
MÁSTER DE ESTRUCTURAS DE EDIFICACIÓN CON CYPE B1 Bases de proy ecto T3
Acciones sobre los edificios
P1
Tipos de acciones
5. Acciones accidentales Las acciones accidentales son aquellas con una probabilidad muy baja de ocurrencia, pero cuyas consecuencias pueden ser especialmente graves. En función del proyecto y del uso previsto hay que analizar las posibles acciones que puedan producirse. Las más habituales son la acción sísmica, previsible en muchas regiones del planeta, y el impacto de vehículos.
5.1. Acción sísmica En España, el Código Técnico de la Edificación remite a la Norma de Construcción Sismorresitente: Parte general y edificación (NCSE-02). En América, la mayoría de los códigos se basan en ASCE-07, pero consideran además los efectos particulares para los fenómenos sísmicos de cada región y las soluciones constructivas habituales.
Figura 5.1 Zonas sísmicas del mundo Dada la especificidad del tema, todo lo relacionado con diseño sísmico se trata en un bloque independiente.
Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.
12
No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita. (Rev.0)
MÁSTER DE ESTRUCTURAS DE EDIFICACIÓN CON CYPE B1 Bases de proy ecto T3
Acciones sobre los edificios
P1
Tipos de acciones
5.2. Impacto de vehículos Según el DB-SE-AE, la acción de impacto de vehículos desde el exterior del edificio se considerará sólo dónde y cuándo lo establezca la ordenanza municipal, aunque en la práctica debemos pensar dónde puede ocurrir para evitar situaciones indeseadas. El impacto desde el interior debe considerarse siempre en todas las zonas cuyo uso suponga la circulación de vehículos. Para zonas de tránsito de vehículos ligeros (peso inferior a 30 kN), las fuerzas estáticas equivalentes debido al impacto de vehículos se considerarán como dos acciones no
simultáneas y perpendiculares entre sí: •
P x = 50 kN en la dirección paralela a la vía.
•
P y = 25 kN en la dirección perpendicular a la vía.
La fuerza equivalente de impacto se considerará actuando en un plano horizontal y se aplicará sobre una superficie rectangular de 0,25 m de altura y una anchura de 1,50 m, o la anchura del elemento si es menor y a una altura de 0,60 m por encima del nivel de rodadura en el caso de elementos verticales, o la altura del elemento si es menor que 1,80 m en los horizontales.
Vídeo 5.1 Impacto de vehículos En zonas en las que se prevea la circulación de carretillas elevadoras, el valor de cálculo de la fuerza estática equivalente debida a su impacto será igual a cinco veces el peso máximo autorizado de la carretilla.El Documento Básico DB-SE-AE del CTE menciona generalidades sobre otro tipo de impactos, aunque de una forma muy genérica y sin valores concretos. ASCE-7 no hace trata directamente el caso de impacto de vehículos sobre la estructura, sino únicamente sobre barreras.
Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.
13
No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita. (Rev.0)
MÁSTER DE ESTRUCTURAS DE EDIFICACIÓN CON CYPE B1 Bases de proy ecto T3
Acciones sobre los edificios
P1
Tipos de acciones
Para introducir las cargas de impacto en Cypecad podemos crear 2 hipótesis adicionales accidentales no compatibles A1 y A2 e introducimos sendas cargas horizontales –una en cada dirección- en el soporte que consideremos más delicado.
Vídeo 5.2 Cargas de imp acto en Cypecad Vemos que en soportes de hormigón el efecto del impacto es muy pequeño. Además, en el caso de sótanos suelen ser bastante más robustos que los simples 30×30.
5.3. Otras acciones accidentales En los edificios con usos tales como fábricas químicas, laboratorios o almacenes de materiales explosivos, se hará constar en el proyecto las acciones accidentales específicas consideradas con indicación de su valor característico y su modelo.
Figura 5.2Las explo siones se consideran acciones accidentales
Zigurat Consultoría de Formación Técnica S.L.
14
No se permite un uso comercial. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita. (Rev.0)
