Seguridad estructural - RUA
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OPENCOURSEWARE INGENIERIA CIVIL I.T. Obras Públicas / Ing. Caminos pbdrofa^a=bpqor`qro^i iìáë=_~¥μå _ä•òèìÉò mêçÑÉëçê=`çä~Äçê~Ççê af`lmfr (c) 2010-11 Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 1 l_gbqfslp Plantear las bases de cálculo sobre la seguridad en hormigón estructural Analizar los criterios seguidos por la normativa para garantizar la seguridad Introducir el concepto de Estados Límite en el marco de la seguridad estructural Definir cualitativa y cuantitativamente el concepto de coeficiente parcial de seguridad de materiales y acciones (c) 2010-11 Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 2 `lkqbkfalp 1. Seguridad estructural 2. Criterios de seguridad 3. Niveles de diseño 4. Bases de cálculo 5. Estados Límite 6. Coeficientes parciales de seguridad (c) 2010-11 Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 3 NK=pbdrofa^a=bpqor`qro^i ¿Qué le exigimos a una estructura? [Art. 5] Estabilidad Que no se desmorone por inestabilidad total o parcial Resistencia Que resista las solicitaciones a las que estará expuesta durante su vida útil Durabilidad Que su capacidad resistente no varíe ostensiblemente en el tiempo Aptitud al servicio Que no tenga movimientos que afecten a su uso o a componentes no estructurales vinculados a ella En resumen, que proporcione suficiente grado de confianza a sus posibles usuarios (c) 2010-11 Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 4 NK=pbdrofa^a=bpqor`qro^i ¿Cómo concebimos una estructura? DEFINICIÓN DEL ESQUEMA ESTRUCTURAL CÁLCULO DE ACCIONES SOBRE LA ESTRUCTURA HIPÓTESIS DE CARGA CÁLCULO DE ESFUERZOS DIMENSIONAMIENTO Y COMPROBACIÓN DE SECCIONES FIN DEL PROCESO (c) 2010-11 Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 5 OK=`ofqboflp=ab=pbdrofa^a Para garantizar las exigencias anteriores, existen diversos métodos para abordar el cálculo de estructuras: Por la consideración de los datos de partida: Por la forma de evaluar las solicitaciones de la estructura: MÉTODOS DETERMINISTAS CÁLCULO TRADICIONAL MÉTODOS PROBABILISTAS MÉTODO DE LOS ESTADOS LÍMITE (EHE, CTE, EC‐2) (c) 2010-11 Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante MÉTODOS CLÁSICOS (o de tensiones admisibles) MÉTODOS DE CÁLCULO EN ROTURA página 6 OK=`ofqboflp=ab=pbdrofa^a Limitaciones del método clásico: El coeficiente de equivalencia n entre los módulos de elasticidad de hormigón y acero es difícil de precisar No se puede evaluar adecuadamente el efecto del comportamiento reológico del hormigón sobre la estructura Las tensiones de cálculo obtenidas en los aceros son muy bajas comparadas con su resistencia No se tiene en cuenta la disminución de rigideces que ocasiona la fisuración del hormigón El diagrama tensión‐deformación del hormigón no es perfectamente elástico‐lineal, como supone el método No considera casos de variación de solicitaciones no proporcionales a las cargas (pandeo, ménsulas cortas…) (c) 2010-11 Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 7 OK=`ofqboflp=ab=pbdrofa^a Principales consecuencias derivadas de estas limitaciones: Mayor desaprovechamiento de la capacidad resistente de los materiales, ya que no considera su capacidad de readaptación plástica Da idea del comportamiento de la estructura en servicio, pero no nos informa de cuánta más carga puede recibir hasta su rotura, es decir, su margen de seguridad Es decir, con el método clásico determinista se construirían estructuras más caras y más inciertas en cuanto a su seguridad (c) 2010-11 Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 8 PK=kfsbibp=ab=afpb¢l Al proyectar una estructura, existen factores aleatorios que provocan incertidumbre en: Estimación de cargas máximas actuantes sobre la estructura Estimación de la resistencia mecánica real de los materiales Proceso de idealización estructural y cálculo Características geométricas reales de la estructura Acciones no previstas o inexactas en proyecto Variación en el tiempo de las propiedades mecánicas y de las acciones sobre la estructura (c) 2010-11 Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 9 PK=kfsbibp=ab=afpb¢l Niveles de diseño estructural: Nivel 2: Las acciones se representan por sus funciones estadísticas de distribución Nivel 1: Realiza simplificaciones respecto del Nivel 2 Engloba los efectos de las diferentes causas de error focalizándolas en dos factores: Resistencia de los materiales (R) Valores de las acciones (S) Sustituye la función de distribución de estos parámetros por los valores característicos Pondera estos valores por unos coeficientes parciales de seguridad que tienen en cuenta los factores aleatorios (c) 2010-11 Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 10 PK=kfsbibp=ab=afpb¢l Seguridad estructural = Probabilidad global de fallo de la estructura = ÍNDICE DE FIABILIDAD (β50) La EHE y casi todos los códigos técnicos (CTE, EC‐2, ACI…) se basan en el NIVEL 1 de diseño frecuencia de aparición Valor medio Resietencia característica del material (Rk) 5% (c) 2010-11 Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante Valor característico de la acción (Sk) 5% parámetro página 11 PK=kfsbibp=ab=afpb¢l Al combinar las probabilidades parciales de materiales y acciones, obtenemos una probabilidad de fallo global mucho más reducida: 10‐6 (0,00000001 %) para Estados Límite Últimos 10‐4 (0,000001 %) para Estados Límite de Servicio RESISTENCIAS ACCIONES PROBABILIDAD GLOBAL Sk (c) 2010-11 Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante Rk parámetro página 12 QK=_^pbp=ab=`ži`ril Acción Cualquier causa capaz de producir o modificar estados tensionales en una estructura Situación Condiciones en las que se puede encontrar una estructura a lo largo de su vida útil Combinación Conjunto o suma de acciones que se pueden dar simultáneamente en una situación determinada, ponderando su valor dependiendo de su importancia (c) 2010-11 Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 13 QK=_^pbp=ab=`ži`ril Tipos de situaciones de proyecto: [Art. 7] Persistentes Corresponden a condiciones de uso normal de la estructura Años Transitorias Se producen durante la construcción o reparación de la estructura (sin uso) Meses Accidentales Corresponden a condiciones en las que la estructura se ve sometida a condiciones excepcionales (ej: impacto, sismo) Minutos (c) 2010-11 Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 14 RK=bpq^alp=iðjfqb Definición: [Art. 8.1.1] Situaciones tales que, al ser rebasadas, hacen que la estructura no cumpla alguna de las funciones para las que ha sido proyectada Clasificación: Estados Límite Últimos Engloba aquellos que pueden provocar el fallo de la estructura. Se relacionan directamente con la seguridad que ofrece la estructura frente al colapso total o parcial Estados Límite de Servicio (o de utilización) Corresponden a la máxima capacidad de servicio de la estructura. Se relacionan con la funcionalidad, estética y durabilidad de la estructura Estado Límite de Durabilidad Corresponde al producido por las acciones físicas y químicas que pue‐ den degradar la integridad de la estructura hasta límites inaceptables (c) 2010-11 Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 15 RK=bpq^alp=iðjfqb Estados Límite Últimos (ELU): [Art. 8.1.2] Equilibrio Pérdida de estabilidad estática de la totalidad o parte de la estructura Agotamiento Fallo en la resistencia de una o varias secciones, por rotura o plastifica‐ ción, bajo determinadas solicitaciones (flexión, cortante, torsión...) Inestabilidad o pandeo Inestabilidad frente a las cargas de un elemento o de toda la estructura Adherencia Fallo de la unión entre las armaduras y el hormigón que las envuelve Fatiga Fallo por acumulación de deformaciones bajo cargas cíclicas Anclaje Fallo de un anclaje en hormigón pretensado (c) 2010-11 Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 16 RK=bpq^alp=iðjfqb Estados Límite de Servicio (ELS): [Art. 8.1.3] Deformaciones Rebasamiento de cierto valor de deformación (flecha, giro) que puede afectar a elementos no estructurales vinculados, a la apariencia de la estructura o a las acciones aplicadas sobre ella Vibraciones Producido al superar cierto umbral de frecuencia o amplitud en vibraciones, y que puede resultar molesto o dañar a la propia estructura y/o a elementos vinculados a la misma Fisuración Se alcanza cuando la abertura máxima de las fisuras producidas rebasa un valor límite que puede afectar a la durabilidad de la estructura (c) 2010-11 Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 17 RK=bpq^alp=iðjfqb En general, comprobaremos que: En ELU, la capacidad de respuesta de la estructura (Rd) debe ser superior al valor de cálculo del efecto de las acciones (Sd): Rd ≥ Sd En ELS, el valor límite admisible para el estado límite a comprobar (Cd) debe ser superior al valor de cálculo obtenido por el efecto la acción (Ed) Cd ≥ Ed (c) 2010-11 Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 18 SK=`lbcf`fbkqbp=ab=pbdrofa^a Tienen en cuenta las incertidumbres que introducen en el cálculo los factores aleatorios de proyecto Afectan a los dos parámetros de cálculo: Resistencia de los materiales (γm) Coeficiente parcial de minoración de resistencia Valor de las acciones (γf) Coeficiente parcial de mayoración de acciones Su valor debe ser tal que el riesgo de fallo estructural sea tolerable: 10‐6 (0,0001 %) en ELU y 10‐4 (0,01 %) en ELS Aplicando los CPS se obtienen los valores de cálculo (c) 2010-11 Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 19 SK=`lbcf`fbkqbp=ab=pbdrofa^a Resistencia de cálculo de los materiales: [Art. 15.3] Hormigón ESTADO LIMITE ULTIMO SERVICIO fcd fck c ; Acero f yd f yk s HORMIGÓN γc ACERO γs 1,5 1,15 1,4 / 1,35 1,10 Accidental o Sísmica 1,3 1,0 Persistente o Transitoria 1,0 1,0 SITUACIÓN DE PROYECTO Persistente o Transitoria (c) 2010-11 Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante Caso general Casos especiales página 20 SK=`lbcf`fbkqbp=ab=pbdrofa^a La determinación teórica de estos coeficientes parciales debe ser un compromiso entre: Coste de construcción y conservación Aumenta al crecer el coeficiente de seguridad Coste del daños potenciales para ese nivel de riesgo coste Disminuye al aumentar el coeficiente de seguridad Coste total Coste estructura Coste daños γ γ bajo (c) 2010-11 Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante γ óptimo γ alto página 21
