COMPARATIVA SOBRE ACCIONES EN LA EDIFICACIÓN ENTRE LAS NORMATIVAS CTE-DB-SE-AE Y LA NBE-AE-88

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1 XI CONGRESO INTERNACIONAL DE INGENIERIA DE PROYECTOS LUGO, Septiembre, 2007 COMPARATIVA SOBRE ACCIONES EN LA EDIFICACIÓN ENTRE LAS NORMATIVAS CTE-DB-SE-AE Y LA NBE-AE-88 I. Goicoechea Castaño (p), M. Fenollera Bolibar Abstract This paper is a comparative of construction s actions normatives necessary for structural calculates in construction, between NBE-AE-88 and the new CTE: Construction thecnical s Code. Keywords: Paper format, instructions Resumen Esta comunicación es el resultado de un estudio realizado sobre los cambios que trae consigo la aplicación del nuevo Código Técnico de la Edificación. En concreto, esta comunicación muestra los resultados de la aplicación de uno de los documentos del Código Técnico, el Documento Básico DB-SE-AE Acciones en la Edificación. Además presenta una comparativa con la normativa que deroga, la antigua Normativa Básica de Edificación, sobre acciones en la edificación, NBE-AE-88, del año Palabras clave: Código Técnico Edificación, Acciones Edificación 1. Introducción El Código Técnico de Edificación, desde ahora CTE, es el Marco normativo que fija las exigencias básicas de calidad de los edificios y sus instalaciones, que permiten el cumplimiento de los requisitos básicos de la edificación establecidos en la Ley 38/1999 de 5 de noviembre, de Ordenación de la Edificación, LOE con el fin de garantizar la seguridad de las personas, el bienestar de la sociedad y la protección del medio ambiente. Es una normativa que ha entrado en vigor, tras la aprobación del Real decreto 314/2006 el día 17 de marzo del 2006, en el Consejo de Ministros, y publicado en el Boletín Oficial del Estado el 28 de marzo 2006 y tras un año desde su publicación. Con el nuevo Código se pretende superar la obsolescencia de la antigua normativa técnica de la edificación, regulada por el Real Decreto 1650/1977, de 10 de junio y armonizar la normativa española con la de la Unión Europea. En lo referente al capítulo de Acciones en la Edificación, se han analizado ambas normativas: la antigua Normativa Básica de la Edificación NBE-AE-88 aprobada en el Real Decreto 1370/1988, de 25 de julio, sobre acciones en la edificación y el actual Documento Básico DB-SE-AE del CTE, también sobre acciones en la edificación, todas ellas necesarias para el cálculo estructural en la edificación. 317

2 2. Acciones en la Edificación En cuanto a la clasificación de las Acciones en la Edificación, varía ligeramente la agrupación de la misma entre dichas normativas, aunque básicamente los conceptos son los mismos. Según el CTE, se clasifican las acciones sobre los edificios en tres grupos, según su variabilidad en el tiempo: Acciones Permanentes, Acciones Variables y Acciones Accidentales, mientras que en la NBE-AE-88 se habla de seis grupos, independientemente de su variabilidad: Acción Gravitatoria, Acción del Viento, Acción Térmica, Acción Reológica, Acción Sísmica y Acción del Terreno como una clasificación. Con estas clasificaciones se determinan la simultaneidad de acciones y las correspondientes hipótesis de cálculo. DB-SE-AE (CTE) 1.Acciones Permanentes (G) NBE-AE-88 1.Acciones Gravitatorias - Peso propio - Peso propio - Pretensado - Nieve - Acciones del terreno 2. Acción del Viento 2. Acciones variables (Q) 3. Acción Térmica - Sobrecarga de uso 4. Acción Reológica - Acciones sobre barandillas y 5. Acción sísmica elementos divisorios - Viento 6. Acciones del terreno - Acciones térmicas - Nieve 3.Acciones accidentales (A) - Sismo - Incendio - Impacto - Otras acciones accidentales Tabla 1. Clasificación de las acciones Tras un análisis de los distintos grupos de acciones se exponen aquellas que si que han variado con la nueva normativa. Dentro de las acciones permanentes se encuentran los pesos propios de los elementos estructurales, cuyo cálculo sigue realizándose de igual forma. 318

3 En cuanto a las sobrecargas de uso, es interesante analizar dos de ellas, las cargas de nieve y las de viento, que si que varían. Para ello se realiza un caso práctico de cálculo que se expone a continuación. 2.1 Caso práctico Se considera como ejercicio para el análisis, el cálculo de una nave de estructura metálica, proyectada con perfilería comercial, a dos aguas, 20 m de luz, separación de pórticos de 5m, y profundidad de la nave de 25 m. La altura de pilares se proyecta de 8m y altura a cumbrera de 9 m. Cuenta con un muro perimetral de 3 m de altura, arriostrado al pilar, s/figura 1. Figura 1. Nave estructura metálica Se encuentra ubicada en la Provincia de Pontevedra a una altitud topográfica de 100 m. Para el desarrollo de esta comparativa, se utiliza el Programa Metal 3D y Generador de Pórticos de la Empresa Cype Ingenieros. Se considera un peso de cerramiento de cubierta y laterales de 0,15 kn/m 2 sobrecarga de uso del cerramiento (uso mantenimiento) de 0,25 kn/m 2. y una 2.2 Cálculo de correas En cuanto al cálculo de las correas necesarias, tanto en la cubierta como en los laterales, se toma como hipótesis de cálculo las siguientes, independientemente de que normativa se esté analizando: - 2 vanos (correas de 10 m de longitud) - fijación rígida de la cubierta a correas 319

4 - flecha límite de correas según la normativa actual. - material a emplear S-275 y conformados en ZF. Se realiza el cálculo, en primer lugar, según la NBE y se opta como óptimas las correas conformadas ZF-160 x 2, con separación de correas en cubierta de 2,2 m y peso por m 2 de 2,11 kg/m 2. Si se realiza el cálculo según CTE, y se escoge también la correa ZF-160 x 2, se ve que la separación entre correas en este caso disminuye, por lo que se necesitan mayor número de correas y por lo tanto el peso por m 2 también aumenta, con el correspondiente aumento de coste. De ahí que se elija otro tipo de correa en el caso de la CTE, ZF 200 x 2, separación de correas de 2,30 m y pesos de 2,61 kg/m 2, cuyo resultado final se asemeja bastante a las ZF- 160 x 2 elegidas según la NBE, con el fin de contar con un peso propio de correas similar al de la NBE-AE y de esta forma no desvirtuar los resultados. Ver Tabla 2 adjunta. NBE-AE-88 ZF-160 x 2, con separación óptima de 2,2 m, y peso por m 2 de 2,11 kg/m 2 Tensión admisible=96,07%, y flecha=62,66% DB-SE-AE (CTE) a)zf-160 x 2, separación óptima de correas1,4 m, pesos por m 2 de 3,32 kg/m 2 Tensión admisible=98,43%, y flecha=52,82% b)zf-200 x 2, separación óptima de correas 2,3 m, pesos por m 2 de 2,61 kg/m 2 Tensión admisible=98,13%, y flecha=42,23% Tabla 2. Selección de correas. 2.3 Carga de Nieve Según ambas normativas, la carga de nieve es el peso de la nieve en la cubierta. Para una altitud de 100 m, está tabulado que es de 0,4 kn/m2 y como la superficie no es horizontal, sino que la cubierta está inclinada un cierto ángulo a con el plano horizontal, que no ofrece impedimento al deslizamiento de la nieve, tendrá por metro cuadrado de proyección horizontal el valor siguiente: q = p cos a (1) siendo p el valor de la sobrecarga sobre superficie horizontal. La carga de nieve en la nueva normativa viene definida por la expresión 320

5 q = u.sk (2) siendo u: coeficiente de forma de la cubierta. Para cubiertas con inclinación menor de 30º (que es el caso de las naves industriales) se puede tomar este coeficiente de forma como 1. Sk: Carga de nieve sobre plano horizontal De ahí que en nuestro caso la carga de nieve en ambas normativas, se calcula igual. Como la separación entre pórticos es de 5 m, el resultado de la carga de nieve en los pórticos tipo es de 1,952 kn/m, mientras que la de los pórticos extremos inicial y final es de 0,976 kn/m, uniformemente distribuida por toda la cubierta. En el caso del CTE, aparecen 3 hipótesis de nieve. La primera de ella, uniformemente distribuida en la cubierta y en las 2 aguas. El valor de esta carga de nieve para pórticos tipo es de 1,990 kn/m y en los extremos es de 0,995 kn/m, valor muy semejante al de la normativa NBE. Pero aparecen 2 hipótesis más de nieve. Aplicando la normativa CTE, dice que se tendrán en cuenta las posibles distribuciones asimétricas de nieve, debidas al transporte de la misma por efecto del viento, reduciendo a la mitad el factor de forma en las partes en la que la acción es más favorable, de ahí que se obtengan las siguientes hipótesis de nieve: Figura 2. Hipótesis 1 de carga de nieve En la hipótesis 1, las cargas están uniformemente repartidas e iguales en ambos lados de la cubierta. 321

6 Figura 3. Hipótesis 2 de carga de nieve En las hipótesis 2 y 3 de nieve, las cargas son uniformemente repartidas pero distintas en ambos lados de la cubierta. En el lado donde la acción del viento es más favorable, el coeficiente de forma se reduce a la mitad de ahí que el valor de la carga sea la mitad. Figura 4. Hipótesis 3 de carga de nieve En el caso de que la altitud topográfica aumente, se ve que la diferencia entre ambas normativas empieza a ser mayor, según se refleja en la tabla

7 DB-SE-AE NBE-AE-88 (CTE) Zona clima invernal 1 Altitud topográfica= 500 m 2,928 3,482 Zona clima invernal 1 Altitud topográfica= 800 m 3,904 5,970 Zona clima invernal 1 Altitud topográfica= 1000 m 4,880 8,457 Tabla 3. Variación de la carga de nieve en la zona clima invernal 1 en función de la altitud topográfica (en kn/m). Se hace un análisis más amplio, para ver los resultados en las siete zonas clasificadas según la normativa CTE, en función de la climatología invernal. Altitud NBE DB-SE-AE (CTE) Topográfica AE-88 Clima 1 Clima 2 Clima 3 Clima 4 Clima 5 Clima 6 Clima 7 0 m 1,952 1,492 1,990 0,995 0,995 0,995 0,995 0, m 2,440 2,490 2,490 0,995 0,995 1,492 0,995 0, m 2,928 2,990 2,990 1,000 1,492 1,990 0,995 0, m 3,904 4,482 4,482 1,492 2,492 2,492 1,995 0, m 4,880 5,980 5,482 2,492 3,990 3,487 3,492 0, m 5,856 8,472 7,475 3,492 5,987 4,487 5,990 0,995 Tabla 4. Variaciones de la sobrecarga de nieve (en kn/m) en función de la altitud topográfica y la zona clima invernal. Además si se tiene en cuenta otro factor para el cálculo, la exposición al viento, que aparece en la nueva normativa CTE, se distinguen tres casos: - protegida, - normal - expuesta Los valores de la tabla 3, corresponde a una situación de exposición al viento normal. En la tabla 4 se exponen los datos para la zona clima invernal 1, en función de la altitud topográfica y los tres grados de exposición al viento. 323

8 Altitud NBE DB-SE-AE (CTE). Clima Invernal 1 Topográfica AE-88 Protegida Normal Expuesta 0 m 1,952 1,194 1,492 1, m 2,440 1,992 2,490 2, m 2,928 2,392 2,990 3, m 3,904 3,586 4,482 5, m 4,880 4,784 5,980 7, m 5,856 6,778 8,472 10,167 Tabla 5. Variaciones de la sobrecarga de nieve en zona clima invernal 1 (en kn/m) en función de la altitud topográfica y exposición al viento En este caso el valor de la carga de nieve en zonas protegidas se reduce un 20%, y en zonas fuertemente expuestas se aumenta un 20%. 2.4 Carga de viento El cálculo de las cargas de viento es quizás lo que más varía. De las cuatro hipótesis de viento que se tenían con la NBE-AE-88, se pasan a 14 hipótesis de viento con la nueva normativa. LA NBE tenía en cuenta la zona eólica en España (W,X,Y,Z), si la situación era normal o expuesta y del porcentaje de huecos en la fachada. La carga de viento se calculaba con la expresión 3. siendo q = w.c (3) w: carga dinámica del viento, tabulada por altitud topográfica y grado exposición del viento. c: coeficiente eólico, que depende de la construcción y ángulo de incidencia del viento entre otros. Figura 5. Mapa Zonas eólicas s/ NBE 324

9 Esta fórmula de cálculo varía con la normativa CTE. Ahora se tienen en cuenta tres factores tal y como se define en la expresión 4 siendo q = q d x c e x c p (4) q d : carga dinámica del viento, depende de la velocidad básica del viento y España está definida en 3 zonas según esa velocidad A, B y C c e : Coeficiente de exposición, que depende básicamente de la altura del punto considerado (medida desde la rasante media de la fachada a barlovento) y del grado de aspereza del entorno, clasificándose este grado de aspereza en cinco tipos. c p : Coeficiente eólico, que para el caso de naves industriales viene tabulado, en función de si se trata de: - Paramentos verticales o - Cubiertas y dentro de estas depende de: a. Forma de la cubierta (si la cubierta es plana, a un agua, dos aguas, a cuatro aguas, dientes de sierra, cubiertas múltiples, marquesinas a un agua, marquesinas a dos aguas, cubiertas cilíndricas, cubiertas esféricas) b. Dirección del viento c. Pendiente de la cubierta d. Área de exposición e. y por zonas de exposición y de todas estas posibilidades se sacan catorce hipótesis de viento, sin contar el viento frontal en la que se pueden considerar otras dos más. 4. Conclusiones En el análisis de las correas, se puede apreciar en primer lugar, que la selección de correas varía con la aplicación de una normativa u otra, debido a que las cargas de nieve y viento varían según la CTE. Aunque en algunos casos (pocos de ellos) es menor la exigencia, se puede generalizar que las cargas de viento y nieve tienden al alza. Tras el análisis de las cargas de nieve, se aprecia con la nueva normativa, que la consideración de las cargas no solo depende de la altitud topográfica (normativa NBE), sino que se tienen en cuenta otros factores, que parecen lógicos como son, las zonas climatológicas de invierno en España y la exposición del viento. En la antigua normativa se consideraba igual dos poblaciones de igual altitud topográfica, aunque una estuviera en el Norte de España y otra en el Sur de España, por ejemplo. La zona más severa en cuanto cargas de nieve se puede considerar la zona clima invernal

10 En cuanto al viento, las cargas de viento son más exigentes en la nueva normativa. En las siguientes figuras se aprecia lo solicitada que se encuentra la estructura por viento, frente a la figura 7, donde actúa el viento según la NBE-AE-88 Figura 6. Estructura con cargas según CTE Figura 7. Estructura con cargas según NBE-AE-88 En resumen, la máxima carga de viento según NBE se aprecia en la figura 8, carga lateral con viento a izquierda de 2,387 kn/m y carga de succión en cubierta izquierda de 2,722 kn/m. Mientras que según CTE, se habla de zonas con una carga lateral de 3,60 kn/m y en cubierta de succión de 5,94 kn/m. 326

11 Figura 8. Hipótesis más desfavorable, hipótesis B viento a izquierda, según NBE-AE-88 Figura 9. Hipótesis más desfavorable, 270º PRESIÓN EN LAS ZONAS A,F, G, según CTE 327

12 Con todo ello, si se realiza el cálculo estructural con ambas normativas, se obtiene unos perfiles metálicos un valor comercial mayor en las obras calculadas con el CTE que en las calculadas con la normativa NBE. En este caso se obtienen pilares HEB-200 (NBE) y 220 (CTE) según las normativas y en la cubierta IPE-300 (NBE) y 400 (CTE), sin tener en cuenta las cartelas, que siempre reducen el exceso de tensión en los perfiles de cubierta. No sean proyectado en este ejemplo cartelas, con el fin de no desvirtuar los resultados, aunque con cartelas se obtiene menor sección del perfil y por lo tanto mejor coste. Referencias Ministerio de Vivienda. España. Normativa Código Técnico Edificación (2006). DB-SE-AE, Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja REAL DECRETO 1370/1988, de 25 de julio, por el que se aprueba la Norma Básica de la Edificación "NBE-AE/88. Acciones en la edificación" Software de la Empresa Cype Ingenieros Correspondencia (Para más información contacte con): Universidad de Vigo. Departamento Diseño en la Ingeniería. Área de Proyectos en la Ingeniería. Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales y de Minas. Campus Universitario Lagoas- Marcosende Vigo. Phone: ext / Fax: igoicoechea@uvigo.es 328