Código Técnico De la Edificación DB SE-Acciones en la Edificación

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1 Bloque común: NORMATIVA ESPECÍFICA DEL SECTOR Código Técnico de la Edificación Código Técnico De la Edificación DB SE-Acciones en la Edificación D. Gerónimo Lozano Apolo Dr. Ingeniero Aeronáutico y Arquitecto Técnico Catedrático Área de Ingeniería de la Construcción Universidad de Oviedo 10 Enero de 2009

2 ÍNDICE 0. Objeto 1. Generalidades 2. Acciones permanentes 3. Acciones variables 4. Acciones accidentales 2

3 0. OBJETO. En edificación, cualquier cálculo parte de las acciones contenidas el DB-SE AE, cuyo análisis comienza con las Generalidades sobre las mismas. Sigue con las Acciones permanentes: Peso propio, de pretensado y del terreno, y con las Acciones variables: Sobrecargas, acción de viento, térmicas y de nieve Concluye con las Acciones accidentales: De sismo, de incendio y de impacto. Y se complementa con los Anejos A, B, C, D y E. 1 GENERALIDADES 1.1 Ámbito de aplicación Determinación de las acciones para verificar los requisitos básicos de seguridad estructural y aptitud al servicio, evitando los siniestros cuyas vistas se acompaña No incluye las que actúan s/ aparatos elevadores, puentes grúa, silos o tanques. Tampoco las fuerzas de rozamiento que se consideran efectos de las acciones. Salvo indicación contraria, los valores son característicos. EI DB SE ordena las acciones Según su Naturaleza, en constantes y variables Según la Variación espacial, en fijas y libres Según Respuesta estructural, en estáticas y dinámicas Según Incidencia en el cálculo en cargas y sobrecargas Y las analiza exclusivamente en su relación con el cálculo 1.2 Clasificación de las acciones Permanentes Peso Propio Pretensado Acciones del Terreno Acciones Variables Uso Viento Nieve Térmicas Accidentales Sismo Incendio Impacto Otras 3

4 La NBE AE 88, anterior normativa de aplicación, las ordenaba de acuerdo al siguiente cuadro: Gravitatorias Concarga Peso Propio Carga Permanente Sobrecargas Uso Tabiquería Nieve Acciones Viento Térmicas Reológicas Sísmicas Del Terreno Por consiguiente el DB SE-AE: - En lugar clasificarlas en gravitatorias y otras, las ordena en permanentes, variables y accidentales, introduciendo estas últimas y las debidas al pretensado. 2. ACCIONES PERMANENTES Son constantes en posición y/o magnitud durante toda la vida de la obra Se deben al: Peso propio de los elementos constructivos como el graderío de la fotografía 1. Pretensado, evaluadas en la Instrucción EHE Terreno, se evalúan y tratan s/ el DB-SE-Cimentaciones Fotografía nº 1 4

5 2.1 PESO PROPIO. Lo constituye al peso de los elementos estructurales, cerramientos, revestimientos, rellenos, tabiques, carpinterías y equipos e instalaciones fijas como en la fotografía nº 2 En general, el valor característico de los cuatro primeros se obtiene multiplicando la dimensión nominal por el peso específico medio del Anejo C El de los componentes industriales (fotografía nº 3) se toma de su ficha de características. Las fachadas y elementos pesados descargan sobre el elemento que los soporta. En caso de continuidad con plantas inferiores se considerará, del lado de la seguridad, que la totalidad de su peso gravita sobre sí mismo. Fotografía nº 2 Fotografía nº 3 El peso de la tabiquería se simplifica considerándola como carga repartida: En general puede tomarse 1,0 kn/m2 de superficie construida Para tabiques ligeros = 0.8 kn/m2 (Sup. Tabiques/Sup. Planta) Con los pesados se incrementa en el exceso s/1 kn/m2 de tabique EJEMPLO DE APLICACION Se pide determinar el peso por m2 de la tabiquería en 1º Un piso con tabiques de ladrillo hueco de 6 cm, Solución 100 kg/m2 2º Una vivienda de 100 m2 y 40 m.l de tabiques de yeso-cartón (Pladur) Solución = 0 80 (40*2 7)/100 = kg /m2 3º Una vivienda unifamiliar tabicada con ladrillo hueco doble de 90 mm Solución = x 15 = 130 kg /m2 5

6 2.2 PRETENSADO 1 La acción del pretensado se evaluará a partir de lo establecido en la Instrucción EHE. 2.3 ACCIONES DEL TERRENO 1 Se evalúan y tratan según establece el DB-SE-Seguridad estructural. Cimientos. 3 ACCIONES VARIABLES Son las que en posición y/o magnitud varían durante la vida de la obra El DB SE AE considera: - La sobrecarga de uso o el peso que gravita por razón del uso. - Las acciones sobre barandillas, tabiques (fotografía nº 4) y elementos divisorios - La presión y la succión debida al viento - Las acciones térmicas - La carga de nieve sobre las cubiertas Fotografía nº 4. Tabique pandeado y deformado por esfuerzos horizontales Sin embargo no contempla las acciones de: - equipos pesados cuyo valor proporcionará el suministrador - bibliotecas, almacenes o industrias cuyo valor aportará la propiedad. 6

7 3.1.1 VALORES DE LAS SOBRECARGA DE USO En general se considera la carga uniforme dada en la columna 5 de la tabla siguiente: Salvo en comprobaciones locales, donde la carga concentrada P de la columna 6, que se toma: -simultánea en zonas de tráfico y aparcamiento de valor < 30kN. Figura 1a -independiente y no simultánea con las sobrecargas en el resto, aplicadas sobre el pavimento en un cuadrado de lado (figura 1b) -200 mm en zonas uso de tráfico y aparcamiento -50 mm de lado en el resto de los casos kg 2000 kg P s/ 20x20 s/ 5x5 Figura 1a: Comprobaciones en zonas de tráfico y aparcamiento. Figura 1b: Superficie de reparto de las cargas puntuales. 7

8 - La carga concentrada 20 kn se divide (figura 2a) en dos de 10 Kn separadas 1.8 m 2000 kg kg = = Kg/m2 300 Figura 2a Figura 2b Pudiendo sustituirse por una sobrecarga repartida en toda la zona de (figura 2b): kn/m2 en nervios o viguetas simplemente apoyados (5 kn/m2) kn/m2 en losas, forjados reticulares o nervios en los continuos (4.0 kn/m2) kn/m2 en vigas, ábacos, pilares o zapatas (3.0 kn/m2) En definitiva lo más cómodo es tomar los valores indicados entre paréntesis En las zonas de acceso y evacuación de las categorías A y B se incrementará el valor correspondiente a la zona en 1 kn/m2. Las de almacén o biblioteca (fotografías 5 y 6) las dará en la Memoria y las Instrucciones de uso y mantenimiento; una placa indicará la sobrecarga media y su distribución Sobre elementos portantes o terrenos que generan empujes de porches, aceras y espacios de tránsito se considerarán 1 ó 3 kn/m2 según sean privados o públicos. Se incluye el efecto alternancia, salvo en zonas críticas (vuelos o aglomeraciones). Al combinar acciones, las sobrecargas de cada tipo se consideran como diferentes. Fotografía nº 5 Fotografía nº 6 8

9 3.1.2 REDUCCIÓN DE SOBRECARGAS 1 Al dimensionar elementos horizontales (viga, nervio ) y verticales (pilar y muro) la suma de las sobrecargas de una misma categoría de uso A, B, C y D puede reducirse multiplicándola por el coeficiente de la Tabla También podrá aplicarse en elementos verticales de plantas superiores si tienen igual uso y figura en la Memoria y en las Instrucciones de uso y mantenimiento. 3.2 ACCIONES EN BALCONES, BARANDILLAS Y ELEMENTOS DIVISORIOS 1 Un balcón se calcula con la sobrecarga de la zona contigua más 2 kn/ml en borde. 2 Las barandillas y los elementos divisorios resistirán la fuerza horizontal uniforme de la tabla 3.2, aplicada a 1,2 m ó en su borde superior de ser mas bajo. Figura F 1.2 s/uso s/uso Figura 3. 9

10 3.3 VIENTO GENERALIDADES La fuerza resultante de la distribución y de la presión del viento sobre el edificio, dependen de su forma y dimensiones, de las características de la permeabilidad y de la dirección, la intensidad y el racheo del viento. En definitiva, según el DB SE-AE: no siendo aplicable a edificios de: Altitud > 2000 m Esbeltez > ACCIÓN DEL VIENTO 1 La presión estática del viento se expresa como fuerza normal a la superficie. siendo: q e = q b c e c p (3.1) q b = Presión dinámica, de valor 0,5 kn/m2, o los valores más precisos del anejo E. c e = Coeficiente de exposición, de valor 2 en edificios urbanos de hasta 8 plantas. En los demás es variable con la altura y la aspereza del entorno. Se da en c p = coef. eólico o de presión, función de la forma y orientación de la superficie y la situación del punto respecto a los bordes. Se establece en y En resumen, en edificios urbanos de hasta 8 plantas q e = c p = c p 2 Basta comprobar el edificio en dos direcciones ortogonales y en los dos sentidos. Figura 4.1 De tomar el global, se aplica con excentricidad del 5% de la dimensión máxima del edificio normal al viento y del lado más desfavorable. Figura 4.2 Figura 4.1 Figura

11 3 El viento genera además fuerzas tangenciales paralelas a la superficie, producto de la presión exterior por el coeficiente de rozamiento r, de valor (figura 5) 0,01 en caras lisas (metálica), 0,02 si es rugosa (hormigón), 0,04 si es muy rugosa (nervada). Figura 5 Se desprecia si su valor no supera el 10% de la fuerza perpendicular del viento COEFICIENTE DE EXPOSICIÓN C e 1 Valora las turbulencias debidas al relieve y a la topografía del terreno. Se toma de la tabla 3.3, con la rasante media m de la fachada a barlovento. Para m > 30 metros se obtienen de las expresiones recogidas en el Anejo D.2. 2 Junto a acantilados o escarpas de a > 40º, m se mide del arranque. El DB sólo es de aplicación para alturas de acantilado o escarpa inferiores a 50 m. 3 Respecto al grado de aspereza, el entorno se clasifica en el primero de los tipos de la tabla 3.3 al que pertenezca, para la dirección de viento analizada. 11

12 3.3.4 COEFICIENTE EÓLICO O DE PRESIÓN C P DE EDIFICIOS DE PISOS 1 En edificios arriostrados con forjados, huecos pequeños y tabiques bastan los C p globales de la tabla 3.4 con la acción del viento normal a la proyección del edificio. En otros casos, como alternativa al C p global, se podrá determinar como resultante de la existente en cada punto a partir de los coeficientes del Anejo D.3, aplicando los de rasgos más coincidentes de la forma conjunta del edificio y sus medianeros. 2 En edificios de cubierta plana, la acción del viento (succión) se puede despreciar. 3 Para análisis locales de elementos de fachada, la acción de viento se determinará como resultante de la que existe en cada punto a partir de los C p del Anejo D COEFICIENTE EÓLICO DE NAVES Y CONSTRUCCIONES DIÁFANAS 1 La acción de viento se individualizará en cada elemento de superficie exterior. Cuando en al menos dos de los lados (fachadas o cubiertas) el área de huecos sea más del 30% del total del lado considerado, se obtiene considerando la estructura como una marquesina o una pared libre. 2 Al calcular la estructura, del lado de la seguridad, puede tomarse la resultante en cada plano de fachada o cubierta del Anejo D.3, que recogen el pésimo en cada punto debido a varias direcciones de viento. En elementos como correas o paneles, se utilizarán los valores de la zona o zonas en que se ubica dicho elemento. 3 Si el edificio presenta grandes huecos, la acción de viento genera, además de presiones en el exterior, presiones en el interior que se suman a las anteriores. El C pi interior se considera único en todos los paramentos interiores. Al determinar la presión interior en edificios de una planta se toma el de la altura del punto medio del hueco, salvo que exista uno dominante, en cuyo caso el ce será el de la altura media de aquél. Si tiene varias se considera la altura media de la planta analizada. Un hueco es dominante si su área supera diez veces la suma de la de los restantes. 4 Si el área de las aberturas de una fachada es doble de las del resto se tomará: C pi = 0,75 C pe Si es el triple se tomará: C pi = 0,9 C pe Siendo C pe el coeficiente eólico de presión exterior. En casos intermedios se interpolará linealmente. 12

13 En otros casos se tomarán los valores de la tabla 3.5 Presiones ejercidas por el viento en una construcción diáfana. 3.4 ACCIONES REOLÓGICAS GENERALIDADES El edificio sufre deformaciones y cambios geométricos con las variaciones térmicas, con la climatología, la orientación y exposición, los materiales, los revestimientos, la calefacción, la ventilación y el aislamiento térmico. 2 Estas variaciones crean deformaciones en los componentes, en particular en los estructurales, que de estar impedidas generan tensiones. 3 Para reducir las acciones térmicas se proyectan etre juntas de dilatación. En las estructuras de hormigón o acero pueden despreciarse de situarlas a 40 m. En otras, el DB correspondiente da las separaciones máximas según el material. También la NBE-AE permitía despreciar las acciones térmicas con juntas a 40m. y reducirlas/aumentarlas a 30/50 si la rigidez de los pilares fuese grande/ pequeña. Por razones de seguridad y simplificación de cálculos es la solución más acertada CÁLCULO DE LA ACCIÓN TÉRMICA Se obtiene de la variación de temperatura media de los elementos considerando los efectos de la dilatación (verano) de los de contracción (invierno). Para ello se parte de la temperatura al momento de construir: La media anual de la ubicación ó 10ºC. En elementos a la intemperie, la temperatura mínima es la extrema del ambiente de la tabla E.1, según la altitud y la zona climática del mapa E.2, tomados del Anexo E. 13

14 Como temperatura máxima en verano se adoptará la extrema del ambiente incrementada en la procedente del efecto de la radiación solar, según la tabla 3.6 En el interior del edificio se toma, durante todo el año, una temperatura de 20ºC. En elementos exteriores, no expuestos a la intemperie, la media de los anteriores. 14

15 La temperatura máxima, a falta de datos más precisos, se podrá tomar igual al límite superior del intervalo reflejado en el mapa siguiente (figura 6). Figura 6. Isotermas de la temperatura anual máxima del aire (T max en ºC) 3.5 CARGA DE NIEVE La distribución e intensidad depende del clima, la precipitación, el entorno, la cubierta, el viento y el intercambio térmico en paramentos exteriores. A modo de esquema: El modelo de carga sólo cubre el depósito natural, debiendo considerarse posibles acumulaciones así como las condiciones constructivas particulares. 15

16 3.5.1 DETERMINACIÓN DEL DEPÓSITO NATURAL DE CARGA DE NIEVE - En altitudes inferiores a m, basta tomar 1,0 kn/m 2 en proyección horizontal. - En otros casos, la carga de nieve q n por m 2 puede tomarse: Siendo: q n = µ s k (3.2) µ = coeficiente de forma de la cubierta según S k = el valor característico de la carga de nieve en un terreno horizontal según Si la cubierta está protegida / expuesta, podrá reducirse / aumentarse en un 20%. - A más de 1000 m, en el borde de voladizos se incluye además, una carga lineal p n, p n = 3 µ 2 s k (3.3) - La carga en elementos que impidan el deslizamiento de la nieve puede deducirse a partir de la masa que puede deslizar, tomando un coeficiente de rozamiento nulo CARGA DE NIEVE s k SOBRE UN TERRENO HORIZONTAL En capitales de provincia y ciudades autónomas s k se puede tomar de la tabla 3.7 En altitudes superiores a 2200 m, para s k se adopta la indicada por la ordenanza municipal, si existe; o se establece a partir de los datos empíricos disponibles. En otras localidades se toma: de la zona climática de la ubicación según el mapa de la figura 7. 16

17 Figura 7. Zonas climáticas de invierno y de la altitud topográfica del lugar, de la tabla de E.2. En altitudes superiores a las máximas tabuladas se toma la dada por la ordenanza municipal si exista, o se establecerá a partir de los datos empíricos disponibles. Como peso específico de la nieve acumulada puede adoptarse 0 12, 0 20 ó 0 40 kn/m 3 según sea nieve recién caída, prensada y empapada o mezclada con granizo VALOR DEL COEFICIENTE DE FORMA µ En un faldón de pendiente a que impide el deslizamiento de la nieve, se toma µ = 1. Si no hay impedimento, se tomará de la tabla 1 en función de la inclinación. 17

18 En un faldón limitado inferiormente con una limahoya, se distinguen dos casos: a) Si el sucesivo se inclina al mismo sentido, se toma el m del de debajo. Figura 8 b) Si está en sentido contrario (figura 9) y - la semisuma de las inclinaciones, β > 30º se toma µ = 2 - en otro caso será: µ = 1 + β / 30º Figura 8 Figura 9 Se tendrá en cuenta las distribuciones asimétricas debidas al viento reduciendo a la mitad el factor de forma en las partes en que la acción sea favorable ACUMULACIÓN DE NIEVE Los faldones de µ < 1 ocasionan acumulaciones si hay limahoyas o cambios de nivel según la figura 10. Figura 10 La descarga total por unidad de longitud, p d, vale p d = (1-µ) L s k (3.4) Siendo L proyección horizontal de la recta de máxima pendiente. 18

19 - La acumulación de nieve sobre una discontinuidad (limahoya o cambio de nivel) aguas abajo del faldón se simula mediante una carga lineal, p a, de valor: p a = min (µ i, 1) p d (3.5) repartida en un ancho b < 2,0 m a ambos lados de la lima o del cambio de nivel. - Si queda descarga por repartir (p d > p a ), se tomara otra discontinuidad debajo sometida a la carga restante, y así hasta repartir la totalidad o llegar al perímetro. En todo caso la suma de las cargas no superará la descarga total del faldón. - En cada discontinuidad se sumará, en su caso, la descarga que pueda provenir de los distintos faldones que haya aguas arriba. 4 ACCIONES ACCIDENTALES 4.1 ACCIONES SÍSMICAS Reguladas en la Norma de construcción sismorresistente. 4.2 ACCIONES DEBIDAS A LA AGRESIÓN TÉRMICA Están definidas en el DB-SI Seguridad en caso de Incendio, a excepción del tránsito del servicio contra incendios que transmite 20 kn/m 2 en una superficie de 3 x 8 m a lo largo una banda de 5 m de ancho y de las zonas de maniobra. Figura 11 Figura 11 Independiente de la anterior, soportará otra de 45 kn actuando sobre una superficie de 20x20 cm con el pavimento terminado y en cualquiera de sus puntos. 4.3 ACCIONES POR IMPACTO (Tampoco se encontraban contempladas en la NBE AE 88) GENERALIDADES Dependen de la masa, de la geometría y de la velocidad del cuerpo impactante, así como de la capacidad de deformación y amortiguamiento del elemento receptor. 19

20 El DB considera solamente los impactos accidentales y excluye los premeditados. Como resumen los impactos dependen de las siguientes: El impacto se idealiza en una fuerza estática equivalente a los parámetros mencionados IMPACTO DE VEHÍCULOS El impacto en el exterior se ubicará donde y cuando lo sitúe la ordenanza municipal Y en el interior solo en zonas de circulación. Fotografía nº 7. Impacto sobre un pilar metálico El valor de cálculo del impacto de vehículos de hasta 30 kn, es 50 y 25 kn en dirección paralela y perpendicular a la vía actuando no simultáneas. Figura 12. Esquema de incidencia de cargas 20

21 Incide en el plano horizontal sobre la superficie de 25 cm por el ancho del elemento ó 25 x 150 cm si es mayor. Y a una altura de 0,6 m en los elementos verticales, o la altura del elemento si es menor que 1,8 m en los horizontales. Figura 13. Esquema de incidencias de cargas De ser carretillas elevadoras, el valor de cálculo será cinco veces su peso máximo, aplicado sobre una superficie de 0,4 x 1,5 m a la altura de 0,75 m. Figura 14. Esquema de incidencias de cargas Sus características las dará la memoria y las instrucciones de uso y mantenimiento Si en éstas se cita otro vehículo, como por ejemplo un helicóptero, el proyecto definirá el valor característico y el modelo empleado para la acción correspondiente OTRAS ACCIONES ACCIDENTALES En fábricas químicas, laboratorios o almacenes de explosivos, el proyecto fijará las acciones consideradas, con indicación de su valor característico y su modelo. 21

22 5 BIBLIOGRAFIA Código Técnico de la Edificación. DB SE Acciones en la Edificación. Texto modificado por RD 1371/2007, de 19 de octubre (BOE 23/10/2007) y corrección de errores (BOE 25/01/2008) 22