Documento Básico SE-A ACCIÓN 4 Curso 6. DB SE SE + AE y A.

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1 Documento Básico SE-A ACCIÓN 4 Curso 6. DB SE SE + AE y A.
PLAN DE FORMACIÓN DEL CÓDIGO TÉCNICO DE LA EDIFICACIÓN ACCIÓN 4 CSCAE Curso 6. DB SE SE + AE y A. Documento Básico SE-A Seguridad Estructural: Acero Aplicación Práctica. Ponente: Antonio González Sánchez Doctor Arquitecto Profesor T.U. en el Área de MMCT de Estructuras Universidad de Alicante

2 2. DB SE A: Acero. Aplicación Práctica.
2.1. Definición Geométrica de una Estructura de Edificación. Se va a analizar las cargas sobre una estructura de edificación con las siguientes características: DATOS: Edificación abierta, situada en el entorno urbano de la ciudad de Albacete. Estructura de soportes y vigas de acero estructural S275, forjados de Hormigón Pretensado (H.P.) semiviguetas; y HA 25 para la cimentación y capa compresión forjados. Consta de 4 plantas sobre rasante sin sótano. Forjado unidireccional con vigas de acero, y cimentación sobre zapatas aisladas arriostradas. Canto del forjado 27 cms (22+5 cms). ((L=500)/20 = 25; se ha redondeado a 27 cms.) Peso propio del forjado 3,35 KN/m2. (335 Kp/m2). DATOS SISMICOS: Aceleración básica: ab=0,04.g (Albacete). No se considera la acción sísmica.

3 Planta estructura tipo

4 Axonométrica

5 Acciones consideradas:
PLANTA BAJA (La planta baja va directamente sobre solera apoyada en terreno) Tipo de Carga Nomenclatura Valor Uniformemente Repartido Valor Concentrado Peso Propio solera (30 cms espesor) G0 7,5 KN/m2 - Peso Propio Solado. (Terrazo o similar) G2 1 KN/m2 Peso Propio Tabiquería (Tabicón del 9) 0,8 KN/m2 Sobrecarga de uso Q2 3 KN/m2 2 KN

6 Valor Uniformemente Repartido Valor Concentrado Peso Propio Forjado
PLANTA TIPO (De la 1 a la 3) Tipo de Carga Nomenclatura Valor Uniformemente Repartido Valor Concentrado Peso Propio Forjado (22+5=27 cms) G1 3,35 KN/m2 - Peso Propio Solado. (Terrazo o similar) G2 1 KN/m2 Peso Propio Tabiquería (Tabicón del 9) Sobrecarga de uso Q3 2 KN/m2 2 KN PLANTA CUBIERTA (y cubierta castillete) Tipo de Carga Nomenclatura Valor Uniformemente Repartido Valor Concentrado Peso Propio Forjado (22+5=27 cms) G1 3,35 KN/m2 - Peso Propio Cubierta Cubierta inclinada teja sobre tabiquillos conejeros (palomeros) G3 2,8 KN/m2 Nieve (Albacete). Se considera concomitante con la sobrecarga de uso Q4 0,6 KN/m2 Sobrecarga de uso Sólo mantenimiento Q5 1 KN/m2 2 KN

7 Valor Uniformemente Repartido Valor Uniformemente Repartido
ESCALERAS Tipo de Carga Nomenclatura Valor Uniformemente Repartido Valor Concentrado Peso Propio Losa (20 cms espesor) G4 5 KN/m2 - Peso Propio Solado (Terrazo o similar) G5 1 KN/m2 Peso Propio Peldañeado Sobrecarga de uso Q6 3 KN/m2 2 KN LOSA ASCENSOR Tipo de Carga Nomenclatura Valor Uniformemente Repartido Valor Concentrado Peso Propio Losa (30 cms espesor) G6 7,5 KN/m2 - Peso Propio Solado Peso Propio maquinaria ascensor G7 45 KN/m2 Sobrecarga de uso

8 PESOS PROPIOS CERRAMIENTOS (Se consideran h=2,70 m) Tipo de Carga
Nomenclatura Valor Uniformemente Repartido Cerramientos caja de escalera y ascensor. Ladrillo perforado 1 hasta, 24 cms, más recubrimientos. (3,7+0,2x2)x2,7 G8 11 KN/m Cerramientos exteriores. Tabicón del 9, más citara 11,5 cms, más revestimientos más aislante. (1,1+1,5+0,2x2+0,1)x2,7 G9 8,40 KN/m Cerramientos medianeras y particiones interiores entre distintas propiedades. Tabicón del 9, dos hojas, más revestimientos más aislante. (1,1x2+0,2x2+0,1)x2,7 G10 7,30 KN/m Antepechos en balcones y cubiertas. 1 citara más revestimientos (1,5+0,2x2)x1,5 G11 2,85 KN/m Antepechos QH8 0,80 KN/m QV9 2 KN/m

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10 No se han considerado las acciones reológicas por retracción y fluencia del HA, ya que se han hecho las juntas de hormigonado pertinentes. Tampoco se ha considerado las acciones térmicas por no tener ninguna dimensión mayor de 40 m. Caso de sobrepasar este valor de 40 metros, es recomendable disponer de JDE, para no considerar esta hipótesis. Como sobrecarga de viento se han considerado los siguientes valores según CTE DB SE AE: Esbeltez del edificio en la dirección “Y” del viento: Situación zona urbana Grado Aspereza IV Barlovento (presión) toda la altura del edifico: Sotavento (succión) toda la altura del edifico:

11 Pórtico Y2, definición geométrica:
Geometría pórtico Y2

12 Pórtico Y2, Hipótesis 1, Verticales permanentes:
Cargas Momentos Flectores Cortantes Normales

13 Pórtico Y2, Hipótesis 2, Verticales variables:
Cargas Momentos Flectores Normales Cortantes

14 Pórtico Y2, Hipótesis 3, Viento +Y:
Cargas Momentos Flectores Cortantes Normales

15 Pórtico Y2, Hipótesis 4, Viento -Y:
Todo Ídem a Hipótesis 3, con signo contrario Pórtico Y2, Hipótesis 5, Imperfecciones iniciales Cada planta tiene una carga vertical total mayorada del orden de 1000KN.

16 Pórtico Y2, Hipótesis 5, Imperfecciones iniciales
Cargas Momentos Flectores Cortantes Normales

17 El pórtico es intraslacional según el valor del coeficiente “r”:
Para la obtención de las solicitaciones se va a emplear un calculo elástico de primer orden. Se considera en principio la geometría inicial y el pórtico intraslacional; para que sea intraslacional se han de cumplir alguna de las dos siguientes condiciones. Existen arriostramientos (cruces de San Andrés, etc). Que en el pórtico estudiado no existen. El pórtico es intraslacional según el valor del coeficiente “r”: Siendo: HEd valor de cálculo de las cargas horizontales totales (incluyendo las debidas a imperfecciones) en la planta considerada y en todas las superiores. Coincide con el cortante total en los pilares de la planta; VEd valor de cálculo de las cargas verticales totales en la planta considerada y en todas las superiores.Coincide con el axil total en los pilares de la planta; h altura de la planta; δH,d desplazamiento horizontal relativo de la planta (del forjado de techo al de suelo).

18 H1 Permanentes verticales -5,7 -4 -2,2 -0,7 H2 Variables verticales
Del estudio elástico del pórtico se han obtenidos los siguientes desplazamientos horizontales en las distintas plantas: Hipótesis dx4 (mm) dx3 (mm) dx2 (mm) dx1 (mm) H1 Permanentes verticales -5,7 -4 -2,2 -0,7 H2 Variables verticales -2,6 -1,8 -1 -0,3 H3 y H4 Viento + - + - 9,6 + - 8,4 + - 6 + - 2,6 H5 Imperfecciones + - + - 1,9 + - 1,6 + - 1,1 + - 0,5 Total -19,8 -15,8 -10,3 -4,1 Desplome horizontal máximo: Admisible

19 Determinación de los coeficientes “r”:
Intraslacional. Intraslacional. Intraslacional. Si “r” hubiera sido superior a 0,1 e inferior a 0,33, sería traslacional, y se debería multiplicar todas las fuerzas horizontales por el factor, 1/(1-r), que en el peor de los casos valdría:

20 De pórtico Y2, se van a estudiar la viga que va del soporte P8 al P14 en el forjado segundo F2, y el pilar P2, de la planta bajan a través de las secciones AB para el pilar y CDE para la viga.

21 Permanentes verticales Imperfecciones geométricas iniciales
Las solicitaciones en la viga que va del pilar P8 al pilar P14, del forjado F2, y el soporte P2 de planta baja que va de la cimentación al F1, para las distintas hipótesis consideradas son: Nudo Solicitación H1 Permanentes verticales H2 Variables verticales H3 y H4 Viento + - Y H5 Imperfecciones geométricas iniciales P I L A R N (KN) -757 -204 + - 17,76 + - 3,66 V (KN) -3,58 -0,16 + - 12,7 + - 2,29 M (KN) -7,96 -2,28 + - 29,22 + - 5,35 B -754 -0,45 +2,79 +1,8 - + 8,88 - + 1,53 V G C -1,64 -0,25 - 8,03 - + 1,27 +80,45 +29 - + 5,55 - + 1,1 -72,38 -26,43 + - 13,84 + - 2,75 D - + 8,03 - + 5,54 +32,05 +11,7 E -74,16 -25,98 -56,64 -18,85 - + 13,84 - + 2,75

22 Los valores estáticos de ambas secciones son son:
Todas las vigas se han predimensionado con perfiles doble “T”, IPE 300, y los pilares con perfiles también doble “T” HEB 260 en la planta baja. Ambos perfiles son clase 1. Los valores estáticos de ambas secciones son son:

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24 Capacidad portante; para dimensional a flexión la viga en ELU, las combinaciones serian:
Situación persistente o transitoria. La sección más solicitada en la viga es la “C”, apoyo izquierdo. Las imperfecciones se van a considerar como una acción permanente, no considerándolas en caso de que su acción sea beneficiosa. Comprobación del cortante: Como el cortante de cálculo supera al 50% del cortante plástico, hay que considerar el cortante.

25 El IPE 300, es admisible a cortante y flexión.
El Momento plástico de la sección IPE 300, es: Es decir, que el cortante apenas influye.

26 Comprobación del dintel IPE 300, a pandeo lateral:
Se supone en principio el arriostramiento para L=5m (sólo en apoyos, peor caso posible), y que toda la viga esta exenta. A) El Momento crítico elástico es: La componente MLTv (torsión uniforme, o de Saint Venant), del momento crítico es: La otra componente (torsión no uniforme), del momento crítico es:

27 La esbeltez relativa frente a pandeo lateral de la viga será:
El coeficiente ØLT; tiene el siguiente valor, suponiendo un coeficiente de imperfección αLT de 0,21:

28 Con todos estos valores se puede ya obtener el factor de reducción “chi” para pandeo lateral de la viga: Finalmente el valor de cálculo de la resistencia a pandeo lateral de la viga, Mb,Rd es: Como Med> Mb,Rd, no se cumple y hay pandeo lateral de la viga del cordón comprimido, en el apoyo. Se tendrían varias soluciones: Aumentar la sección de la viga, no parece muy efectivo. Soldar chapas o perfiles a las vigas para aumentar su inercia en el eje débil. Disponer de una viga de arriostramiento (IPE 200) en la mitad de la luz de la viga principal, así Lc=2500mm, repetir los cálculo y probablemente ahora Med< Mb,Rd. Disponer el forjado con conectores al ala superior del IPE 300, y así Lc=700 mm, cumple seguro. (700 mm es el intereje de las viguetas del forjado). Embeber la viga IPE 300 en el forjado y al igual que en el caso anterior Lc=700 mm. Por otro lado la viga metálica descolgaría menos. (Mejor solución).

29 Aptitud al servicio: Desplome total (acciones de corta duración que pueden resultar irreversibles): Los desplomes producidos por las cargas verticales, son pequeños, el desplome producido por la acción del viento (H3 y H4) se sumaria al desplome de las cargas verticales y el de las imperfecciones, el desplome total del pórtico Y2 sería:. Cumple perfectamente con el L/500, para el desplome total.

30 Aptitud al servicio: Flecha instantánea efectos de corta duración reversibles:

31 El IPE 300, es admisible a deformaciones por flechas.

32 Se va a dimensionar ahora el soporte P2 de planta baja que va de la cimentación al F1.
Capacidad portante; para dimensional a flexo-compresión el soporte en ELU, las combinaciones serian: Situación persistente o transitoria. Comprobación del cortante: No se considera el cortante.

33 Las resistencias de cálculo del perfil HEB 260 son:
Axil Plástico: Mpl,Rd = Wpl . fyd Momento Plástico: Se va a considerar del lado de la seguridad y de la sencillez: Ya que el pórtico es intraslacional, y se han considerado imperfecciones geométricas iniciales en el pórtico. La esbeltez reducida es: Mirando en la tabla 6.2 y 6.3; para pandeo en “y” se tiene la curva “b”; lo que da unos valores de “chi” de aproximadamente:

34 La esbeltez reducida en el otro plano es:
Mirando en la tabla 6.2 y 6.3; para pandeo en “z”; se tiene la curva “c”, lo que da unos valores de “chi” de aproximadamente: Si se quiere hacer exacto, se actúa como sigue:

35 Se han elegido respectivamente, como coeficientes de imperfección, 0,34 y 0,49, según tablas 6.2 y 6.3. Los valores obtenidos para las “chi”; son similares, tanto en las tablas como por las fórmulas. Obsérvese que la “chi”; es aproximadamente: De la antigua Norma NBE EA 95 (MV 103). Elementos comprimidos y flectados Para toda pieza:

36 Además, sólo en piezas susceptibles de pandeo por torsión: (Secciones abiertas)
Se va a proceder a la obtención de los coeficientes que faltan para utilizar estas dos ecuaciones. Se empieza por el coeficiente de momento equivalente; cm,y Se continua con el coeficiente de interacción, para sección de clase 1 y abierta; ky: Para la obtención del coeficiente de pandeo lateral, se actúa de forma semejante al pandeo lateral en vigas:

37 El momento critico de pandeo lateral del perfil HEB 260, es:
La esbeltez relativa frente a pandeo lateral del pilar será:

38 Elementos comprimidos y flectados
Para toda pieza: Admisible Coeficiente de interacción KyLT: Además, sólo en piezas susceptibles de pandeo por torsión: Admisible El perfil HEB 260, cumple perfectamente con todas las condiciones exigidas de resistencia, por lo que se da por bueno, como soporte de planta baja.

39 Comprobación del CTE DB SI, para la estructura metálica:
Según Tabla 3.1, del DB SI, sección SI 6, resistencia al fuego de la estructura, al ser una edificación residencial, y tener la altura de evacuación menor a 15 m, se necesita una resistencia al fuego R 60. Basándose en las tablas del Anejo D, para estructuras de elementos metálicos, se tiene que obtener los siguientes parámetros: Comprobación de la viga metálica IPE 300. Factor de forma: Coeficiente de sobredimensionado: siendo: Ed efecto de las acciones de cálculo en situación persistente (temperatura normal); ηfi factor de reducción. Rfi,d,0 resistencia del elemento estructural en situación de incendio en el instante inicial t=0, a temperatura normal.

40 Particularizando para los valores de cargas verticales por unidad de superficie, se tiene:
Suponiendo que cajeamos las vigas con unas placas de cartón yeso de 20 mm de espesor, el cartón yeso tiene una conductividad de 0,18 W/mK. El coeficiente de protección será: Mirando en la tabla D.1, con los siguientes datos, coeficiente de sobredimensionado, factor de forma y coeficiente de protección, se tiene: La tabla da una resistencia de R 60, que es admisible.

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42 Comprobación del soporte metálico HEB 260.
D Soportes de estructuras arriostradas 1 En soportes de acero revestidos mediante elementos de fábrica en todo el contorno expuesto al fuego, se puede considerar del lado de la seguridad que la resistencia al fuego del soporte es, al menos igual a la resistencia al fuego correspondiente al elemento de fábrica. Según en Anejo F, del DB SI, tabla F.1, se tiene que un ladrillo hueco doble, de 40 mm de espesor, y con 15 mm al menos de guarnecido de yeso en las caras expuestas al incendio, tiene una resistencia de EI 60, con lo cual se puede dar por buena esta solución en principio.

43 Gracias por la atención prestada.
PLAN DE FORMACIÓN DEL CÓDIGO TÉCNICO DE LA EDIFICACIÓN ACCIÓN 4 CSCAE Curso 6. DB SE SE + AE y A. Gracias por la atención prestada.