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Captulo 2: Estados lmites 2

CAPTULO 2.- ESTADOS LMITES

2.1.- INTRODUCCINLas estructuras surgen para dar respuesta satisfactoria a demandas muy variadas

del ser humano (viviendas, comunicaciones, oficinas, religiosas, etc). Las mismas pueden

de tipologas y tamaos muy distintos. Tan estructura es alguno de los edificios ms altos

del mundo (por ejemplo, las Torre Petrona) como una silla, mostradas en la figura 2.1.

Figura 2.1.-Ejemplos de estructuras Figura 2.2.- Planos de requerimientos

Esas demandas, que establece el ser humano, se pueden agrupar en diferentes

niveles, tales como: seguridad, funcionalidad, economa, esttica, medidas

medioambientales, aspectos sociales, sensibilidad por el patrimonio, etc. En cada uno de

estos niveles (representados por planos en la figura), hay que definir de forma explicita o

implcita unos valores de los requisitos (Ri) que se agrupen en cada plano, tal comopuede verse en la figura 2.2. Por ejemplo, en el plano econmico, uno de los requisitos

podra ser que la inversin inicial fuese menor que una cantidad establecida o bien que

los costes de mantenimiento sean menores que otra cantidad prefijada.

Estos requerimientos afectan a cada una de las etapas en las que se puede

desglosar cualquier producto y/o servicio. Estas son:

Planificacin

Materializacin, que incluye al proyecto, la ejecucin y los materiales y suministrosque se requieran

Salidas$

Q

S

C

Entradas

Etapa i


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Uso y mantenimiento

Reintegracin al entorno

Todas ellas forman parte de un ciclo de vida, tal como puede apreciarse en la

figura 2.3. Ese ciclo para el sector de la construccin se ha visualizado en dos etapas que

lo enmarcan: construccin y deconstruccin. Como puede apreciarse en la figura 2.3, en

la planificacin se debe tener presente las dos fases, para conseguir con ello una

sostenibilidad del sistema.

Figura 2.3.- Ciclo de vida de una construccin

Por otro lado, para cada estructura, en la etapa de planificacin habra que definir,

la vida til de la misma (t vida til) ya que repercute de forma significativa en las etapas

posteriores. Ahora bien, mientras como ciudadanos tenemos asumido el reciclaje de

vidrio y otros materiales, cuesta ms la visualizacin en el caso de las estructuras de

hormign fruto de la importante diferencia del valor de la vida til de unos y otros.

Hay que resaltar, que los requisitos pedidos en cada uno de los planos pueden ser

variables con el tiempo, si bien hay que garantizar que los valores requeridos de estos

requisitos para cada edad se cumplen.

Las distintas asignaturas del entorno del hormign estructural intentan abordar

esta temtica en los diferentes planos y a lo largo de la vida til de la estructura. En lo

que sigue en este capitulo se abordan los planos de la seguridad y de la funcionalidad.

MATERIALIZACINProyectoEjecucinMateriales

UTILIZACINMantenimiento

Gestin

REINTEGRACINDemolicin

Reutilizacin

tvida ti l

CONCEPCI NPlanificacin

CONSTRUCCIN

DESCONSTRUCCIN


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Un estado lmitees una situacin que de ser superada provoca que la estructura

no cumpla algunas de las condiciones para las que ha sido proyectada y,

consecuentemente, la estructura quedara fuera de servicio antes del tiempo de vida til

establecido para la misma. En consecuencia, en el clculo, se trata de reducir las

probabilidades de alcanzar diferentes estados lmites a unos valores suficientemente

bajos.

Desde el punto de vista de clculo estructural, estas situaciones las podramos

agrupar en dos grandes grupos:

Estados lmites ltimos, que corresponden a una puesta fuera de servicio de la

estructura por colapso o rotura de la misma o parte de ella

Estados lmites de servicio, relativos a una puesta fuera de servicio de la

estructura por razones funcionales de durabilidad o estticas.

Por otro lado debe comprobarse que la estructura no supere ninguno de los

estados lmites en cualquiera de las situaciones que puedan presentarse en la estructura.

Segn el artculo 7 de la EHE estas situaciones de proyecto son:

Situaciones persistentes, que corresponden a las condiciones de uso normal de la

estructura.

Situaciones transitorias, como son las que se producen durante la construccin o

reparacin de la estructura

Situaciones accidentales, que corresponden a condiciones excepcionales

aplicables a la estructura

Hay que insistir en una llamada de atencin de la verificacin en fase de

construccin, con el fin de reducir el riesgo de accidentes laborales, por desgracia, tan

frecuentes en el ramo. Por extrapolacin, esta misma consideracin debe hacerse a las

situaciones correspondientes a obras de rehabilitacin de estructuras en servicio.

Los temas asociados a la durabilidad, dada la dificultad de articularlo a travs de

estados lmites, se trabaja en los textos tcnicos y reglamentos a travs de medidas

directas o indirectas.


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3.- ESTADOS LMITES LTIMOS

La denominacin de Estado Lmite ltimos engloba todos aquellos que producen

una puesta fuera de servicio de la estructura, por colapso o rotura de la misma o de una

parte de ella. Algunos ejemplos pueden verse en la figura 2.5.

Figura 2.5.- Ejemplo de roturas de diferentes estructuras

Como estados lmites ltimos deben considerarse los debidos a:

Fallo por deformaciones plsticas excesivas, rotura o prdida de estabilidad de la

estructura o parte de ella

Prdida del equilibrio de la estructura o parte de ella, considerada como un s{olido

rgido

Fallo por acumulacin de deformaciones o fisuracin progresiva bajo cargas

repetidas

En la EHE se incluyen los siguientes estados lmites ltimos:

Estado lmite de Equilibrio. Se estudia a nivel de estructura o elemento estructural

Estado lmite de Agotamiento (se estudia a nivel seccin):

Por solicitaciones normales

Por cortante Por torsin


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Por punzonamiento

Por rasante

Estado lmite de Inestabilidad. Se estudia a nivel de estructura o elemento

estructural

Estado lmite de Fatiga. Se estudia a nivel seccin

En la citada Instruccin no se consideran, de forma explicita, otros estados lmites

ltimos que si se desarrollan en este temario. Estos son:

Estado lmite de adherencia: rotura de la adherencia entre armadura y hormign.

Se estudia a nivel seccin.

Estado lmite de anclaje: por fallo de un anclaje. Se estudia localmente en las

zonas de anclaje.

La razn de ser de su no explicitacin en la EHE puede responder a que,

prcticamente, en todas las estructuras de hormign se cumplen. Ahora bien, se entiende

que metodolgicamente, no conviene olvidar para evitar roturas significativas que se han

producido en lo ltimos aos por estas consideraciones.

4.- ESTADOS LMITES DE SERVICIO

Estados lmites de servicio, segn EHE, son todas aquellas situaciones de la

estructura para las que no se cumplen los requisitos de funcionalidad, de comodidad, de

durabilidad o de aspecto requeridos. Los estados l{imites de servicio que se incluyen en

la misma, son:

Estado lmite de Deformacin. Es el producido por deformaciones que pueden

afectar a las acciones aplicadas o a la apariencia o al uso de la estructura o

causar daos de elementos no estructurales

Estado lmite de Vibraciones. Es el producido por vibraciones que pueden ser

desagradables o causar inquietud a los usuarios, o provocar daos en la

estructura o equipos. Ejemplo reciente la pasarela del Milenium en Londres

Estado lmite de Fisuracin (o de fisuracin controlada). Se produce cuando la

fisuracin del hormign por traccin puede afectar la durabilidad, la

impermeabilidad o el aspecto de la estructura. La microfisuracin del hormign por

compresin excesiva puede afectar, tambin, a la durabilidad.


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Aunque de forma explcita no se incluyen en la citada normativa, parece

conveniente reflejar otros estados l{imites asociados a la fisuracin, en elementos de

hormign pretensado, como ayuda de diseo. Estos estados l{imites son:

Estado lmite de descompresin, que se caracteriza por requerir que no existan

tracciones en parte alguna de la seccin de hormign, esto es, que la tensin

mnima de compresin en cualquier fibra de la seccin de hormign sea nula

Estado lmite de aparicin de fisuras, caracterizado por requerir que no aparezca

fisuracin en el hormign, esto es, que la tensin mxima de traccin del

hormign sea menor o igual a la resistencia a traccin del hormign.

5.- DIMENSIONAMIENTO Y COMPROBACIN PARA LOS ESTADOS LMITES

Al proyectar una estructura, se ha de dimensionar (esto es, definir tanto sus

dimensiones concretas como, por extensin, los restantes parmetros o variables que la

configuran) de forma que no se sobrepasen en ella los distintos estados lmites, para las

acciones que van a actuar sobre la misma. Este proceso puede ser, en cierta medida,

iterativo, ya que en base al estado actual de conocimiento, se estudia cada estado l{imite

por separado, aunque slo algunos son los determinantes en el proyecto.

Por otra parte, una vez definida la estructura (esto es, totalmente dimensionada)

pero antes de concluir su proyecto, hay que comprobarque en ella no se rebasan, para

sus acciones, los estados lmites. Si ello no sucede la estructura ha de ser

redimensionada, total o parcialmente (esto ltimo es lo que normalmente debe ocurrir,

afectando a algunos de los parmetros involucrados en aquellos estados lmites

sobrepasados).

El proceso de comprobacin a seguir, segn la EHE (y, en general, los

reglamentos basados en los estados lmites) es, para cada estado lmite, el siguiente:

- Clculo del efecto Sd, correspondiente al estado lmite en estudio, producido por

las acciones de la estructura, a partir de unos ciertos valores (caractersticos) de

dichas acciones que se ponderan (mayorndolos, en general). Se estudia con

posterioridad.

- Clculo de la capacidad resistente de la estructura Rd, ligada a dicho estado lmite,

esto es, justamente en la situacin en que se produce dicho estado lmite, a partir

de unos ciertos valores (caractersticos), convenientemente minorado, de las

resistencias de los materiales estructurales. Se estudia con posterioridad.


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