Download - s6 Accions

SESSIÓ 3

ACCIONS DIRECTES A L’EDIFICACIÓ

ACCIONS A L’EDIFICACIÓ I 1/36

ACCIONS A L’EDIFICACIÓ. ACCIONS SOBRE L’ESTRUCTURA

Les accions són un condicionant de disseny: formen part de l’equació d’equilibride l’estructura:

K: Rigidesa de l’estructuraa: Moviments de l’estructuraf: Forces aplicades a l’estructura

fKa =


f: Forces aplicades a l’estructura

• Accions a l’edificació: les accions exteriors actuen sobre els elements constructius

• Accions sobre l’estructura: en funció del tipus de solucions constructives, les accions a l’edificació esdevenen accions sobre l’estructura

NORMATIVA VIGENT

• D’obligat compliment:CTE, SE-AE, Seguridad Estructural / Acciones en la Edificación.NCSR-02, Norma de Construcción Sismoresistente. Ministeri d’Obres Públiques

• Normes complementàries:EUROCODI 1

Part 1: bases de projectePart 2: (2.1) Pesos propis i càrregues exteriors, (2.2) càrregues en foc,


Part 2: (2.1) Pesos propis i càrregues exteriors, (2.2) càrregues en foc, (2.3) càrregues de neu, (2.4) accions de vent, (2.5) accions térmiques, (2.6) accions durant l’execucióPart 3: Accions en pontsPart 4: Accions en sils i dipòsits

EHE, Annexe A, Valores de las Acciones. Ministeri d’Obres PúbliquesNTE, Normes Tecnològiques

CLASSIFICACIÓ DE LES ACCIONS

Acció Directe: És una acció (força i/o moment) aplicada sobre l’estructura

Acció Indirecte: És una acció que és conseqüència de moviments aplicats o induits sobre l’estructura.

Accions directes Accions indirectes


Accions directes Accions indirectes

• Accions de tipus gravitatòri• Acció del vent• Empentes del terreny• Acció del postessat i del pretensat

• Acció térmica• Acció reològica• Acció sísmica• Acció del postessat

CLASSIFICACIÓ DE LES ACCIONS SEGONS EL CTE

Accions permanents Accions variables Accions accidentals

• Pes pròpi• Pretensat• Accions del terreny

• Sobrecàrregues d’ús• Accions sobre baranes i

elements divisòris

• Sisme• Incendi• Impacte


• Accions del terreny elements divisòris• Vent• Accions tèrmiques• Neu

• Impacte

ACCIONS PERMANENTS

• Pes pròpi: És el pes de tots els elements estructurals i constructius d’un edifici.

Valor característic de l’acció, G: el seu valor mig obtingut a partir de les dimensions nominals i dels pesos especifics mitjos

V: volum de l’element

γ: densitat del material constituent

• Pretensat: És l’acció deguda a les forces de pretensat

• Accions del terreny: Són les derivades de l’empenta del terreny, tant les

γ×=VGi


• Accions del terreny: Són les derivades de l’empenta del terreny, tant les derivades del seu pes, com les provinents d’accions que actuen sobre aquest o les degudes als seus desplaçaments i deformacions

ACCIONS VARIABLES. SOBRECÀRREGUES D’ÚS

• Sobrecàrregues d’ús: És el pes de tot el que pot gravitar sobre un edifici per raó del seu ús.


Sobrecàrrega d’ús

ACCIONS VARIABLES. SOBRECÀRREGUES D’ÚS

• Reducció de sobrecàrregues: En zones catalogades A, B, C i D:

• Accions laterals sobre baranes i elements divisòris


ACCIONS VARIABLES. SOBRECÀRREGUES DE NEU:

µkn sQ =

sk: Valor caracteristic de càrrega de neu sobre un terreny horitzontal

µ: Coeficient de forma o inclinació


ACCIONS VARIABLES. SOBRECÀRREGUES DE VENT

• És una acció dinàmica de baixa variabilitat que genera en l’edifici oscil·lacions gairebé sempre molt diferents a la pròpia de l’estructura, en base a la qual cosa es pot considerar com a una càrrega estàtica

• La direcció és aproximadament paral·lela al terreny (±10°)

• Pot actuar en qualsevol direcció aproximadament continguda en el pla horitzontal

• La conseqüència de l’actuació del vent sobre les construccions sempre és una acció normal a la superfície que la rep, exceptuant els casos de superfícies molt rugoses


rugoses

• L’acció del vent sobre un element pot ser directe (situació a barlovent) o conseqüència d’una succió (situació a sotavent)

• En elements esvelts pot generar efectes dinàmics per semblança dels modus d’oscil·lació de l’acció i del de element.

• L’acció de vent o pressió estàtica, qe és:

pebe ccqq ××= qb: pressió dinàmica del vent, típicament 0.5 kN/m2

ce: coeficient d’exposició, en funció de l’alçada del punt i les característiques del seu entorn

cp: coeficient eòlic o de pressió


Presió dinàmica del vent, qb (kN/m2):

250,0 bb vq δ=δ densitat de l’aire, 0,00123 kN/m3

vb valor bàsic de la velocitat del vent, en m/s



Coeficient d’exposició, ce: Te en compte els efectes de les turbulències originades pel relleu i la topografia de l’entorn

• Per valors d’alçada iguals o inferiors a 30 mts:


• Per valors d’alçada inferiors a 200 mts:

on z és l’alçada del punt a considerar

( )( )( )LZzkF

kFFce

/,maxln

7

=

+=


Coeficient eolic de pressió, cp: depén de la forma i orientació de la superficie respecte al vent i de la posició del punt en relació a les vores de la superficie

• En edificis de pisos:

- -


• En altres construccions: veure annex D del Document Bàsic SE-AE del CTE

EMPENTES DEL TERRENY:

Es considera com una acció de tipus hidrostàtic mediatitzada pels paràmetres geotècnics del terreny:

• Densitat aparent, γ

• Cohesió aparent, c

• Angle de fregament intern, φ

QUADRE RESUM DE DIFERENTS LLEIS D’EMPENTA SEGONS RANKINE


QUADRE RESUM DE DIFERENTS LLEIS D’EMPENTA SEGONS RANKINE

Empenta activa

Terreny sense cohesió

Sobrecàrrega trasdos

Terreny amb cohesió

Terreny anegat

aa hKe γ=

aaa QKhKe += γ

0;2 ≥−+= aaaaa eKcQKhKe γ

( )

0

;2

≥

+−+−=

a

waaawa

e

hKcQKhKe γγγ

−=2

45tan2ϕ

aK

ea: empenta unitària a una profunditat h

Q: Càrrega repartida al trasdós

Ka: Coeficient d’empenta activa de Rankine:

γw: Densitat de l’aigua

Tipus de sòl

Densitat aparent kN/m3

Densitat saturada

kN/m3

Angle de fregament

(°)

Cohesió aparent (kN/m2)

Mòdul edomètric (kN/m2)

Coeficient de Balast (kN/m3)

Limit líquid

Índex de plasticitat

Sorra uniforme solta

16,5 19,0 30 - 30.000 25.000

<35 <35

Sorra uniforme densa

19,0 21,0 32 - 80.000 150.000

Sorra graduada solta

19,0 20,0 33 - 60.000 70.000

Sorra graduada densa

20,5 21,5 35 - 120.000 300.000

Llim tou 19,0 - 27.5 5,0 1.000 10.00020 a 60 5 a 25

Llim compacte

20,0 - 27.5 10,0 2.000 25.000


compacteArgila tova 18,0 - 17 10,0 1.000 20.000

>35 >15Argila mitja

19,5 - 20 25,0 2.500 35.000

Argila compacte

22,0 - 25 25,0 4.000 60.000

Argila orgànica

16,0 - 15 10,0 1.000 15.000

Grava 17,0 19,0 35 - 150.000 300.000

Morrena glaciar

21,5 23,0 40 10,0 70.000 -

Terraplè 17,0 20,5 30 - - 10.000

Pedraplé 18,0 21,0 40 - - 15.000

Roca 25,0 - >40 >100 100.000 500.000

ACCIONS INDIRECTES

Accions Tèrmiques: es generen desplaçaments a l’estructura, δ, deguts al canvi de temperatura dels seus elements:

l: longitud de l’element,


λδ ×∆×= tl

l: longitud de l’element,∆t: Increment de temperatura sofert per l’element,λ: Coeficient de dilatació tèrmica del material. formigó: 1.0x10-5°C-1; acer: 1.2x10-5 °C-1

Valors de ∆t en edificis:

En elements exposats a l’intempèrie: es determina en funció de:

• Temperatura màxima

• Temperatura mínima

• Possibilitat d’assolejament

En elements no directament exposats a l’intempèrie: temperatura mitja entre l’anterior i els 20°

VALORS DE ∆t EN EDIFICIS

Valors de temperatura màxima i mínima:


Increment per assolejament:

ACCIONS INDIRECTES

Accions Reològiques: es generen per la deformació dilatada en el temps dels elements estructurals conformats per a materials de comportament diferit.

• Acer: relaxació del material sotmés a càrrega (acer de pretensar)

• Formigó:Retracció Fluència, φ(t,to):

contracció del material durant el procésd’enduriment. Valors de deformació usuals:

deformació del material sotmés a càrrega alllarg del temps (relaxació): coeficients de

( ) ( ) ( )

+=

28,,

,1,

o

o

to

oocE

tt

Ettt

o

ϕσε σ


d’enduriment. Valors de deformació usuals: llarg del temps (relaxació): coeficients defluència, φ(10.000,to)

ACCIONS INDIRECTES

Assentaments, moviments d’encaix, efecte del postessat, etc: moviments imposats a l’estructura previs o durant la seva posada en càrrega.

ASSENTAMENTS ADMISSIBLES, SEGONS EL CTE

• Distorsió angular:

• Distorsió angular horitzontal:

ba

ab

l

SS

l

S

−

−=

∆=γ


ba

ab

hl

XX

l

X

−

−=

∆=γ

ACCIONS INDIRECTES. EFECTES SÍSMICS

• Es generen per moviments sobtats experimentats pel terreny

• Les components dominants del moviment acostumen a ser les horitzontals:

• Els moviments porten associades una velocitat i una acceleració representatives:

( ) yxzzyx δδδδ ,;,, <


)(tae =

)()(

tat

tav &=

∂

∂=

)()(

2

2

tat

ta&&=

∂

∂=α

ORIGEN DE L’ACCIÓ SÍSMICA

• Segona Llei de Newton: amF &&×=


Estructura model 1er modus 2on modus 3er modus n modusd’oscil.lació d’oscil.lació d’oscil.lació d’oscil.lació

MÉTODE GENERAL

• Equació d’equilibri dinàmic:

• Determinació dels modus oscil.lació pròpis:

s’ha de complir:

[ ][ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ])(tPaKaCaM =++ &&& [ ] [ ] [ ]0;

000

000

000

000

,

,

2,2

1,1

=

= C

m

m

m

m

M

nn

ii

LK

MOMMMM

LK

MLMOMM

KK

KK

[ ][ ] [ ][ ] [ ]0=+ aKaM &&


ω és el vector de freqüències pròpies

• L’equació dinàmica en sisme s’escriu:

[ ] [ ] 0det 2 =− MK ω

[ ][ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ][ ][ ])(taJMaKaCaM g&&&&& =++

MÉTODE SIMPIFICAT DE LA NCSR-02

• Determinació de les forces sísmiques estàtiques equivalents

on:

Pk és el pes de la massa mk,

Sik és el coeficient sísmic corresponent a la planta k del mode d’oscil·lació i:

kikik PSF =

ikic

ikg

aS βηα

=


ac és l’acceleració de càlcul

αi és el coeficient que es dedueix de l’espectre elàstic de resposta:

β és el coeficient de resposta i

ηik és el coeficient de distribució del mode

d’oscil·lació i corresponent a la planta k

g

Espectre elàstic de resposta NCSR-02 pel mètode simplificat

PROCEDIMENT PER A DETERMINAR L’ACCIÓ SÍSMICA SEGONS LA NCSR-02

Fase 1: Classificació de la construcció (veure article 1.2.2 NCSR-02):a) De moderada importància

b) D’importància normal

c) D’importància especial

Fase 2: Determinació de l’acceleració sísmica de càlcul, ac:

bc aSa ρ=on:ab és l’acceleració sísmica bàsica (veure annex 1 NCSR-02),ρ és el coeficient de risc (article 2.2 NCSR-02) iS és el coeficient d’amplificació del terreny (article 2.2 NCSR-02).

Fase 3: D’acord amb els valors anteriors i amb l’article 1.2.3 de la NCSR-02, decidir si es


Fase 3: D’acord amb els valors anteriors i amb l’article 1.2.3 de la NCSR-02, decidir si es considera o no l’acció sísmica. Si no es considera, el procediment s’atura en aquesta fase. En edificis convencionals cal considerar-la en els següents casos:

Fase 4: Determinació del període d’oscil·lació del oscil·lador model, en segons. Veure article 3.7.2.2 de la NCSR-02 o aplicar el criteri general:

∑

∑=

i

ii

i

ii

amg

am

T

2

2πmi massa i que gravita a l’estructura en el moment del sisme,ai: desplaçament de l’estructura en el punt associat a la massa i, aplicant

en l’estructura el pes de dita massa en la direcció de l’oscil·lació

Edificis d’importància normal Edificis d’importància especial

ab>=0.08g, en tots els casosac>=0.08g, en edificis de més de 7 plantes

ab>=0.04g

PROCEDIMENT PER A DETERMINAR L’ACCIÓ SÍSMICA SEGONS LA NCSR-02

Fase 5: Determinar el coeficient de contribució, K (veure annex 1 NCSR-02), i el període característic de l’espectre de resposta elàstica, TB:

Fase 6: Determinació del valor de l’espectre normalitzat de resposta elàstica, α(T) (article 2.3 NCSR-02) i establiment del nombre de modes d’oscil·lació a considerar:

Núm de modes d’oscil·lació a considerar:T<0.75 seg; un mode d’oscil·lació0.75<T<1.25 seg; dos modes d’oscil·lació

5.2

CKTB

×=

( ) ;5.2; =≤ TTT B α ( ) TKCTTT B => α;


0.75<T<1.25 seg; dos modes d’oscil·lacióT>1.25 seg; tres modes d’oscil·lació

Fase 7: Determinació de les forces sísmiques estàtiques equivalents

on:Pk és el pes de la massa mk,Sik és el coeficient sísmic corresponent a la planta k del mode d’oscil·lació i:

ac és l’acceleració de càlculαi és el coeficient que es dedueix de l’espectre elàstic de respostaβ és el coeficient de resposta iηik és el coeficient de distribució del mode d’oscil·lació i corresponent a la planta k

ikic

ikg

aS βηα

=

kikik PSF =

CENTRE DE TORSIONS. DISPOSICIONS CONSTRUCTIVES

Necessitat de distribuir uniformement els elements d’arriostrament en front de l’acció sísmica:


SITUACIONS DE DIMENSIONAMENT

Quadres de sol·licitacions definides en el temps i l’espai en una estructura

Situacions persistents: Són els quadres de càrrega i sol·licitacions que corresponen a les condicions d’ús normal de l’estructura.

Situacions transitòries: Són els quadres de càrrega i sol·licitacions que es produeixen durant la construcció o reparació de l’estructura o altres situacions similars de temporalitat.


Situacions extraordinàries: Són els quadres de càrrega i sol·licitacions que es produeixen de forma excepcional com els casos de foc, explosió, impacte, etc.

Situacions sísmiques: Són els quadres de càrrega i sol·licitacions que es produeixen de forma excepcional quan s’esdevé un sisme

ESTATS LIMIT

• Són aquells estats pels quals, de superar-se, es pot considerar que l’estructura no satisfà alguna de les funcions per les quals ha estat projectada

• Poden referir-se a situacions transitòries, persistents i accidentals de projecte

Estats Límit Últims (ELU): Són els que, de ser superats, constitueixen un risc per a les persones. Són irreversibles.


Estats Límit de Servei (ELS): Són els que, de ser superats, afecten al confort, al funcionament correcte de l’edifici o a la seva apariència. Poden ser reversibles o irreversibles.

ESTATS LIMIT

Estats Límit Últims (ELU) Estats Límit de Servei (ELS)

• Pèrdua d’equilibri de l’edifici o d’una part independent, entès com un sòlid rígid

• Pèrdua d’equilibri per inestabilitat• Falla per deformació excessiva• De transformació de l’estructura en

un mecanisme

• De deformació, desplaçament i desplomament que afectin al confort o al funcionament

• De vibració• De danys no estructurals• De durabilitat• D’estètica


un mecanisme• De cansament• De trencament•

• D’estètica•

VALORS DE LES ACCIONS

Valor característic d’una acció:* Es representa per Fk.* És el seu principal valor representatiu.* Per accions de tipus permanent, Fk representa el seu valor mig* Per accions variables, Fk, és un valor superior amb una determinada

probabilitat de no ser superat o un valor inferior amb una determinadaprobabilitat de no ser infrapassat

Valor de combinació:


Valor de combinació:* Es representa per ψoFk. S’aplica quan una acció variable actua aïlladament o juntament amb

una altre acció variable

Valor freqüent:* Es representa per ψ1Fk. És el valor de l’acció que és sobrepassat solsament

en períodes de curta duració respecte la vida útil de l’estructura

Valor quasipermanent:* Es representa per ψ2Fk. És el valor de l’acció que és sobrepassat durant una

gran part de la vida útil de l’estructura

COMBINACIÓ D’ACCIONS. ESTATS LÍMIT ÚLTIMS

• Situacions permanents o transitòries:

• Situacions accidentals:

• Situacions sísmiques:

∑∑>≥

+++1

,,,1,1,

1

,,

i

ikioiQkQkP

j

jkjG QQPG ψγγγγ

∑∑>≥

++++1

,,2,1,1,11,

1

,,

i

ikiiQkQkAkP

j

jkjG QQAPG ψγψγγγγ

∑∑≥≥

+++1

,,2,,

1

,,

i

ikiiQkEAkP

j

jkjG QAPG ψγγγγ

Gk,j Valor característic de les accions permanentsPk Valor característic de l’acció del pretensatQk,1 Valor característic de l’acció variable

determinantΨo,iQk,i Valor representatiu de combinació de les

accions variables simultàniesΨ1,1Qk,1Valor representatiu freqüent de l’acció variable

determinantΨ2,iQk,i Valors representatius quasipermanents de les

accions variables amb l’acció determinant o amb l’accidental

Ak Valor característic de l’acció accidental


Simplificadament (usual en edificació):• Situacions persistents o transitòries amb una sola acció variable, Qk,1:

• Situacions persistents o transitòries amb dues o més accions variables:

• Situacions sísmiques

∑∑≥≥

++1

,,

1

,, 9.0i

ikiQkP

j

jkjG QPG γγγ

∑∑≥≥

+++1

,,,

1

,, 8.0i

ikiQkEAkP

j

jkjG QAPG γγγγ

≥≥ 11 ij

1,1,

1

,, kQkP

j

jkjG QPG γγγ ++∑≥

Ak Valor característic de l’acció accidentalAE,k Valor característic de l’acció sísmica

COMBINACIÓ D’ACCIONS. ESTATS LÍMIT DE SERVEI

• Combinació poc probable:

• Combinació freqüent:

• Combinació quasipermanent:

∑∑>≥

+++1

,1,,1,1,

1

,,

i

ikoiQkQkP

j

jkjG QQPG ψγγγγ

∑∑≥≥

+++1

,,2,1,1,11,

1

,,

i

ikiiQkQkP

j

jkjG QQPG ψγψγγγ

∑∑≥≥

++1

,,2,

1

,,

i

ikiiQkP

j

jkjG QPG ψγγγ

Gk,j Valor característic de les accions permanentsPk Valor característic de l’acció del pretensatQk,1 Valor característic de l’acció variable

determinantΨo,iQk,i Valor representatiu de combinació de les

accions variables simultàniesΨ1,1Qk,1Valor representatiu freqüent de l’acció variable

determinantΨ2,iQk,i Valors representatius quasipermanents de les

accions variables amb l’acció determinant o amb l’accidental

Ak Valor característic de l’acció accidental


Simplificadament (usual en edificació):• Combinació poc probable o freqüent amb una sola acció variable, Qk,1:

• Combinació poc probable o freqüent amb dues o més accions variables, Qk,i:

• Combinació quasipermanent

∑∑≥≥

++1

,,

1

,, 9.0i

ikiQkP

j

jkjG QPG γγγ

≥≥ 11 ij

1,1,

1

,, kQkP

j

jkjG QPG γγγ ++∑≥

Ak Valor característic de l’acció accidentalAE,k Valor característic de l’acció sísmica

∑∑≥≥

++1

,,

1

,, 6.0i

ikiQkP

j

jkjG QPG γγγ

COEFICIENTS DE SEGURETAT

Estats Límit Ultims (ELU)


Estats Límit Ultims (ELU)

Estats Límit de Servei (ELS)

COEFICIENTS DE COMBINACIÓ, ψ, segons el CTE:

• Sobrecàrregues d’ús: • Sobrecàrregues de neu

• Sobrecàrregues de vent


• Accions tèrmiques

Organització d’hipotesis

• Hipòtesis simples– Pes propi– Càrregues permanents– Sobregàrregues d’us– Neu– Vent en direcció –x– Vent en direcció –y– Sisme en direcció x– ...– ...

• Hipòtesis combinades– ELU 1.35 (pp+cp)+1.5 (us)– ELU 1.35 (pp+cp)+ 1.5(us)+ 0.6·1.5·(vent x)– ELU 1.35 (pp+cp)+ 1.5(vent x)+ 0.7·1.5·(us)– ....– ELS 1.0 (pp+cp)+1.0 (us)– ELS 1.0 (pp+cp)+ 1.0(us)+ 0.6·1.0·(vent x)– ELS 1.0 (pp+cp)+ 1.0(vent x)+ 0.7·1.0·(us)– ....

ACCIONS A L’EDIFICACIÓ I 36 /35