TÍTULO I. Bases del proyecto |
CAPÍTULO II
Principios generales y Método de los Estados Límite
Artículo 5º Requisitos esenciales
Una estructura debe ser proyectada y construida para que, con una seguridad aceptable, sea capaz de soportar todas las acciones que la puedan solicitar durante la construcción y el período de vida útil previsto en el proyecto, así como la agresividad del ambiente.
Una estructura debe, también, ser concebida de manera que las consecuencias de acciones excepcionales tales como explosiones o impactos, así como de errores, no produzcan daños desproporcionados en relación a la causa que los ha originado.
En síntesis, durante su vida útil, los requisitos esenciales a los que, al menos, debe dar respuesta, una estructura son: resistencia mecánica y estabilidad, seguridad en caso de incendio, higiene, salud y medio ambiente, y seguridad de uso.
Los anteriores requisitos se satisfarán mediante un proyecto correcto que incluya una adecuada selección de la solución estructural y de los materiales de construcción, una ejecución cuidadosa conforme al proyecto, un control adecuado del proyecto, de la ejecución y de la explotación así como un uso y mantenimiento apropiados.
Artículo 6º Criterios de seguridad
6.1 Principios
La seguridad de una estructura frente a un riesgo puede ser expresada en términos de la probabilidad global de fallo, que está ligada a un determinado índice de fiabilidad.
En la presente Instrucción se asegura la fiabilidad requerida adoptando el Método de los Estados Límite (Artículo 8º). Este método permite tener en cuenta de manera sencilla el carácter aleatorio de las variables de solicitación, de resistencia y dimensionales que intervienen en el cálculo. El valor de cálculo de una variable se obtiene a partir de su principal valor representativo, ponderándolo mediante su correspondiente coeficiente parcial de seguridad.
Los coeficientes parciales de seguridad no tienen en cuenta la influencia de posibles errores humanos groseros. Estos fallos deben ser evitados mediante mecanismos adecuados de control de calidad que deberán abarcar todas las actividades relacionadas con el proyecto, la ejecución, el uso y el mantenimiento de una estructura.
6.2 Comprobación estructural mediante procedimientos de cálculo
La comprobación estructural mediante cálculo representa una de las posibles medidas para garantizar la seguridad de una estructura y es el sistema que se propone en esta Instrucción.
6.3 Comprobación estructural mediante ensayos
En casos donde las reglas de la presente Instrucción no sean suficientes o donde los resultados de ensayos pueden llevar a una economía significativa de una estructura, existe también la posibilidad de abordar el dimensionamiento estructural mediante ensayos.
Este procedimiento no está desarrollado explícitamente en esta Instrucción y por lo tanto deberá consultarse en la bibliografía especializada.
Artículo 7º Situaciones de proyecto
Las situaciones de proyecto a considerar son las que se indican a continuación:
- Situaciones persistentes, que corresponden a las condiciones de uso normal de la estructura.
- Situaciones transitorias, como son las que se producen durante la construcción o reparación de la estructura.
- Situaciones accidentales, que corresponden a condiciones excepcionales aplicables a la estructura.
Artículo 8º Bases de cálculo
8.1 El método de los Estados Límite
8.1.1 Estados Límite
Se definen como Estados Límite aquellas situaciones para las que, de ser superadas, puede considerarse que la estructura no cumple alguna de las funciones para las que ha sido proyectada.
Generalmente, los Estados Límite se clasifican en:
- Estados Límite Últimos
- Estados Límite de Servicio
Debe comprobarse que una estructura no supere ninguno de los Estados Límite anteriormente definidos en cualquiera de las situaciones de proyecto indicadas en el Artículo 7º, considerando los valores de cálculo de las acciones, de las características de los materiales y de los datos geométricos:
El procedimiento de comprobación, para un cierto Estado Límite, consiste en deducir, por una parte, el efecto de las acciones aplicadas a la estructura o a parte de ella y, por otra, la respuesta de la estructura para la situación limite en estudio. El Estado Límite quedará garantizado si se verifica, con una fiabilidad aceptable, que la respuesta estructural no es inferior que el efecto de las acciones aplicadas.
Para la determinación del efecto de las acciones deben considerarse las acciones de cálculo combinadas según los criterios expuestos en el Capítulo III y los datos geométricos según se definen en el Artículo 16º y debe realizarse un análisis estructural de acuerdo con los criterios expuestos en el Capítulo V.
Para la determinación de la respuesta estructural deben considerarse los distintos criterios definidos en el Título 4º, teniendo en cuenta los valores de cálculo de los materiales y de los datos geométricos, de acuerdo con lo expuesto en el Capítulo IV.
La definición de las acciones actuantes en las estructuras se establece en las respectivas Instrucciones, Reglamentos, Normas Básicas, etc., relativas a acciones. En esta Instrucción se fijan, en general, dado que resultan imprescindibles para su utilización, reglas para la definición de los valores de cálculo de las acciones y sus combinaciones, siempre que las correspondientes Instrucciones de acciones no indiquen otra cosa.
8.1.2 Estados Límite Últimos
La denominación de Estados Límite Últimos 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.
Como Estados Límite Últimos deben considerarse los debidos a:
- fallo por deformaciones plásticas excesivas, rotura o pérdida de la estabilidad de la estructura o parte de ella;
- pérdida del equilibrio de la estructura o parte de ella, considerada como un sólido rígido;
- fallo por acumulación de deformaciones o fisuración progresiva bajo cargas repetidas.
En la comprobación de los Estados Límite Últimos que consideran la rotura de una sección o elemento, se debe satisfacer la condición:
Rd ³ Sd
donde:
Para la evaluación del Estado Límite de Equilibrio (Artículo 41º) se debe satisfacer la condición:
Ed,estab ³ Ed,desestab
donde:
El Estado Límite de Fatiga (Artículo 48º) está relacionado con los daños que puede sufrir una estructura como consecuencia de solicitaciones variables repetidas.
En la comprobación del Estado Límite de Fatiga se debe satisfacer la condición:
RF ³ SF
donde:
8.1.3 Estados Límite de Servicio
Se incluyen bajo la denominación de Estados Límite de Servicio todas aquellas situaciones de la estructura para las que no se cumplen los requisitos de funcionalidad, de comodidad, de durabilidad o de aspecto requeridos.
En la comprobación de los Estados Límite de Servicio se debe satisfacer la condición:
Cd > Ed
donde:
8.2 Bases de cálculo orientadas a la durabilidad
Antes de comenzar el proyecto, se deberá identificar el tipo de ambiente que defina la agresividad a la que va a estar sometido cada elemento estructural.
Para conseguir una durabilidad adecuada, se deberá establecer en el proyecto, y en función del tipo de ambiente, una estrategia acorde con los criterios expuestos en el Capítulo Vll.
8.2.1 Definición del tipo de ambiente
El tipo de ambiente al que está sometido un elemento estructural viene definido por el conjunto de condiciones físicas y químicas a las que está expuesto, y que puede llegar a provocar su degradación como consecuencia de efectos diferentes a los de las cargas y solicitaciones consideradas en el análisis estructural.
El tipo de ambiente viene definido por la combinación de:
- una de las clases generales de exposición, frente a la corrosión de las armaduras, de acuerdo con 8.2.2.
- las clases específicas de exposición relativas a los otros procesos de degradación que procedan para cada caso, de entre las definidas en 8.2.3.
En el caso de que un elemento estructural esté sometido a alguna clase específica de exposición, en la designación del tipo de ambiente se deberán reflejar todas las clases, unidas mediante el signo de adición "+".
Cuando una estructura contenga elementos con diferentes tipos de ambiente, el proyectista deberá definir algunos grupos con los elementos estructurales que presenten características similares de exposición ambiental. Para ello, siempre que sea posible, se agruparán elementos del mismo tipo (por ejemplo, pilares, vigas de cubierta, cimentación, etc.), cuidando además que los criterios seguidos sean congruentes con los aspectos propios de la fase de ejecución.
Para cada grupo, se identificará la clase o, en su caso, la combinación de clases, que definen la agresividad del ambiente al que se encuentran sometidos sus elementos.
8.2.2 Clases generales de exposición ambiental en relación con la corrosión de armaduras
Todo elemento estructural está sometido a una única clase o subclase general de exposición.
A los efectos de esta Instrucción, se definen como clases generales de exposición las que se refieren exclusivamente a procesos relacionados con la corrosión de armaduras y se incluyen en la Tabla 8.2.2.
8.2.3 Clases específicas de exposición ambiental en relación con otros procesos de degradación distintos de la corrosión,
Además de las clases recogidas en 8.2.2, se establece otra serie de clases específicas de exposición que están relacionadas con otros procesos de deterioro del hormigón distintos de la corrosión de las armaduras (tabla 8.2.3.a).
Un elemento puede estar sometido a ninguna, a una o a varias clases específicas de exposición relativas a otros procesos de degradación del hormigón.
Por el contrario, un elemento no podrá estar sometido simultáneamente a más de una de las subclases definidas para cada clase especifica de exposición.
En el caso de estructuras sometidas a ataque químico (clase Q), la agresividad se clasificará de acuerdo con los criterios recogidos en la tabla 8.2.3.b.
Tabla 8.2.2
Clases generales de exposición relativas a la corrosión de las armaduras
CLASE GENERAL DE EXPOSICIÓN |
DESCRIPCIÓN. |
EJEMPLOS |
||||
Clase |
Subclase |
Designación |
Tipo de proceso |
|||
no agresiva |
I |
ninguno |
- interiores de edificios no sometidos a condensaciones. |
- interiores de edificios, protegidos de la intemperie |
||
normal |
humedad alta |
IIa |
corrosión de origen diferente de los cloruros |
- interiores sometidos a humedades relativas medias altas (>65%) o a condensaciones |
- sótanos no ventilados |
|
humedad media |
IIb |
corrosión de origen diferente de los cloruros |
- exteriores en ausencia de cloruros, y sometidos a la acción del agua de lluvia en zonas con precipitación media anual inferior a 600m |
- construcciones exteriores protegidas de la lluvia |
||
marina |
aérea |
IIIa |
corrosión por cloruros |
- elementos de estructuras marinas, por encima del nivel de pleamar |
- edificaciones en las proximidades de la costa |
|
sumergida |
IIIb |
corrosión por cloruros |
- elementos de estructuras marinas sumergidas permanentemente, por debajo del nivel mínimo de bajamar |
- zonas sumergidas de diques, pantalanes y otras obras de defensa litoral |
||
en zona de mareas |
IIIc |
corrosión por cloruros |
- elementos de estructuras marinas situadas en la zona de carrera de mareas |
- zonas situadas en el recorrido de marea de diques, pantalanes y otras obras de defensa litoral |
||
con cloruros de origen diferente del medio marino |
IV |
corrosión por cloruros |
- instalaciones no impermeabilizadas en contacto con agua que presente un contenido elevado de cloruros, no relacionados con el ambiente marino. |
- piscinas |
Tabla 8.2.3.a
Clases específicas de exposición relativas a otros procesos de deterioro distintos de la corrosión
CLASE ESPECÍFICA DE EXPOSICIÓN |
DESCRIPCIÓN |
EJEMPLOS |
|||
Clase |
Subclase |
Designación |
Tipo de proceso |
||
química agresiva |
débil |
Qa |
ataque químico |
- elementos situados en ambientes con contenidos de sustancias químicas capaces de provocar la alteración del hormigón con velocidad lenta (ver Tabla 8.2.3.b) |
- Instalaciones industriales con sustancias débilmente agresivas según tabla 8.2.3.b. |
media |
Qb |
ataque químico |
- elementos en contacto con agua de mar |
- dolos, bloques y otros elementos para diques |
|
fuerte |
Qc |
ataque químico |
- elementos situados en ambientes con contenidos de sustancias químicas capaces de provocar la alteración del hormigón con velocidad rápida. (ver Tabla 8.2.3.b) |
- Instalaciones industriales, con sustancias de agresividad alta de acuerdo con la Tabla 8.2.3.b |
|
con heladas |
sin sales fundentes |
H |
ataque hielo - deshielo |
- elementos situados en contacto. frecuente con agua o zonas con humedad relativa media ambiental en invierno superior al 75% y que tengan una probabilidad anual superior al 50% de alcanzar al menos una vez temperaturas por debajo de -5°C |
- construcciones de alta montaña |
con sales fundentes |
F |
ataque por sales fundentes |
- elementos destinados al tráfico de vehículos o peatones en zonas con mas de 5 nevadas anuales o con valor medio de la temperatura mínima en los meses. de Invierno inferior a 0°C |
- tableros de puentes o pasarelas en zonas de alta montaña |
|
erosión |
E |
abrasión cavitación |
- elementos sometidos a desgaste superficial . |
- pilas de puente en cauces muy torrenciales |
Tabla 8.2.3.b
Clasificación de la agresividad química
TIPO DE MEDIO AGRESIVO |
PARÁMETROS |
TIPO DE EXPOSICIÓN |
||
Qa |
Qb |
Qc |
||
ATAQUE DÉBIL |
ATAQUE MEDIO |
ATAQUE FUERTE |
||
AGUA |
VALOR DEL pH |
6,5-5,5 |
5,5-4,5 |
<4,5 |
CO2 AGRESIVO |
15-40 |
40-100 |
>100 |
|
IÓN AMONIO |
15-30 |
30-60 |
>60 |
|
IÓN MAGNESIO |
300-1.000 |
1.000-3.000 |
>3.000 |
|
IÓN SULFATO |
200-600 |
600-3.000 |
>3.000 |
|
RESIDUO SECO (mg/l) |
75-150 |
50-75 |
<50 |
|
SUELO |
GRADO DE ACIDEZ BAUMANN-GULLY |
>20 |
(*) |
(*) |
IÓN SULFATO |
2.000-3.000 |
3.000-12.000 |
>12.000 |
(*) Estas condiciones no se dan en la práctica