Date post: | 07-Dec-2015 |
Category: |
Documents |
Upload: | andrea-lopez |
View: | 246 times |
Download: | 3 times |
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 =
ACCIONS A L’EDIFICACIÓ I 2/36
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,
ACCIONS A L’EDIFICACIÓ I 3/36
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 A L’EDIFICACIÓ I 4/36
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 A L’EDIFICACIÓ I 5/36
• 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 A L’EDIFICACIÓ I 6/36
• 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.
ACCIONS A L’EDIFICACIÓ I 7/36
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 A L’EDIFICACIÓ I 9/36
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 A L’EDIFICACIÓ I 10/36
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
ACCIONS A L’EDIFICACIÓ I 11/36
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
ACCIONS VARIABLES. SOBRECÀRREGUES DE VENT
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
ACCIONS A L’EDIFICACIÓ I 12/36
ACCIONS VARIABLES. SOBRECÀRREGUES DE VENT
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:
ACCIONS A L’EDIFICACIÓ I 13/36
• Per valors d’alçada inferiors a 200 mts:
on z és l’alçada del punt a considerar
( )( )( )LZzkF
kFFce
/,maxln
7
=
+=
ACCIONS VARIABLES. SOBRECÀRREGUES DE VENT
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:
- -
ACCIONS A L’EDIFICACIÓ I 14/36
• 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
ACCIONS A L’EDIFICACIÓ I 15/36
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
ACCIONS A L’EDIFICACIÓ I 16/36
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,
ACCIONS A L’EDIFICACIÓ I 17/36
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:
ACCIONS A L’EDIFICACIÓ I 18/36
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
ACCIONS A L’EDIFICACIÓ I 19/36
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
ACCIONS A L’EDIFICACIÓ I 20/36
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 ,;,, <
ACCIONS A L’EDIFICACIÓ I 21/36
)(tae =
)()(
tat
tav &=
∂
∂=
)()(
2
2
tat
ta&&=
∂
∂=α
ORIGEN DE L’ACCIÓ SÍSMICA
• Segona Llei de Newton: amF &&×=
ACCIONS A L’EDIFICACIÓ I 22/36
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 &&
ACCIONS A L’EDIFICACIÓ I 23/36
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
=
ACCIONS A L’EDIFICACIÓ I 24/36
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
ACCIONS A L’EDIFICACIÓ I 25/36
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;
ACCIONS A L’EDIFICACIÓ I 26/36
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:
ACCIONS A L’EDIFICACIÓ I 27/36
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.
ACCIONS A L’EDIFICACIÓ I 28/36
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.
ACCIONS A L’EDIFICACIÓ I 29/36
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
ACCIONS A L’EDIFICACIÓ I 30/36
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:
ACCIONS A L’EDIFICACIÓ I 31/36
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
ACCIONS A L’EDIFICACIÓ I 32/36
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
ACCIONS A L’EDIFICACIÓ I 33/36
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)
ACCIONS A L’EDIFICACIÓ I 34/36
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 A L’EDIFICACIÓ I 35/36
• 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