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norma española
UNE-EN 1993-1-10
Julio 2009 TÍTULO
Eurocódigo 3: Proyecto de estructuras de acero Parte 1-10: Tenacidad de fractura y resistencia transversal
Eurocode 3: Design of steel structures. Part 1-10: Material toughness and through-thickness properties. Eurocode 3. Calcul des structures en acier vis-à-vis de la ténacité et des propriétés dans le sens de l'épaisseur. Partie 1-10: Choix des qualités d'acier.
CORRESPONDENCIA
Esta norma es la versión oficial, en español, de las Normas Europeas EN 1993-1-10:2005, EN 1993-1-10:2005/AC:2005 y EN 1993-1-10:2005/AC:2009.
OBSERVACIONES
ANTECEDENTES
Esta norma ha sido elaborada por el comité técnico AEN/CTN 140 Eurocódigos Estructurales cuya Secretaría desempeña SEOPAN.
Editada e impresa por AENOR Depósito legal: M 30747:2009
LAS OBSERVACIONES A ESTE DOCUMENTO HAN DE DIRIGIRSE A:
© AENOR 2009 Reproducción prohibida
C Génova, 6 28004 MADRID-España
19 Páginas Teléfono Fax
91 432 60 00 91 310 40 32
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Grupo 14
S
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NORMA EUROPEA EUROPEAN STANDARD NORME EUROPÉENNE EUROPÄISCHE NORM
EN 1993-1-10 Mayo 2005
+ AC Diciembre 2005
+AC Marzo 2009 ICS 91.010.30
Sustituye a ENV 1993-1-1:1992
Versión en español
Eurocódigo 3: Proyecto de estructuras de acero Parte 1-10: Tenacidad de fractura y resistencia transversal
Eurocode 3: Design of steel structures. Part 1-10: Material toughness and through-thickness properties.
Eurocode 3. Calcul des structures en acier vis-à-vis de la ténacité et des propriétés dans le sens de l'épaisseur. Partie 1-10: Choix des qualités d'acier.
Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten. Teil 1-10: Stahlsortenauswahl im Hinblick auf Bruchzähigkeit und Eigenschaften in Dickenrichtung.
Esta norma europea ha sido aprobada por CEN el 2004-04-23. Los miembros de CEN están sometidos al Reglamento Interior de CEN/CENELEC que define las condiciones dentro de las cuales debe adoptarse, sin modificación, la norma europea como norma nacional. Las correspondientes listas actualizadas y las referencias bibliográficas relativas a estas normas nacionales pueden obtenerse en el Centro de Gestión de CEN, o a través de sus miembros. Esta norma europea existe en tres versiones oficiales (alemán, francés e inglés). Una versión en otra lengua realizada bajo la responsabilidad de un miembro de CEN en su idioma nacional, y notificada al Centro de Gestión, tiene el mismo rango que aquéllas. Los miembros de CEN son los organismos nacionales de normalización de los países siguientes: Alemania, Austria, Bélgica, Chipre, Dinamarca, Eslovaquia, Eslovenia, España, Estonia, Finlandia, Francia, Grecia, Hungría, Irlanda, Islandia, Italia, Letonia, Lituania, Luxemburgo, Malta, Noruega, Países Bajos, Polonia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza.
CEN COMITÉ EUROPEO DE NORMALIZACIÓN European Committee for Standardization Comité Européen de Normalisation Europäisches Komitee für Normung CENTRO DE GESTIÓN: Rue de Stassart, 36 B-1050 Bruxelles © 2009 Derechos de reproducción reservados a los Miembros de CEN.
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ÍNDICE
Página PRÓLOGO ........................................................................................................................................
5
1 1.1 1.2 1.3 1.4
GENERALIDADES ......................................................................................................... Objeto y campo de aplicación.......................................................................................... Normas para consulta ...................................................................................................... Términos y definiciones ................................................................................................... Símbolos ............................................................................................................................
8 8 8 9 10
2
SELECCIÓN DE MATERIALES BASADA EN LA TENACIDAD DE FRACTURA ......................................................................... Generalidades ................................................................................................................... Procedimiento ................................................................................................................... Espesores máximos admisibles ........................................................................................ Análisis estructural mediante mecánica de fractura .....................................................
10 10 10 12 15
SELECCIÓN DE MATERIALES BASADA EN LA RESISTENCIA TRANSVERSAL ............................................................................ Generalidades ................................................................................................................... Procedimiento ...................................................................................................................
15 15 17
2.1 2.2 2.3 2.4 3 3.1 3.2
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PRÓLOGO Esta Norma Europea 1993, Eurocódigo 3: Proyecto de estructuras de acero ha sido elaborada por el Comité Técnico CEN/TC 250 Eurocódigos estructurales, cuya Secretaría desempeña BSI. El Comité Técnico CEN/TC250 es responsable de todos los Eurocódigos estructurales. Esta norma europea debe recibir el rango de norma nacional mediante la publicación de un texto idéntico a la misma o mediante ratificación antes de finales de noviembre de 2005, y todas las normas nacionales técnicamente divergentes deben anularse antes de finales de marzo de 2010. Este eurocódigo anula y sustituye a la Norma Europea Experimental ENV 1993-1-1. De acuerdo con el Reglamento Interior de CEN/CENELEC, están obligados a adoptar esta norma europea los organismos de normalización de los siguientes países: Alemania, Austria, Bélgica, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Grecia, Irlanda, Islandia, Italia, Luxemburgo, Malta, Noruega, Países Bajos, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza. Antecedentes del programa Eurocódigos En 1975, la Comisión de las Comunidades Europeas decidió llevar a cabo un programa de actuación en el campo de la construcción, basado en el artículo 95 del Tratado. El objetivo de este programa era la eliminación de las barreras técnicas al comercio y la armonización de las especificaciones técnicas. Dentro de este programa de actuación, la Comisión tomó la iniciativa de establecer un conjunto de reglas técnicas armonizadas para el proyecto de las construcciones que, en una primera etapa, sirviera como alternativa a las reglas nacionales aplicables en los Estados Miembro y, finalmente, las pudiera reemplazar. Durante quince años, la Comisión, con la ayuda de un Comité Permanente con representantes de los Estados Miembro, condujo el desarrollo del programa de los Eurocódigos, lo que llevó en los años 80 a la primera generación de códigos europeos. En 1989, los Estados miembro de la UE y de la AELC decidieron, sobre la base a un acuerdo1) entre la Comisión y el CEN, transferir al CEN la preparación y publicación de los Eurocódigos mediante una serie de Mandatos, con el fin de dotarlos de un futuro estatus de Norma Europea (EN). Esto vincula de facto los Eurocódigos con las disposiciones de todas las Directivas del Consejo y Decisiones de la Comisión que hacen referencia a las normas europeas (por ejemplo, la Directiva del consejo 89/106/CEE sobre productos de construcción - DPC - y las Directivas del Consejo 93/37/CEE, 92/50/CEE y 89/440/CEE sobre obras públicas y servicios y las Directivas de la AELC equivalentes iniciadas para conseguir la implantación del mercado interior). El programa Eurocódigos Estructurales comprende las siguientes normas, compuestas a su vez de diversas Partes: EN 1990 Eurocódigo:
Bases para el cálculo de estructuras
EN 1991 Eurocódigo 1:
Acciones en estructuras
EN 1992 Eurocódigo 2:
Proyecto de estructuras de hormigón
1) Acuerdo entre la Comisión de las Comunidades Europeas y el Comité Europeo de Normalización (CEN) referente al trabajo sobre los EUROCÓDIGOS para el proyecto de edificios y de obras de ingeniería civil (BC/CEN/03/89).
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EN 1993 Eurocódigo 3:
Proyecto de estructuras de acero
EN 1994 Eurocódigo 4:
Proyecto de estructuras mixtas
EN 1995 Eurocódigo 5:
Proyecto de estructuras de madera
EN 1996 Eurocódigo 6:
Proyecto de estructuras de fábrica
EN 1997 Eurocódigo 7:
Proyecto geotécnico
EN 1998 Eurocódigo 8:
Proyecto de estructuras sismorresistentes
EN 1999 Eurocódigo 9:
Proyecto de estructuras de aluminio
Las normas Eurocódigos reconocen la responsabilidad de las autoridades reglamentadoras de cada Estado Miembro y han salvaguardado su derecho a determinar en el ámbito nacional los valores relacionados con temas reglamentarios de seguridad cuando éstos siguen siendo distintos de un Estado a otro. Estatus y campo de aplicación de los Eurocódigos Los Estados miembro de la UE y de la AELC reconocen que los Eurocódigos sirven como documentos de referencia para los siguientes propósitos: − como medio para demostrar el cumplimiento de las obras de edificación y de ingeniería civil con los requisitos esenciales de la Directiva del Consejo 89/106/CEE, en particular con el Requisito Esencial nº 1 - Resistencia mecánica y estabilidad - y con el Requisito Esencial nº 2 - Seguridad en caso de incendio; − como base para especificar los contratos de las construcciones y de los servicios de ingeniería correspondientes; − como marco para redactar las especificaciones técnicas armonizadas de productos de construcción (ENs y DITEs). Los Eurocódigos, en tanto en cuanto los mismos están relacionados con las construcciones, tienen una relación directa con los Documentos Interpretativos2) a los que hace referencia el artículo 12 de la DPC, aunque son de distinta naturaleza que las normas armonizadas de producto3). Por ello, los Comités Técnicos del CEN y/o los Grupos de Trabajo de la EOTA que trabajen sobre normas de producto deben considerar adecuadamente los aspectos técnicos que surjan del trabajo de los Eurocódigos, con vistas a obtener la compatibilidad total entre estas especificaciones técnicas y los Eurocódigos. Las normas Eurocódigos dan reglas comunes de cálculo estructural para su uso diario en el proyecto de estructuras completas y de productos componentes de naturaleza tanto tradicional como innovadora. Las formas de construcción y condiciones de cálculo poco usuales no quedan cubiertas específicamente y requerirán, en tales casos, es estudio adicional del proyectista. 2) De acuerdo con el artículo 3.3 de la DPC, los documentos interpretativos darán forma concreta a los requisitos esenciales (REs) con el fin de establecer los vínculos necesarios entre los requisitos esenciales y los mandatos para la elaboración de normas armonizadas y DITEs/Guías de DITEs. 3) De acuerdo con el artículo 12 de la DPC los documentos interpretativos deben: a) dar forma concreta a los requisitos esenciales mediante la armonización de la terminología y de las bases técnicas y la asignación, en su caso, de clases y niveles para cada requisito esencial; b) indicar los métodos para relacionar estas clases y niveles con las especificaciones técnicas, por ejemplo, métodos de cálculo y de prueba, reglas técnicas para el cálculo en proyectos, etc.; c) servir de referencia para el establecimiento de normas armonizadas y de guías para los Documentos de Idoneidad Técnica Europeos. Los Eurocódigos, de facto, juegan un papel similar en el campo del RE1 y en parte del RE2.
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Las Normas nacionales de aplicación de los Eurocódigos Las normas nacionales de aplicación de los Eurocódigos comprenderán el texto completo del Eurocódigo (incluyendo los anexos), tal y como se publique por el CEN, pudiendo venir precedido de una portada nacional y de un preámbulo nacional y terminado en un anexo nacional. El anexo nacional sólo puede contener información sobre aquellos parámetros que queden abiertos en los Eurocódigos para la elección de una opción nacional, conocidos como Parámetros de Determinación Nacional, para su empleo en el proyecto de edificios y obras de ingeniería civil a construir en el país correspondiente, es decir: − los valores y/o las clases cuando se ofrezcan alternativas en el Eurocódigo; − los valores a emplear cuando sólo se dé un símbolo en el Eurocódigo; − los datos específicos del país (geográficos, climatológicos, etc.), por ejemplo, el mapa de nieve; − el procedimiento a emplear cuando los Eurocódigos ofrezcan procedimientos alternativos. También puede contener: − decisiones sobre la aplicación de los anexos informativos; − referencia a información complementaria no contradictoria que ayude al usuario a aplicar el Eurocódigo. Vínculos entre los Eurocódigos y las especificaciones técnicas armonizadas (ENs y DITEs) de productos Hay una necesidad de consistencia entre las especificaciones técnicas armonizadas de producto y las reglas técnicas de las obras4). Aún más, toda la información que acompañe al marcado CE de los productos de construcción que se refiera a los Eurocódigos debería mencionar con claridad qué Parámetros de Determinación Nacional se han tenido en cuenta. El anexo nacional de la Norma EN 1993-1-10 Esta norma contiene procedimientos, valores y recomendaciones alternativos, con notas que indican donde deben introducirse opciones de determinación nacional. La norma nacional de adopción de la Norma Europea EN 1993-1-10 debería tener un anexo nacional que contenga todos los Parámetros de Determinación Nacional para el proyecto de estructuras de acero a construir en el país correspondiente. Las opciones de determinación nacional de la Norma EN 1993-1-10 se recogen en los apartados siguientes: − 2.2 (5), − 3.1(1)
4) Véanse los artículos 3.3 y 12 de la DPC, así como los apartados 4.2, 4.3.1, 4.3.2 y 5.2 del Documento Interpretativo nº 1.
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1 GENERALIDADES 1.1 Objeto y campo de aplicación (1) La Norma Europea EN 1993-1-10 contiene criterios de proyecto para la selección del acero basada en la tenacidad de fractura y en la resistencia transversal de elementos soldados cuya ejecución comporte un riesgo significativo de desgarro laminar. (2) El capítulo 2 es aplicable a los tipos acero de S235 a S690. En cambio, el capítulo 3 sólo es aplicable a los tipos de acero S235 a S460. NOTA
La Norma Europea EN 1993-1-1 sólo es aplicable a los tipos de acero S235 a S460.
(3) Las reglas y directrices de los capítulos 2 y 3 requieren que la ejecución se realice según la Norma Europea EN 1090. 1.2 Normas para consulta (1) Esta norma europea incorpora disposiciones de otras publicaciones por su referencia, con o sin fecha. Estas referencias normativas se citan en los lugares apropiados del texto de la norma y se relacionan a continuación. Para las referencias con fecha, no son aplicables las revisiones o modificaciones posteriores de ninguna de las publicaciones. Para las referencias sin fecha, se aplica la edición en vigor del documento normativo al que se haga referencia (incluyendo sus modificaciones). NOTA Los eurocódigos fueron publicados como normas experimentales. Las siguientes normas europeas ya publicadas o en preparación se citan en los capítulos y apartados normativos:
EN 1011-2 Soldeo. Recomendaciones para el soldeo de materiales metálicos. Parte 2: Soldeo por arco de los aceros ferríticos. EN 1090 Ejecución de estructuras de acero. EN 1990 Eurocódigos. Bases de cálculo de estructuras. EN 1991 Eurocódigo 1: Acciones en estructuras. EN 1998 Eurocódigo 8: Proyecto de estructuras sismorresistentes. EN 10002 Materiales metálicos. Ensayos de tracción. EN 10025 Productos laminados en caliente de acero para estructuras. EN 10045-1 Materiales metálicos. Ensayo de flexión por choque sobre probeta Charpy. Parte 1: Métodos de ensayo. EN 10160 Examen por ultrasonidos de los productos planos de acero de espesor igual o superiores a 6 mm (método de reflexión). EN 10164 Aceros de construcción con resistencia mejorada a la deformación en la dirección perpendicular a la superficie del producto. Condiciones técnicas de suministro. EN 10210-1 Perfiles huecos para construcción acabados en caliente, de acero no aleado de grano fino. Parte 1: Condiciones técnicas de suministro. EN 10219-1 Perfiles huecos para construcción conformados en frío, de acero no aleado y de grano fino. Parte 1: Condiciones técnicas de suministro.
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1.3 Términos y definiciones 1.3.1 resiliencia KV: La resiliencia KV (resiliencia Charpy V) es la energía de choque en Julios [J] necesaria para romper una probeta Charpy-V a una temperatura de ensayo T dada. Generalmente, las normas de productos de acero especifican que las probetas no deberían romper con una energía de choque menor de 27J a una temperatura de ensayo T dada. 1.3.2 zona de transición: Región de la curva tenacidad-temperatura, representada mediante la relación KV(T) donde la tenacidad del material decrece cuando la temperatura disminuye y la rotura cambia de dúctil a frágil. Los valores de la temperatura T27J especificados en las normas de producto pertenecen a la parte inferior de esta región. 1.3.3 zona dúctil: Región de la curva tenacidad-temperatura donde los elementos de acero tienen comportamiento elastoplástico y rompen dúctilmente, incluso cuando contienen defectos de pequeño tamaño o faltas de continuidad en las soldaduras, originadas en la ejecución.
1 2 3
Zona frágil Zona de transición Zona dúctil
Figura 1.1 − Relación entre la energía de choque y la temperatura
1.3.4 T27J: Temperatura a la cual la mínima energía KV medida en el ensayo de resiliencia Charpy V no es inferior a 27 J. 1.3.5 estricción Z: Medida de la ductilidad transversal del acero por medio de la reducción porcentual que experimenta la sección transversal de una probeta paralela a la dirección del espesor en un ensayo de tracción (véase la Norma Europea EN 10002). 1.3.6 tenacidad de fractura KIc Tenacidad de fractura en deformación plana, en régimen elástico lineal, medida en N/mm3/2. NOTA Las dos unidades alternativas del factor de intensidad de tensiones K, reconocidas internacionalmente, son N/mm3/2 y MPa 3/2
3/2
MN/m ), siendo 1 N/mm
= 0,032 MPa
m.
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m (es decir
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1.3.7 grado de conformado en frío: Deformación porcentual permanente producida por el proceso de conformado en frío. 1.4 Símbolos KV(T) Energía de choque absorbida en un ensayo de resilencia a la temperatura T con una probeta Charpy con entalla en V, y medida en Julios [J]. Z
Calidad Z [%].
T
Temperatura [ºC].
TEd
Temperatura de referencia.
K
Factor de intensidad de tensiones.
δ
Apertura del frente de fisura (CTOD), en mm, medida en una probeta pequeña para determinar la tenacidad de fractura elástoplástica.
J
Valor, en N/mm, de la tenacidad de fractura en régimen elástoplástico (valor crítico de la integral J), determinado como valor crítico de una integral curvilínea o de superficie en un recorrido que encierra el frente de fisura desde una cara a la otra.
KIc
Valor, en N/mm3/2, de la tenacidad de fractura en régimen elástico-lineal (valor crítico del factor de intensidad de tensiones).
εcf
Grado de conformado en frío (DCF), en tanto por ciento.
σEd
Tensiones asociadas a la temperatura de referencia TEd.
2 SELECCIÓN DE MATERIALES BASADA EN LA TENACIDAD DE FRACTURA 2.1 Generalidades (1) Las especificaciones dadas en este capítulo deberían aplicarse a materiales destinados a estructuras de nueva construcción, pero no están pensadas para materiales en uso. Su aplicación permite seleccionar un tipo de acero apropiado de entre los incluidos en las normas europeas sobre productos de acero que enumera la Norma Europea EN 1993-1-1. (2) Las especificaciones son aplicables a elementos traccionados, soldados y sometidos a fatiga con tracciones en parte del ciclo de tensiones. NOTA Las especificaciones de este capítulo pueden resultar conservadoras para elementos no traccionados, no soldados o no sometidos a fatiga. El análisis de estos elementos mediante Mecánica de Fractura puede ser adecuado, véase el apartado 2.4. No es necesario especificar la tenacidad de fractura para elementos que trabajan únicamente a compresión.
(3)P Las especificaciones deben aplicarse a las propiedades de los materiales que la norma correspondiente del producto de acero determine para cada calidad. No deben emplearse materiales de tipo inferior aunque los resultados de ensayo sean conformes con los del tipo especificado. 2.2 Procedimiento (1) Los factores a considerar para elegir el tipo de acero son: (i)
propiedades del acero:
− límite elástico fy(t) corregido según el espesor − tenacidad expresada en términos de T27J o T40J
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(ii) características del elemento estructural: − configuración y detalles constructivos del elemento − concentración de tensiones según la Norma Europea EN 1993-1-9 − espesor (t) del elemento − defectos de ejecución postulados (por ejemplo, fisuras pasantes o fisuras superficiales semielípticas) (iii) situaciones de proyecto: − valor de proyecto de la temperatura mínima del elemento − tensiones máximas causadas por las acciones permanentes e impuestas derivadas de las condiciones de proyecto descritas en el punto (4) − tensiones residuales − estimaciones de crecimiento de fisuras por fatiga durante periodos entre inspecciones (si procede) − velocidad de deformación ε debida a acciones accidentales (si procede)
− grado de conformado en frío εcf (si procede) (2) El apartado 2.3 y la tabla 2.1 permiten obtener el máximo espesor admisible de elementos de acero admisible para evitar riesgos de fractura. (3) Para determinar la tenacidad requerida pueden utilizarse los siguientes métodos alternativos:
− Mecánica de fractura: Con este método, el valor de proyecto de la tenacidad requerida no debería exceder el valor de proyecto de la tenacidad del material.
− Análisis experimental: Puede llevarse a cabo mediante experimentos realizados con una o más probetas de gran tamaño. Para obtener resultados representativos, las probetas deberían construirse y someterse a carga de igual modo que la estructura real. (4) Las condiciones de proyecto que se deberían considerar son las siguientes: (i) Las acciones deberían ser las correspondientes a la siguiente combinación:
{
E d = E A [ TEd ] "+ " ΣG K "+" ψ1 QK1 "+" Σψ 2,i Q Ki
}
(2.1)
donde la acción principal A es la temperatura de referencia TEd, que influye en la tenacidad del material del elemento considerado y que puede generar tensiones por restricción de movimiento. ΣGK son las acciones permanentes, y ψ1QK1 y ψ2i QKi son el valor frecuente de la carga variable y los valores cuasi-permanentes de las cargas variables aparejadas, que determinan el nivel de tensiones en el material. (ii) Los coeficientes de combinación ψ1 y ψ2 deberían ser conformes con la Norma Europea EN 1990.
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(iii) La tensión máxima aplicada σEd debería ser la tensión nominal en el punto de iniciación potencial de la fractura. En estado límite de servicio, σEd debería calcularse considerando todas las combinaciones de acciones permanentes y variables según las definiciones de la parte correspondiente de la Norma Europea EN 1991. NOTA 1 La combinación anterior se considera equivalente a una combinación accidental, ya que admite la coexistencia de la temperatura mínima, el tamaño y la ubicación del defecto, y las propiedades del material. NOTA 2 La tensión σEd podrá incluir las tensiones resultantes de un cambio de la temperatura con restricción de movimientos. NOTA 3 En general, el valor σEd de la máxima tensión aplicada no superará el 75% del límite elástico, ya que la acción principal es la temperatura de referencia TEd.
(5) La siguiente expresión permite determinar la temperatura de referencia TEd en el punto de iniciación potencial de la fractura:
TEd = Tmd + ΔTr + ΔTσ + ΔTR + ΔTε + ΔTεcf
(2.2)
donde Tmd
es la temperatura mínima del aire con un período de retorno especificado (véase la Norma Europea EN 1991-1-5);
ΔTr
es un término de corrección por radiación térmica (véase la Norma Europea EN 1991-1-5);
ΔTσ
es la traslación de temperatura debida a las tensiones, al límite elástico del material, a las irregularidades geométricas de la fisura, y a la forma y dimensiones del elemento estructural, véase el punto (3) del apartado 2.4;
ΔTR
es un margen de seguridad para diferenciar el nivel de fiabilidad entre distintas aplicaciones, si fuera necesario;
ΔTε
es un término de corrección para tener en cuenta la influencia de la velocidad de deformación cuando es distinta a la velocidad de referencia ε0 (véase la ecuación 2.3);
ΔTεcf es un término de corrección para tener en cuenta el grado de conformado en frío εcf (véase la ecuación 2.4). NOTA 1 El anexo nacional puede establecer el margen de seguridad ∆TR mediante el cual se corrige TEd en función de las especificaciones de fiabilidad. Para los valores tabulados del apartado 2.3 se recomienda emplear ∆TR = 0 ºC. NOTA 2 Los valores tabulados del apartado 2.3 se han obtenido empleando como curva normalizada para la traslación de temperatura ∆Tσ la envolvente de los valores de proyecto del factor de intensidad de tensiones [K] debido a las tensiones aplicadas σEd y a las tensiones residuales, y la correlación Wallin-Sanz entre la tenacidad de fractura y la temperatura. La tabla de apartado 2.3 debe utilizarse con ∆Tσ = 0 ºC en la ecuación 2.2. NOTA 3 El anexo nacional puede establecer una diferencia máxima entre TEd y la temperatura de ensayo, así como un intervalo de los valores de σEd a los cuales se pueden restringir los valores de espesores máximos admisibles de la tabla 2.1. NOTA 4 El anexo nacional puede limitar la aplicación de la tabla 2.1 a los tipos de acero S460 o inferiores.
(6) Las tensiones de referencia σEd deberían determinarse en régimen elástico, teniendo en cuenta los efectos de segundo orden de las deformaciones. 2.3 Espesores máximos admisibles 2.3.1 Generalidades
(1) La tabla 2.1 indica el espesor máximo admisible del elemento en función del tipo de acero, de la tenacidad expresada en términos de la resiliencia KV, de la tensión de referencia [σEd] y de la temperatura de referencia [TEd].
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(2) Los valores de la tabla se basan en las siguientes hipótesis:
− se satisfacen las condiciones de fiabilidad de la Norma Europea EN 1990 en cuanto a calidad general del material. − la velocidad de deformación de referencia empleada es ε0 = 4 × 10−4 / s . Este valor es representativo de los efectos dinámicos en la mayor parte de las situaciones de proyecto transitorias o permanentes. Para otras velocidades de deformación ε (por ejemplo, las debidas a cargas de impacto), los valores tabulados pueden utilizarse restando a TEd el valor ΔTε dado por: ΔTε = −
1 440 − f y ( t ) ε × ln [ ºC] 550 ε 0
(2.3)
− el material es no conformado en frío y por tanto εcf = 0%. Para aceros sin envejecimiento conformados en frío, los valores tabulados pueden emplearse restando a TEd el valor ΔTεcf dado por: ΔTεcf = − 3 × εcf
[ ºC]
(2.4)
− respecto a la resiliencia, se han empleado los valores nominales de la temperatura T27J, basados en las siguientes normas europeas de producto: EN 10025, EN 10210-1, EN 10219-1. Para otros valores se ha empleado la correlación: T40J = T27J + 10 [ºC]
(2.5)
T30J = T27J + 0 [ºC]
− para elementos estructurales sometidos a fatiga, se incluyen todas las categorías de detalle de la Norma Europea EN 1993-1-9 correspondientes a tensión nominal. NOTA El efecto de la fatiga se ha tenido en cuenta postulando un defecto inicial en el elemento estructural y una carga de fatiga aplicada. El daño considerado es la cuarta parte del daño límite de fatiga obtenido según la Norma Europea EN 1993-1-9. Este procedimiento permite determinar el número mínimo de periodos de inspección cuando se requiera realizar inspecciones de servicio periódicas y asegurar la integridad estructural durante el intervalo entre las mismas, de acuerdo con el método de tolerancia al daño de la Norma Europea EN 1993-1-9. El número [n] de inspecciones requeridas es la siguiente función de los coeficientes parciales de seguridad γFf y γMf aplicados para el diseño a fatiga en la Norma Europea EN 1993-1-9: n=
4
( γ Ff
γ Mf
)m
−1,
donde m = 5 para estructuras de vida útil larga, como puentes. El periodo de integridad estructural asegurada entre inspecciones en servicio podría abarcar la vida útil de proyecto de una estructura.
2.3.2 Determinación del máximo espesor admisible del elemento
(1) La tabla 2.1 indica el máximo espesor admisible para tres valores de la tensión expresados como fracciones del límite elástico nominal: a) σEd = 0,75 fy(t) [N/mm2] b) σEd = 0,50 fy(t) [N/mm2] c) σEd = 0,25 fy(t) [N/mm2]
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(2.6))
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El valor fy(t) se puede obtener aplicando f y ( t ) = f y,nom − 0, 25
t t0
N/mm 2
donde t es el espesor de la chapa en mm y t0 = 1 mm o bien igualándolo al valor de ReH- de las normas de aceros correspondientes. Los valores de la tabla corresponden a siete temperaturas de referencia: +10, 0, − 10, − 20, − 30, − 40 y − 50 ºC. Tabla 2.1 − Máximos valores admisibles del espesor t de acero, en mm KV Tipo de Subtipo acero aT J [°C] min S235
S275
S355
S420
S460
S690
Temperatura de referencia TEd [°C] 10
0
-10 -20 -30 -40 -50
10
0
-10 -20 -30 -40 -50
10
0
σEd = 0,50 fy(t)
σEd = 0,75 fy(t)
-10 -20 -30 -40 -50 σEd = 0,25 fy(t)
JR
20
27
60
50
40
35
30
25
20
90
75
65
55
45
40
35
135 115 100
J0
0
27
90
75
60
50
40
35
30
125 105
90
75
65
55
45
175 155 135 115 100 85 75
J2
-20
27
125 105
90
75
60
50
40
170 145 125 105
90
75
65
200 200 175 155 135 115 100
JR
20
27
55
45
35
30
25
20
15
80
70
55
50
40
35
30
125 110
80
70
60 55
J0
0
27
75
65
55
45
35
30
25
115
95
80
70
55
50
40
165 145 125 110
95
80 70
J2
-20
27
110
95
75
65
55
45
35
155 130 115
95
80
70
55
200 190 165 145 125 110 95
M,N
-20
40
135 110
95
75
65
55
45
180 155 130 115
95
80
70
200 200 190 165 145 125 110
ML,NL -50
27
185 160 135 110
95
75
65
200 200 180 155 130 115
95
230 200 200 200 190 165 145 95
95
85
75
65 60
JR
20
27
40
35
25
20
15
15
10
65
55
45
40
30
25
25
110
80
70
60
55 45
J0
0
27
60
50
40
35
25
20
15
95
80
65
55
45
40
30
150 130 110
95
80
70 60
J2
-20
27
90
75
60
50
40
35
25
135 110
95
80
65
55
45
200 175 150 130 110 95 80
K2,M,N -20
40
110
90
75
60
50
40
35
155 135 110
95
80
65
55
200 200 175 150 130 110 95
ML,NL -50
27
155 130 110
90
75
60
50
200 180 155 135 110
95
80
210 200 200 200 175 150 130
-20
40
95
80
65
55
45
35
30
140 120 100
70
60
50
200 185 160 140 120 100 85
ML,NL -50
27
135 115
95
80
65
55
45
190 165 140 120 100
85
70
200 200 200 185 160 140 120
30
70
50
40
30
25
20
110
45
35
175 155 130 115
M,N
Q
-20
60
95
75
85
65
55
95
80 70
M,N
-20
40
90
70
60
50
40
30
25
130 110
95
75
65
55
45
200 175 155 130 115 95 80
QL
-40
30
105
90
70
60
50
40
30
155 130 110
95
75
65
55
200 200 175 155 130 115 95
ML,NL -50
27
125 105
90
70
60
50
40
180 155 130 110
95
75
65
200 200 200 175 155 130 115
QL1
-60
30
150 125 105
90
70
60
50
200 180 155 130 110
95
75
215 200 200 200 175 155 130
Q
0
40
40
30
25
20
15
10
10
65
55
45
35
30
20
20
120 100
85
75
60
50 45
Q
-20
30
50
40
30
25
20
15
10
80
65
55
45
35
30
20
140 120 100
85
75
60 50
QL
-20
40
60
50
40
30
25
20
15
95
80
65
55
45
35
30
165 140 120 100
85
75 60
QL
-40
30
75
60
50
40
30
25
20
115
95
80
65
55
45
35
190 165 140 120 100 85 75
QL1
-40
40
90
75
60
50
40
30
25
135 115
95
80
65
55
45
200 190 165 140 120 100 85
QL1
-60
30
110
90
75
60
50
40
30
160 135 115
95
80
65
55
200 200 190 165 140 120 100
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NOTA 1 Se admite la interpolación lineal entre los valores de la tabla 2.1. En la mayoría de los casos las tensiones σEd están comprendidos entre σEd = 0,75 fy(t) y σEd = 0,50 fy(t). Los valores correspondientes a σEd = 0,25 fy(t) figuran en la tabla para hacer posible la interpolación. Las extrapolaciones fuera de estos límites no son válidas. NOTA 2 Para pedidos de productos de acero S690 conviene especificar la temperatura de ensayo TKV. NOTA 3 La tabla 2.1 se obtiene a partir de los valores KV de la resiliencia Charpy V en la dirección de laminado del producto.
2.4 Análisis estructural mediante mecánica de fractura
(1) En análisis estructurales realizados numéricamente mediante mecánica de fractura, la tenacidad requerida y la tenacidad de proyecto del material pueden expresarse en términos de valores de la apertura del frente de fisura CTOD, valores de la integral J, valores de la tenacidad de fractura en deformación plana KIc o valores de la resiliencia KV, y la comparación entre ambos debería efectuarse según el método de mecánica de fractura adecuado a cada caso. (2) La temperatura de referencia debería cumplir la siguiente condición: TEd ≥ TRd
(2.7)
donde TRd es la temperatura a la cual la tenacidad de fractura es suficiente para garantizar la seguridad estructural bajo las condiciones analizadas. (3) El mecanismo de rotura potencial considerado debería modelizarse a partir de un defecto que reduzca la sección neta del material favoreciendo así la fractura del ligamento resistente. El defecto debería cumplir los siguientes requisitos:
− su forma y emplazamiento deberían ser acordes con el tipo de entalla considerado. Las tablas de categorías de fatiga de la Norma Europea EN 1993-1-9 pueden emplearse como guía para decidir la posición. − en elementos no susceptibles de fatiga, su tamaño debería ser el mínimo detectable en una inspección realizada según la Norma Europea EN 1090. Su emplazamiento debería ser el más desfavorable en cuanto a concentración de tensiones. − en elementos susceptibles de fatiga, debería consistir en un defecto inicial cuyo tamaño ha aumentado por fatiga. El tamaño del defecto inicial debería ajustarse al valor mínimo detectable en una inspección realizada según la Norma Europea EN 1090. El crecimiento de la fisura por fatiga debería calcularse con un modelo de mecánica de fractura adecuado al caso, para las cargas que se producen durante la vida útil de proyecto de la estructura o durante un intervalo entre inspecciones, según corresponda (4) Para detalles estructurales que no se correspondan con las categorías de la Norma Europea EN 1993-1-9, o para aplicar métodos más rigurosos con objeto de refinar los resultados de la tabla 2.1, sería necesario realizar una verificación experimental específica mediante ensayos de fractura con probetas de gran tamaño. NOTA El análisis de los resultados de ensayo puede llevarse a cabo con la metodología del anexo D de la Norma Europea EN 1990.
3 SELECCIÓN DE MATERIALES BASADA EN LA RESISTENCIA TRANSVERSAL 3.1 Generalidades
(1) La clase de calidad debería elegirse de la tabla 3.1, en función de las consecuencias de un desgarro laminar
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Tabla 3.1 − Elección de la clase de calidad Clase
Ámbito
1
Todos los productos de acero y todos los espesores recogidos en las normas europeas, para todas las aplicaciones
2
Determinados productos de acero y espesores recogidos en las normas europeas y/o las aplicaciones recogidas en una lista
NOTA El anexo nacional puede establecer la clase apropiada. Se recomienda la adopción de la clase 1.
(2) Según la clase de calidad de la tabla 3.1 adoptada, habría que:
− especificar la resistencia transversal según la Norma Europea EN 10164. − comprobar la existencia de desgarro laminar mediante inspecciones posteriores a la ejecución. (3) Para evitar desgarros laminares, los factores a considerar en el diseño de uniones y ensamblajes en acero son los siguientes:
− la condición más o menos crítica del emplazamiento en función de las tensiones de tracción aplicadas y del grado de redundancia. − la deformación de la pieza receptora en la dirección del espesor. Esta deformación se produce por la retracción del metal soldado al enfriarse y se multiplica si hay restricción de desplazamiento impuesta por otras partes de la estructura. − la tipología de detalle de las uniones, en particular si son soldaduras en cruz, en T o en ángulo. Por ejemplo, en la figura 3.1 la chapa horizontal podría tener baja ductilidad en la dirección del espesor y el riesgo de desgarro laminar sería muy alto si la unión se deformara paralelamente al espesor de la chapa, lo que ocurre si la superficie de fusión es aproximadamente paralela a la superficie del material y la deformación por retracción térmica es perpendicular a la dirección de laminación del material. La susceptibilidad al desgarro laminar aumenta con el tamaño de la soldadura. − las propiedades químicas del material solicitado transversalmente. En particular, un alto contenido de azufre puede aumentar el riesgo de desgarro laminar, aún cuando sea significativamente inferior al límite fijado por las normas de productos de acero.
Figura 3.1 − Desgarro laminar
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(4) La susceptibilidad del material al desgarro laminar debería determinarse midiendo la ductilidad en la dirección del espesor según la Norma Europea EN 10164. Los niveles de ductilidad así obtenidos se expresan en términos de grados de calidad identificados por valores Z. NOTA 1 El desgarro laminar es un daño producido por las soldaduras, generalmente detectable mediante inspección por ultrasonidos. El mayor riesgo se da en las uniones en cruz, en T y en ángulo, así como en las soldaduras de penetración completa. NOTA 2 La Norma Europea EN 1011-2 contiene recomendaciones para evitar desgarros laminares durante la ejecución de las soldaduras.
3.2 Procedimiento
(1) No es necesario considerar el desgarro laminar si se cumple la condición: ZEd ≤ ZRd
(3.1)
donde ZEd es el valor Z requerido de proyecto, función de la magnitud de las deformaciones debidas a la restricción de la retracción térmica del material bajo los cordones de soldadura; ZRd es el valor Z de proyecto del material, disponible conforme a la Norma Europea EN 10164, es decir, Z15, Z25 o Z35. (2) El valor requerido de proyecto ZEd puede determinarse mediante la expresión: ZEd = Za + Zb + Zc + Zd + Ze donde los valores de Za, Zb, Zc, Zd y Ze vienen dados en la tabla 3.2.
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(3.2)
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Tabla 3.2 − Factores que determinan el valor ZEd a)
b)
c)
d)
e)
Profundidad de garganta efectiva para la deformación por retracción térmica
Profundidad de garganta efectiva aeff (véase la figura 3.2)
Espesor de garganta a para soldaduras en ángulo
Zi
aeff ≤ 7 mm
a = 5 mm
Za = 0
7 < aeff ≤ 10 mm
a = 7 mm
Za = 3
10 < aeff ≤ 20 mm
a = 14 mm
Za = 6
20 < aeff ≤ 30 mm
a = 21 mm
Za = 9
30 < aeff ≤ 40 mm
a = 28 mm
Za = 12
40 < aeff ≤ 50 mm
a = 35 mm
Za = 15
50 < aeff
a > 35 mm
Za = 15
Forma y posición de las soldaduras en uniones en T, en cruz y en ángulo
Restricciones a la retracción por efecto del espesor s del material
Zb = -25
Uniones en ángulo
Zb = -10
soldaduras monocapa en ángulo Za = 0 o soldaduras en ángulo con tope de metal de aportación de baja resistencia Za > 1
Zb = -5
soldaduras multicapa en ángulo
Zb = 0
soldaduras con penetración completa y con penetración parcial
Zb = 3
soldaduras con penetración completa y con penetración parcial
Zb = 5
soldaduras en ángulo
Zb = 8
s ≤ 10mm
Zc = 2*
10 < s ≤ 20mm
Zc = 4*
20 < s ≤ 30mm
Zc = 6*
30 < s ≤ 40mm
Zc = 8*
40 < s ≤ 50mm
Zc = 10*
50 < s ≤ 60mm
Zc = 12*
60 < s ≤ 70mm
Zc = 15*
70 < s
Zc = 15*
Restricciones a la retracción por efecto Nivel bajo: remoto de otras partes de la Nivel medio: estructura posterior a la soldadura Nivel alto: Influencia del precalentamiento
Retracción libre (por ejemplo, uniones en T)
Zd = 0
Retracción limitada (por ejemplo, diafragmas en vigas cajón)
Zd = 3
Retracción impedida (por ejemplo, largueros en chapas de tableros ortótropos)
Zd = 5
Sin precalentamiento
Ze = 0
Precalentamiento ≥ 100°C
Ze = -8
* Puede reducirse un 50% para materiales comprimidos en la dirección del espesor bajo las cargas estáticas predominantes.
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Figura 3.2 − Profundidad efectiva de garganta aeff para retracción térmica
(3) El valor de ZRd puede obtenerse según la Norma Europea EN 10164 aplicando el grado adecuado. NOTA Para la clasificación, véanse las Normas Europeas EN 1993-1-1 y EN 1993-2 a EN 1993-6.
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