Cátedra de Ingeniería Rural

Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Agrícola de Ciudad Real

Aceros. Acciones. 1. Clases de acero. La norma NBE EA-95 utiliza las designaciones de acero A-37, A-42 y A-52, en la que el número indicado corresponde a la resistencia a tracción garantizada (en kp/mm2), con las calidades o grados b, c y d para cada uno de ellas; no obstante, la designación comercial actual de aceros es la que figura en las normas UNE EN 10025 y UNE EN 10210-1. En la tabla 1 se indican las correspondencias entre las designaciones utilizadas en la NBE EA-95 y en la UNE EN 10025 para los productos laminados en caliente más usuales. Tabla 1. Designaciones de los aceros utilizados por la NBE EA-95 y su correspondencia con las de la UNE EN 10025 Designación según NBE EA-95

Designación según UNE EN 10025 (1)

A 37b A 37c A 37d A 42 b A 42c A 42d

S 235 JR S 235 JR G2 S 235 JO S 235 J2 G3 (2) S 275 JR (2) S 275 JO (2) S 275 J2 G3 A 52b S 355 JR A 52c S 355 JJO A 52d S 355 J2 G3 (1) La designación de aceros para construcción metálica según UNE EN 10025 utiliza una notación alfanumérica que comienza con la letra S seguida de tres dígitos que indican el valor mínimo del límite elástico expresado en N/mm2 a los que se añaden otras letras y números que corresponden al grado y otras aptitudes. (2) Estas designaciones se corresponden con A 44b, A 44c y A 44d, respectivamente, según UNE 36080-73

Los aceros A-37, A-42 y A-52 se emplearán para los productos laminados, según su calidad, con las siguientes consideraciones: −

Calidad b

Utilizable en construcciones remachadas o soldadas ordinarias.

1

Cátedra de Ingeniería Rural

Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Agrícola de Ciudad Real

−

Calidad c

Propio para construcciones soldadas con exigencias de alta soldabilidad o de insensibilidad a la rotura frágil.

−

Calidad d

Propio para construcciones soldadas con exigencias especiales (de resistencia, de resiliencia, etc).

En la UNE 10025 se designan los aceros con la letra S seguidad de un número, 235, 275 ó 355, que hacen referencia al límite elástico garantizado (σe) expresado en N/mm2 para espesores inferiores a 16 mm. Existen diferentes grados JR, JO, J2, que además se dividen en subgrados G2 y G3. Los diferentes grados JR, JO, J2G3 se diferencian por su soldabilidad y resiliencia, siendo la soldabilidad creciente desde el grado JR al J2. Los acero de grado G3 se suministran en estado normalizado (proceso que consiste en calentar el acero por encima de latemperatura de cristalización, y enfriarlo posteriormente al aire en calma). Las características mecánicas de cada clase de acero se definen en la tabla 2. Tabla 2. Características mecánicas de los aceros según la Norma NBE EA-95 Características Espesor mecánicas Límite elástico σe mínimo (kp/mm2)

Alargamiento de rotura δ mínimo (en %)

Probeta

≤ 16 mm > 16 mm ≤ 40 mm > 40 mm ≤ 63 mm

A 37b

A 37c

A 37d

A 42b

A 42c

A 42d

A 52b

A 52c

A 52d

24

24

24

26

26

26

36

36

36

23

23

23

25

25

25

35 (1)

35

35

22

22

22

24

24

24

34 (1)

34

34

≤ 40 mm

Longitudinal Transversal

26 24

26 24

26 24

24 22

24 22

24 22

22 (1) 20

22 20

22 20

> 40 mm

Longitudinal Transversal

25 23

25 23

25 23

23 24

23 21

23 21

21 (1) 19

21 19

21 19

37-48

37-45

37-45

42-53

42-50

45-50

52-62

52-62

52-62

≤ 63 mm

Resistencia a tracción σR mínimo-máximo (kp/mm2) (2)

Energía absorbida ρ 2.82 2.8 2.8 2.82 2.8 2.8 2.82 2.8 2.8 (kp⋅m) +20 0 -20 +20 0 -20 +20 0 -20 Temperatura de ensayo ºC En los aceros del tipo A 52 el espesor límite de 40 mm se sustituye por 36 mm. Salvo acuerdo en contrario, no será objeto de rechazo si en la resistencia a tracción se obtienen 2 kp/mm2 de menos. Tampoco si en los aceros de grados c y d se obtienen 2 kp/mm2 de más.

Resiliencia (1) (2)

Para los perfiles huecos de acero conformados en frío a partir de chapa de clase A 42b, el fabricante garantizará las propiedades indicadas en la tabla 3.

2

Cátedra de Ingeniería Rural

Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Agrícola de Ciudad Real

Tabla 3. Características mecánicas de los perfiles huecos conformados en frío. Límite elástico σe ≥ 26 kp/mm2 Resistencia a tracción σR ≥ 42 kp/mm2 Alargamiento de rotura δ ≥ 20% Doblado Satisfactorio realizando el ensayo según UNE 7 472 Aplastamiento Satisfactorio realizando el ensayo según UNE 7 208 Salvo acuerdo en contrario, los perfiles huecos no serán objeto de rechazo si en la resistencia a tracción se obtienen 2 kp/mm2 de menos.

Para los perfiles y placas conformados de acero a partir de chapa de clase A 37b se garantizarán las características mecánicas indicadas en la tabla 4. Tabla 4. Características mecánicas de los perfiles conformados. Límite elástico σe ≥ 24 kp/mm2 Resistencia a tracción σR ≥ 37 kp/mm2 Alargamiento de rotura δ ≥ 26% Doblado Satisfactorio realizando el ensayo según UNE 7 472 Salvo acuerdo en contrario, los perfiles huecos no serán objeto de rechazo si en la resistencia a tracción se obtienen 3 kp/mm2 de menos.

Finalmente, en la table 5 se dan según el Eurocódigo 3, los valores nominales del límite elástico fy y la resistencia a la tracción fu, para los aceros laminados Fe 360, Fe 430 y Fe 510 de acuerdo con la EN 10025 (las denominaciones Fe 360, Fe 430 y Fe 510, utilizadas en el Eurocódigo, se corresponden con las denominaciones S 235, S 275 y S 355, respectivamente –UNE EN 10025–). Obsérvese que estas clases resistentes de acero concuerdan aceptablemente con las nacionales.

3

Cátedra de Ingeniería Rural

Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Agrícola de Ciudad Real

2. Productos de acero. 2.1. Perfiles laminados. Los productos de acero laminado en caliente se agrupan en series por las características geométricas de su sección. En el anejo 2.A1 de la Norma se recogen las características geométricas de las distintas series, así como las dimensiones y demás constantes mecanogeométricas (radio de giro, momento de inercia, módulo resistente, módulo de torsión, etc) de los perfiles normalizados de cada serie. Un resumen de las series de acero laminado es el siguiente: a) Perfiles IPN (tabla 2.A1.1). Muy parecidos a la serie IPE, pero con peor relación inercia/peso, por lo que tiende a utilizarse menos. b) Perfiles IPE (tabla 2.A1.2). Muy utilizados como correas, vigas de cubierta o pilares. En este último caso deben ir acompañados de arriostramientos longitudinales, pues son perfiles resistentes en el eje X, pero muy débiles en el eje Y. c) Perfiles HEB, HEA, HEM (tabla 2.A1.3). Perfiles muy resistentes en los dos ejes de trabajo. Muy utilizados como pilares y como vigas planas de forjado. Los perfiles estándar son los HEB, mientras que los HEA (serie ligera) y los HEM (serie pesada) pueden ser suministrados bajo consulta previa. d) Perfiles UPN (tabla 2.A1.4). Es frecuente su uso como perfiles compuestos (2 UPN) con las alas hacia adentro (soldados o empresillados, utilizados como pilares)) o con las alas hacia fuera (unidos mediante cartelas, y utilizados en estructuras trianguladas (cerchas). e) Perfiles L (tabla 2.A1.5). Muy utilizados en cerchas como perfiles compuestos (2L unidos mediante cartelas) o simples como perfiles de arriostramiento. f) Perfiles LD (tabla 2.A1.6). Son perfiles angulares de lados desiguales. Se emplean menos que los anteriores. Son muy pocos los perfiles con posibilidad de suministro permanente.

4

Cátedra de Ingeniería Rural

Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Agrícola de Ciudad Real

g) Perfiles T (tabla 2.A1.7). Muy poco utilizados en estructuras de edificación, y están disponibles bajo consulta previa. h) Redondos (tabla 2.A1.8). Utilizados en arriostramientos. i) Cuadrados ((tabla 2.A1.9). Igual que los anteriores, pero menos utilizados. j) Rectangulares (tabla 2.A1.10). Son las placas de anchura menor de 500 mm, pudiendo obtenerse por laminación directa o por corte de chapa. Utilizados como placas de base de pilares. k) Chapas (anejo 2.A1). Productos laminados de anchura mayor de 500 mm. Según su espesor se clasifica en chapa fina (espesor menor de 3 mm), chapa media (de 3 hasta 4.75 mm) y chapa gruesa (mayor de 4.75 mm).

2.2. Perfiles huecos. Son perfiles huecos conformados en frío, de sección cerrado, no maciza, de espesor pequeño con relación a las dimensiones características de la sección, destinados a servir de elementos resistentes. Se fabrican a partir de chapa laminada en caliente de acero A 42b mediante conformación en frío y soldadura. Suelen emplearse como correas de cubierta, como vigas de atado y como perfiles de cerchas. Las series que comprenden son: a) Perfiles huecos redondos (tabla 2.A2.1). b) Perfiles huecos cuadrados (tabla 2.A2.2) c) Perfiles huecos rectangulares (tabla 2.A2.3)

2.3. Perfiles y placas conformados. Estos productos se fabrican conformados en frío. El acero comercial para estos perfiles es el A 37b. No se consideran los perfiles y placas conformados fabricados con

5

Cátedra de Ingeniería Rural

Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Agrícola de Ciudad Real

otros aceros de características superiores a las del A 37b, lo cual no impide que puedan utilizarse. Tienen espesor constante y pequeño en relación con la máxima dimensión de la sección y constan de caras planas o cilíndricas enlazadas sin aristas vivas y sin soldaduras. Antes o después de su conformación pueden someterse a procesos de pintado, galvanizado, etc. Hay que indicar que para estos perfiles, y debido a su reducido espesor, es preciso un cálculo especial diferente al de los perfiles laminados o huecos, que viene recogido en la parte 4 de la NBE EA-95. Así, es común el empleo de las correas en Z o en Ω por el ahorro de peso que se consigue, siendo por tanto más económicas, mientras que muchos proyectistas los calculan como si fuesen perfiles laminados, lo que puede producir un fallo estructural grave, pues en este tipo de correas el cálculo a torsión es el que más debe de preocupar, por su propia geometría. En el cálculo de elementos estructurales mediante este tipo de perfiles hay que tener en cuenta las siguientes circunstancias: −

La mayor influencia de los fenómenos de inestabilidad: abolladura, combadura, pandeo con torsión, etc, y de la deformación de las secciones transversales.

−

El uso de procedimientos de unión específicos: remaches en frío, soldadura por puntos, etc.

−

El efecto de la corrosión en espesores menores de 4 mm.

−

La posibilidad de tener en cuenta la elevación del límite elástico debida al endurecimiento por la conformación en frío.

Los perfiles y placas conformados comprendidos en la norma se agrupan en series por las características geométricas de su sección. También se incluyen las placas nervadas, agrafadas y los paneles, aunque propiamente no constituten series porque actualmente se fabrican con muy variadas formas y dimensiones.

6

Cátedra de Ingeniería Rural

Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Agrícola de Ciudad Real

ü

Series de perfiles conformados − Perfiles conformados L (tabla 2.A3.1) − Perfiles conformados LD (tabla 2.A3.2) − Perfiles conformados U (tabla 2.A3.3) − Perfiles conformados C (tabla 2.A3.4) − Perfiles conformados Ω (tabla 2.A3.5) − Perfiles conformados Z (tabla 2.A3.6)

ü

Series de placas y paneles conformados − Placa ondulada (tabla 2.A3.7) − Placa grecada (tabla 2.A3.8) − Placas nervadas, agrafadas y paneles. Los datos de estos elementos figuran en los catálogos de los fabricantes.

3. Acciones en la edificación. Se denomina acción a toda causa que pueda provocar y cambiar el estado de tensiones al que está sometido un elemento estructural. La norma vigente para el cálculo de las acciones que actúan sobre las edificaciones es la NBE AE-88 (Acciones en la edificación), que sustituye a la tradicional MV-101 (1962). Otras normas que pueden utilizarse son las Normas Tecnológicas, entre las que podemos destacar la NTE ECG-88 (Estructuras. Cargas Gravitatorias) y la NTE ECV-88 (Estructuras. Cargas de viento). También hay que citar la NCSR-02 (Norma de construcción sismorresistente: parte general y edificación). El proyectista está obligado a conocer la NBE AE-88 y a aplicarla en las obras, pero puede, bajo su personal responsabilidad, adoptar valores de acciones y reacciones

7

Cátedra de Ingeniería Rural

Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Agrícola de Ciudad Real

diferentes, con la justificación correspondiente. Así, el proyectista debe señalar en la Memoria o en sus Anejos los valores de las acciones que ha considerado en el cálculo.

3.1. Clasificación de las acciones. La NBE AE-88 clasifica las acciones de la siguiente forma: •

Acción gravitatoria. Es la producida por el peso de los elementos constructivos, de los objetos que pueden actuar por razón de uso, y de la nieve en las cubiertas. Son cargas siempre verticales. Pueden ser de los siguientes tipos: −

−

Concarga. Es la carga cuya magnitud y posición es constante a lo largo del tiempo (NBE AE-88, capítulo 2). Se descompone en: §

Peso propio. Es la carga debida al elemento resistente.

§

Carga permanente. Es la carga debida a los pesos de todos los elementos constructivos, instalaciones fijas, etc, que soporta la estructura.

Sobrecarga. Es la carga cuya magnitud y/o posición puede ser variable a lo largo del tiempo. Pueden ser: §

De uso. Es la sobrecarga debida al peso de todos los objetos que puedan gravitar por el uso, incluso durante la ejecución (NBE AE-88, capítulo 3).

§

De nieve. Es la sobrecarga debida al peso de la nieve, sobre las superficies de cubierta (NBE AE-88, capítulo 4).

•

Acción del viento. Es la producida por las presiones y succiones que el viento origina sobre las superficies en las que incide. De ella se trata en el capítulo 5 de la NBE AE-88.

•

Acción térmica. Es la producida por las deformaciones debidas a los cambios de temperatura (capítulo 6). Tiene muy poca influencia en

8

Cátedra de Ingeniería Rural

Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Agrícola de Ciudad Real

estructuras de poca longitud. En estructuras muy largas es recomendable disponer juntas de dilatación a una distancia adecuada (entre 30 y 50 m). •

Acción reológica. Es la producida por las deformaciones que experimentan los materiales en el transcurso del tiempo por retracción, fluencia bajo las cargas u otras causas (capítulo 6). Son despreciables en los materiales metálicos, debiendo considerarse en el hormigón.

•

Acción sísmica. Es la producida por las aceleraciones de las sacudidas sísmicas. La norma NCSR-02 (Norma de construcción sismorresistente: parte general y edificación) ha entrado en vigor el día 12 de octubre de 2002, día siguiente al de su publicación en BOE.

•

Acción del terreno. Es la producida por el empuje activo o el empuje pasivo del terreno sobre las partes del edificio en contacto con él. Se desarrolla en los capítulos 8 y 9 de la NBE AE-88.

3.2. Combinación de acciones. De acuerdo con la norma NBE EA-95 los coeficientes parciales de seguridad, para las acciones más habituales, son los recogidos en la tabla 5.

9

Cátedra de Ingeniería Rural

Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Agrícola de Ciudad Real

Tabla 5. Coeficientes de ponderación γs (NBE EA-95) Caso de carga

Clase de acción

Coeficiente de ponderación si el efecto de la acción es Desfavorable

Ia (1)

CASO I

Ib

Ic

CASO II Acciones constantes y combinación de tres acciones variables independientes CASO III Acciones constantes y combinación de cuatro acciones variables independientes, incluso la sísmica.

α

β

Acciones constantes

1.33

1.33

Sobrecarga

1.33

1.50

Viento

1.50

1.33

Acciones constantes

1.33

Sobrecarga

1.50

Viento

1.50

Acciones constantes

1.33

Viento

1.50

Nieve

1.50

Acciones constantes

1.33

Sobrecarga

1.33

Viento

1.33

Nieve

1.33

Acciones constantes

1.00

Sobrecarga

r (2)

Viento

0.25 (3)

Nieve

0.50 (4)

Acciones sísmicas

1.00

Favorable

1

1

1

1

1

(1) Para efecto desfavorable se considerarán los valores de las dos columnas. (2) «r» es el coeficiente reductor para las cargas que según la Norma de Construcción Sismorresistente NCSR-02, indica: Azoteas, viviendas y hoteles (salvo locales de reunión): r = 0.50 Oficinas, comercios, calzadas y garajes: r = 0.60 Hospitales, cárceles, edificios docentes, iglesias, edificios de reunión y espectáculos y salas de reunión de hoteles: r = 0.80 Almacenes: r = 1 (3) Sólo se considerará en construcciones en situación topográfica expuesta o muy expuesta. (4) En caso de lugares en los que la nieve permanece acumulada habitualmente más de treinta días; en el caso contrario, el coeficiente será cero.

10