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Cálculo de las sobrecargas de uso, incluidos coeficientes de mayoración, minoración por simultaneidad y combinación, según CTE.

Resúmen
  • La correcta definición de las acciones y sus coeficientes es fundamental tanto para el correcto dimensionado de las estructuras como para obtener resultados fiables en verificaciones y peritaciones de sus elementos.

  • Habitualmente las estructuras están sobredimensionadas por una incorrecta definición de las acciones y sus coeficientes. Esto suele suceder por:
    - Desconocimiento de todas las acciones que le afectarán a la estructura debido a que la arquitectura y las instalaciones normalmente avanzan de forma simultánea (y no previa) a la estructura. En esta situación, el calculista suele considerar acciones y coeficientes conservadores para asumir posibles (y frecuentes) modificaciones en arquitectura e instalaciones.
    - Desconocimiento por parte del calculista de los coeficientes que se han de considerar para las acciones (y tendencia al uso de las opciones por defecto de los programas de cálculo).
    - Dificultad que existe en los programas de cálculo para considerar correctamente todos los coeficientes.
    - Apremio en los cálculos, que llevan al calculista a efectuar pequeños sobredimensionados a cambio de reducción de plazo en los resultados.

  • Por otra parte, este sobredimensionado, que se traduce en un sobrecoste, en algunos casos es conveniente ajustar, sobre todo si se tiene la certeza de que no se producirán modificaciones en el proyecto (situación realmente utópica), o si se trata de peritar un elemento, o de verificar que un cálculo efectuado funciona en una situación diferente de la considerada incialmente.

  • Como siempre que se calcula con CTE, el ámbito de aplicación es para estructuras de edificación, quedando fuera de su alcance "... las acciones y las fuerzas que actúan sobre elementos tales como aparatos elevadores o puentes grúa, o construcciones como los silos o los tanques".

Cálculo
.
Parámetros:
Estructura:  Debido a que no todos los pilares suelen tener la misma configuración, se deben introducir los datos para cada pilar que tenga características diferentes.
Número de plantas (sin contar la baja) = 
Número de sótanos = 
Superficie tributaria que soporta el pilar =m2
Usos de cada planta: 
PlantaUso(*1)     
Cubierta:  
Planta 9:  
Planta 8:  
Planta 7:  
Planta 6:  
Planta 5:  
Planta 4:  
Planta 3:  
Planta 2:  
Planta 1:  
Planta Baja:  
Sótano -1:  
Sótano -2:  
Sótano -3:  
 
(*1)Según la norma, parece que las zonas de habitaciones en hoteles y hospitales se han de considerar de uso privado, tanto por la descripción de la categoría A1 como por la de la categoría C3, y así lo considera este programa.
Además de la carga superficial que indica este programa, se han de considerar el resto de las sobrecargas aplicables, como la carga lineal en balcones volados de 2 kN/ml, o las cargas específicas de almacenes o bibliotecas.
El peso propio de los equipos e instalaciones fijas, tanto en cubiertas como en zonas técnicas, tiene carácter de carga permanente, y como tal, no es susceptible de reducción.
Cálculo disponible sólo para usuarios con subscrición activa. (+info)

Resultados:
Coeficientes de mayoración de sobrecargas (resistencia y estabilidad)DB SE, 4.2.3, tabla 4.1  
Acción desfavorable o desestabilizadora. γ =1.5 
Acción favorable o estabilizadora. γ =0 
 
Cargas superficiales y coeficientes de reducción para elementos verticalesDB SE-AE, 3.1.1, tabla 3.1SE-AE, 3.1.2 
PlantaUsoSobrecarga(*2)Puntual(*3)Reducción(*4) 
Cubierta:G1-Inclinada entre 25º y 30º0.75(*5)0  
Planta 9:A2-Residencial: Trasteros32  
Planta 8:A1-Residencial: Viviendas o habitaciones en hoteles y hospitales22  
Planta 7:A1-Residencial: Viviendas o habitaciones en hoteles y hospitales22  
Planta 6:A1-Residencial: Viviendas o habitaciones en hoteles y hospitales22A1: 0.9  
Planta 5:A1-Residencial: Viviendas o habitaciones en hoteles y hospitales22A1: 0.9  
Planta 4:A1-Residencial: Viviendas o habitaciones en hoteles y hospitales22A1: 0.8  
Planta 3:B -Administrativo22A1: 0.8  
Planta 2:B -Administrativo22A1: 0.8  
Planta 1:B -Administrativo22A1: 0.8, B : 0.9  
Planta Baja:D1-Comercial: Locales comerciales54A1: 0.8, B : 0.9  
Sótano -1:E -Aparcamiento vehículos ligeros220A1: 0.8, B : 0.9  
Sótano -2:E -Aparcamiento vehículos ligeros220A1: 0.8, B : 0.9  
Sótano -3:E -Aparcamiento vehículos ligeros220A1: 0.8, B : 0.9  
 
Coeficiente de reducción para elementos horizontales(*6)0.74DB SE-AE, 3.1.2, tabla 3.2 
 
Coeficientes de simultaneidadCTE DB SE, 4.2.3, tabla 4.2 
 Uso(*7)ψ0ψ1ψ2 
 G1-Inclinada entre 25º y 30º000 
 A2-Residencial: Trasteros0.70.50.3 
 A1-Residencial: Viviendas o habitaciones en hoteles y hospitales0.70.50.3 
 B -Administrativo0.70.50.3 
 D1-Comercial: Locales comerciales0.70.70.6 
 E -Aparcamiento vehículos ligeros0.70.70.6 
(*2)Estos valores incluyen tanto los efectos derivados del uso normal, como los de la utilización poco habitual. Además incluyen el efecto de la alternancia de carga, salvo en el caso de elementos críticos, como vuelos, o en el de zonas de aglomeración. (CTE DB SE-AE 3.1.1).
(*3)Carga puntual únicamente para comprobaciones locales de capacidad portante, actuando sobre el pavimento acabado en cualquier punto de la zona, y actuando simultáneamente con la sobrecarga uniformemente distribuida en las zonas de uso de tráfico y aparcamiento de vehículos ligeros (sobre superficie de 200 x 200 mm), y de forma independiente y no simultánea con ella en el resto de los casos (sobre superficie de 50 x 50 mm).
(*4)Así como para los elementos portantes horizontales, la reducción de sobrecargas se efectúa por categorías de uso, para elementos verticales no está claro ya que el CTE indica "de un mismo uso" sin especificar categoría o subcategoría. El autor ha considerado para elementos verticales la reducción por subcategorías, es decir, dos plantas de viviendas y una de trasteros no generan reducción de sobrecargas, por ser subcategorías distintas (aún estando en la misma categoría de zona residencial).
(*5)El valor indicado se refiere a la proyección horizontal de la superficie de la cubierta, y "no se considera concomitante con el resto de acciones variables", es decir, que puede omitirse si hay alguna otra acción variable de valor igual o superior a éste.
(*6)Reducción sólo aplicable a elementos verticales de forma simultánea en el caso de 1 ó 2 plantas, o cuando las plantas tengan el mismo uso y correspondan a diferentes usuarios (debe estar indicado en la memoria y en el manual de uso y mantenimiento).
(*7)En el CTE DB-SE 4.2.3 tabla 4.2, en la notación de los usos se ha omitido la letra E, quedando desplazadas las notaciones de los usos siguientes a esa letra, y sin coincidir respecto al CTE DB SE-A 3.1.1 tabla 3.1.


Notas del autor
  • Habitualmente las cargas se introducen en los programas de cálculo de modo que el número de acciones (o hipótesis o casos de carga, según el programa) sean el mínimo posible. De esta forma se facilita la introducción y chequeo de datos en los programas de cálculo y se reduce el número de combinaciones (que ya de por sí es bastante grande), pero el cálculo obtenido está sobredimensionado. En concreto, es frecuente calcular con todas las sobrecargas de uso en la misma hipótesis, pero según el CTE DB SE-A 3.1.1, ap. 8, "a los efectos de combinación de acciones, las sobrecargas de cada tipo de uso tendrán la consideración de acciones diferentes. Los items dentro de cada subcategoría de la tabla 3.1 son tipos distintos". Eso significa que en la combinación en la que el uso no está reducido por el coeficiente de combinación, se considera completo, mientras que sólo se debería considerar completa cada subcategoria de uso, y el resto deberían estar afectadas por los coeficientes de combinación. Un ejemplo: supongamos que tenemos acciones de uso vivienda (V) y garaje (G). Si ambas están en la misma hipótesis, ambas se consideran sin reducción (V + G)* γ, mientras que la norma permite considerar el coeficiente de combinacion: (V * γ) + (G * γ * ψ0), obteniendo menores cargas. (Esto puede ser desfavorable en pilares y cimentaciones con momentos muy elevados, cosa que tampoco se tiene en cuenta en el cálculo habitual y puede ser desfavorable).

  • Para poder considerar la reducción de sobrecargas en programas de cálculo, es necesario efectuar varios modelos de cálculo: uno para el cálculo de los forjados, vigas, resto de los elementos horizontales (donde se considerarán las reducciones por superficie tributaria), y el resto para los pilares, los muros y (en opinión del autor) la cimentación. En los modelos de cálculo para los elementos verticales, se aplicará la reducción por superficie tributaria sólo si es factible (menos de 3 plantas, o plantas destinadas al mismo uso correspondiendo a diferentes usuarios), y será necesario un modelo para cada cambio de coeficiente de reducción de sobrecargas. De forma simplificada, podrían efectuarse un modelo sin reducciones (para las plantas superiores) y otro con los coeficientes que llegan a cimentación (para las planas inferiores). Los elementos intermedios de coeficiente de reducción 0.9 quedarían sin considerar. Siempre sería necesario definir las subcategorías de uso en distintas hipótesis. La generación de varios modelos de cáculo se podría evitar en programas que permitan asignar diferentes juegos de combinaciones a distintos elementos, aunque lo habitual es que las combinaciones sean las mismas para todos los elementos de la estructura.

  • En opinión del autor, es un error creer que un cálculo menos ajustado proporciona un coeficiente de seguridad adicional, siempre beneficioso. El calculista tiene la obligación de efectuar siempre un cálculo con total fiabilidad y seguridad, cosa que se consigue aplicando estrictamente la norma, pero también está obligado a preservar los intereses del cliente efectuando estructuras del menor coste posible. Sólo se justificaría un cálculo menos ajustado si se tiene una previsión real de modificaciones o cambios futuros de uso, o si los plazos son realmente determinantes.

Versión 05/03/2013







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