Estados límite en estructuras: falla, servicio y seguridad

Definición de Estado Límite

Se llama estado límite de una estructura a cualquier etapa de su comportamiento a partir de la cual su respuesta se considera inaceptable.

Tipos de Estados Límite

Estados Límite de Falla

Son aquellos relacionados con la seguridad y corresponden a situaciones en las que la estructura sufre una falla total o parcial, o simplemente presenta daños que afectan su capacidad para resistir nuevas acciones. La falla de una sección por cortante, flexión, torsión, carga axial o cualquier combinación de esos efectos (fuerzas internas), constituyen un estado límite de falla. Otros ejemplos incluyen la inestabilidad o falta de equilibrio global de la estructura, el pandeo de uno de sus miembros, el pandeo local de una sección y la falla por fatiga.

Estados Límite de Servicio

Se relacionan con aquellas situaciones que, aun sin poner en juego la seguridad de la estructura, afectan el correcto funcionamiento de la construcción. Estos comprenden las deflexiones, desplazamientos horizontales, flechas, agrietamientos y vibraciones excesivas, así como el daño de elementos no estructurales de la construcción.

Función, Acciones y Respuesta de una Estructura

Función de una Estructura

Absorber las solicitaciones que se derivan del funcionamiento de la construcción.

Acciones

Se entiende por acciones lo que generalmente denominamos cargas; es decir, todos los agentes externos que inducen en la estructura fuerzas internas, esfuerzos y deformaciones.

Respuesta de la Estructura

Está representada por un conjunto de parámetros físicos que describen su comportamiento ante las acciones que le son aplicadas.

Objetivo del Diseño Estructural

Proporcionar una seguridad adecuada ante la aparición de estados límite de falla para las acciones más desfavorables que puedan presentarse durante la vida útil de la construcción y procurar que, en las acciones normales de operación, no se sobrepasen los estados límite de servicio.

Relación Acciones-Estructura-Respuesta

Acciones: Carga viva (CV), Carga muerta (CM), Carga accidental (CA), peso propio, hundimiento de la cimentación.
Respuesta: Flecha, esfuerzo, agrietamiento, daño, falla, desplazamiento, hundimiento.

Seguridad Estructural

El diseño tiene como objeto proporcionar soluciones que, por medio del aprovechamiento de los materiales y las técnicas constructivas disponibles, y cumpliendo con las restricciones impuestas por otros aspectos del proyecto, den lugar a un buen comportamiento de la estructura bajo condiciones normales de funcionamiento de la construcción y una seguridad adecuada contra la ocurrencia de algún tipo de falla.

Para que la construcción cumpla con las funciones para las cuales está siendo proyectada, es necesario que la respuesta de la estructura se mantenga dentro del estado límite y no afecte su correcto funcionamiento ni su estabilidad.

Ductilidad de una Sección

Una sección es dúctil cuando se deforma, pero no llega a la falla; es decir, cuando se comporta dentro del rango elástico sin rebasar el límite de fluencia.

Estructuración

En esta etapa del proceso se determinan los materiales de los que va a estar constituida la estructura, la forma global de esta, el arreglo de sus elementos constitutivos y sus dimensiones y características más esenciales. Esto incluye la evaluación crítica de los materiales de construcción y la obtención de dimensiones de elementos que sean tanto económicos como seguros en la vida útil de la estructura.