Normativa y conceptos clave en estructuras metálicas: CTE, acciones, estados límite y torsión

Actualmente, el contexto normativo de las estructuras metálicas está definido por el Código Estructural (CE), con las bases generales del Título 1 y 3, las bases de cálculo del Anejo 18 y las prescripciones de dimensionamiento existentes entre los Anejos 22 a 29.

Además de esta normativa, se puede optar por utilizar los Eurocódigos estructurales, opción que tiene sentido cuando se utiliza software europeo que no tenga implementado el Código Estructural. También se pueden adoptar soluciones alternativas, bajo responsabilidad y justificando prestaciones iguales o superiores a las del CE.

En el CTE existen los documentos DB SE, DB SE-AE y DB SE-A. El Código Estructural (CE) es posterior al CTE, de manera que cumpliéndolo se cumple con el CTE.

Las acciones a considerar en el cálculo se clasifican, según su variación en el tiempo, en:

• Acciones permanentes (G): actúan en todo instante sobre el edificio con posición básicamente constante. Su magnitud puede ser constante (por ejemplo, el peso propio de los elementos constructivos o las acciones y empujes del terreno) o variar de forma despreciable o monótona hasta un valor límite (por ejemplo, acciones reológicas o pretensado).
• Acciones variables (Q): pueden actuar o no sobre la estructura, como las debidas al uso o las acciones climáticas.
• Acciones accidentales (A): su probabilidad de ocurrencia es pequeña pero su importancia grande, como sismo, incendio, impacto o explosión.

Las deformaciones impuestas (asientos, retracción, etc.) se considerarán como acciones permanentes o variables, atendiendo a su variabilidad.

Las acciones también se clasifican por:

• Su naturaleza: directas o indirectas.
• Su variación espacial: fijas o libres.
• La respuesta estructural: estáticas o dinámicas.

Estados límite últimos (ELU)

Son aquellos que, de ser superados, constituyen un riesgo para las personas, ya sea porque producen la puesta fuera de servicio del edificio o el colapso total o parcial del mismo. Se consideran, entre otros:

• Sección a resistencia (en tensiones o esfuerzos).
• Pieza a pandeo lateral.

Estados límite de servicio (ELS)

Son aquellos que, de ser superados, afectan al confort y bienestar de los usuarios o de terceras personas, al correcto funcionamiento del edificio o a la apariencia de la construcción. Los estados límite de servicio pueden ser reversibles o irreversibles. Ejemplo: pieza a deformación.

Torsión sin alabeo o de Coulomb (1784)

Se da cuando se produce un giro de la sección sin alabeo (sin desplazamientos en la dirección del eje longitudinal de la pieza). Solo se presenta en secciones con simetría radial, como la sección circular o la corona circular.

Torsión de Saint-Venant o uniforme (1855)

Se produce el giro de la sección más un alabeo constante en todas las secciones, es decir, la sección no permanece perpendicular a la directriz. Se deben cumplir dos requisitos:

• Torsor constante en toda la pieza.
• Sin coacción al alabeo en ninguna sección.

Torsión por alabeo, de Vlasov o no uniforme

Cuando no se cumple cualquiera de los dos requisitos anteriores (torsor variable o alabeo coaccionado), se produce el giro de la sección más un alabeo distinto para cada sección. Además de las tensiones tangenciales (τ) como en los casos anteriores, aparecen tensiones normales (σ).

Secciones donde puede despreciarse la torsión por alabeo y considerarse solo la de Saint-Venant:

• Secciones macizas.
• Secciones abiertas compuestas por rectángulos y cuyos ejes coinciden en un punto.
• Secciones cerradas unicelulares o pluricelulares.
• Secciones tipo I o H —> entonces la torsión por alabeo puede apreciarse como predominante y la de Saint-Venant despreciarse en algunos casos.

Demostración del valor de la carga crítica de pandeo de un pilar en ménsula:

En este apartado se debería desarrollar la formulación matemática correspondiente al pandeo de un pilar en ménsula, considerando las condiciones de contorno y la rigidez de la sección. (Aquí se mantiene la referencia a la imagen que ilustra el caso.)