Estados Límite y Cimentaciones en Ingeniería Estructural: Tipos, Cálculo y Diseño

Estados Límite en Estructuras

Definición y Tipos

Los estados límite se refieren a situaciones en las que una estructura deja de cumplir con las funciones para las que fue diseñada. Se clasifican según el tipo de acción que los provoca:

• Acciones permanentes: estados límite para acciones que actúan de forma continua durante la vida útil de la estructura.
• Acciones transitorias: estados límite para acciones que tienen una duración limitada en el tiempo, como el viento o la nieve.
• Acciones accidentales: estados límite para acciones excepcionales, como sismos o impactos.

Para determinar la tensión máxima admisible del terreno, se deben considerar diferentes valores para cada tipo de acción o situación. En el caso de acciones permanentes, se utiliza un único valor, mientras que para acciones transitorias se requieren varios valores.

Si se supera el estado límite, la estructura no cumplirá con su función. La resistencia de la estructura debe ser mayor que la fuerza desestabilizadora. Para determinar la seguridad de la estructura, se utiliza el factor de seguridad (FS).

El análisis de estados límite se centra en el equilibrio y puede subestimar la resistencia real de la estructura y sobreestimar el efecto de las acciones.

• Estado Límite Último (ELU): la estructura colapsa o se rompe.
• Estado Límite de Servicio (ELS): la estructura no cumple con los requisitos de funcionalidad.

Análisis de Acciones Desestabilizadoras

El primer paso es identificar las acciones desestabilizadoras que actúan sobre la estructura y las respuestas estructurales disponibles para contrarrestarlas.

Para evaluar las acciones desestabilizadoras y las respuestas estructurales, se deben considerar:

• Acciones estabilizadoras y desestabilizadoras.
• Propiedades de los materiales.
• Información geométrica.

El Eurocódigo no establece una pauta específica para el cálculo de las acciones, por lo que se deja a criterio del proyectista. Esto puede ser peligroso, ya que es necesario mayorar las acciones para garantizar la seguridad. Se recomienda un FS mayor que 1 para acciones desestabilizadoras y menor que 1 para acciones estabilizadoras.

Las propiedades de los materiales deben ser minoradas para tener en cuenta las incertidumbres.

Empuje Activo y Pasivo

• Empuje activo: se produce cuando el terreno se acumula contra la estructura, como en el caso de un muro de contención.
• Empuje en reposo: el terreno se encuentra en equilibrio y no ejerce empuje sobre la estructura.
• Empuje pasivo: se produce cuando se aplica una fuerza desde el interior de la estructura hacia el terreno, como al abrir una tapa en el suelo.

La antigua NBE AE-88 proporcionaba coeficientes de empuje tabulados, pero el nuevo CTE solo ofrece fórmulas. El ROM mantiene los cuadros y añade gráficos para facilitar el cálculo.

Asientos

Asiento Instantáneo

• Comportamiento elástico del terreno.
• Proporcional al incremento de carga.
• Relación lineal entre carga y asiento.

Consolidación Primaria

• Deformación del terreno por consolidación.
• Proceso diferido en el tiempo hasta alcanzar el equilibrio de fuerzas.
• Cambio de volumen del terreno (expulsión de agua).
• Largos periodos de tiempo.

Consolidación Secundaria

• Deformación del terreno por fluencia o reptación.
• A tensión efectiva constante.
• Por reorganización lenta de las partículas, fluencia viscosa y eliminación de materia orgánica.
• Degradación de las partículas del terreno.

Tipos de Suelos y Asientos

Suelos Granulares

• Permeabilidad alta.
• El agua se moviliza rápidamente, lo que provoca variaciones de volumen instantáneas al aplicar la carga.
• Deformación volumétrica nula al final de la aplicación de la carga.
• No hay asientos diferidos.
• Los asientos a corto plazo (CP) y a largo plazo (LP) coinciden.

Suelos Coherentes

: permeab baja --mov agua limitado -- app carga hay u --drenaje mucho t respecto a la vel de app carga -- hay procesos de consolidacion --dierencia entre CP y LP con asientos instantaneos y de consolidacion.

Método elastico: para asientos instantáneos (algunos casos de consolid) --a partir de los parametr elasticos del terreno --no relaciona asientos con el t --permite estimar movs debido a esfuerzos horizontales

Metodo edometrico: para asientos diferidos o de consolid --suelos arcill blandos saturads --a partir de ensayos edometricos --permite estimar la evolucion del asiento en el t --no asientos instantaneos

ciment flotante: P estruc igual o menor al terreno excavado

Elastico: boussinesq: proporcion entre tensiones y deform (valido zonas alejadas de rotura) --mat elastico cumple ley de hooke, coef de elasticidad mismo a compresion q atraccion --mat homogeneo (prop ctes en espacio) --mat isotropo (no dependen de direccion)

zapata flexible o rigida: manual hormigon lo define: relacion entre vuelo y canto (atiende solo aspectos estruct y no a la distrib de P en terreno

--zapata rigida: debajo d ella deja una ley de presiones triang sin ser necesario recurrir a metodo interaccion suelo-estruct --flexible: necesario metodos interacion suelo-estruc

--depende de geometria (relacion vuelo/canto), prop elasticas del mat de zapata y  terr q se apoya. (podria ser rigida para calculo estruct y flexible para calc P o vicev)