Manual de riesgos tecnológicos y asistencias técnicas PDF

Manual de riesgos tecnológicos y asistencias técnicas 1. Introducción 2ª Ley: “La suma de todas las fuerzas que actúan so-...

Manual de riesgos tecnológicos y asistencias técnicas 1. Introducción 2ª Ley: “La suma de todas las fuerzas que actúan so- bre un cuerpo, es igual al producto de la masa del cuerpo por la aceleración producida por la Definimos arquitectura (del griego αρχ (arch, cuyo significa- fuerza, con desplazamiento en la dirección de do es ‘jefe’, ‘quien tiene el mando’), y τεκτων (tekton, es decir, la resultante de las fuerzas”. ‘constructor’ o ‘carpintero’)), como el arte y técnica de pro- yectar y diseñar edificios, estructuras y espacios. 3ª Ley: “Dos cuerpos que actuan el uno sobre el otro Por otra parte, denominamos construcción (de latín cons- desarrollan, siempre, dos fuerzas que actúan truere ‘amontonar’) al conjunto de procedimientos técnicos en una misma dirección, son de igual intensi- llevados a cabo para levantar diversos tipos de elementos dad y tienen sentidos opuestos. Es conocido constructivos que definen una edificación. como “principio de acción y reacción”. De acuerdo a la RAE, entendemos por edificación a “aquella Por ello, de acuerdo al citado principio, toda fuerza aplicada construcción fija, hecha con materiales resistentes, para ha- en un punto (acción) debe ser contrarrestada con otra igual bitación humana o para otros usos”. y de sentido contrario (reacción) para que se mantenga el equilibrio. Al ser las edificaciones uno de los principales ámbitos natura- les de actuación de los cuerpos de bomberos, será necesario Composición de fuerzas: como toda magnitud vectorial, las un conocimiento básico de las características proyectadas fuerzas se pueden componer (sumar, restar, multiplicar, etc.), (conocimiento básico de la normativa de afección) y luego dando lugar a nuevas fuerzas. ejecutadas (sistemas constructivos, materiales empleados, etc.), que constituirán en su conjunto los escenarios de nues- tras intervenciones. 2. Conceptos de física aplicados a la edificación 2.1. Fuerza Definición: magnitud vectorial utilizada en física, para esque- matizar las interacciones entre cuerpos, es decir, la acción que un cuerpo puede sufrir, o ejercer sobre otro cuerpo. Se calcula como el producto de su masa por la acelaración a la que se ve sometida: F = m · a Características: los elementos que caracterizan las fuerzas en edificación, serán sus atributos (módulo o magnitud, direc- ción, sentido) y punto de aplicación. Unidades: la cuantificación de las fuerzas se realizará en el sistema internacional (SI) en Newtons (N), equivalentes a (Kg m/s2). Imagen 4. Composición de fuerzas Leyes: la fuerzas, al igual que el conjunto de la mecánica, se rigen por las 3 leyes de Newton: 2.2. Momentos 1ª Ley: “Todo cuerpo persevera en su estado de repo- Complementariamente a lo expuesto en el párrafo anterior, el so o movimiento uniforme y rectilíneo, a menos resultado o reacción de una fuerza, dependerá en gran medi- que una fuerza externa actúe sobre él”. Tam- da de su punto de aplicación, de acuerdo al cual se generará bién se denomina “principio de inercia”. en su caso los conocidos como momentos. Imagen 1. 1ª Ley. Principio de Inercia Imagen 2. 2ª Ley. F = m · a Imagen 3. 3ª Ley. Principio acción y reacción 22 Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados.  Parte 1. Edificaciones Caracterización Definición: entendemos por “par de fuerzas” al sistema for- fuerzas, generará distintos momentos en función de dónde mado por dos fuerzas paralelas entre sí, de la misma intensi- sean aplicadas, dado que a mayor brazo del par (distancia dad (o módulo), pero de sentidos contrarios. (Ej: una fuerza perpendicular entre las fuerzas), mayor momento; O lo que y su reacción) es lo mismo, a mayor brazo, máyor esfuerzo para equilibrarla. (ver ejemplo en la base de esta página). Un par de fuerzas queda caracterizado por su momento (mo- mento de un par de fuerzas), el cual es una magnitud vec- torial, que tiene por valor el producto de cualquiera de las fuerzas (su módulo), por la distancia d perpendicular entre ellas (brazo del par). En sentido práctico, el momento de un par de fuerzas con respecto a un punto da a conocer en qué medida existe capacidad de dicho sistema de fuerzas (una fuerza y su reacción), para cambiar el estado de la rotación Imagen 8. Imagen 9. Momento Imagen 10. Giro libre del cuerpo alrededor de un eje que Fuerzas pase por dicho punto. Para evitar di- alineadas cha rotación, en el cuerpo tratado se ha de generar un nuevo esfuerzo o Equilibrio del par: todo par de fuerzas que no tenga una nueva reacción, de magnitud idénti- reacción que lo contrareste, tenderá a equilibrarse reducien- ca y sentido contrario denominada do su brazo de palanca. Este fenómeno se produce cuando momento resistente o también mo- tras girar libremente, ambas fuerzas se alinean, logrando que Imagen 5. Par el brazo de palanca y por tanto su momento resulten nulos. mento de empotramiento. Todo giro libre presenta, por tanto, momento nulo. Si tras llevar la bolsa de la compra con los brazos en Ejemplo horizontal, nos cansamos y dejamos el hombro libre (momento en el hombro =0), el brazo girará oscilando la bolsa hasta que ésta se frene en la vertical del hom- bro, es decir, hasta que el brazo de palanca sea nulo. Derivado del principio anterior obtenemos, el principio de fun- cionamiento de una palanca, barra rígida que puede girar alrededor de un punto fijo o eje (punto de apoyo o fulcro) cuando se le aplica una fuerza (potencia (P) para vencer una Imagen 6. Momento + Imagen 7. Momento - resistencia R. Las dos fuerzas diferenciadas (potencia P y resistencia R), Unidades: la cuantificación de los momentos se realizará en están en equilibrio, cuando generan idéntico momento pero Newtons por metro (N·m), equivalentes a (Kg m²/s2). de sentido contrario: Potencia P · Brazo de potencia dp = Momentos positivos y negativos: si una fuerza está produ- Resistencia R · Brazo de resistencia dr. ciendo un momento respecto un punto, en función del sentido Por ello, para mover una resistencia R, sin incrementar el de giro de las fuerzas respecto dicho punto, diremos que los valor de P, bastará con incrementar el brazo de palanca o momentos son positivos (giro en sentido horario) o negativos reducir el de resistencia: (giro en sentido antihorario). Punto de aplicación: un misma fuerza o un mismo par de P · dp = R · dr Cuando llevamos la bolsa de la compra de la mano parado del cuerpo una distancia “d” entre hombro y bolsa, Ejemplo (peso “ P”), en la vertical del hombro, el esfuerzo que se generará un momento entre ambas fuerzas, de mag- deberemos realizar es otra fuerza vertical “R” idéntica nitud el producto del peso de la bolsa “P” por el brazo de al peso de la bolsa. Dado que peso “P” y reacción “R” palanca “d”, el cual deberá ser estabilizado mediante una están alineados en la vertical del hombro, no existirá reacción de sentido contrario (momento resistente o mo- ningún momento que debamos estabilizar por ser el mento de empotramiento). Lo que nos obligará a un esfuer- brazo de palanca igual a cero. zo adicional para evitar que la bolsa descienda. Sin embargo, en el caso de transportarla con los bra- En resumen: a mayor separación de la vertical del hombro, zos en horizontal, nos costará mucho mayor esfuerzo, mayor momento del par y necesidad de un mayor esfuerzo a pesar de tratarse de la misma carga: adicionalmen- para poder materializar un momento de empotramiento que te a la reacción del caso anterior, al llevar el peso se nos posibilite transportar el peso “P” en dicha posición. Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. 23  Manual de riesgos tecnológicos y asistencias técnicas 2.3. Equilibrio Propiedades: en relación con lo visto en epígrafes anterio- res, el centro de gravedad es el punto de aplicación de una Denominamos estática, a la rama de la mecánica clásica que única fuerza (con valor idéntico a la resultante de cargas), a analiza las cargas (fuerza, par / momento) y estudia el equili- fin de lograr el equilibrio del cuerpo. brio de fuerzas en los sistemas físicos en equilibrio estático. No debe corresponderse necesariamente con un punto ma- Definimos, por tanto, equilibrio estático como el estado de terial del cuerpo. Así, el centro de gravedad de una esfera fuerzas en el que no se producen movimientos relativos en el hueca está situado en el centro de la esfera que, obviamente, tiempo en los elementos del sistema. no pertenece al cuerpo. Básicamente, las cargas soportas por una estructura produ- Un objeto apoyado sobre una base plana estará en equilibrio cirán dos tipos de reacciones en ésta: empujes (fuerzas) y estable si la vertical que pasa por el centro de gravedad corta giros (momentos). Debiendo ser contrarrestadas por reac- a la base de apoyo. Lo expresamos diciendo que el centro de ciones iguales y de sentido contrario en los elementos cons- gravedad se proyecta verticalmente (cae) dentro de la base tructivos de carácter estructural. Por ello, en relación la 1ª ley de apoyo. de Newton, toda situación de equilibrio conllevará que las re- sultantes/sumatorios fuerzas (∑F) y momentos (∑M) de cada Si el cuerpo se aleja ligeramente de la posición de equilibrio, cuerpo, serán igual a cero. aparecerá un momento restaurador y recuperará la posición de equilibrio inicial. No obstante, si se aleja más de la posi- ción de equilibrio, el centro de gravedad puede caer fuera de la base de apoyo y, en estas condiciones, no habrá un momento restaurador y el cuerpo abandona definitivamente la posición de equilibrio inicial mediante una rotación que le llevará a una nueva posición de equilibrio. 2.4. Elasticidad La teoría de la elasticidad es la base de estudio de la mecá- nica de sólidos. Definición: capacidad para sufrir deformaciones reversibles cuando se encuentran sujetos a la acción de fuerzas exterio- res y de recuperar la forma original si estas fuerzas exteriores se eliminan. Imagen 12. Elasticidad Imagen 11. Equilibrio estático Condición límite de equilibrio: R= F1+F2 M1= F1 · d1= F2 · d2=M² Para una correcta comprensión del equilibrio, analizaremos el concepto de Centro de gravedad. Definición: punto de un cuerpo en el cual puede considerar- se concentrado su peso, de manera que si el cuerpo se apo- yara en ese punto, permanecería en equilibrio en cualquier Imagen 13. Elasticidad vs. plasticidad posición. 24 Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados.  Parte 1. Edificaciones Caracterización Todos los materiales suelen tener un comportamiento elás- 2.5.1. Coeficiente de conductividad térmica (A) tico inicial, hasta alcanzar el umbral denominado “Limite de Valor numérico que cuantifica la capaci- elasticidad”, momento a partir del cual tienen un comporta- dad de conducción térmica del material miento plástico. que se trate. Sus unidades serán los El comportamiento del material en ambos estadíos es dife- W/m ºC ó W/m K renciado: Cuanto más bajo sea el valor, mayor capacidad aislante ten- Elasticidad: las variaciones de las dimensiones y for- drá el material. mas de un cuerpo son temporales y recuperables. Plasticidad: los efectos de las deformaciones son per- Tabla 2. Conductividad térmica de algunos materiales manentes y no recuperables, debido a la alteración de Conductividad térmica los enlaces moleculares tras sufrir esfuerzos superiores Material (W/m K) al límite elástico. Suelen ir acompañadas de una pérdida de sección y de resistencia. Acero 47-58 Para la comprensión del comportamiento resistente de un Acero inoxidable 14-16 material, atenderemos a la ley de Hook: Hierro 80 Aluminio 209 σ=Eε Corcho 0,04-0,30 La tensión sufrida por un cuerpo sólido, será directamente Fibra de vídrio 0,03-0,07 proporcional a su mayor o menor elasticidad (E) así como a la deformación efectiva sufrida (ε) Ladrillo 0,80 Por tanto, para la perfecta evaluación del comportamiento o Madera 0,13 deformación de los materiales y estructuras, será interesante Poliuletano 0,018-0,025 conocer su deformación admisible a fin de compararla con la existente, siendo por tanto básico la utilización del Módulo Analizando el presente parámetro, podemos concluir a sim- de elasticidad longitudinal o Módulo de Young (E): ple vista que: Tabla 1. Deformación admisible para ciertos materiales El hierro transporta bastante mejor el calor que el acero. según el módulo de elasticidad longitudinal Existen muy buenos aislantes como son el corcho, la Módulo de Elasticidad fibra de vidrio o el poliuretano. Material (valor aproximado-N/mm²) 2.5.2. Coeficiente de dilatación térmica (α) Mampostería de ladrillo E = 3000 - 5000 La dilatación es el cambio de cualquier dimensión lineal del Maderas duras (frondosas) E = 10000 – 22500 sólido tal como su longitud, alto o ancho, que se produce al Maderas blandas (coníferas) E = 9000 - 11000 aumentar su temperatura (dilatación volumétrica). Acero E = 210000 Generalmente se observa la dilatación lineal al tomar un trozo Hierro de fundición E = 100000 de material en forma de barra o alambre de pequeña sección, Hormigón (Resistencia) E = 21500 - 39000 sometido a un cambio de temperatura, ya que el aumento que experimentan las otras dimensiones son despreciables frente a la longitud. σ=Eε→ε=σ/E Así pues, el coeficiente de dilatación lineal mide la dilatación A igualdad de deformación, un cuerpo sufre menores tensio- producida en un elemento por cada grado de aumento de nes cuanto mayor sea su elasticidad (mayor módulo de elas- temperatura y en cada metro lineal. Siendo Los valores más ticidad “E”) comunes: Así pues, bajo la acción de una misma carga: La madera presenta una importante deformación en la Tabla 3. Dilatación térmica en algunos materiales dirección de la fibra. Coeficiente de dilatación El hierro fundido se deforma el doble que el acero. Material térmica (x10-5) El hormigón puede llegar a deformarse hasta 10 veces Hormigón 1,17 más que el acero. Acero 1,2 2.5. Factores asociados al comportamiento Hierro 1,1 térmico Ladrillo 0,9 Madera 0,2-0,9 Dado que las intervenciones de bomberos frecuentemente van asociadas a escenarios con presencia de fuertes varia- ciones térmicas provocadas por incendios, deberemos distin- Por ejemplo, el coeficiente de dilatación térmica del acero es guir varios parámetros para comprender su caracterización y de 0,000012 (1/ ºC), y el del hormigón es aproximadamente su cuantificación: el mismo. Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. 25  Manual de riesgos tecnológicos y asistencias técnicas Esto significa que una viga, por ejemplo, de hormigón armado su cálculo será esencial la identificación del material consi- de 10 metros de longitud que, durante el proceso de un in- derándose básicamente suelos de origen sedimentario (bien cendio, pase de una temperatura ambiente de 20ºC a 400°C, arcillas, bien gravas o arenas) y la altura de las mismas. sufrirá una dilatación lineal de: A efectos del presente manual, consideraremos los siguien- a = 0,000012 · 10 · 480 = 0,0576 m = 5,76 cm tes valores de referencia para las acciones permanentes: Este aumento de longitud provoca empujes laterales que pueden provocar el colapso de la estructura. 3. Acciones en la edificación Según la normativa edificatoria en vigor, el Código Técnico de la Edificación, en su Documento Básico de Seguridad Estruc- tural, Acciones en la Edificación “CTE DB SE AE”, las fuerzas, cargas o solicitaciones que debe soportar un edificio se clasi- fican en las siguientes categorías: Acciones permanentes: cargas que actúan con carác- ter permanente en la edificación y permanecen constan- tes a lo largo de la vida útil de ésta. Se clasificarán en: Imagen 14. Acciones permanentes Peso propio / Pretensado / Acciones del terreno. Acciones variables: cargas que pueden actuar o no en Tabla 4. Peso propio de materiales la edificación y cuya cuantía puede ser variable en el tiempo. Distinguiremos: Sobrecarga de uso / Acciones Peso Peso Material específico Material específico sobre barandillas y elementos divisorios / Viento / Accio- (kN/m³) (kN/m³) nes térmicas / Nieve. Cal 13 Adobe 16 Acciones accidentales: cargas debidas a riesgos na- turales o accidentes por riesgos antrópicos. Distinguire- Ladrillo Yeso 15 12-15 mos: Sismo / Incendio / Impacto. cerámico Bloque Cemento 16 13-16 3.1. Acciones permanentes hormigón Mortero Piedra 3.1.1. Peso Propio 19-23 24-28** cemento natural Peso de los elementos constructivos de un edificio. Se inclu- Hormigón 24+1* Madera 3,5 – 5,0 yen todos los materiales y elementos que se utilizan en su eje- Acero 77 – 78,5 cución: estructura, cerramientos, tabiquería, acabados, instala- ciones, etc. El peso propio de los elementos constructivos, se * En hormigón armado con armados ordinarios, aumenta 1kN /m³ determinará, en general, a partir de las dimensiones de los ele- ** Basalto: 30 kN/m³ mentos constructivos y el peso de sus materiales. Se indican en las tablas 4 y 6, los valores más significativos de los pesos Tabla 5. Empuje del terreno propios de materiales y elementos constructivos recogidos en Profundidad Arcilla kN/m² Grava/Arena kN/m² el CTE, ante una potencial intervención de bomberos. 1m 5 3,3 3.1.2. Pretensado 2m 10 6,6 Esfuerzos debidos a ciertos procesos constructivos asocia- 3m 15 10 dos al hormigón armado (tensado de las barras de acero y compresión de la masa de hormigón, previo al fraguado de Tabla 6. Peso de elementos constructivos este último). No supondrá un valor de referencia ante una intervención de bomberos, por lo que tan solo se verificará si Peso específico aparente se siguen ejerciendo acciones de pretensado o no sobre una Cubiertas 1,0-2,5 kN/m² estructura para identificar posibles problemas de estabilidad. Forjados 2,0-5,0 kN/m² 3.1.3. Acciones del terreno Solados 0,5-1,5 kN/m² Cerramientos exteriores Esfuerzos generados y transmitidos a la estructura por parte 7,0 kN/m (h= 3 m) del terreno en contacto con el edificio (peso terreno, empujes, hundimientos, etc), y cuya cuantía es estimada por el Códi- Particiones interiores 3,0-5,0* kN/m go Técnico de la Edificación (concretamente en el DB-SE-C: (h=3 m) Documento Básico Seguridad Estructural - Cimientos). Para * En viviendas se puede adoptar el valor medio 1kN/m² 26 Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados.  Parte 1. Edificaciones Caracterización 3.2. Acciones variables 3.2.1. Sobrecarga de uso Peso que debe soportar la estructura debido a todos los ele- mentos necesarios para el desarrollo del uso al que se desti- na el edificio (comercial, vivienda, residencial público,…). Las sobrecargas de uso podrán ser uniformes (kN/m²) o concen- tradas (kN), en la tabla 7 se indican los valores más comunes recogidos en el CTE DB SE AE en el esquema que aparece Acciones térmicas Viento 5kN/m² Nieve 1kN/m² más adelante. 3.2.2. Acciones sobre barandillas y elementos divisorios Fuerza horizontal uniforme que debe resistir la estructura pro- pia de barandillas, petos, miradores, balcones o escaleras. Si bien el CTE estipula resistencias mínimas de entre 1- 3 kN/m según las categorías de uso. Ante una potencial intervención de bomberos y dado que desconocemos estado y resistencia real de las barandillas y elementos divisorios en cuestión con- sideraremos resistencias máximas de 0,5 kN/m. 3.2.3. Viento Acciones (presiones y succiones) que ejerce el viento sobre la estructura dependiendo de la forma de la misma, su altura, su pendiente de cubierta o la zona geográfica en la que se en- Imágenes 15, 16, 17 y 18. Acciones variables. cuentra el edificio. De forma simplificada, como valor en cual- quier punto del territorio español, puede adoptarse 0,5 kN/m². Tabla 7. Sobrecarga de uso 3.2.4. Acciones térmicas Tipo de Uso /Recinto/ Carga Carga ocupación Elemento uniforme concen- Los edificios y sus elementos están sometidos a deforma- trada ciones y cambios geométricos debidos a las variaciones de Zonas con dormi- la temperatura exterior, a su vez condicionada por las parti- torios: cularidades climáticas del lugar, orientación, exposición del - Viviendas 2 kN/m² 2kN/m² edificio, características de los materiales, calefacción / aisla- Acceso - Hospitales miento, etc. restringido - Hoteles, etc Cubiertas sin uso Las deformaciones debidas a las temperaturas conducen 1kN/m² 2kN/m² público a esfuerzos y tensiones en otros elementos constructivos Uso Comercial, pú- vecinos, por lo que, de manera análoga a las acciones Acceso blica concurrencia de los pretensados, ante una potencial una intervención 5kN/m² 7 kN/m² público (zonas de aglome- de emergencia únicamente deberemos centrarnos en la ración), etc búsqueda de existan o no de deformaciones debidas a tales causas térmicas y sus potenciales consecuencias Acceso Áreas circulación y sobre terceros elementos. vehículos 2 kN/m² 20 kN/m² aparcamiento ligeros En edificios con estructura de hormigón o acero, pueden no 3.3. Acciones accidentales considerarse acciones térmicas cuando se dispongan de jun- tas de dilatación cada 40 m máximo. Cargas debidas a riesgos naturales o accidentes por ries- gos antrópicos: 3.2.5. Nieve Es necesario prever la sobrecarga por acumulación de nieve 3.3.1. Sismo en cubiertas, para lo cual habrá de considerarse las sobrecar- Respuesta previsible de un edificio ante un movimiento sísmi- gas atendiendo a la zona climática donde se sitúe el edificio e co. La protección de la edificación ante dicho fenómeno se re- inclinación de las cubiertas. coge específicamente en la norma sismorresistente (NCSR- En cubiertas planas de edificios en localidades con altitud in- 02> RD 997/2002 de 27 de septiembre), y se consideran ferior a 1.000 m, basta considerar una carga de nieve de 1,0 como peligrosos aquellos sismos con aceleración superior a kN/m². 0,04 veces la gravedad. Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. 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Impacto nocimiento de las características de esfuerzos y tensiones, distinguiendo las siguientes tipologías: Acciones en la edificación, generadas por un impacto acci- dental. Quedan excluidos de tal consideración los impactos Según los coeficientes de seguridad utilizados: premeditados. Tensión de rotura (sin ponderar por ningún coeficiente En caso de exigirse su consideración por normativa munici- de seguridad): tensión máxima que es capaz de soportar pal, los valores de cálculo de impacto de vehículos de hasta el material, en condiciones de laboratorio. 30 kN de peso total son de 50 kN en la dirección paralela la Tensión de trabajo (ponderada por coeficientes de segu- vía y de 25 kN en la dirección perpendicular, no actuando ridad): umbral máximo de tensión para que una estructu- simultáneamente. ra trabaje con suficiente grado de seguridad. En función del material, la tensión de trabajo suele ser del orden del 70-80% de su límite elástico. Según la naturaleza del esfuerzo: Esfuerzos simples (compresión, tracción y cortante) Esfuerzos compuestos (flexión, pandeo, torsión). 4.1. Esfuerzos simples 4.1.1. Compresión Imagen 19. Impacto de vehículos hasta 30 kN Estado de tensión mediante el cual las partículas del material tienden a reducir su distancia relativa entre sí, es decir, el ma- terial se aprieta. Este esfuerzo se crea cuando a un material 4. Esfuerzos / tensiones se le somete a unas fuerzas con la misma dirección y sentido opuesto hacia el interior del material. Elementos constructi- Toda estructura, afectada por alguna de las acciones de la vos frecuentemente comprimidos son: pilar, soporte, pie de- edificación (cargas), sufrirá un comportamiento mecánico de- recho, muro de fábrica, puntales, etc. nominado genéricamente “esfuerzo” o “conjunto de esfuer- zos” y que se materializará en tensiones internas. 4.1.2. Tracción Estado de tensión en el cual las partículas del material tien- den a separase unas de otras, es decir, el material se estira. Este esfuerzo se crea cuando a un material se le somete a unas fuerzas con la misma dirección y sentido opuesto hacia el exterior del material. Elementos constructivos frecuente- mente traccionados son: Tirante. 4.1.3. Cortante / Cortadura / Cizalladura Es el estado de tensión en el cual las partículas del material se deslizan con movimiento relativo entre unas y otras. Es el esfuerzo que se crea al someter a una pieza a dos fuerzas con direcciones paralelas pero no coincidentes y sentidos opuestos. Ejemplo: se producen en los encuentros de una viga con un pilar. Imagen 20. Esfuerzos/ Tensiones Definición: entendemos, por tanto, por “tensión”, a la magni- Imagen 21. Compresión tud física que representa la fuerza por unidad de área como resultado de acciones puntuales, lineales o superficiales (de manera uniforme o no), resultado de transmitir la carga a tra- vés de la materia del elemento constructivo, hasta el terreno Imagen 22. Tracción Imagen 23. Cortante de cimentación. 28 Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados.  Parte 1. Edificaciones Caracterización 4.2. Esfuerzos compuestos Los estados tensionales compuestos son combinaciones de los tres estados anteriores: 4.2.1. Flexión (o flexión pura) Es el esfuerzo resultante de someter a una pieza predomi- nantemente longitudinal, a una carga transversal. Como regla general, el elemento que recibe este esfuerzo, sufrirá simultá- neamente en la parte inferior de la pieza esfuerzos de tracción y en la parte superior esfuerzos de compresión (Ej: vigas bia- poyadas). Sin embargo, en el caso de elementos horizontales en voladizo, la flexión se invierte, induciendo a tracciones en las fibras superiores y compresiones en las inferiores. Dicho esfuerzo es característico por tanto elementos horizontales, Imagen 28. Ejemplo del columpio ejemplo: carrera, jácena, viga, sopanda, etc. Representación gráfica: con objeto de irnos familiarizando 4.2.2. Pandeo (o flexión compuesta) con la identificación y manejo elemental de los esfuerzos an- Deformación motivada en elementos con elevada longitud y teriores y su aplicación a la edificación, es fundamental co- poca sección (piezas muy delgadas y alargadas), por fuerzas nocer los códigos de representación básica de los esfuerzos de compresión en la dirección de su directriz. Ejemplo: una más comunes. Analizaremos, por tanto, las representaciones tirante sometida a compresión. de los esfuerzos de compresión, tracción, cortante y flexión. Compresiones y tracciones: 4.2.3. Torsión La represtación de las tensiones de compresión y trac- Es el esfuerzo que se crea al someter a una pieza a una fuer- ción tendrá lugar mediante líneas isostáticas (puntos za circular. Ejemplo: voladizos. con tensiones de igual valor), cuya ubicación vendrán condicionadas por los nudos estructurales en cada ele- mento constructivo, ampliamente desarrollados en los epígrafes posteriores. Imagen 24. Flexión Para ilustrar el ejercicio, se disponen a continuación las líneas isostáticas de dos vigas con idéntica carga, geo- metría y material, variando las líneas de compresión o tracción según los distintos nudos en sus extremos. Imagen 25. Pandeo Imagen 26. Torsión Imagen 29. Viga apoyada/articulada Imagen 27. Esfuerzos más comunes en edificación En un conjunto estructural podemos distinguir distintos es- fuerzos en función de la posición de las cargas y de cada uno de sus elementos. A modo de ejemplo basta con analizar el tradicional ejemplo del columpio: Imagen 30. Viga empotrada Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. 29  Manual de riesgos tecnológicos y asistencias técnicas Cortantes y Flexiones: Si analizamos el material anterior a nivel microscópico, el comportamiento del mismo será como continua: En las fibras extremas de la viga sólo se producen tensiones normales, equivalen- tes a las compresiones o tracciones resultantes de la flexión. En la fibra neutra* de la sección sólo se producen tensiones debidas al cortante. Para un elemento intermedio sujeto a fuerzas normales y cortantes, las tensio- nes principales tienen una inclinación determinada por las magnitudes relativas a tales fuerzas. Imagen 31. Cortantes y flexiones *Definimos fibra neutra como la línea imaginaria que pasa por el centro de gravedad de la sección trasversal de una piezas sometida a flexión y que no está sometida a esfuerzos de flexión. Por tanto, para un correcto análisis básico de los elementos fica de la variación en magnitud de la fuerza cortante que trabajen a flexión, deberemos analizar tanto su cortante (vertical) a lo largo del eje de un miembro estructural (tensión en fibra neutra), como su momento flector (compre- (fibra neutra), para un determinado conjunto de cargas siones/tracciones en fibras externas): transversales y condiciones de apoyo. Cortante. Tipologías: Flexión: Esfuerzo cortante vertical: esfuerzo cortante de- Acción de inducir a una parte de una estructura a girar sarrollado a lo largo de una sección transversal de bajo la acción de las fuerzas externas a que está some- una viga, para resistir el cizallamiento transversal. tida. Tal y como hemos visto en epígrafes anteriores, la Alcanza su máximo valor en la fibra neutra y decre- flexión es un esfuerzo compuesto por compresiones y ce de forma no lineal hacia las caras exteriores. Se tracciones y su intensidad y características vendrá defi- relaciona íntimamente con la flexión. nida por los momentos flectores. Esfuerzo cortante horizontal (o longitudinal): es- Los diagramas de momentos flectores son la represen- fuerzo cortante desarrollado para evitar el desliza- tación gráfica de la variación en magnitud del momen- miento a lo largo de planos horizontales de una viga, to flector a lo largo de un elemento estructural para un sometida a carga transversal, igual en cada punto al determinado conjunto de cargas transversales y condi- esfuerzo cortante vertical en ese mismo punto. ciones de apoyo. A menudo, la forma del diagrama del momento flector permite determinar la deformación de la Los diagramas de cortantes son la representación grá- estructura sometida a flexión. Imagen 32. Cortantes verticales+horizontales 30 Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados.  Parte 1. Edificaciones Caracterización Imagen 33. Cortante y flexión Dado que el cortante (vertical) y la flexión van íntimamente asociados, su representación gráfica va íntimamente relacionada y se suelen representar una junto a la otra. Carga puntual Carga lineal (concentrada) (uniformemente repartida) Las cargas Las cargas concetradas uniformemete producen fuerzas repartidas producen cortantes de valor una variación lineal constante entre las de los esfuerzos cargas. cortantes. Las cargas Las cargas uniformemente concentradas producen repartidas producen momentos flectores que una variación varían linealmente entre parabólica de los las cargas esfuerzos flectores. Imagen 34. Carga puntual / carga lineal Los diagramas de momentos, al contrario que los de cortante, importancia a la hora de identificar los puntos de apeo por los se suelen representar con los momentos negativos en la par- cuerpos de bomberos). te superior, dado que dicha representación suele acercarse Con el fin de familiarizarnos con las anteriores representacio- a la deformada real de la estructura. Además, los puntos en nes, representaremos a continuación los diagramas de cor- los que la gráfica de cortantes cortan al eje de abcisas, se tantes y flectores para los casos de vigas más frecuentes que corresponden con los puntos de momento nulo (de especial analizaremos posteriormente en el presente manual: Imagen 35. Viga articulada-apoyada 1 m. Imagen 36. Viga articulada-empotrada Imagen 37. Viga empotrada-empotrada Comparando las tres vigas, el cortante es idéntico dado que las cargas verticales no varían. Sin embargo, los momentos serán distintos según los nudos o conexiones en los extremos de las vigas. Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados. 31  Manual de riesgos tecnológicos y asistencias técnicas 5. Materiales de construcción ción, se utilice como parámetro básico su comportamiento estructural ante los esfuerzos, distinguiendo: Definición: definimos como materiales de construcción, al Materiales tenaces: materiales que antes de fracturar- conjunto de materias primas, cualquiera que sea su naturale- se absorben energía, debido a su alta ductilidad (defor- za, composición o forma, que puestos en obra mediante las mabilidad). Trabajan muy bien por tanto a compresión como a tracción, por lo que son muy flexibles. Son claros técnicas constructivas adecuadas, generan la materialización ejemplos la madera o el acero. de un elemento constructivo en particular, y de una edifica- ción en sentido general. Materiales frágiles: materiales con comportamiento in- verso a la tenacidad, es decir, con buen comportamiento Disponibilidad: debido a la importancia económica y social a compresión, mal a tracción y, por lo tanto, no sopor- del sector de la construcción, se requieren ingentes cantida- tan flexiones. Son materiales de “carácter másico”, tales des de materiales de construcción en la actividad de la edifi- como la piedra y el ladrillo. cación, motivo por el cual, la mayor parte de ellos son elabo- Para un completo análisis de las características de los materia- rados a partir de materias primas de gran disponibilidad como les que comúnmente se localizarán en las edificaciones objeto son los áridos (arena, grava) o la arcilla. de intervención, utilizaremos una visión más amplia que úni- camente el criterio anterior, considerando conceptos como su Comportamiento mecánico: es frecuente que para una pri- origen, naturaleza, proceso de fabricación o ejecución. mera aproximación al estudio de los materiales de construc- 5.1. Materiales pétreos Tabla 8. Materiales pétreos Rocas ígneas PÉTREOS Rocas sedimentarias NATURALES Rocas metamórficas Aglomerantes Arcilla → Tapial Yeso Aéreos Cal aérea Conglomerantes / Aglomerantes Cal hidráulica Materiales Hidráulicos Conglomerantes Cemento básicos Materiales Alquitrán conformados Bituminosos Betún Asfalto Áridos PÉTREOS Agua ARTIFICIALES Pasta Materiales Mortero compuestos Hormigón Sillar Piedra Sillarejo Mampuesto Elementos Adobe de fábrica Ladrillo cerámico Arcilla Arcilla Aligerada o Termoarcilla Hormigón Bloque hormigón 32 Documento bajo licencia Creative Commons CC BY-NC-SA 4.0 elaborado por Grupo Tragsa y CEIS Guadalajara. No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original. Asimismo, no se podrán distribuir o modificar las imágenes contenidas en este manual sin la autorización previa de los autores o propietarios originales aquí indicados.  Parte 1. Edificaciones Caracterización 5.1.1. Materiales pétreos naturales Tipologías: Definición: materiales extraídos directamente de la natura- En función de su origen distinguiremos: leza, los cuales presentan la propiedad de que, para sufrir b.1. Dentríticas: por alteración física de otras rocas modificaciones sensibles en su estructura en presencia del preexistentes. Se clasifican a su vez en sueltas agua, necesitan periodos de tiempo superiores a la vida útil y compactas. de un edificio. Uso: son muy apreciados en la construcción debido a su re- b.2. No dentríticas: de origen químico, por precipita- sistencia o durabilidad frente a los agentes medioambienta- ción (cristalización), de sustancias en disolución les, sin embargo presentan una serie de inconvenientes (alto y posterior consolidación. coste, poca plasticidad, fragilidad, etc.), que hacen que hayan sido paulatinamente relegados por otros materiales de proce- Tabla 9. Rocas según su origen dencia artificial o manufacturados. DENDRITICAS NO DENDRITICAS Sueltas Compactas En la actualidad, los materiales pétreos naturales (o ro- Arcilla Gravas → Conglomerados cas) raramente se suelen emplear como materiales es- Caliza tructurales, sino que fundamentalmente se usan como Arenas → Arenisca Yeso materia prima de otros materiales (ej: cementos), o como Limos → Lutita elementos de acabado de paredes y suelos. DENDRÍTICAS Tipos de rocas: en función de su origen podemos clasificar- las en ígneas, metamórficas o sedimentarias. a) Rocas ígneas Definición: proceden de la solidificación del magma