Con la reciente publicación en el Boletín Oficial del Estado de la EAE, el panorama normativo referente al cálculo de estructuras metálicas en España incluye tres normas aplicables. Este documento trata recoger información para que el calculista pueda decidir adecuadamente la norma aplicar en cada caso, e igualmente explique los diferentes resultados obtenidos al aplicar una u otra norma.

Las normas de acero estructural aplicables en España

La EN 1993

La EN 1993 es el Eurocódigo Estructural de acero, publicado por el CEN (Comité Europeo de Normalización), que puede adquirirse en AENOR, Asociación Española de Normalización http://www.aenor.es .

Este Eurocódigo 3 está dividido en muchas partes y subpartes, de las que las más importantes son las siguientes:

• EN 1993-1-1:2005 + AC:2009. Reglas generales y reglas para edificios.

• EN 1993-1-2:2005 + AC:2009. Resistencia al fuego.

• EN 1993-1-3:2006 + AC:2009. Perfiles y chapas de paredes delgadas conformadas en frío.

• EN 1993-1-5:2006 + AC:2009. Placas planas cargadas en su plano.

• EN 1993-1-8:2005 + AC:2009. Proyecto de uniones.

• EN 1993-5:2007 + AC:2009. Pilotes y tablestacas.

Su campo de aplicación cubre el “proyecto de edificios y obras de ingeniería civil en acero”, de acuerdo con EN 1993-1-1 apartado 1.1.1(1). Es la norma más completa de las tres, ya que cubre aspectos (como por ejemplo el de las tablestacas metálicas) no recogidos por las otras dos. También es de resaltar que la EN 1993, junto con la EN 1994, contempla el cálculo de las estructuras mixtas de acero y hormigón, caso no contemplado por ninguna norma española, ni CTE ni EAE.

La EN 1993 no es una norma de obligado cumplimiento (no es una Norma Europea Armonizada) en España, aunque sí es comúnmente aceptada, entre otras cosas, porque tanto el CTE DB SE-A como sobre todo la EAE, son ‘versiones reducidas’ de este Eurocódigo. Sin embargo, en España no se han publicado aún los Anejos Nacionales de ningún Eurocódigo, por lo que, teóricamente, su uso no estaría permitido.

Para información actualizada sobre los Eurocódigos se remite al Ministerio de Fomento, véase la página www.fomento.gob.es/mfom/lang_castellano/[...]/edificacion/euro_estru

El CTE DB SE-A

El CTE DB SE-A es el Documento Básico de Seguridad Estructural de Acero del Código Técnico de la Edificación. Se publicó en el BOE por primera vez el 28 de marzo de 2006. El texto actualmente vigente fue modificado por última vez por el RD 1371/2007, de 19 de octubre (BOE 23/10/2007), y por la corrección de errores publicada en el BOE de 25/01/2008.

Su campo de aplicación se restringe “a verificar la seguridad estructural de los elementos metálicos realizados con acero en edificación. No se contemplan, por tanto, aspectos propios de otros campos de la construcción (puentes, silos, chimeneas, antenas, tanques, etc.)”.

La EAE 2011

La EAE es la Instrucción Española de Acero Estructural, aprobada por Real Decreto 751/2011, de 27 de mayo de 2011 y publicada por el BOE el 23 de junio de 2011, y que entrará en vigor el próximo 23 de diciembre de 2011.

La EAE “es aplicable a todas las estructuras y elementos de acero estructural de edificación o de ingeniería civil”, salvo las realizadas en aceros de alta resistencia o elementos mixtos de acero estructural y hormigón u otro material resistente.

Coexistencia del CTE DB SE-A y la EAE

De acuerdo con el artículo 2 del RD que aprobó la EAE, “En las obras de edificación se podrán emplear indistintamente esta Instrucción y el Documento Básico DB SE-A Acero del Código Técnico de la Edificación”.

Sin embargo, en el preámbulo de dicho RD, se indica respecto al CTE DB SE-A, que su “ámbito de aplicación se limitará a estructuras de acero de edificación convencional, y cuyo contenido se adaptará a esta Instrucción de carácter más general y dando soluciones completamente coherentes con la de esta Instrucción”.

A este respecto, ARKTEC ha tenido acceso a un borrador del CTE DB SE-A modificado, en el que se recorta sustancialmente su ámbito de aplicación respecto a la versión actualmente vigente, siendo los únicos elementos contemplados por el CTE DB los siguientes:

• Aceros no aleados laminados en caliente de los tipos S 235, S 275 y S 355. Ya no contempla por tanto los perfiles conformados ni los tubos estructurales.

• Secciones de clases 1, 2 y 3. Deja de contemplar las secciones de clase 4.

• Elementos estructurales:

  • Vigas simples de sección constante. Ya no se permiten secciones de inercia variable.

  • Soportes simples de sección constante, sometidos a axil constante y sin acciones actuantes trasversales a la directriz del mismo. Ya no se contemplan los soportes empresillados, por ejemplo.

  • Pórticos intraslacionales o ligeramente traslacionales, ya sean arriostrados o con nudos rígidos.

  • Celosías con perfiles de aceros no aleados laminados en caliente.

  • Uniones soldadas, articuladas o rígidas (de determinados tipos) de resistencia completa, pero ya no se contemplan uniones atornilladas.

• Acciones predominantemente estáticas y con ausencia de sobrecargas repetitivas de entidad o de cargas de impacto. Por tanto, el CTE DB SE-A deja de ser aplicable en zonas sísmicas. Deja también de contemplarse la fatiga y el estado límite de vibraciones.

A efectos prácticos, por tanto, cuando se publique y entre en vigor esta modificación del CTE DB SE-A, el ámbito de aplicación del CTE DB SE-A será muy restringido, y en la mayoría de los casos habrá de realizarse con la EAE.

Diferencias entre las tres normas

Aunque un estudio comparado de las tres normas puede ser muy extenso, intentaremos destacar las que, a efectos prácticos, pueden ser las diferencias más significativas para los usuarios del programa TRICALC. Como ya se ha comentado, está prevista una profunda modificación del CTE DB SE-A: en este apartado se utiliza la versión actualmente vigente del CTE (de enero de 2008).

Es importante recordar que tanto el CTE DB SE-A como la EAE están basadas en la EN 1993. En este aspecto la EAE es más ‘fiel’ y recoge más apartados que el CTE.

Aspecto general

En este apartado, el CTE DB SE-A es similar a la EN 1993, mientras que la EAE es similar a la EHE-08. Podría parecer un tema secundario, pero la división del texto en ‘párrafos’ y sobre todo la numeración de todas las fórmulas que realiza la EN 1993 y el CTE, resultan muy útiles para referenciarlos en los informes de cálculo que realice cualquier programa.

Coeficientes parciales de seguridad de las acciones y del material

Coeficientes parciales de las acciones para Estados Límite Últimos

La tabla 12.1 de la EAE es idéntica a su homónima de la EHE-08 y prácticamente idéntica a la de la EN 1990 Anexo A.1.3. La tabla 4.1 y apartado 4.2.2 del CTE DB SE tienen las siguientes diferencias respecto a las demás normas:

• Se distingue el caso especial de presión de agua

• El coeficiente favorable γG no es siempre 1 en situación persistente o transitoria como sí lo es en las demás. Su valor habitual (que es el que adopta el programa para CTE) es γG = 0,80.

• El coeficiente favorable γG es cero en situación accidental. Realmente, debe ser una errata del CTE DB SE, por lo que el programa no lo tiene en cuenta.

Coeficientes parciales para la resistencia del acero en Estado Límite Último

Las tres normas establecen valores diferentes para γM0 y γM1, mientras que en el resto sí coinciden.
Los posibles valores de γM0 y γM1 son:

• γM0 = γM1 = 1,00 para EAE en edificación con condiciones adicionales (referentes a tolerancias, garantías y control de ejecución intenso) y EN 1993-1-1 en edificación.

• γM0 = γM1 = 1,05 para CTE y EAE en general.

• γM0 = γM1 = 1,10 para la vieja ENV 1993 (γM1 = 1,10 en EAE para puentes)

En todo caso, estos coeficientes son modificables por el usuario para cualquiera de las normas seleccionadas en el programa.

Combinación de acciones

En este aspecto, las tres normas son idénticas, salvo lo ya indicado respecto a los coeficientes de mayoración y que la EN 1990 permite, además de las combinaciones persistentes o transitorias de las otras dos normas, dos alternativas más.

Análisis global: imperfecciones

En este aspecto, la EAE y la EN 1993 son prácticamente idénticas. El CTE, sin embargo, presenta ligeras diferencias en el cálculo de las imperfecciones globales (desplomes iniciales de la estructura).

Comprobación de secciones

Clasificación de las secciones

Las tres normas son prácticamente idénticas, salvo:

• En la EAE y el CTE, para perfiles tubulares rectangulares (RHS), se toma como ‘c’ la parte plana del alma. Dado que los radios interiores de perfiles RHS no están definidos en sus normas de producto, en el programa se utiliza el criterio de la EN 1993: longitud total menos 3•t.

• En el CTE, para perfiles laminados o armados, se toma como ‘c’ del alma la distancia interior entre alas, mientras que en el resto de normas se toma solo la parte recta del alma.

Cálculo de la sección eficaz en secciones de clase 4

Las expresiones que calculan  son incorrectas tanto en el CTE como en la EAE (producen valores absurdos para esbelteces pequeñas), por lo que el programa TRICALC adopta las de la EN 1993 para las tres normas.

El ajuste en su cálculo que permiten las tres normas cuando el nivel tensional de la sección es pequeño es equivalente en la EAE y la EN 1993, y ligeramente diferente en el CTE.

Resistencia de las secciones

Aquí, la EAE es prácticamente una copia literal de la EN 1993. En CTE DB SE-A es muy similar, con las siguientes diferencias principales:

• El CTE, en muchas expresiones utiliza el valor fyd, sin aclarar si éste es fy / γM0, fy / γM1 o fy / γM2.

• Las expresiones de interacción entre flexión y cortante son ligeramente diferentes.

• La interacción entre axil y flexión en secciones de clase 1 o 2 es mucho más conservadora en CTE, sobre todo en secciones en I o H y secciones huecas: perfiles que fallan según CTE DB SE-A, no lo hacen en EAE o EN 1993. Véase la imagen siguiente, de interacción entre flexión y axil, en la que se observa que el CTE es la que menos zona resistente contempla.

Resistencia de elementos a flexión y compresión con pandeo

Las comprobaciones a nivel de pieza de pandeo con flexión, son idénticas en la EN 1993 y en la EAE. El CTE adopta una formulación similar, pero diferente en cuanto a los coeficientes que intervienen.

Pandeo lateral

La comprobación de pandeo lateral es prácticamente idéntica en la EAE y la EN 1993. Sin embargo, la formulación del CTE es diferente, sobre todo en cómo tener en cuenta la forma de la gráfica de momentos flectores entre puntos de apoyo.

Abolladura del alma

También aquí el CTE DB SE-A difiere de las otras dos, sobre todo en la comprobación de los rigidizadores transversales.

Estado Límite de Servicio: Deformaciones (flechas)

Los eurocódigos no establecen limitaciones a las flechas (ni en acero ni en otros materiales), remitiéndose al criterio del cliente. La EAE establece unas limitaciones similares a las del CTE DB SE 4.3.3.1, pero con valores diferentes y considerando más casos (por ejemplo, limitando la flecha activa de elementos que soporten muros de fábrica a L/1000).

En todo caso, en el programa TRICALC se puede fijar la limitación deseada para cualquier normativa.

Resistencia al fuego

En los Eurocódigos, se fija en la EN 1993-1-2 (que remite en ciertos puntos a la EN 1991-1-2). En el CTE se establece en el CTE DB SI, sobre todo en su Anejo D. En la EAE, se establece en el capítulo XII, aunque se remite al CTE DB SI para el establecimiento de los requisitos de tiempo de resistencia al fuego de edificaciones.

En general, la EAE es prácticamente idéntica a la EN 1993, salvo en las comprobaciones relativas a pandeo en situación de incendio.

El CTE DS SI, sin embargo, es muy diferente de las otras dos normas, aunque es difícil indicar cuál de ellas es más estricta.

Perfiles conformados en frío

En los eurocódigos, su cálculo está contemplado en la EN 1993-1-3. En la EAE se concentra su cálculo en un único artículo, el Art. 73º, que se puede decir que es una versión simplificada en la EN 1993-1-3. El CTE DB SE-A apenas contempla este tipo de secciones, pudiendo decir que quedan fuera de su ámbito de aplicación (cuando se selecciona esta normativa, el programa TRICALC utiliza los criterios de la EN 1993-1-3 para este tipo de secciones).

Las principales diferencias entre EAE y la EN 1993-1-3 están en el cálculo de la sección eficaz debida a tensiones normales, que son:

• Las expresiones que calculan ρ tienen un término más en la EAE, lo que produce secciones eficaces mayores.

• La EAE no tiene en cuenta que los rigidizadores de borde (por ejemplo los de los perfiles tipo C) no rigidizan completamente el elemento adyacente, lo que produce secciones eficaces mayores.

Conclusión

Ante la confluencia descrita de normativas, EN 1993, CTE DB SE-A y EAE, se deduce que la EAE es la norma que se debe utilizar para el cálculo de estructuras metálicas, ya que presenta un campo de aplicación más amplio. Sólo en el caso de estar dentro de las limitaciones del CTE DB SE-A, según su próxima modificación, sería ésta una norma a utilizar como alternativa, aunque con las limitaciones enunciadas en este texto su campo de aplicación se ve muy reducido. La EN 1993, y en general los demás Eurocódigos, son de aplicación de forma genérica ya que sigue pendiente la publicación de los correspondientes anexos nacionales para España, que deberían haber sido publicados en marzo de 2011.

Por tanto, bienvenida la nueva EAE 2011.