Método de los estados límites

El método de los estados límite es un enfoque de seguridad en el cálculo estructural preconizado por diversas normativas técnicas, instrucciones y reglas de cálculo (Eurocódigos, CTE, EHE, entre otras) consistente en enumerar una serie de situaciones riesgosas cuantificables mediante una magnitud, y asegurar que con un margen de seguridad razonable la respuesta máxima favorable de la estructura en cada una de esas situaciones es superior a la exigencia real sobre la estructura.

Definición

Un Estado Límite es una situación caracterizada por el valor de una magnitud física, tal que de ser rebasada, haría que la estructura dejara de ser apta para su uso, ya sea por ruina estructural total o parcial o por una pérdida significativa de funcionalidad.

Es decir, si una magnitud M caracteriza un Estado Límite concreto, existirá un valor límite o valor último M_u tal que la condición:

$M > M_u\,$

Implica que la estructura sufrirá algún tipo de fallo estructural o de deterioro, que hará que en general deje de ser apta para su uso normal. Por tanto, una estructura segura será aquella en la que el valor previsible o de cálculo de todas las magnitudes críticas $\scriptstyle M_d^{(i)}$ sea tal que no se supere en ningún caso los valores últimos de dichas magnitudes:

$M_d^{(i)} > M_u^{(i)},\quad \forall i \in \mbox{ELU} \cup \mbox{ELS}$

La tarea de definir cuáles son precisamente los Estados Límite relevantes para una estructura y cual es el umbral último, en general no es trivial y en la práctica tanto la enumeración de los Estados Límite relevantes y los valores umbrales que definen cuando el estado límite ha sido rebasado es el objeto de las normas de seguridad.

Estados Límite Últimos

Un Estado Límite Último (ELU) es un estado límite, tal que de ser rebasado la estructura completa o una parte de la misma puede colapsar al superar su capacidad resistente. En general el que un ELU sea sobrepasado es una situación extremadamente grave, que puede provocar cuantiosos daños materiales y desgracias personales. Por esa razón los coeficientes de seguridad usados en los cálculos relacionados con un ELU son subtancialmente mayores que en otro tipo de estados límite.

Estados Límite de Servicio

Un Estado Límite de Servicio (ELS) es un tipo de estado límite, que de ser rebasado, produce una pérdida de funcionalidad o deterioro de la estructura, pero no un riesgo inminente a corto plazo. En general, los ELS se refieren a situaciones solventables, reparables o que admiten medidas paliativas o molestias no-graves a los usuarios. Debido, a que el que un ELS sea rebasado no reviste la misma gravedad que el que un ELU se sobrepasado, en los cálculos de comprobación de los ELS se emplean márgenes de seguridad más moderados que en los ELU.

Ejemplos de Estados Límite

Algunos de los Estados Límites típicos son:

• Estados Límite Últimos (ELU)
  • ELU de agotamiento por solicitación normal (flexión, tracción, compresión)
  • ELU de agotamiento por solicitación tangente (cortadura, torsión).
  • ELU de inestabilidad elástica (Pandeo, etc.)
  • ELU de equilibrio (equilibrio mecánico: vuelco, deslizamiento, etc.).
• Estados Límite de Servicio (ELS)
  • ELS de deformación excesiva.
  • ELS de vibración excesiva.
  • ELS de durabilidad (oxidación, fisuración, etc.)

Referencia

Bibliografía

• Ministerio de Fomento de España (2007): Instrucción Española del Hormigón Estructural, texto del documento.