Análisis de cargas El diseño de la mayoría de las estructuras está regido por especiaciones de diseño y normas. Aun si éstas no rigen el diseño No importa cuántas estructuras haya diseñado, es imposible que haya encontrado toda situación posible, por lo mismo, al recurrir a las especiaciones, el Ing. estructural recomendará el mejor material disponible. Las especiaciones de ingeniería que son desarrolladas por diversas organiza- ciones contienen las opiniones más valiosas de esas instituciones sobre la buena práctica de la ingeniería. CARGAS Quizá la tarea más importante y difícil que debe enfrentar un diseñador de estructuras, es la estimación precisa de las cargas que recibirá una estructura durante su vida útil. No debe omitirse la consideración de cualquier carga que pueda llegar a presentarse. Después de haber estimado las cargas, es necesario investigar las combinaciones más desfavorables que pueden ocurrir en un momento dado. CARGAS MUERTAS Las cargas muertas son cargas de magnitud constante que permanecen fijas en un mismo lu- gar. Éstas son el peso propio de la estructura y otras cargas permanentemente unidas a ella. Para un edificio con estructura de acero, son cargas muertas la estructura en sí, los muros, los pisos, el techo, la plomería y los accesorios. Para diseñar una estructura es necesario estimar los pesos o cargas muertas de las diversas partes que van a usarse en el análisis. Las dimensiones y pesos exactos de las partes no se conocen hasta que se hace el análisis estructural y se seleccionan los miembros de la estructura. Los pesos, determinados de acuerdo con el diseño real, deben compararse con los pesos estimados. Si se tienen grandes discrepancias, será necesario repetir el análisis y diseñar con una estimación más precisa de las cargas. CARGAS VIVAS Las cargas vivas son aquellas que pueden cambiar de lugar y magnitud. Son causadas cuando una estructura se ocupa, se usa y se mantiene. Las cargas que se mueven bajo su propio impulso como camiones, gente y grúas, Aquellas cargas que pueden moverse son cargas movibles, tales como los muebles y los materiales en un almacén. Las cargas vivas son aquellas cargas producidas por el uso y ocupación de la edificación y no deben incluir cargas ambientales tales como viento y sismo. Las cargas vivas en las cubiertas son aquellas causadas por: (a) Los materiales, equipos y trabajadores utilizados en el mantenimiento de la cubierta y (b) Las causadas por objetos móviles, tales como materas u otros objetos decorativos, y por las personas que tengan acceso a ellas. CARGAS AMBIENTALES Las cargas ambientales son causadas por el medio ambiente en el cual se localiza una es- tructura particular. Para los edificios, las cargas ambientales son causadas por la lluvia, el viento, los cambios de temperatura y los sismos. Estrictamente hablando, las cargas ambientales son cargas vivas, pero son el resultado del medio ambiente en el cual se ubica la estructura. Aun cuando ciertamente varían con el tiempo, no todas son causadas por la gravedad o por las condiciones de operación, como es común con otras cargas vivas. Se pre- sentan algunos comentarios en los siguientes párrafos en relación con los diferentes tipos de cargas ambientales. Toda cubierta debe disponer de sistema auxiliar de evacuación del exceso de agua cuando se presenta una obstrucción de las bajantes normales. Este sistema puede consistir en gárgolas, rebosaderos u otros implementos que eviten la acumulación de agua y la evacuen de forma confiable ante la obstrucción de las bajantes del sistema de drenaje. La carga de empozamiento de agua, se determina con base en el volumen de agua que es posible contener hasta que se alcance el nivel de los elementos del sistema auxiliar de evacuación del exceso de agua CARGA POR EMPOZAMIENTO DE AGUA El proyecto hidráulico de la edificación debe incluir el diseño del sistema de drenaje de la cubierta y del sistema auxiliar de evacuación del exceso de agua y definirá el volumen de agua que pueda acumularse antes de que el sistema auxiliar de drenaje del exceso opere. Es responsabilidad del constructor que suscribe la licencia de construcción aprobar el proyecto hidráulico y asegurarse de que los sistemas de drenaje normal y auxiliar sean apropiados y de suministrar la información acerca del volumen de agua que pueda acumularse al diseñador estructural. Con base en la información suministrada por el constructor el diseñador estructural determinará las cargas causadas por el volumen de agua que pueda acumularse antes de que el sistema auxiliar de drenaje del exceso opere y su distribución a los elementos estructurales de soporte de la cubierta realizando su diseño de tal manera que sean capaces de resistir este peso sin fallar. EMPUJE DE TIERRA EMPUJE EN MUROS DE CONTENCIÓN DE SÓTANOS En el diseño de los muros de contención de los sótanos y otras estructuras aproximadamente verticales localizadas bajo tierra, debe tenerse en cuenta el empuje lateral del suelo adyacente. Igualmente deben tenerse en cuenta las posibles cargas tanto vivas como muertas que puedan darse en la parte superior del suelo adyacente. Cuando parte o toda la estructura de sótano está por debajo del nivel freático, el empuje debe calcularse para el peso del suelo sumergido y la totalidad de la presión hidrostática. Deben consultarse los requisitos del Título H del Reglamento. El coeficiente de empuje de tierra deberá elegirse en función de las condiciones de deformabilidad de la estructura de contención, pudiéndose asignar el coeficiente de empuje activo cuando las estructuras tengan libertad de giro y de traslación; en caso contrario, el coeficiente será el de reposo o uno mayor, hasta el valor del pasivo, a juicio del ingeniero geotecnista y de acuerdo con las condiciones geométricas de la estructura y de los taludes adyacentes, cumpliendo los requisitos adicionales del Título H del Reglamento. PRESIÓN ASCENDENTE, SUBPRESIÓN, EN LOSAS DE PISO DE SÓTANOS En el diseño de la losa de piso de sótano y otras estructuras aproximadamente horizontales localizadas bajo tierra debe tenerse en cuenta la totalidad de la presión hidrostática ascendente aplicada sobre el área. La cabeza de presión hidrostática debe medirse desde el nivel freático. La misma consideración debe hacerse en el diseño de tanques y piscinas. Véase el capítulo SUELOS EXPANSIVOS Cuando exista suelos expansivos bajo la cimentación de la edificación, o bajo losas apoyadas sobre el terreno, la cimentación, las losas y los otros elementos de la edificación, deben diseñarse para que sean capaces de tolerar los movimientos que se presenten, y resistir las presiones ascendentes causadas por la expansión del suelo, o bien los suelos expansivos deben retirarse o estabilizarse debajo y en los alrededores de la edificación, de acuerdo con las indicaciones del ingeniero geotecnista. Debe consultarse el Titulo H del Reglamento. ZONAS INUNDABLES En aquellas zonas designadas por la autoridad competente como inundables, el sistema estructural de la edificación debe diseñarse y construirse para que sea capaz de resistir los efectos de flotación y de desplazamiento lateral causados por los efectos hidrostáticos, hidrodinámicos y de impacto de objetos flotantes. FUERZAS DE VIENTO Aberturas — Vanos o espacios en el cerramiento del edificio, que permiten la circulación del aire a través del cerramiento y que se diseñan como “abiertos” durante vientos de diseño como se define en estas especificaciones. Altura de la cornisa, h — La distancia desde la superficie del suelo adyacente al edificio hasta la cornisa en una determinada pared. Si la altura de la cornisa varía a lo largo de la pared, se tomará la altura promedio. Altura media de cubierta, h — El promedio de la altura hasta la cornisa y la altura hasta el punto más elevado de la cubierta. Para cubiertas con ángulos de inclinación menores o iguales a 10o, la altura media de cubierta será la altura de la cornisa. Aprobado — Aceptado por la autoridad competente. Área efectiva . Para elementos de componentes y paneles de revestimiento, y es la longitud de luz multiplicada por un ancho efectivo que no debe ser menor que un tercio de la longitud del tramo. Para los elementos de amarre de revestimientos, el área efectiva de viento no será mayor que el área tributaria de un amarre individual. Colina — Con respecto a los efectos topográficos de la sección B.6.5.7, se refiere a una superficie de terreno caracterizada por un cambio notable de relieve en cualquier dirección horizontal. Componentes y revestimientos — Aquellos elementos que no forman parte del sistema principal resistente a fuerzas de viento, SPRFV. Cubierta libre — Cubierta con una configuración similar a la de las figs. B.6.5-15A a B.6.5-15D (a una, dos aguas o en artesa), en un edificio abierto sin paredes de cerramiento bajo la superficie del cubierta. Edificio abierto — Un edificio con aberturas de al menos 80% del área en cada una de las paredes que conforman el cerramiento del edificio (fachadas y cubiertas). La Fig. 1 muestra un ejemplo de un tablero de losa cargado uniformemente. El tablero es soportado por las vigas y éstas por trabes. Ejemplos de líneas de fluencia para tableros de losa. El modelo de viga representado en la parte derecha para la viga y trabe en estudio es útil en el cálculo de la carga que soportará tal elemento. En ese caso, el área tributaria es de geometría rectangular, dado que las vigas están formadas paralelamente. En el caso de columnas, el área tributaria es como se muestra en la Fig. Fig. 2 Debe observarse que el valor del área tributaria cambia de acuerdo al elemento estructural que está en contacto con las cargas así como la posición respecto a los demás elementos similares en que se encuentre. Así los elementos de borde son los que reciben menos valor de área tributaria y aquellos ubicados en el centro son los que reciben una cantidad mayor. Fig. 2 Ejemplo de área tributaria para columnas. En la Fig. 1.2, se muestra un arreglo de vigas que rodean un perímetro del tablero A-B-C-D. Esto significa que el área tributaria tiene una geometría triangular, cuyos ángulos serán trazados a 45°. Fig. 1.2. Ejemplo de áreas tributarias en un tablero rodeado de columnas. La geometría de carga para las vigas es de carácter triangular. Las geometrías de las áreas tributarias están ligadas estrechamente a la Teoría de la Líneas de Fluencia. Ejemplo 1. Cálculo de área tributaria rectangular Un tablero de losa, incluido su peso propio soporta una carga uniforme por área, q= de 3 kN/m2. El tablero de losa está soportado por vigas a cada lado del tablero, y estas vigas son soportadas por trabes, como se aprecia en la Fig. 2.4. Determine las cargas para las vigas y las trabes. Pare este ejemplo, despreciar el peso propio de vigas y trabes.
