CARGAS EN LAS ESTRUCTURAS

CARGAS EN LAS ESTRUCTURAS

1. CARGAS MUERTAS

   • Son las cargas debidas al peso propio del sistema estructural y a cualquier otro material unido a ella de manera permanente.
     • las cargas muertas de una estructura de un edificio incluyen el peso de los marcos, los sistemas de arriostramiento, los pisos, techos, plafones, muros, escaleras, sistemas de calefacción y enfriamiento, plomería y sistemas eléctricos, etcétera.
       • PESO DE LA ESTRUCTURA
         • El peso de la estructura no se conoce con antelación al diseño y normalmente se asume con base en la experiencia
         • Después de que la estructura se analiza y el tamaño de los elementos es determinado, se calcula el peso real usando el tamaño de los elementos y el peso por unidad de longitud de los materiales.
         • El peso real es entonces comparado con el asumido y, de ser necesario, se revisa el diseño
       • EQUIPOS PERMANENTES
         • tales como sistemas de calefacción o de aire acondicionado, se obtiene generalmente del fabricante.

2. CARGAS POR VIENTO

   • Las cargas de viento son producidas por el flujo de aire alrededor de la estructura
     • Las magnitudes de las cargas de viento que pueden actuar en una estructura dependen de:
       • la localización geográfica de la misma
         • A pesar de los procedimientos descritos en varios códigos para estimar las cargas de viento, estas usualmente varían en detalle
           • la mayoría de ellas están basadas en la misma relación básica entre la velocidad del viento V y la presión dinámica q inducida en una superficie plana normal bajo el flujo del viento
             • el cual puede ser obtenido aplicando el principio de Bernoulli y la expresión es
               • q =(1/2) (p)(V^2)
       • de obstrucciones alrededor del terreno, tales como edificios vecinos,
       • La geometria
       • caracteristicas de vibracion de la estructura
   • Las presiones externas del viento a ser utilizadas para el diseño de los marcos principales de la estructura están dadas por:
     • pz = (qz)(G)(Cp) para el muro de barlovento
     • ph = (qh)(G)(Cp) para el muro de sotavento, muros laterales y techo
       • En el cual la h = altura del techo sobre el nivel del terreno; qh = presión dinámica a la altura h, pz = presión de diseño a la altura media del techo h; G = factor de efecto de ráfaga; y Cp = coeficiente de presión externo. El efecto de factor de ráfaga G es usado para considerar el efecto de carga de la turbulencia del viento en la estructura. Para una estructura rígida, cuya frecuencia fundamental es mayor o igual a 1 Hz, G = 0.85, para estructuras flexibles.

3. CARGAS DE SISMO

   • Durante un sismo, la cimentación se mueve junto con el suelo debido a la inercia de su masa, resiste el movimiento, causando con ello que la estructura vibre en dirección horizontal
     • Estas vibraciones producen fuerzas cortantes en la estructura
       • Para una estimación adecuada de los esfuerzos que se pueden desarrollar en la estructura en caso de un sismo, se debe preferir un análisis dinámico que tome en cuenta la masa y la rigidez características de la estructura
         • La Norma ASCE 7 permite el procedimiento de fuerzas equivalentes laterales para el diseño sísmico de edificios. De acuerdo con ella, el total de fuerza sísmica lateral que debe resistir un edificio está dado por la ecuación
           • V = (Cs)(W)
             • En la cual V = a la fuerza total lateral o cortante basal, W = peso sísmico efectivo del edificio que incluye la carga muerta y una parte de la carga viva, y Cs = al coeficiente de respuesta sísmico.
               • Cs = (Sds)/(R/Ie)
                 • Donde Sds es la aceleración del espectro de respuesta de diseño en el rango de periodo corto; R indica el coeficiente de modificación de respuesta; e Ie representa el factor de importancia para las cargas sísmicas con base en la categoría de riesgo del edificio

4. CARGAS VIVAS

   • Son las cargas las cuales son moviles o estan en movimiento por la manera en que la estructura es usada.
     • CARGAS VIVAS PARA EDIFICIOS
       • Se caracterizan usualmente por estar uniformemente distribuidas sobre superficies en kilos por metro cuadrado (o libras por pie cuadrado).
     • CARGAS VIVAS PARA PUENTES
       • Las cargas vivas causadas por el tránsito vehicular en puentes de autopistas están especificadas por la Asociación Americana de Funcionarios de Carreteras y transportacion del estado.
       • la carga más pesada para puentes carreteros es causada usualmente por camiones
         • camion tipo H
           • Representan camiones de dos ejes.
             • son designadas por la letra H, seguida del peso total del camión y la carga en toneladas, así como del año en que la carga se especificó
         • camion tipo HS
           • representan a un tractor de dos ejes con un semirremolque de un eje
             • Estas cargas se representan por las letras HS, seguidas del peso total correspondiente al camión H en toneladas y el año en que fue inicialmente especificada
       • Las cargas vivas de puentes de ferrocarril son especificadas por la Asociación Americana de Ingeniería Ferroviaria y Mantenimiento de Vías.
         • Estas cargas, comúnmente conocidas como Cargas Cooper E,
         • consisten en dos juegos de nueve cargas concentradas, cada una separada por distancias particulares, que representan dos locomotoras seguidas por una carga uniforme, ejemplificada por el peso de los vagones de carga.
     • Cuando las cargas vivas se aplican de manera rápida a la estructura, causan mayores esfuerzos que los que se producirían si se aplicaran las cargas gradualmente.
       • El efecto dinámico de la carga que causa este incremento del esfuerzo en la estructura se llama impacto
         • Para tomar en cuenta este incremento de esfuerzo, las cargas vivas que se espera causen un efecto dinámico en la estructura se deben incrementar por cierto porcentaje de impacto o factores de impacto
           • Dichos porcentajes de impacto, los cuales están basados en experiencias pasadas y/o resultados de experimentos, se especifican en los códigos de construcción

5. CARGAS POR NIEVE

   • La carga de nieve en el diseño de una estructura se basa en la carga de nieve en el suelo por su localización geográfica
     • y también puede ser obtenida de los códigos de construcción o de los datos meteorológicos de una cierta región
       • Una vez que la carga de nieve en el suelo se ha establecido, la carga de nieve en el diseño de la cubierta de una estructura se determina considerando:
         • factores de exposicion al viento
         • caracteristicas termicas, geometricas y funcionales
           • La Norma ASCE 7 recomienda que la carga de nieve en el diseño de techos planos se exprese como:
             • pf = 0.7(Ce)(Ct)(Is)(pg)
               • En la cual pf = la carga de nieve en el diseño de la cubierta plana en libras por pie cuadrado (kN/m2 ); pg = la carga de nieve en el suelo por pie cuadrado (kN/m2 ); Ce = factor de exposición; Ct = factor térmico; y I s = factor de importancia

6. PRESIONES HIDROSTATICAS

   • Las estructuras hechas para retener o almacenar agua, como presas y tanques, además de las costeras parcial o completamente sumergidas en agua, deben diseñarse para resistir la presión hidrostática
     • La presión hidrostática actúa de manera normal en la superficie de la estructura sumergida, con una magnitud que varía de manera lineal con la altura
       • Por lo tanto, la presión localizada en un punto a una distancia h bajo la superficie del líquido se puede expresar como
         • p = Yh , donde Y= Peso especifico del liquido

7. PRESIONES DE SUELO

   • Estructuras subterráneas, cimentaciones de muros y losas, y muros de contención deben diseñarse para resistir la presión del suelo.
     • La carga de presión vertical del suelo está dada por:
       • p = Yh , donde Y= Peso volumetrico del suelo
         • La presión lateral del suelo depende del tipo de suelo y es considerablemente menor que la presión vertical
           • Para las partes de la estructura por debajo del nivel freático, se deben tomar en cuenta los efectos combinados de presión hidrostática y presión del suelo debido al peso del mismo, reducido por flotación.

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