Tal
vez el desafío más crítico y complejo que enfrenta un diseñador de estructuras
es la evaluación exacta de las cargas que se pueden imponer en una estructura
durante su vida útil. Hay que tener en cuenta las cargas que pueden ocurrir con
una probabilidad razonable. Una vez que se han estimado las cargas, es
determinar cuál será la combinación más adversa de estas cargas en un momento
específico. Por ejemplo, ¿es posible que un edificio esté completamente
cubierto nieve, además de estar sujeto a las cargas de tantas personas que sean
posibles por metro cuadrado y con un viento lateral de 90 millas, o es más
sensato considerar una combinación de cargas más livianas? Para esto, los tipos
de cargas estructurales se deben tener en cuenta, como son: las cargas muertas,
vivas o ambientales.
Cargas
Estáticas o Muertas
Las
cargas muertas son cargas con un valor fijo que se mantienen en una posición
constante. Estas pueden ser, el peso de la estructura que se está analizando,
así como cualquier elemento que esté permanentemente adherido a ella. En un
edificio con estructura de hormigón armado, algunas de las cargas estáticas
incluyen los marcos, paredes, pisos, techos, escaleras, techos y tuberías. Para
la construcción de una estructura, es esencial calcular los pesos o cargas
estáticas de las diferentes partes para tenerlas en cuenta en el diseño.
Cargas vivas o Variables
Las cargas vivas son las que actúan en las
estructuras, se distribuyen uniformemente y actúan hacia abajo.
Existen varios tipos de cargas vivas:
Cargas de tránsito en puentes: Los puentes
soportan cargas concentradas variables debido a los grupos de ruedas de
camiones o trenes.
Cargas de impacto: Son causadas por la
vibración de cargas móviles. Un objeto lanzado al suelo de un almacén o un
camión que rebota en un puente genera más fuerza que si las cargas se aplicaran
de manera suave y gradual.
Cargas longitudinales: Se deben considerar en
el diseño de algunas estructuras. Por ejemplo, cuando un tren se detiene en un
puente ferroviario o un camión en un puente de carretera, se generan fuerzas
longitudinales.
Cargas diversas: Incluyen presiones del suelo,
presiones hidrostáticas, cargas explosivas y fuerzas centrífugas.
Se debe tener en cuenta que, se permiten
reducciones de carga viva, ya que es improbable que toda la estructura esté
sujeta a su carga viva de diseño total al mismo tiempo. Esta reducción puede
disminuir significativamente la carga viva de diseño total en una estructura,
resultando en cargas de columna mucho más bajas en los pisos inferiores y
cargas sobre las zapatas.
Cargas Ambientales
Las cargas ambientales son las que resultan
del entorno en el que se ubica la estructura. En los edificios, son generadas
por factores como la lluvia, nieve, viento, variaciones de temperatura y
terremotos. Aunque son técnicamente cargas vivas, se diferencian en que no
todas son causadas por la gravedad o las condiciones operativas, como sucede
con otras cargas vivas.
Nieve y hielo: En regiones más frías, las
cargas de nieve y hielo pueden ser significativas. dependiendo principalmente
de la inclinación del techo y, en menor medida, de su tipo de superficie. Los
valores más altos se utilizan para techos planos, y los más bajos, para techos
inclinados. La nieve es una carga variable que tiende a deslizarse en los
techos inclinados, especialmente en aquellos con superficies de metal o
pizarra. Además, puede hacer que hayan ventiscas contra las paredes o puede
deslizarse de un techo a otro situado más abajo. El viento puede barrerla de
una parte de un techo inclinado, o la nieve puede solidificarse y permanecer en
su posición original incluso durante fuertes vendavales. Las cargas de nieve
que se aplican a una estructura dependen de muchos factores, como la ubicación
geográfica, la inclinación del techo, el resguardo y la forma del techo.
Lluvia:
En los techos planos, especialmente en climas cálidos, las cargas de lluvia
pueden ser más problemáticas que las cargas de nieve. Si el agua se acumula más
rápido de lo que puede drenar, se produce un fenómeno llamado encharcamiento.
Este incremento de carga hace que el techo se flexione formando una especie de
cuenco, que puede contener más agua, lo que a su vez provoca una mayor flexión.
Este proceso continúa hasta que la estructura colapsa, por ende, el encharcamiento
es un problema grave.
Viento:
el cálculo de las fuerzas del viento no puede considerarse de ninguna manera
como una ciencia exacta. La magnitud y la duración de las cargas del viento
varían con la ubicación geográfica, la altura de las estructuras sobre el
terreno, tipos de suelo alrededor de las estructuras, proximidad de otros
edificios, posición dentro de la estructura, carácter del viento mismo, la
importancia del edificio respecto a la vida y el bienestar humanos y por
supuesto la velocidad del viento en el sitio de la obra.
Cargas
Sísmicas: Muchas regiones del mundo se encuentran en zonas sísmicas, entre las
cuales, se encuentra el país Ecuador; en dichas áreas es esencial considerar las
fuerzas sísmicas en el diseño de todas las estructuras.
Los
terremotos recientes han demostrado que un edificio o puente promedio que no ha
sido diseñado para resistir fuerzas sísmicas puede ser destruido por un
terremoto no particularmente severo como en el caso del terremoto del 2016 en Pedernales
de la provincia de Manabí. La mayoría de las estructuras pueden diseñarse y
construirse de manera económica para resistir las fuerzas generadas durante la
mayoría de los terremotos. Sin embargo, el costo de proporcionar resistencia
sísmica a estructuras existentes (llamado remodelación) puede ser
extremadamente alto. Las cargas sísmicas son proporcionales a la distribución
de la masa del edificio sobre el nivel y tipo de suelo considerado. Debe
entenderse claramente que los terremotos afectan a las estructuras de manera
indirecta. El suelo se desplaza y como las estructuras están conectadas a este,
también se desplazan y vibran. Como resultado, se producen diversas
deformaciones y esfuerzos en toda la estructura.
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| Cargas Muertas, Variables y Ambientales. |
