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ANÁLISIS DE CARGAS
 La necesidad
humana de un
albergue, más allá
de los refugios
naturales, altera
la naturaleza.
 Limitándonos a las
construcciones que
sirven al hábitat, una
edificación debe ser
capaz de sobrellevar
los inconvenientes
que durante la vida útil
de la misma le plantea
el medio ambiente en
la cual se encuentre
 La estructura será la
encargada de mantener el
espacio arquitectónico.
 Las exigencias que le
plantea la naturaleza,
sumadas a las necesidades
humanas previstas (uso o
destino de la construcción)
se engloban en el concepto
de cargas o acciones.
 Una estructura es un conjunto de elementos
resistentes, convenientemente dispuestos y
vinculados, que interaccionan entre si con el
objeto de soportar cargas, no es posible una
definición de ESTRUCTURA sin cargas
actuantes sobre ella, y de la misma manera,
es imposible interpretar las CARGAS sin una
estructura que las soporte.
 La finalidad de una
estructura es la de
recibir, resistir y
transmitir las cargas
a los apoyos y de
estos al terreno, sin
sufrir deformaciones
incompatibles con el
tipo de material
empleado ni con el
uso del edificio.
 El proyecto estructural debe resolver de qué
manera se dispondrán los elementos resistentes
para que cumplan la función de llevar las cargas
al terreno de fundación.
 Es posible diferenciar las Cargas según distintos
criterios. La descripción de cada tipo dado a
continuación responde a una de las tantas
maneras de clasificarlas y se toma como base
para presentar las diferencias entre cada una de
Clasificaciones de las cargas
Según su origen
Según el tiempo de aplicación
Según su variación en el tiempo
Clasificación de las acciones
según su origen:
a) Gravitacionales
b) de Viento
c) Sísmicas
d) Naturales
e) Por deformaciones impuestas
1
a) Cargas gravitacionales
 Actúan sobre una estructura como
consecuencia de la acción de la gravedad
(atracción de la tierra)
a) Cargas gravitacionales
 Así, cada elemento resistente posee peso propio, al igual
que los elementos constructivos no estructurales como
cerramientos, instalaciones, revestimientos, etc., que
determinan cargas verticales.
 También lo son las personas destinatarias de la
construcción, el mobiliario, el equipamiento de la misma,
las maquinarias, los vehículos, etc.
 Asimismo es gravitacional la acción de la nieve, por
acumulación de la misma sobre la cubierta de un edificio.
a) Cargas gravitacionales
 Así, cada elemento resistente
posee peso propio, al igual que los
elementos constructivos no
estructurales como cerramientos,
instalaciones, revestimientos, etc.,
que determinan cargas verticales.
 También lo son las personas
destinatarias de la construcción, el
mobiliario, el equipamiento de la
misma, las maquinarias, los
vehículos, etc.
a) Cargas gravitacionales
 Asimismo es
gravitacional
la acción de
la nieve, por
acumulación
de la misma
sobre la
cubierta de
un edificio.
a) Cargas gravitacionales
 Los distintos países adoptan Reglamentos para la
estimación de las cargas que consisten en una
recopilación de antecedentes, investigaciones y
ensayos apropiados
 Los que proporcionan los valores que corresponden a
los pesos específicos de los diferentes materiales
que permiten obtener los pesos propios de los
distintos elementos. Además, según el destino del
recinto analizado, estima la intensidad de la
sobrecarga de uso para el mismo.
a) Cargas gravitacionales
 Hay Reglamentos encargados de
cuantificar la acción de la nieve
según una zonificación del país
acorde a la frecuencia de ocurrencia
de las nevadas, y un coeficiente que
contempla la pendiente de la
cubierta proyectada (la acumulación
de nieve sobre la cubierta es mayor
cuanto menor sea su pendiente), y
la forma de la misma.
b) Carga de viento
 La Carga de Viento (masa de
aire en movimiento) actúa sobre
una construcción cuando la
misma se halla interpuesta en su
desplazamiento.
 La cara de la construcción
expuesta al viento (a barlovento)
recibirá una presión de la masa
de aire, y las caras opuestas
(sotavento) succión.
b) Carga de viento
b) Carga de viento
b) Carga de viento
 En la mayoría de los casos, y
dependiendo de la rigidez de la
construcción, esta acción se
puede transformar en estática
equivalente para simplificar los
cálculos.
 De no ser posible, el efecto
dinámico sobre la estructura lo
contempla la Recomendación -
Acción dinámica del viento
sobre las Construcciones
c) La acción sísmica
 La Acción Sísmica es un
fenómeno natural
impredecible.
 Repentinamente se generan
desplazamientos del
terreno de fundación debido
a una brusca liberación de
energía, producida en la
corteza terrestre por fractura
de las rocas que la
c) La acción sísmica
c) La acción sísmica
 La aceleración
"a" generada por los
desplazamientos del
suelo, aplicada a la masa
del edificio, se transforma
en una carga equivalente
sobre la construcción
(2da Ley de Newton :
F = m * a).
c) La acción sísmica
 Las ondas de
energía que se
generan en el foco,
llegan a la
superficie
(epicentro) y se
propagan al
terreno adyacente
c) La acción sísmica
 “Denominamos sismo a
todo temblor o sacudida de
la tierra que tiene origen a
cierta profundidad de la
superficie. Cuando el
sacudimiento es muy fuerte
y ocasiona daños, se lo
llama terremoto. Cuando es
un leve, es un temblor”
(Manual de Prevención Sísmica
INPRES. San Juan – 1978).
c) La acción sísmica
 Al describir un gran sismo se mencionan valores de
magnitud e intensidad, estos representan:
 Intensidad: está asociada a un lugar determinado y se
asigna en función de los efectos causados en el hombre,
en sus construcciones y, en general, en el terreno de
dicho sitio. La escala más difundida y utilizada es la
Mercalli Modificada.
 Magnitud: registra la cantidad de energía liberada y es
independiente de la localización de los instrumentos que
lo registren. Desarrollada por Charles Richter, la escala
no tiene límites inferidos ni superiores.
c) La acción sísmica
Escala Sísmica Mercalli Modificada
I No sentido.
II Sentido excepcionalmente.
III - IV Sentido muy sensiblemente en interiores.
V Sentido en el exterior de las viviendas.
VI Sentido por todos. Grietas en las viviendas.
VII
Difícil mantenerse en pie. Notado por los automovilistas.
Daño moderado en las viviendas.
VIII
Conducción de vehículos afectada. Ramas de árboles desgajadas.
Daño moderado en las viviendas.
IX
Pánico general. Grandes grietas en el suelo, cráteres de arena,
fuentes nuevas. Grave daño.
X
Grave destrucción. Rieles doblados. Grandes derrumbes,
desplazamiento horizontal de tierra.
XI Daño total en servicios esenciales. Grandes grietas en la tierra.
XII
Catástrofe. Desplazamiento de grandes masas de roca. Objetos
lanzados al aire.
d) Cargas naturales
 Denominamos Cargas
Naturales, aquellas que
ejercen los líquidos sobre
las paredes y el fondo del
recipiente que los contenga
(presión).
 También una construcción
por debajo de la capa
freática recibe un empuje
ascendente (principio de
Arquímedes) denominado
d) Cargas naturales
 Las paredes de un
sótano, como muros de
contención de suelo,
reciben un empuje activo
cuya variación en altura
depende del paramento
del muro, de la
sustentación del mismo y
del tipo de suelo.
 Si en cambio, la estructura
por acciones exteriores
tiende a "empujar" al suelo
circundante, dicho empuje
se denomina pasivo como
el que producen los
apoyos de un arco si no se
los conecta ambos
mediante un tensor.
d) Cargas naturales
e) Cargas por deformaciones impuestas
 Existen además Cargas sobre
una estructura manifestadas por
Deformaciones impuestas
sobre ella.
 Tal es el caso de un descenso
local de una base, que varia la
sustentación estimada habiendo
supuesto un comportamiento
rígido de terreno de fundación
(fig. A).
e) Cargas por deformaciones impuestas
 También la deformación
excesiva de las vigas o
losas del entrepiso
determinan cargas que
provocan acciones a
considerar (fig. B).
e) Cargas por deformaciones impuestas
 También, debido a que la
diferencia de temperatura
genera variaciones de
longitud de los distintos
elementos, si la dilatación se
halla impedida por la
configuración de la estructura
se originan esfuerzos
adicionales.
e) Cargas por deformaciones impuestas
 Los Reglamentos establecen
los factores que se deben
tener en cuenta para
considerar las variaciones
térmicas climáticas sobre las
estructuras, como la
diferencia entre las
temperaturas máximas y
mínima absoluta registrada
en un mismo día.
e) Cargas por deformaciones impuestas
 Dentro de este tipo se encuentran
también los fenómenos reológicos
(variación en el tiempo) de los
materiales de construcción, como
la contracción por fragüe del
hormigón, la relajación del acero
de una viga pretensada, la
variación de propiedades
mecánicas de la madera según el
tenor de humedad, etc.
Clasificación de las acciones según el
tiempo de aplicación de las mismas:
a) Estáticas
b) Dinámicas:
 móviles
 impacto
Esta clasificación se refiere al estado de reposo o movimiento
en que se encuentra la carga cuando actúa.
2
a) Cargas estáticas
 Son Cargas Estáticas
aquellas que actúan sobre los
elementos resistentes sin
variar su estado de reposo o
variando lentamente en el
transcurso del tiempo. Tal es
el caso del peso propio de los
elementos constructivos, las
personas en oficinas o
viviendas, el público en sala
de espectáculos, etc.
b) Cargas dinámicas
 Son Cargas Dinámicas las que
varían rápidamente en el tiempo y
en todos los casos, actúan en
estado de movimiento.
 Serán Cargas Móviles, aquellas
cuya dirección de movimiento no
coincide con la dirección de
acción de la misma, como es el
caso de un vehículo recorriendo
un puente, o un puente grúa
desplazándose sobre la viga de
apoyo (viga carrilera).
b) Cargas dinámicas
 Serán Cargas de Impacto, aquellas cuya
dirección de movimiento coincide con la acción
de la misma, como es el caso de un martinete,
que se deja caer a una determinada altura sobre
un pilote o pilotín para que este pueda hincarse
en el terreno.
 Su tiempo de aplicación es muy breve
(instantáneo), semejante a un vehículo chocando
contra una estructura o el publico que salta en
las gradas de un estadio.
b) Cargas dinámicas
 Dada la complejidad de la estimación de una
Acción Dinámica como las mencionadas, se
procede en forma simplificada aplicando a la
estructura una Acción Estática equivalente,
que surge de incrementar (la carga) el peso
de la masa en movimiento con un coeficiente
denominado de impacto, cuyo valor en ciertos
casos se puede adoptar en 1,5.
b) Cargas dinámicas
 La acción del viento analizada
previamente, puede ser dinámica
dependiendo de las características
del edificio. Si el periodo de
oscilación propio de la estructura
(T) coincide con el correspondiente
a la perturbación provocada por las
ráfagas de viento, se genera un
fenómeno denominado resonancia
por el cual puede ocurrir el colapso
de la estructura.
Efecto de resonancia
Puente Tacoma Narrows (1940)
Video: http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=CRKyxTTkG7E
Clasificación de las acciones
según su variación en el tiempo:
a) Permanentes
b) Sobrecargas
c) Accidentales
3
a) Cargas permanentes
 Una carga es permanente
cuando actúa toda la vida útil
estimada de la construcción.
 Se consideran permanentes
las cargas derivadas del peso
propio de los elementos
resistentes, los cerramientos,
las instalaciones, etc.
b) Sobrecargas
 Se le denomina a aquellas
acciones debidas al uso del
edificio (personas, mobiliario,
etc.), a factores climáticos
(viento, nieve), o a
movimientos telúricos (el
sismo, dependiendo de la
ubicación geográfica). Son
cargas de posible acción
durante el transcurso de la
vida útil del edificio.
c) Cargas accidentales
 Son aquellas debidas
a catástrofes o
fenómenos naturales
imprevistos por ser
excepcionales. No es
probable la explosión
de una caldera de
calefacción central,
pero no imposible de
ocurrir.
Sobrecarga vs. Carga
accidental
 La diferencia entre sobrecarga y carga
accidental dependerá del tipo de construcción,
de la función destinada y de la ubicación
geográfica de la misma, es común, pese a sus
diferencias conceptuales, entender como
sinónimo carga accidental o sobrecarga,
cuando implícitamente se descartan hechos
fatídicos.
Clasificación de las acciones
según su superficie de incidencia:
a) Concentradas
b) Distribuidas:
 Superficialmente
 Linealmente
4
Clasificación de las acciones según
su superficie de incidencia:
 Las clasificaciones anteriores permiten, en
mayor o menor grado, ordenamientos
distintos, pero en cambio, clasificar las cargas
según su superficie de incidencia (sobre el
resto de la estructura) es el primer paso a dar
con referencia al proyecto, al diseño y al
análisis estructural, y por lo tanto su
conocimiento resulta indispensable.
a) Carga concentrada en un
punto
 Dado un elemento resistente, apoyado
sobre un plano rígido, tal que su
superficie de apoyo es pequeña
(dimensiones de la misma inferiores a
la restante dimensión del cuerpo, es
decir a < h y b < h ).
 Su acción sobre el denominado plano
puede considerarse como una carga
concentrada en un punto (baricentro
de la superficie de apoyo).
a) Carga concentrada en un
punto
 La intensidad de dicha carga
concentrada o puntual puede obtenerse
multiplicando el peso especifico g del
material que constituya el cuerpo por el
volumen del mismo.
G = g * a * b * h
con a * b * h = volumen del cuerpo
{ kg } o { t }
 Con esta operación matemática se
obtiene un valor que coincide con el
peso del cuerpo.
a) Carga concentrada en un
punto
 Entender una carga como
concentrada es una simplificación
de un problema, ya que
únicamente ésta se produciría en
el caso de que una esfera se
apoye sobre un plano rígido (existe
un único punto de contacto).
b) Carga superficialmente distribuida
 Si el cuerpo se apoya de
manera tal que las dimensiones
de la superficie de apoyo son
mayores que la restante
dimensión del cuerpo ( a > e y b
> e ), la carga total se distribuye
en toda la superficie de
incidencia a * b.La intensidad correspondiente a esta carga superficialmente
distribuida es:
g = g * a * b * e / a * b = g * e
con e = espesor { kg / m2 } o { t / m2 }
b) Carga superficialmente distribuida
 Si el espesor es constante, la carga será
superficial y uniformemente distribuida.
Se observa que, para la operación indicada, la
unidad que corresponde a la intensidad de
una carga superficialmente distribuida es, por
ejemplo, kg / m2 y su valor difiere del
correspondiente al peso del elemento
analizado. Carga y peso son sinónimos
únicamente cuando la carga es
b) Carga linealmente distribuida
 Si el cuerpo se apoya de manera tal que
las dimensiones de la superficie de apoyo
son tales que una de ellas es mayor que
las dos restantes (l > a y l > h), la carga
total se considera repartida lo largo de la
longitud del elemento resistente,
determinando una carga linealmente
distribuida.
g = g * b * h * l / l = g * b * h
con b * h = área de la sección
{ kg / m } o { t / m }
b) Carga linealmente distribuida
 La carga total que un elemento resistente
debe soportar es la suma de las cargas
debidas al peso propio y las debidas a los
demás elementos que se apoyan sobre él
(sobrecarga)
 Para concentradas: Q = G + P
 Para distribuidas: q = g + p
Resumiendo:
Acciones gravitatorias
 Las cargas gravitatorias
se transmiten de
elemento a elemento,
variando su intensidad
acorde a la superficie de
incidencia sobre el
elemento considerado
como apoyo.
Separando entonces los elementos de una estructura, ellos quedan en
equilibrio parcial, y la estructura como un todo, logra su equilibrio (final) en el
terreno de fundación.
 cubierta:
gl = g * e
pl: según el uso o destino
ql = gl + pl
 viga:
gv = g * b * h
pv = ql * s
qv = gv + pv
 columna:
Gc = g * a * b * h
Pc = qv * l / 2
Qc = Gc + Pc
 zapata:
Gz = g * a1 * a2 * do
Pz = Qc
Qz = Gz + Pz
qz = Qz / ( a1 * a2 ) = st
Acciones gravitatorias
1. Carga superficial
actuante sobre toda
la cubierta.
2. Las reacciones de
borde de la cubierta
se transforman en
sobrecarga lineal
para las viguetas.
3. Las reacciones de
la vigueta se
transforman en
sobrecarga
concentrada para
las vigas.
Acciones gravitatorias
 Los diagramas que
corresponden a cada
elemento equilibrado, o
a la estructura en
equilibrio se denominan
Diagramas de cuerpo
libre.
Acciones gravitatorias
 Es de apreciar que en cada
punto de apoyo se materializa
una interacción entre el
elemento soportado y el
elemento soporte, que pone en
evidencia el denominado
principio de acción y reacción
(3ra. Ley de Newton), ya que
las reacciones que equilibran el
elemento sustentado serán las
cargas o acciones que recibirá
el elemento soporte.
Esquema estructural y diagramas de cargas
 Toda planta de arquitectura lleva
asociada una planta o esquema
estructural que permita
individualizar de manera
esquemática las dimensiones en
planta de los elementos
superficiales, las longitudes de los
elementos lineales y la posición de
los elementos encargados de llevar
las cargas a las fundaciones. Son
complementarios un corte
transversal y una planta
esquemática con la posición de las
fundaciones.
 Un análisis de cargas consiste en la determinación de las
intensidades de carga que le corresponden a cada elemento
estructural.
 Se comienza por los elementos estructurales superficiales, que
son los encargados de recibir las cargas útiles y se continúa
hasta llegar a las fundaciones, donde podrá verificarse que la
presión efectiva sobre el terreno no supera los valores
admisibles para el suelo.
 Supongamos en planta un entrepiso ubicado a un determinado
nivel, de forma rectangular.
 Las cargas gravitatorias propias
del material que lo constituya, las
terminaciones del mismo y las
cargas de uso se consideran
uniformemente distribuidas en
toda la superficie.
La carga total a soportar por
dicho entrepiso será:
ql = gl + pl [ kg / m2 ]
con:
gl = S g * e
p según el uso o destino
 Para los entrepisos
materializados con viguetas
o miniplacas prefabricadas
se puede disponer de sus
especificaciones técnicas y
por lo tanto de los datos de
carga propia, ya que son
proporcionados por los
fabricantes de los elementos
de dichos forjados.
 Los elementos superficiales que reciben una
carga superficial descargan, generalmente,
sobre elementos lineales ubicados en su
perímetro.
 Si los bordes de apoyo son
dos y paralelos, la descarga
será unidireccional hacia
ellos.
 La descarga al elemento
sustentante, sea una viga o
un muro, por ser elementos
lineales, será lineal.
 La descarga de un elemento
superficial o placa o losa
unidireccional sobre su borde de
apoyo será directamente proporcional
a su ancho de influencia "s" referido
al borde. Dicho ancho resulta la
distancia entre el eje del elemento
sustentante (viga o muro) y la línea
media del elemento sustentado (losa).
pv = ql * s = cte. [ kg / m ] o
pm = ql * s = cte. [ kg / m ]
 Si una losa se halla en
voladizo, el ancho de
influencia será el ancho del
mismo.
pv = ql1 * s1 + ql2 * s2 = cte.
[ kg / m ]
 Una placa ejecutada con los
pre-moldeados antes
mencionados será
conductivamente unidireccional.
 En el caso de una losa
hormigón armado: si esta apoya
sobre vigas en todo el
perímetro, descargará sobre
todo el contorno.
 Si se cumple que la relación luz menor /
luz mayor > 0.5, la transmisión de cargas
será considerable para los cuatro bordes
y la losa será bidireccional o cruzada.
 Como simplificación, si se cumple que la
relación luz menor / luz mayor < o = 0.5,
por más que apoye en los cuatro bordes,
se pude despreciar las descargas sobre
los más cortos y por lo tanto considerarla
unidireccional (se puede repartir la carga
de la losa por ancho de influencia).
 Las cargas linealmente repartidas plantean un
diagrama de cargas sobre el elemento lineal
donde actúan.
 Si la sección transversal de la viga o del muro se
mantiene constante en superficie a todo lo largo,
la intensidad de la carga propia será también
constante, y puede obtenerse de tablas existentes
(como la carga propia de los perfiles laminados de
acero) o determinarse con la expresión:
gv = g * b * h = cte. [ kg / m ] o
gm = g * b * h = cte. [ kg / m ]
 Si el ancho de influencia "s" es constante, y la
carga propia es constante a lo largo del
elemento, los diagramas de cargas también
lo serán.
 En el nivel superior de un muro sobre el cual
apoya una losa, esta le transmitirá una carga
uniforme, linealmente repartida.
pm = ql * s = cte. [ kg / m ]
En el nivel inferior del muro, este le
transmitirá a la fundación una carga uniforme,
linealmente repartida.
qm = gm + pm = cte. [ kg / m ]
 Si la losa apoya sobre una
viga, la intensidad de carga
será uniforme, linealmente
repartida:
qv = gv + pv = cte. [ kg / m ]
 El diagrama de cargas de la
viga presenta su longitud, los
puntos de apoyo y la variación
de la intensidad de carga a lo
largo del elemento.
MATERIAL ELABORADO POR
la Comisión de Desarrollo de Nuevas Tecnologías
para la Enseñanza de la Arquitectura
Facultad de Arquitectura de la UMSNH
Dr. ALEJANDRO GUZMÁN MORA
MMXI

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Análisis de cargas

  • 2.  La necesidad humana de un albergue, más allá de los refugios naturales, altera la naturaleza.
  • 3.  Limitándonos a las construcciones que sirven al hábitat, una edificación debe ser capaz de sobrellevar los inconvenientes que durante la vida útil de la misma le plantea el medio ambiente en la cual se encuentre
  • 4.  La estructura será la encargada de mantener el espacio arquitectónico.  Las exigencias que le plantea la naturaleza, sumadas a las necesidades humanas previstas (uso o destino de la construcción) se engloban en el concepto de cargas o acciones.
  • 5.  Una estructura es un conjunto de elementos resistentes, convenientemente dispuestos y vinculados, que interaccionan entre si con el objeto de soportar cargas, no es posible una definición de ESTRUCTURA sin cargas actuantes sobre ella, y de la misma manera, es imposible interpretar las CARGAS sin una estructura que las soporte.
  • 6.  La finalidad de una estructura es la de recibir, resistir y transmitir las cargas a los apoyos y de estos al terreno, sin sufrir deformaciones incompatibles con el tipo de material empleado ni con el uso del edificio.
  • 7.  El proyecto estructural debe resolver de qué manera se dispondrán los elementos resistentes para que cumplan la función de llevar las cargas al terreno de fundación.  Es posible diferenciar las Cargas según distintos criterios. La descripción de cada tipo dado a continuación responde a una de las tantas maneras de clasificarlas y se toma como base para presentar las diferencias entre cada una de
  • 8. Clasificaciones de las cargas Según su origen Según el tiempo de aplicación Según su variación en el tiempo
  • 9. Clasificación de las acciones según su origen: a) Gravitacionales b) de Viento c) Sísmicas d) Naturales e) Por deformaciones impuestas 1
  • 10. a) Cargas gravitacionales  Actúan sobre una estructura como consecuencia de la acción de la gravedad (atracción de la tierra)
  • 11. a) Cargas gravitacionales  Así, cada elemento resistente posee peso propio, al igual que los elementos constructivos no estructurales como cerramientos, instalaciones, revestimientos, etc., que determinan cargas verticales.  También lo son las personas destinatarias de la construcción, el mobiliario, el equipamiento de la misma, las maquinarias, los vehículos, etc.  Asimismo es gravitacional la acción de la nieve, por acumulación de la misma sobre la cubierta de un edificio.
  • 12. a) Cargas gravitacionales  Así, cada elemento resistente posee peso propio, al igual que los elementos constructivos no estructurales como cerramientos, instalaciones, revestimientos, etc., que determinan cargas verticales.  También lo son las personas destinatarias de la construcción, el mobiliario, el equipamiento de la misma, las maquinarias, los vehículos, etc.
  • 13. a) Cargas gravitacionales  Asimismo es gravitacional la acción de la nieve, por acumulación de la misma sobre la cubierta de un edificio.
  • 14. a) Cargas gravitacionales  Los distintos países adoptan Reglamentos para la estimación de las cargas que consisten en una recopilación de antecedentes, investigaciones y ensayos apropiados  Los que proporcionan los valores que corresponden a los pesos específicos de los diferentes materiales que permiten obtener los pesos propios de los distintos elementos. Además, según el destino del recinto analizado, estima la intensidad de la sobrecarga de uso para el mismo.
  • 15. a) Cargas gravitacionales  Hay Reglamentos encargados de cuantificar la acción de la nieve según una zonificación del país acorde a la frecuencia de ocurrencia de las nevadas, y un coeficiente que contempla la pendiente de la cubierta proyectada (la acumulación de nieve sobre la cubierta es mayor cuanto menor sea su pendiente), y la forma de la misma.
  • 16. b) Carga de viento  La Carga de Viento (masa de aire en movimiento) actúa sobre una construcción cuando la misma se halla interpuesta en su desplazamiento.  La cara de la construcción expuesta al viento (a barlovento) recibirá una presión de la masa de aire, y las caras opuestas (sotavento) succión.
  • 17. b) Carga de viento
  • 18. b) Carga de viento
  • 19. b) Carga de viento  En la mayoría de los casos, y dependiendo de la rigidez de la construcción, esta acción se puede transformar en estática equivalente para simplificar los cálculos.  De no ser posible, el efecto dinámico sobre la estructura lo contempla la Recomendación - Acción dinámica del viento sobre las Construcciones
  • 20. c) La acción sísmica  La Acción Sísmica es un fenómeno natural impredecible.  Repentinamente se generan desplazamientos del terreno de fundación debido a una brusca liberación de energía, producida en la corteza terrestre por fractura de las rocas que la
  • 21. c) La acción sísmica
  • 22. c) La acción sísmica  La aceleración "a" generada por los desplazamientos del suelo, aplicada a la masa del edificio, se transforma en una carga equivalente sobre la construcción (2da Ley de Newton : F = m * a).
  • 23. c) La acción sísmica  Las ondas de energía que se generan en el foco, llegan a la superficie (epicentro) y se propagan al terreno adyacente
  • 24. c) La acción sísmica  “Denominamos sismo a todo temblor o sacudida de la tierra que tiene origen a cierta profundidad de la superficie. Cuando el sacudimiento es muy fuerte y ocasiona daños, se lo llama terremoto. Cuando es un leve, es un temblor” (Manual de Prevención Sísmica INPRES. San Juan – 1978).
  • 25. c) La acción sísmica  Al describir un gran sismo se mencionan valores de magnitud e intensidad, estos representan:  Intensidad: está asociada a un lugar determinado y se asigna en función de los efectos causados en el hombre, en sus construcciones y, en general, en el terreno de dicho sitio. La escala más difundida y utilizada es la Mercalli Modificada.  Magnitud: registra la cantidad de energía liberada y es independiente de la localización de los instrumentos que lo registren. Desarrollada por Charles Richter, la escala no tiene límites inferidos ni superiores.
  • 26. c) La acción sísmica
  • 27. Escala Sísmica Mercalli Modificada I No sentido. II Sentido excepcionalmente. III - IV Sentido muy sensiblemente en interiores. V Sentido en el exterior de las viviendas. VI Sentido por todos. Grietas en las viviendas. VII Difícil mantenerse en pie. Notado por los automovilistas. Daño moderado en las viviendas. VIII Conducción de vehículos afectada. Ramas de árboles desgajadas. Daño moderado en las viviendas. IX Pánico general. Grandes grietas en el suelo, cráteres de arena, fuentes nuevas. Grave daño. X Grave destrucción. Rieles doblados. Grandes derrumbes, desplazamiento horizontal de tierra. XI Daño total en servicios esenciales. Grandes grietas en la tierra. XII Catástrofe. Desplazamiento de grandes masas de roca. Objetos lanzados al aire.
  • 28. d) Cargas naturales  Denominamos Cargas Naturales, aquellas que ejercen los líquidos sobre las paredes y el fondo del recipiente que los contenga (presión).  También una construcción por debajo de la capa freática recibe un empuje ascendente (principio de Arquímedes) denominado
  • 29. d) Cargas naturales  Las paredes de un sótano, como muros de contención de suelo, reciben un empuje activo cuya variación en altura depende del paramento del muro, de la sustentación del mismo y del tipo de suelo.
  • 30.  Si en cambio, la estructura por acciones exteriores tiende a "empujar" al suelo circundante, dicho empuje se denomina pasivo como el que producen los apoyos de un arco si no se los conecta ambos mediante un tensor. d) Cargas naturales
  • 31. e) Cargas por deformaciones impuestas  Existen además Cargas sobre una estructura manifestadas por Deformaciones impuestas sobre ella.  Tal es el caso de un descenso local de una base, que varia la sustentación estimada habiendo supuesto un comportamiento rígido de terreno de fundación (fig. A).
  • 32. e) Cargas por deformaciones impuestas  También la deformación excesiva de las vigas o losas del entrepiso determinan cargas que provocan acciones a considerar (fig. B).
  • 33. e) Cargas por deformaciones impuestas  También, debido a que la diferencia de temperatura genera variaciones de longitud de los distintos elementos, si la dilatación se halla impedida por la configuración de la estructura se originan esfuerzos adicionales.
  • 34. e) Cargas por deformaciones impuestas  Los Reglamentos establecen los factores que se deben tener en cuenta para considerar las variaciones térmicas climáticas sobre las estructuras, como la diferencia entre las temperaturas máximas y mínima absoluta registrada en un mismo día.
  • 35. e) Cargas por deformaciones impuestas  Dentro de este tipo se encuentran también los fenómenos reológicos (variación en el tiempo) de los materiales de construcción, como la contracción por fragüe del hormigón, la relajación del acero de una viga pretensada, la variación de propiedades mecánicas de la madera según el tenor de humedad, etc.
  • 36. Clasificación de las acciones según el tiempo de aplicación de las mismas: a) Estáticas b) Dinámicas:  móviles  impacto Esta clasificación se refiere al estado de reposo o movimiento en que se encuentra la carga cuando actúa. 2
  • 37. a) Cargas estáticas  Son Cargas Estáticas aquellas que actúan sobre los elementos resistentes sin variar su estado de reposo o variando lentamente en el transcurso del tiempo. Tal es el caso del peso propio de los elementos constructivos, las personas en oficinas o viviendas, el público en sala de espectáculos, etc.
  • 38. b) Cargas dinámicas  Son Cargas Dinámicas las que varían rápidamente en el tiempo y en todos los casos, actúan en estado de movimiento.  Serán Cargas Móviles, aquellas cuya dirección de movimiento no coincide con la dirección de acción de la misma, como es el caso de un vehículo recorriendo un puente, o un puente grúa desplazándose sobre la viga de apoyo (viga carrilera).
  • 39. b) Cargas dinámicas  Serán Cargas de Impacto, aquellas cuya dirección de movimiento coincide con la acción de la misma, como es el caso de un martinete, que se deja caer a una determinada altura sobre un pilote o pilotín para que este pueda hincarse en el terreno.  Su tiempo de aplicación es muy breve (instantáneo), semejante a un vehículo chocando contra una estructura o el publico que salta en las gradas de un estadio.
  • 40. b) Cargas dinámicas  Dada la complejidad de la estimación de una Acción Dinámica como las mencionadas, se procede en forma simplificada aplicando a la estructura una Acción Estática equivalente, que surge de incrementar (la carga) el peso de la masa en movimiento con un coeficiente denominado de impacto, cuyo valor en ciertos casos se puede adoptar en 1,5.
  • 41. b) Cargas dinámicas  La acción del viento analizada previamente, puede ser dinámica dependiendo de las características del edificio. Si el periodo de oscilación propio de la estructura (T) coincide con el correspondiente a la perturbación provocada por las ráfagas de viento, se genera un fenómeno denominado resonancia por el cual puede ocurrir el colapso de la estructura.
  • 42. Efecto de resonancia Puente Tacoma Narrows (1940) Video: http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=CRKyxTTkG7E
  • 43. Clasificación de las acciones según su variación en el tiempo: a) Permanentes b) Sobrecargas c) Accidentales 3
  • 44. a) Cargas permanentes  Una carga es permanente cuando actúa toda la vida útil estimada de la construcción.  Se consideran permanentes las cargas derivadas del peso propio de los elementos resistentes, los cerramientos, las instalaciones, etc.
  • 45. b) Sobrecargas  Se le denomina a aquellas acciones debidas al uso del edificio (personas, mobiliario, etc.), a factores climáticos (viento, nieve), o a movimientos telúricos (el sismo, dependiendo de la ubicación geográfica). Son cargas de posible acción durante el transcurso de la vida útil del edificio.
  • 46. c) Cargas accidentales  Son aquellas debidas a catástrofes o fenómenos naturales imprevistos por ser excepcionales. No es probable la explosión de una caldera de calefacción central, pero no imposible de ocurrir.
  • 47. Sobrecarga vs. Carga accidental  La diferencia entre sobrecarga y carga accidental dependerá del tipo de construcción, de la función destinada y de la ubicación geográfica de la misma, es común, pese a sus diferencias conceptuales, entender como sinónimo carga accidental o sobrecarga, cuando implícitamente se descartan hechos fatídicos.
  • 48. Clasificación de las acciones según su superficie de incidencia: a) Concentradas b) Distribuidas:  Superficialmente  Linealmente 4
  • 49. Clasificación de las acciones según su superficie de incidencia:  Las clasificaciones anteriores permiten, en mayor o menor grado, ordenamientos distintos, pero en cambio, clasificar las cargas según su superficie de incidencia (sobre el resto de la estructura) es el primer paso a dar con referencia al proyecto, al diseño y al análisis estructural, y por lo tanto su conocimiento resulta indispensable.
  • 50. a) Carga concentrada en un punto  Dado un elemento resistente, apoyado sobre un plano rígido, tal que su superficie de apoyo es pequeña (dimensiones de la misma inferiores a la restante dimensión del cuerpo, es decir a < h y b < h ).  Su acción sobre el denominado plano puede considerarse como una carga concentrada en un punto (baricentro de la superficie de apoyo).
  • 51. a) Carga concentrada en un punto  La intensidad de dicha carga concentrada o puntual puede obtenerse multiplicando el peso especifico g del material que constituya el cuerpo por el volumen del mismo. G = g * a * b * h con a * b * h = volumen del cuerpo { kg } o { t }  Con esta operación matemática se obtiene un valor que coincide con el peso del cuerpo.
  • 52. a) Carga concentrada en un punto  Entender una carga como concentrada es una simplificación de un problema, ya que únicamente ésta se produciría en el caso de que una esfera se apoye sobre un plano rígido (existe un único punto de contacto).
  • 53. b) Carga superficialmente distribuida  Si el cuerpo se apoya de manera tal que las dimensiones de la superficie de apoyo son mayores que la restante dimensión del cuerpo ( a > e y b > e ), la carga total se distribuye en toda la superficie de incidencia a * b.La intensidad correspondiente a esta carga superficialmente distribuida es: g = g * a * b * e / a * b = g * e con e = espesor { kg / m2 } o { t / m2 }
  • 54. b) Carga superficialmente distribuida  Si el espesor es constante, la carga será superficial y uniformemente distribuida. Se observa que, para la operación indicada, la unidad que corresponde a la intensidad de una carga superficialmente distribuida es, por ejemplo, kg / m2 y su valor difiere del correspondiente al peso del elemento analizado. Carga y peso son sinónimos únicamente cuando la carga es
  • 55. b) Carga linealmente distribuida  Si el cuerpo se apoya de manera tal que las dimensiones de la superficie de apoyo son tales que una de ellas es mayor que las dos restantes (l > a y l > h), la carga total se considera repartida lo largo de la longitud del elemento resistente, determinando una carga linealmente distribuida. g = g * b * h * l / l = g * b * h con b * h = área de la sección { kg / m } o { t / m }
  • 56. b) Carga linealmente distribuida  La carga total que un elemento resistente debe soportar es la suma de las cargas debidas al peso propio y las debidas a los demás elementos que se apoyan sobre él (sobrecarga)  Para concentradas: Q = G + P  Para distribuidas: q = g + p
  • 58. Acciones gravitatorias  Las cargas gravitatorias se transmiten de elemento a elemento, variando su intensidad acorde a la superficie de incidencia sobre el elemento considerado como apoyo.
  • 59. Separando entonces los elementos de una estructura, ellos quedan en equilibrio parcial, y la estructura como un todo, logra su equilibrio (final) en el terreno de fundación.  cubierta: gl = g * e pl: según el uso o destino ql = gl + pl  viga: gv = g * b * h pv = ql * s qv = gv + pv  columna: Gc = g * a * b * h Pc = qv * l / 2 Qc = Gc + Pc  zapata: Gz = g * a1 * a2 * do Pz = Qc Qz = Gz + Pz qz = Qz / ( a1 * a2 ) = st
  • 60. Acciones gravitatorias 1. Carga superficial actuante sobre toda la cubierta. 2. Las reacciones de borde de la cubierta se transforman en sobrecarga lineal para las viguetas. 3. Las reacciones de la vigueta se transforman en sobrecarga concentrada para las vigas.
  • 61. Acciones gravitatorias  Los diagramas que corresponden a cada elemento equilibrado, o a la estructura en equilibrio se denominan Diagramas de cuerpo libre.
  • 62. Acciones gravitatorias  Es de apreciar que en cada punto de apoyo se materializa una interacción entre el elemento soportado y el elemento soporte, que pone en evidencia el denominado principio de acción y reacción (3ra. Ley de Newton), ya que las reacciones que equilibran el elemento sustentado serán las cargas o acciones que recibirá el elemento soporte.
  • 63. Esquema estructural y diagramas de cargas  Toda planta de arquitectura lleva asociada una planta o esquema estructural que permita individualizar de manera esquemática las dimensiones en planta de los elementos superficiales, las longitudes de los elementos lineales y la posición de los elementos encargados de llevar las cargas a las fundaciones. Son complementarios un corte transversal y una planta esquemática con la posición de las fundaciones.
  • 64.  Un análisis de cargas consiste en la determinación de las intensidades de carga que le corresponden a cada elemento estructural.  Se comienza por los elementos estructurales superficiales, que son los encargados de recibir las cargas útiles y se continúa hasta llegar a las fundaciones, donde podrá verificarse que la presión efectiva sobre el terreno no supera los valores admisibles para el suelo.  Supongamos en planta un entrepiso ubicado a un determinado nivel, de forma rectangular.
  • 65.  Las cargas gravitatorias propias del material que lo constituya, las terminaciones del mismo y las cargas de uso se consideran uniformemente distribuidas en toda la superficie. La carga total a soportar por dicho entrepiso será: ql = gl + pl [ kg / m2 ] con: gl = S g * e p según el uso o destino
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  • 67.  Para los entrepisos materializados con viguetas o miniplacas prefabricadas se puede disponer de sus especificaciones técnicas y por lo tanto de los datos de carga propia, ya que son proporcionados por los fabricantes de los elementos de dichos forjados.
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  • 69.  Los elementos superficiales que reciben una carga superficial descargan, generalmente, sobre elementos lineales ubicados en su perímetro.
  • 70.  Si los bordes de apoyo son dos y paralelos, la descarga será unidireccional hacia ellos.  La descarga al elemento sustentante, sea una viga o un muro, por ser elementos lineales, será lineal.
  • 71.  La descarga de un elemento superficial o placa o losa unidireccional sobre su borde de apoyo será directamente proporcional a su ancho de influencia "s" referido al borde. Dicho ancho resulta la distancia entre el eje del elemento sustentante (viga o muro) y la línea media del elemento sustentado (losa). pv = ql * s = cte. [ kg / m ] o pm = ql * s = cte. [ kg / m ]
  • 72.  Si una losa se halla en voladizo, el ancho de influencia será el ancho del mismo. pv = ql1 * s1 + ql2 * s2 = cte. [ kg / m ]
  • 73.  Una placa ejecutada con los pre-moldeados antes mencionados será conductivamente unidireccional.  En el caso de una losa hormigón armado: si esta apoya sobre vigas en todo el perímetro, descargará sobre todo el contorno.
  • 74.  Si se cumple que la relación luz menor / luz mayor > 0.5, la transmisión de cargas será considerable para los cuatro bordes y la losa será bidireccional o cruzada.  Como simplificación, si se cumple que la relación luz menor / luz mayor < o = 0.5, por más que apoye en los cuatro bordes, se pude despreciar las descargas sobre los más cortos y por lo tanto considerarla unidireccional (se puede repartir la carga de la losa por ancho de influencia).
  • 75.  Las cargas linealmente repartidas plantean un diagrama de cargas sobre el elemento lineal donde actúan.  Si la sección transversal de la viga o del muro se mantiene constante en superficie a todo lo largo, la intensidad de la carga propia será también constante, y puede obtenerse de tablas existentes (como la carga propia de los perfiles laminados de acero) o determinarse con la expresión: gv = g * b * h = cte. [ kg / m ] o gm = g * b * h = cte. [ kg / m ]
  • 76.  Si el ancho de influencia "s" es constante, y la carga propia es constante a lo largo del elemento, los diagramas de cargas también lo serán.  En el nivel superior de un muro sobre el cual apoya una losa, esta le transmitirá una carga uniforme, linealmente repartida. pm = ql * s = cte. [ kg / m ] En el nivel inferior del muro, este le transmitirá a la fundación una carga uniforme, linealmente repartida. qm = gm + pm = cte. [ kg / m ]
  • 77.  Si la losa apoya sobre una viga, la intensidad de carga será uniforme, linealmente repartida: qv = gv + pv = cte. [ kg / m ]  El diagrama de cargas de la viga presenta su longitud, los puntos de apoyo y la variación de la intensidad de carga a lo largo del elemento.
  • 78. MATERIAL ELABORADO POR la Comisión de Desarrollo de Nuevas Tecnologías para la Enseñanza de la Arquitectura Facultad de Arquitectura de la UMSNH Dr. ALEJANDRO GUZMÁN MORA MMXI