1) El documento describe los procedimientos de diseño estructural y los sistemas de cargas. 2) Explica los estados límites de una estructura, incluyendo el estado límite de servicio, el estado límite de resistencia y los estados especiales de carga. 3) Detalla los diferentes tipos de cargas que afectan una estructura, como las cargas permanentes, vivas, debidas al medio ambiente y cargas accidentales.

1. DISEÑO ESTRUCTURAL Y
SISTEMA DE CARGAS
Clase No. 3

2. PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO
• El diseño estructural es un proceso individual donde el ingeniero y el arquitecto planifican
de conjunto el arreglo de espacios, vanos, accesos, altura de pisos, tamaño de los
elementos, economía, resistencia adecuada y mantenimiento. En el proceso de diseño se
deben contemplar tres importantes fases:
1. Definición de las prioridades:
prioridades:
Una estructura es construida para llenar alguna necesidad. Los propietarios
y el usuario deben estar al tanto de los atributos propuestos para la
edificación como los requerimientos de funcionalidad, requerimientos
estéticos y economía.
2. Desarrollo del concepto del proyecto:
proyecto:
De acuerdo a las necesidades del proyecto los primeros bosquejos o
anteproyecto. El primer prediseño de todas las áreas de la ingeniería civil
envueltas en el proyecto debe ser trabajado.
3. Diseño final de los sistemas:
sistemas:
Una vez el concepto general ha sido desarrollado, el sistema estructural
definitivo puede ser calculado, con todos los elementos proporcionados
para resistir las cargas, los dibujos definitivos y la posibilidad de que la
construcción pueda hacerse por métodos constructivos adecuados.

3. ESTADO LIMITE DE UNA ESTRUCTURA
• Cuando una estructura o elemento estructural se convierte en
inadecuada para su uso, se dice que ha alcanzado su estado límite.
Los estados límites de diseño comúnmente usados son:
1. Estado límite de servicio:
servicio:
Cuando se interrumpe el servicio de la estructura. Presenta poca
probabilidad de ocurrencia. Son criterios que gobiernan el uso
normal y la durabilidad. Se puede llegar al mismo por medio de:
a) Deformaciones excesivas para el uso normal de la estructura, que conlleven a
fisuras prematuras y excesivas. Puede ser visualmente inaceptable y puede
causar daños en elementos no estructurales.
b) Desplazamientos excesivos aunque no impliquen pérdida de equilibrio.
c) Daños locales como corrosión y ataque químico a la estructura producido por
ambientes agresivos.
d) Vibraciones excesivas producidas por elementos móviles o cargas cíclicas.
e) Daño local evitable con la construcción de juntas de expansión y control o con la
disposición adecuada del refuerzo.

4. ESTADO LIMITE DE UNA ESTRUCTURA
2. Estado límite de resistencia o estado límite último:
último:
Incluye el colapso de la estructura. Presenta muy poca
probabilidad de que ocurra. Corresponden a la máxima
capacidad portante. Se puede llegar a este estado cuando:
a) Las fuerzas mayoradas sean mayores que la resistencia de diseño de la
estructura.
b) Perdida de equilibrio en algún sector o toda la estructura debido a la degradación
en la resistencia y rotura de algunos o la gran mayoría de los elementos, lo que
puede conducir al colapso de la estructura. En algunos casos un problema local
menor puede afectar elementos adyacentes y estos a su vez afectar sectores de
la estructura que determinen el colapso parcial o total.
c) Transformación de la estructura en un mecanismo y la consiguiente inestabilidad
que conlleve a cambios geométricos incompatibles con las hipótesis iniciales de
diseño.
d) Falta de integridad debido a la ausencia de amarres adecuados entre los
diferentes elementos que conforman la estructura.
e) Fatiga en la estructura y fractura en elementos debido a ciclos repetitivos de
esfuerzos por cargas de servicio.

5. ESTADO LIMITE DE UNA ESTRUCTURA
3. Estados especiales de carga:
carga:
Donde el daño y colapso de la estructura se incluyen
simultáneamente.
Se puede llegar a estados límites especiales cuando hay daños o falla
debido a condiciones anormales de carga, tales como:
a) Daño o colapso en sismos extremos.
b) Daños estructurales debido al fuego, explosiones o colisiones vehiculares.
c) Efectos estructurales de la corrosión y deterioro.

6. PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO
1. Método de los Esfuerzos de Trabajo.
Usa esfuerzos admisibles, por lo general con un factor de seguridad entre
1.8 y 2.2. El esfuerzo último del concreto se multiplica por un factor que
puede ser menor o igual 0.45 para obtener el esfuerzo admisible de
diseño, mientras que el esfuerzo de fluencia en el acero se multiplica por un
factor recomendado menor o igual a 0.55 para obtener el esfuerzo
admisible del acero. Bajo tales circunstancias, el factor de seguridad para el
hormigón es mayor o igual a 2.2 y el del acero mayor o igual a 1.8. En este
método las cargas de diseño no se mayoran y presenta la inhabilidad para
considerar variaciones por tipo e intensidad de carga, así como variaciones
en la resistencia de los materiales.
2. Método de la Resistencia.
. Resistencia.
Usa factores independientes para cada carga y factores para la resistencia
nominal del elemento. Se debe diseñar de acuerdo al Estado Límite Último,
pero chequear con el Estado Límite de Servicio. Dentro de sus beneficios
se cuenta que considera la variabilidad en las cargas y la resistencia de los
materiales.

7. CLASIFICACION DE LAS CARGAS DE ACUERDO A LA
ACCION SOBRE LA ESTRUCTURA
• El termino CARGA se refiere a la acción directa de una fuerza o un
conjunto de fuerzas actuando sobre un elemento estructural. Se
miden en unidades de fuerza (kg o T), en unidades de
fuerza/longitud (kg/m o T/m) y en unidades de fuerza/superficie
(kg/m2 o T/m2).
TIPOS DE CARGAS ESTRUCTURALES:
• Cargas permanentes
• Cargas vivas o de uso
• Cargas debidas a la influencia del medio ambiente
• Cargas accidentales

8. CARGAS PERMANENTES
Las cargas permanentes actúan con una magnitud constante y
una posición fija durante todo la vida útil de la estructura. Se
clasifican en:
1. Cargas muertas o gravitatorias:
Corresponden al peso propio de los elementos estructurales y
además, los elementos no estructurales unidos a la estructura, tales
como:
vigas cielos rasos
columnas rellenos en pisos
dinteles acabados en general
losas otros
muros
ventanas
plomería
inst. eléctricas y sanitarias

9. CARGAS PERMANENTES
2. Cargas por empujes:
Los empujes de suelos o agua en las paredes de los sótanos o los
muros de contención de suelos en zonas de grandes desniveles.

10. CARGAS VIVAS O DE USO
• Son cargas no permanentes producidas por materiales o
artículos, e inclusive por las personas en constante
movimiento. Son producidas por el uso y ocupación de la
movimiento
edificación.
• Pueden estar aplicadas total o parcialmente o no estar presentes y
también es posible cambiarlas de ubicación.
• Son cargas variables en magnitud y posición, por ejemplo:
personal
mobiliario
empujes de cargas o almacenes

11. CARGAS VIVAS O DE USO
• Usualmente estas cargas incluyen un margen para tener una
protección contra deformaciones excesivas o sobrecargas
repentinas.
• Estas cargas están tabuladas en códigos locales, estatales o
nacionales.
nacionales Ademas de las cargas uniformes, algunos códigos
especifican cargas vivas concentradas mínimas causadas por
mínimas,
carretillas, automóviles, etc.
• Para simplificar los cálculos las cargas vivas son expresadas como
cargas uniformes aplicadas sobre el área de la edificación. Ej.:
Vivienda 180kg/m2 Oficinas 200kg/m2
Hoteles 200kg/m2 Bibliotecas 200-500kg/m2
Escuelas 200kg/m2 Estadios 400-500kg/m2
Garajes 250kg/m2 Almacenes 350-500kg/m2
Escaleras 300kg/m2 Hospitales 200-400kg/m2

12. CARGAS DEBIDAS A LA INFLUENCIA DEL MEDIO
AMBIENTE
A este grupo de cargas pertenecen las siguientes:
1. Cargas de viento
2. Cargas de sismos
3. Cargas producidas por oleajes (no tsunamis)
4. Cargas térmicas
5. Cargas por efecto de la nieve

13. CARGAS DE VIENTO
El efecto del viento sobre una estructura depende de la densidad y
velocidad del aire, del ángulo de incidencia del viento, de la forma y
de la rigidez de la estructura y de la rugosidad de la superficie
terrestre. Son cargas dinámicas pero se hacen aproximaciones
usando cargas estáticas equivalentes.
Se verifica por la acción de este sobre las superficies edificadas, que
se traduce en una fuerza de empuje o succión, con escasa
importancia en las construcciones bajas, importantes en las altas y
muy importantes en las estructuras de bajo peso frente a su
superficie expuesta.
Eventos climáticos mas importantes con relación al viento:
HURACANES Y TORNADOS.
TORNADOS.

14. CARGAS DE VIENTO
TORNADO
FUERZA DE LOS VIENTOS EN UN HURACAN

15. Efectos del paso de un huracán

16. Pérdida de la estabilidad estructural ante el paso de un huracán

17. CARGAS DE SISMOS
Son cargas dinámicas que también pueden ser aproximadas a cargas
estáticas equivalentes. Los sismos originan aceleraciones transmitidas por
el terreno que al actuar sobre la masa se traducen en fuerzas. A mayor
masa, mayor fuerza.
La acción del sismo puede tener cualquier dirección y provoca empujes
(cargas) verticales y horizontales, pero en la practica se considera la mas
desfavorable que es la horizontal.

18. CARGAS DE SISMOS
PERDIDA DE LA ESTABILIDAD ESTRUCTURAL A CAUSA DE UN SISMO

19. Consecuencias del reciente sismo en Chile

20. Consecuencias del terremoto de Haití. Palacio de Gobierno.

21. CARGAS PRODUCIDAS POR OLEAJES
De gran importancia en regiones costeras. Son también cargas
dinámicas, pero su frecuencia es mas posible de determinar. No
se tienen en cuenta eventos tales como tsunamis.
Malecones, puentes, espigones portuarios, plataformas petroleras,
entre otras edificaciones tienen que tener en cuenta la posibilidad
de acción de este tipo de cargas.

22. Fuerza de las olas sobre el Malecón de La Habana

23. Olas sobre el Castillo del
Morro, La Habana

24. Penetración del mar, Malecón de La Habana

25. CARGAS TERMICAS
Todas las estructuras están sometidas a cambios de temperatura y varían de
forma y dimensiones durante el ciclo de temperaturas diurnas y nocturnas
como en los ciclos de invierno y verano. No se consideran en este acápite las
cargas producidas por incendios internos o externos a la estructura
Si no se permite que la estructura se dilate o se contraiga sin problemas, se
introducirán cargas adicionales que perjudicaran el comportamiento de la
misma.
Muchos códigos o reglamentos para el calculo de estructuras norman las
dimensiones máximas de las edificaciones en cuanto a su dilatación, sobre
todo en latitudes como la nuestra, donde la radiación solar es alta durante casi
todo el año.
En edificaciones de muros de fabrica (bloques de mortero o ladrillos de
cerámica) esta longitud no debe sobrepasar los 30-35m. En estructuras
prefabricadas de hormigón armado esta longitud alcanza los 72m.
Constructivamente, el resultado mas importante de considerar las
cargas térmicas son las llamadas juntas de dilatación.
dilatación.

26. CARGAS TERMICAS
PERDIDA DE LA ESTABILIDAD
ESTRUCTURAL POR FALTA DE JUNTA
DE DILATACION SOLUCION DE JUNTA
DE DILATACION
SOLUCION DE JUNA DE
DILATACION

27. CARGAS POR EFECTO DE LA NIEVE
Aunque en nuestra latitud no ocurren estos fenómenos, son de
una tremenda importancia en aquellos países donde estos
fenómenos naturales ocurren.
ocurren.
Su acumulación origina cargas importantes sobre los techos y por
consecuencia en la cimentación.
La inclinación exagerada de los techos en estas regiones ocurre para
reducir la nieve acumulada y con ello la carga.

28. CARGAS ACCIDENTALES
Dentro de este grupo de cargas se encuentran las que pudiesen actuar
en algún momento sobre la estructura de la edificación sin haber sido
prevista, pero que dicha estructura debe ser capaz de asimilar para no
perder su estabilidad. En algunos casos esto se torna imposible. Algunos
ejemplos:
1. Impactos
Choques producidos por vehículos, impactos de medios de fuego, explosiones
internas y externas, etc.
2. Incendios
Fuegos intencionales o no internos y externos. Si existe libertad de dilatación no
se plantean grandes problemas subsidiarios, pero si esta dilatación está impedida
en mayor o menor grado por el resto de los componentes de la estructura,
aparecen esfuerzos complementarios que hay que tener en cuenta.
3. Otras

29. CLASIFICACION DE LAS CARGAS DE ACUERDO A LA
FORMA DE DISTRIBUCION
1. DISTRIBUIDAS
SUPERFICIALES
LINEALES
2. CONCENTRADAS

30. CARGAS DISTRIBUIDAS
1. SUPERFICIALES
Es una carga que esta repartida en una superficie cuyo valor se expresa en
unidades de fuerza sobre unidades de superficie. Representa la mayor parte de
las cargas de un edificio, varia de 10kg/m2 en una cubierta liviana, hasta los
5T/m2 en el piso de un deposito, pasando por los 180kg/m2 del entrepiso de una
casa o los 1300kg/m2 del piso de un edificio importante.
Es la que se considera para dimensionar las losas

31. CARGAS DISTRIBUIDAS
2. LINEALES
Es la carga que esta repartida sobre una línea, generalmente la origina una
superficie (losa) contigua que se apoya en esa línea (viga). Se expresa en kg/m o
T/m.
Es la que se considera para el calculo de vigas

32. CARGAS CONCENTRADAS
Son aquellas a las que se considera concentradas en un punto
infinitesimal, algo realmente imposible en la practica.
En realidad, son cargas con un valor de concentración muy alto sobre un
sector muy pequeño, en comparación con las descritas en el punto anterior

33. CLASIFICACION DE LAS CARGAS DE ACUERDO AL
TIEMPO DE APLICACION
1. ESTATICAS
Se llaman así a las que son aplicadas lentamente y accionan por un
periodo prolongado. La mayoría de las cargas con las que se dimensiona
en Arquitectura son de este tipo.
2. DINAMICAS
Son las que su acción varia rápidamente en el tiempo. Si esta acción
fuese unitaria se consideraría como carga de impacto, en caso de hacer
ciclos a intervalos regulares, como en los casos de: compresores,
vientos, sismos. No pueden ser manejadas por la estática, sino con
métodos aproximados, luego de un cuidadoso análisis del caso.