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Las
múltiples condiciones de cargas y efectos que solicitan a una estructura a lo largo
de su vida de servicio se definen como acciones y se pueden clasificar como se
presenta a continuación.
Cargas estáticas
- Cargas gravitacionales
- Cargas permanentes.
- Cargas variables.
- Empujes.
- Empujes de tierra.
- Empujes de materiales granulares.
- Empujes de fluidos.
Cargas dinámicas – vibraciones de máquinas.
Cargas accidentales.
- Por impacto.
- Por explosivos.
Cargas por causas ambientales.
- Viento.
- Nieve.
- Inundaciones.
Cargas por movimientos telúricos.
- Sismos.
- Erupciones volcánicas.
Efectos secundarios.
- Efectos reologicos.
- Retracción.
- Fluencia.
- Creep.
- Efectos P-∆
- Efectos térmicos – diferencias de temperaturas.
- Asentamientos diferenciales del suelo de fundación.
- Descensos relativos.
- Rotaciones de las bases.
- Deformaciones de los miembros.
- Por flexión.
- Por corte.
- Por carga axial.
- Por torsión.
La aplicación de estas acciones aisladas o su aleatoria combinación
dan lugar a un estado de esfuerzos y deformaciones en las estructuras
resistentes, cuya magnitud no debe exceder en régimen de servicio los estados límites
admisibles del rango elástico definido por las normas y reglamentos propuestos
en el área. Las cargas estáticamente aplicadas, estos esfuerzos y deformaciones
dependen de las características de las secciones resistentes y de la intensidad
de las cargas, mientras que para las cargas dinámicas, la respuesta depende de
la masa dela estructura y la velocidad y secuencia de aplicación de las
acciones.
Las normas de diseño constituyen un conjunto de
reglamentos y recomendaciones basadas en el la elaboración de teorías probabilísticas
y en el estudio y la investigación de especialistas en diseño estructural. Los numerosos
estudios de laboratorio y modelos de análisis
han permitido conocer la respuesta de los diferentes miembros estructurales según
las características de los materiales la historia de carga y las propiedades geométricas
y físicas delos diferentes elementos resistentes.
Se puede prever con cierta exactitud el comportamiento
real de una estructura bajo un determinado estado de cargas, si bien siempre existirá
alguna incertidumbre acerca de la verdadera magnitud de las cargas estos datos propuestos,
la calidad de los materiales y su homogeneidad y comportamiento isotrópico. En las
edificaciones con cierta altura las cargas gravitacionales que actúan es de
forma similar a las construcciones de poca altura, los efectos varían solo por
la acumulación que propician el número de pisos, en estos hay gran variedad en
la magnitud de las solicitaciones por viento y sismo.
Debido a esto los edificios altos poseen una forma de
disminuir las cargas en los miembros verticales de los pisos más bajo,
utilizando materiales estructurales y no estructurales livianos, tales como
concreto alveolar en losas paredes y entrepisos, así como concreto de alta resistencia
en las columnas y muros. De esta manera se puede disminuir la sección
transversal necesaria de los elementos resistentes
verticales, para no afectar la libre circulación y el aspecto estético del
proyecto arquitectónico, perimétrico, generando una mayor área libre en los niveles
de abajo empleado con fines de jardines y estacionamiento.
Un edificio dinámico con altura es de vital importancia
que el diseño debido a las fuerzas inerciales sean considerables al momento de
los movimiento sísmicos, también bajo fuerzas de viento se deben delimitar las
vibraciones y oscilaciones producidas, lo cual influye en la elección de las características
de la estructura resistente de cada edificio. El análisis el tipo y magnitudes
de las cargas gravitacionales y accidentales que pueden soportar las
estructuras.
Las acciones que influyen de forma lateral como el viento
y el sismo que controlan por lo general el diseño de los edificios de gran
altura, las zonas de baja actividad sísmica las edificaciones deben diseñarse
para resistir los empujes laterales del viento, mientras que en zonas de
mediana y alta sismicidad, son las fuerzas inerciales las que van a determinar
las características estructurales, la disipación y distribución en planta de
los elementos resistentes y los índices de amortiguamiento activos y pasivos
limitan el movimiento por acción dinámica.
Cuando hablamos de los efectos secundarios estos deben
tomarse en cuenta debido a su acción acumulativa cuando el número de pisos es
elevado, los efectos térmicos, reolicos o de asentamiento diferenciales de
apoyos pueden generar un estado de tensión que es considerable que supera las
cargas gravitacionales usuales. En los sistemas resistentes delos edificios
pueden actuar diferentes niveles de cargas.
CARGAS
- Cargas moderadas, dan lugar a las solicitaciones en régimen elástico durante toda la vida útil de la estructura.
- Cargas ligeramente mayores, consideradas en el diseño, que pueden hacer incursionar a la estructura en un comportamiento inelástico en ciertas secciones críticas localizadas, estas cargas pueden producir daños limitados reparables en la edificación.
- Cargas que provocan excesivas deformaciones u oscilaciones del edificio, o la fatiga, los movimientos estructurales que afectan el comportamiento humano, la salud, confort y seguridad de los usuarios.
- Cargas dinámicas accidentales de magnitud inusual, que provocan el colapso local o el terminal irreversible de la estructura.
Los diseño en edificaciones se realizan para el primer
caso, y en circunstancias especiales también se contempla el segundo caso,
pocas estructuras tendrán una respuesta adecuada para el último caso, en zonas sísmicas
el diseño debe asegurarse que el edificio se mantenga en pie salvaguardando la
vida delos ocupantes, los daños materiales pueden ser cuantiosos para su posterior
reparación. Los diseño deben adecuarse en base a estadísticas de la posibilidad
de la variación de las propiedades mecánicas y resistentes de los diferentes
materiales estructurales, así como la dimensiones delas secciones, la respuesta
estructurales y la buena conexión.
Todos los factores que actúan en la magnitud de seguridad
que se adopta en el diseño tales como, la mayoracion de cargas, reducción de
resistencias y la posibilidad de simultaneidad de causas y efectos.
CARGAS
GRAVITACIONALES.
Carga
permanente.
El diseño de acción de cargar gravitacionales es considerar
las áreas tributarias que correspondes a los pilares, columnas y muros del
sistema, con frecuencia a las vigas se usara el ancho tributario. Las cargas
permanentes son las de los materiales de construcción y las sobrecargas fijas
de los elementos no estructurales, tales como revestimientos, pisos
contrapiso, cielosrrasos, paredes de cerramiento, tabiques divisorios, equipos
e instalaciones fijas, pavimentos, rellenos entre otros. Se considera dentro de
estas clasificaciones las maquinarias empotradas, fluidos en tanques de
reserva, techos, las antenas, así como cualquier equipo adherido en forma
permanente al edificio. Todos elementos están tabulados con su peso por área, o
por volumen con el propósito de realizar de manera más partica el análisis de
las cargas permanentes.
Carga variable o sobre carga de uso.
La carga variables se define como el peso exterior variable
que actúa en los diferentes niveles de un edificio, según su uso o destino, la
magnitud de estas cargas es difícil de predecir, debido a que es por la acción humana.
La carga variable incluye el peso de las personas que ocupan o se desplazan en
un edificio, lo muebles, adornos, equipos mecánicos móviles, vehículos y todas
las instalaciones no permanentes de una construcción, sus valores se obtiene entre
los limites especifico que dicta la experiencia ya las mediciones realizadas,
estos valores son siempre probabilísticos.
Las cargas móviles por uso ocupacional, son valores
aproximado de las cargas uniformemente distribuida, los valores dados de las cargas
móviles son usualmente los mínimos requeridos para la seguridad pública y
respondes a conceptos conservativos con el fin de lograr diseños estructurales
seguros y resistentes. Es predecible con exactitud el tiempo de permanencia de
las sobrecargas de uso en el lugar previsto, ya que pueden exceder hasta en un
50% la duración obtenida mediante los cálculos probabilísticos durante la vida útil
de estructuras.
Es de especial cuidado con los cambio del uso de las edificaciones
luego de ser construidos ya que conlleva en muchas oportunidades a superar las cargas
variables previstas en el diseño. Este problema se ha podido experimentar en
edificios que inicialmente se proyectaron para vivienda, y luego se destinan
para oficinas o depósitos, donde la excesivas acumulación de papeles o
materiales puede poner en peligro la seguridad y estabilidad del edificio.
Este tipo de prácticas traen consecuencias notables,
deformaciones de la estructura, figuración creciente y debilitamiento de la
resistencia, que puede ocasionar el colapso incipiente o terminal de la edificación.
Las cargas móviles pueden considerarse puntales o concentradas en áreas reducida,
como sucede en estacionamientos de vehículos, pisos de oficinas y salas de máquinas,
si no se toma en cuenta el diseño original y se sobre para la resistencia
admisible de los materiales la placa falla.
Cargas de construcción.
Las cargas que debe soportar una estructura durante su
etapa de ejecución son muy severas, aún mayores que las aplicadas durante su
vida útil. Lo mas frecuentes colapsos estructurales se generan antes de que la
estructura sea finalizada, es por esto que los edificios de gran altura estas
cargas de construcción deben ser cuidadosamente controladas. La excesiva acumulación
de las sobrecarga de materiales de construcción en ciertas áreas de la
estructura, que es ciertos casos se acopian con el concreto de las placas
estando aun frescas o que no han alcanzado el 75% de su resistencia, ocasionan
fallas local o global en el complejo.
Es usual que durante la obra se apliquen sacos de
cemento,bloques cuerpos a granel y escombros. Las grúas que transportan y
elevan los materiales a los niveles superiores constituyen asimismo otra carga,
fuerte imprevista durante esta etapa, acarreando gran cantidad de materiales. También
se debe sumar el impacto que puede provocar en las columnas de los pisos bajos
el choque de camiones cargados de materiales.
Si la estructura es capaz de
soportar la etapa constructiva es probable que sea segura para el uso que se
destine, el diseño de todos los complejos estructurales se debe proveer un suficiente
margen de seguridad de modo que la obra pueda finalizarse sin peligro de
derrumbe, el encofrado juega un papel exclusivo en la seguridad de la obra. En las
estructuras de acero las conexiones deben ser suficientemente rígidas para
asegurar la continuidad de los miembros y permitir un comportamiento eficiente.
CARGAS ACCIDENTALES.
Las
cargas accidentales se presentan esporádicamente durante la vida de servicio de
los edificios, su duración es breve y su efecto puede ser destructivo. La calidad
de accidentes es impredecible y las causas que las producen pueden ser múltiples
y aleatorias, incluyendo el caso de intencionadas se desglosan de la siguiente
forma.
Cargas por impacto.
- Choque de vehículos.
- Aceleración y freno de ascensores.
- Derrumbes de construcciones vecinas.
- Deslizamiento de taludes.
- Accidentes aéreos.
Los
impactos accidentales sobre las edificaciones dan lugar a grandes impulsos
localizados de diferente duración, dependiendo de la masa y la velocidad de la colisión.
En el caso de pequeñas masas concentradas que impactan en un área reducida de
una construcción de concreto, un edificio estable recibe el choque de un vehículo
sin freno a velocidad media los efectos destructivos son limitados. Pero si la
masa es considerable y la duración del impacto es mayor como sucede en una gran
losa que se derrumba y se rompe en trozos, los daños a la edificación son de
gran envergadura. Usualmente los choques de aviones contra edificios producen
cuantiosos daños materiales.
Explosiones
- Detonación de explosivos.
- Boom acústico.
- Escape de gases o líquidos explosivos.
- Voladuras para demolición.
- Bombardeos en acciones bélicas.
Acciones extraordinarias.
- Explosiones atómicas.
- Erupciones volcánicas.
- Derrumbe de cavernas profundas.
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