05/04/2014

1

ACCIONES SOBRE LAS ESTRUCTURAS

Carga MuertaCarga Viva

Sismo

Deformación Esfuerzos Asentamientos Agrietamientos

05/04/2014

2

ESTRUCTURA

Respuesta

Acciones(Cargas Actuantes)

TIPOS DE CARGAS

Cargas estáticas.

Cargas dinámicas.

Otras solicitaciones.

Son aquellas que se aplican lentamente sobre la estructura, lo cualhace que se originen esfuerzos y deformaciones que alcanzan susvalores máximos en conjunto con la carga máxima. Prácticamente,estas solicitaciones no producen vibraciones en la estructura.

Son aquellas cuya magnitud, dirección y sentido varíanrápidamente con el tiempo, por lo que los esfuerzos ydesplazamientos que originan sobre la estructura, también cambiancon el tiempo; cabe indicar que el instante en que ocurre la máximarespuesta estructural, no necesariamente coincide con el de lamáxima solicitación.

Aparte de las cargas descritas existen otras solicitaciones, quepueden comprometer a la estructura y que, por lo tanto, debencontemplarse en el diseño.

05/04/2014

3

Cargas estáticas.

a. Cargas Permanentes o Muertas

Son cargas gravitacionales que actúan durante la vida útil de la estructura yno varía con el tiempo, como por ejemplo: el peso propio de la estructura,los elementos añadidos a la estructura (acabados, tabiques, maquinariaspara ascensores y cualquier otro dispositivo de servicio que quede fijo en laestructura).

Pesos de aligerados:

Cuando los techos aligerados tienen lasmedidas tradicionales, y cuando se useladrillos huecos, pueden utilizarse lassiguientes cargas de peso propioexpresados en Kilogramos por metrocuadrado de área en planta:

05/04/2014

4

Acabados y coberturas:

Las siguientes cargas de peso propio paraacabados y coberturas convencionales seproporcionan en kilogramos por metrocuadrado de área en planta.

Muros de albañilería:

Para los muros estructurales ytabiques construidos con ladrillos dearcilla o sílico calcáreos, puedeemplearse las siguientes cargas depeso propio, expresadas en kilogramospor metro cuadrado de área del muropor centímetro de espesor del muro,incluyendo el tarrajeo.

05/04/2014

5

Cabe destacar que la Norma E.020 se proporciona unas cargas equivalentes depeso propio en kilogramos por metro cuadrado de área en planta, para los casosen que no se conozca la distribución de los tabiques (tabiquería móvil) en losambientes del edificio, generalmente, esto ocurre en los edificios destinados aoficinas.

Para hacer un estimado de la carga de la tabiquería móvil, en estos casos,podemos utilizar la tabla siguiente, debiendo conocer el tipo de tabique que se vaa emplear y su peso por metro lineal.

Por ejemplo, para un tabique de albañilería con 15cm. De espesor incluyendo tarrajeo en ambas caras,construido con ladrillo pandereta, con 2.40 m dealtura se tendría:

w = 14 Kg/(m2xcm) * 15 cm * 2.4 m = 504 Kg/m.

05/04/2014

6

Luego ingresando a la tabla, se obtiene una carga equivalenteigual a 210 Kg/m2 de área en planta, que deberá agregarse alpeso propio y acabados de la losa del piso correspondiente.

Cargas estáticas.

b. Carga Viva o Sobrecarga

Son cargas gravitacionales de carácter movible que podrían actuar enforma esporádica sobre los ambientes del edificio. Entre estas solicitacionesse tiene: al peso de los ocupantes, muebles, agua, equipos removibles,puente grúa, etc. Las magnitudes de estas cargas dependen del uso al cualse destinen los ambientes.

Cargas vivas mínimas repartidas según la Norma E.020: Cargas

05/04/2014

7

Cargas dinámicas.

a. Vibraciones Causadas por Maquinarias.

Cuando las máquinas vibratorias no han sido aisladas de la estructuraprincipal, sus vibraciones pueden afectar tanto a la estructura que lassoporta como a las estructuras vecinas.

05/04/2014

8

Cargas dinámicas.

b. Viento.

El viento es un fluido en movimiento; sin embargo, para simplificar eldiseño, se supone que actúa como una carga estática sobre lasestructuras convencionales, pero, para estructuras muy flexibles (puentescolgantes, chimeneas, etc.) es necesario verificar que su período naturalde vibrar no coincida con el de las ráfagas de viento, de lo contrario,podría ocurrir la resonancia de la estructura.

Cargas dinámicas.

c. Sismos

Las ondas sísmicas generan aceleraciones en las masas de la estructuray por lo tanto, fuerzas de inercia que varían a lo largo del tiempo; sinembargo, las estructuras convencionales pueden ser analizadasempleando cargas estáticas equivalentes a las producidas por el sismo.

Estas acciones se caracterizan porque pueden tomar valores significativossolo durante pequeñas fracciones de tiempo; dentro de esta categoría seincluyen al sismo y al viento.

En el análisis estructural estas acciones se idealizan como fuerzashorizontales.

Los sismos producen oscilaciones horizontales que ocasionan fuerzas deinercia (Fi), que actúan horizontalmente sobre cada piso y techo, porencima de la cimentación en forma concentrada.

05/04/2014

9

Cargas dinámicas.

c. Sismos

Durante el sino, el suelo vibra tanto horizontal como verticalmente; elmovimiento vertical es ligero y generalmente se desprecia en el diseño,pero el movimiento horizontal es el principal responsable de los dañosproducidos en una estructura por un terremoto.

La magnitud de las fuerzas horizontales depende de la cantidad y tipo deaceleraciones del suelo, así como de la masa y rigidez de la estructura.

Las cargas sísmicas pueden calcularse usando un análisis dinámicobasado en la teoría de la dinámica estructural. Este análisis obligatorio enestructuras muy grandes, es usualmente complejo y se hacen con laayuda de la computadora.

Para evaluar la importancia del diseño sísmico puede consultar el mapasísmico considerando en la norma de diseño sismo resistente E.030vigente desde 1997, donde el territorio del Perú queda dividido en treszonas asignándole a cada una un valor de acuerdo al riesgo sísmico.

Cargas dinámicas.

c. Sismos

Para estructuras clasificadas como regulares y de no más de 45 metros dealtura, un análisis estático de diseño sísmico puede ser suficiente. Estemétodo aproxima las cargas dinámicas mediante un conjunto de fuerzasestáticas (Fuerzas de inercia) que se aplican lateralmente a la estructura.Estas fuerzas pueden actuar en forma simultánea en cualquier dirección ysus suma, es decir, la fuerza cortante (V) total en la base de la edificación deacuerdo a la Norma E.030 viene dada por la siguiente expresión.

VZUCSR

P

05/04/2014

10

Z: Factor de ZonaLa Norma E.030 como ya lo indicamos divide al territorio nacional en treszonas sísmicas, a cada una de las cuales le asigna un factor Z, que vienea ser la aceleración máxima del terreno con una probabilidad de 10% deser excedida en 50 años.

05/04/2014

11

S: Factor de suelo y Parámetro Tp (Condiciones Geotécnicas)La Norma E.030 considera cuatro perfiles de suelo, a tres de los cuales le asignaun factor de amplificación S y parámetro Tp. Esta clasificación toma en cuentalas propiedades mecánicas del suelo, el espesor del estrato, el periodofundamental de vibración y la velocidad de propagación de la onda de corte.

U: Factor de uso e importancia:El coeficiente U corresponde a la importancia de la edificación y la NormaE.030 considera cuatro categorías, asignándole a cada una un factor.

05/04/2014

12

05/04/2014

13

R: Coeficiente de Reducción de Fuerza sísmicaLos sistemas estructurales se clasifican según los materiales usados y elsistema de estructuración sismorresistente predominante en cada dirección.Según la clasificación que se haga de una edificación se usará un coeficiente dereducción de fuerza sísmica (R) y se tendrá un límite de altura especificado enla Norma E.030.

P: Peso de la edificación

El peso P, se calculará adicionando a la carga permanente y total de laedificación un porcentaje de la carga viva o sobrecarga que se determinaráde la siguiente manera.- En edificaciones de las categorías A y B, se tomará el 50% de la carga

viva.- En edificaciones de la categoría C, se tomará el 25% de la carga viva.- En depósitos, el 80% del peso total que es posible almacenar- En azoteas y techos en general se tomara el 25% de la carga viva.- En estructuras de tanques, silos y estructuras similares se considerará el

100% de la carga que puede contener.

05/04/2014

14

Cargas dinámicas.

d. Cargas impulsivas.

Son aquellas que tienen corta duración, por ejemplo: las explosiones.Después que esta solicitación culmina, se produce el movimiento envibración libre de la estructura

Otras solicitaciones.

Ejemplo de estas solicitaciones son: el asentamiento de los apoyos, elcambio uniforme o diferencial de temperatura, los empujes de tierra, eldeslizamiento del suelo, las tensiones residuales, los preesfuerzos, elfuego, las subpresiones de agua, las contracciones por secado delconcreto, etc

05/04/2014

15

TRASMISIÓN DE CARGAS:

Un edificio es la superposición de variasunidades de vivienda, separadas poruna losa plana horizontal delgadallamada diafragma rígido, la cual seapoya en muros y vigas constituyendoel piso del nivel superior y el techo delinferior.

Los elementos del primer pisotransmiten al terreno su peso propio,sobrecarga.

El contacto con el terreno firme seproduce por medio de la cimentación,cuya geometría y profundidaddependen de las cargas impuestas (CM+ CV) y de la resistencia del terreno (σt)

05/04/2014

16

Los elementos estructurales: cimentación,muros, vigas y techos deben formar unconjunto monolítico (trabazón mecánicaóptima) capaz de resistir las cargasverticales y las cargas horizontalesproducidas por el sismo.

Lo más importante es que el proyectistaestructural logre continuidad entre loselementos estructurales, de esta forma eledificio responderá como una sola unidadfrente al sismo; las cargas distribuiránproporcionalmente a las rigideces de loselementos; vale decir, que cada unotomará un porcentaje de la carga total.

Pero si la trabazón mecánica entre loselementos resistentes es deficiente no selogrará una transferencia de esfuerzosadecuada; entonces el sismo accionará enforma independiente sobre cada uno enforma proporcional a su masa (F = m.a)originando una concentración de esfuerzosmuy peligrosa.