COMBINACION DE ACCIONES QUE AFECTAN LAS EDIFICACIONES

Las acciones que afectan las estructuras se dividen en permanentes, variables y accidentales.

La clasificacion que los reglamentos establecen para las acciones que afectan o condicionan las estructuras, se hace considerando en forma independiente cada accion, pero tambien considerando que estas acciones deben combinarse dado que en algun momento, todas pueden actuar al mismo tiempo. Los reglamentos especifican que debe revisarse la seguridad de una estructura para el efecto combinado de todas las acciones que tengan probabilidad de ocurrir simultaneamente. En la combinacion comun de acciones intervendran todas las acciones permanentes, una accion variable con su valor maximo o varias que tengan una probabilidad de ocurrir al mismo tiempo.

En edificaciones comunes las acciones pueden identificarse como:

1.- carga muerta (como accion permanente)

2.- carga viva y cambios de temperatura (como accion variable)

3.- el sismo o el viento ( como accion accidental, aunque no actuando al mismo tiempo, ya que la probabilidad de que esto suceda es casi nula).

con base en lo anterior, las combinaciones aconsejables son las siguientes:

carga muerta mas carga viva (con su valor maximo)

carga muerta mas carga viva (con valor reducido) mas sismo o viento

Los reglamentos establecen el empleo de factores de carga los cuales deberán multiplicar a las combinaciones de acciones calculadas convirtiéndolas en cargas o acciones ultimas, las que se emplearan en el diseño.

cada combinacion de acciones constituye un caso para el cual la estructura debe ser analizada, y el dimensionamiento final de los elementos de la estructura se hace con base en los efectos mas desfavorables encontrados.

La clasificacion de acciones antes descrita, se consideran variables aleatorias y se debe contar con estudios estadisticos de la zona o region donde se va a construir o edificar, para cada diferente tipo de accion a observar, los cuales van a permitir establecer la distribucion de probabilidades de dicha variable para poder tener valores mas precisos.

CARGAS VIVAS SEGÚN EL REGLAMENTO DEL D.F.

DESTINO DE PISO CARGA VIVA O CUBIERTA kg/m2

Habitación (casa-habitación), departamentos, viviendas, dormitorios, cuartos de hotel, 170 internados de escuelas, cuarteles, cárceles, correccionales, hospitales y similares.

b) Oficinas, despachos y laboratorios. 250 Comunicación para peatones (pasillos, escaleras, rampas, vestíbulos 350 y pasajes de acceso libre al público).

Estadios y lugares de reunión sin 450 asientos individuales.

e) Otros lugares de reunión (templos, 350 cines, teatros, gimnasios, salones de baile, restaurantes, bibliotecas, aulas, salones de juego y similares.

f) Comercios, fabricas y bodegas. 400-800

g) Cubiertas y azoteas con pendientes 100 no mayor del 5%.

h) Cubiertas y azoteas con pendientes 40 del 5%.

i) Volados en vía publica( marquesinas, 300 balcones y similares).

j) Garaje y estacionamiento ( solo para 250 automóviles).

CARGAS DE DISEÑO VIVAS Y MUERTAS

CUBIERTAS CARGAS MUERTAS

Peso propio de cubierta

- Lámina 5

- Multypanel 12

- Asbesto 15

- Sistema compuesto 12

B. Peso propio de viga joist 8

C. Instalaciones 10

CARGA VIVA

A. Pendiente < 20% 60

B. Pendiente < 20% 40

ENTREPISOS CARGAS MUERTAS

A. Peso propio de cubierta 160

B. Peso propio de viga joist 15

C. Acabado de piso

- Loseta asfáltica 10

- Mosaico de Pasta 80

D. Ductos y plafón 40

E. Muros divisorios 90

CARGA VIVA

- Casas-habitación, apartamentos, viviendas, dormitorios, cuartos de hotel, internados de escuelas, cuarteles, cárceles, hospitales y similares. Además 250 oficinas, despachos y laboratorios.

- Pasillos, pasajes de acceso libre al público. 500

- Lugares de reunión (templos,cines, teatros, salones de baile, gimnasios, bibliotecas, aulas, barcos, restaurantes, salas de juego y similares). 300

- Comercios, fabricas y bodegas.350

- Marquesinas, balcones y Similares. 300

AZOTEAS CARGAS MUERTAS

A. Peso propio de losa 160

B. Peso propio Viga-Joist 10

C. Relleno y entonado 140

D. Ductos y plafón 40

CARGA VIVA

A. Pendiente < 5 % 100

B. Pendiente > 5 % 60

ESTACIONAMIENTO

CARGAS MUERTAS

A. Peso propio losa. 160

B. Peso propio viga-joist. 10

C. Superficie de desgaste. 100

D. Instalaciones. 10

CARGA VIVA

- Más una concentración de 1500 kgs. En el punto más desfavorable de la viga-joist. 250

Pesos específicos materiales

MODULO DE ELASTICIDAD DEL ACERO

Las características estructurales del acero estrucutral tipo A-36 se pueden apreciar en las curvas “esfuerzo-deformación unitaria” a tensión, mostradas. En ella se muestran, también, los aceros estructurales A572 y A-36 fabricados por Acerías de Caldas (ACASA) en la región. Figura 3.3: curvas esfuerzo-deformación en aceros estructurales, adaptada de White, ref. 18 En la figura se pueden ver varias zonas: Un comportamiento elástico hasta un esfuerzo alto. Se aplican las relaciones lineales entre el esfuerzo y la deformación, definidas por la Teoría de la Elasticidad. Los parámetros básicos son el Esfuerzo de Fluencia (fy) y la deformación unitaria de fluencia (Ey). Una zona de comportamiento plástico, en la cual el esfuerzo permanece prácticamente constante, pero aumenta continuamente la deformación unitaria. Un punto de falla o de ruptura. La deformación unitaria en la falla es de 0,20 (curva inferior de la figura) para el acero estructural usado corrientemente en la construcción de estructuras. Los aceros de "alta resistencia" como los usados para los cables de preesforzado (fig.2.9 parte alta) y aceros especiales, no presentan la fluencia definida que se muestra en la figura para los aceros tipo A-36 (curva inferior de la figura), ni tienen el grado de ductilidad del acero estructural. En ellos, el esfuerzo de fluencia no se presenta tan claro como en los tipo A-36 y debe definirse. El acero para preesforzado tiene la resistencia más alta de las mostradas: fpu = 240 ksi (240.000 psi = 17.500 kgf/cm2). Su comportamiento puede compararse con el de los plásticos reforzados con fibras (FRP) que se muestra en la figura 2.22 de este capítulo. La deformación del acero a partir de la fluencia es denominada ductilidad. Esta es una cualidad muy importante en el acero como material estructural y es la base de los métodos de diseño plástico. Permite, que la estructura absorba grandes cantidades de energía por deformación, circunstancia muy importante en zonas sísmicas, en las cuales es necesario que la estructura libere la energía introducida en su base por los terremotos. El Módulo de Elasticidad es prácticamente independiente del tipo de acero está alrededor de 2000000 kgf/cm2.

El concreto no es un material eminentemente elástico, esto se puede observar fácilmente si se somete a un espécimen a esfuerzos de compresión crecientes hasta llevarlo a la falla, si para cada nivel de esfuerzo se registra la deformación unitaria del material, se podría dibujar la curva que relaciona estos parámetros, la Figura 9.15 muestra la curva esfuerzo-deformación  (expresada en ocasiones como la curva).

Figura 9.15. Curva Típica Esfuerzo-Deformación para el Concreto Bajo Compresión, y Puntos para Definir el Módulo de Elasticidad según ASTM C-469.

De la Figura 9.15, y de acuerdo a la norma ASTM C-469, el módulo de elasticidad (Ec) se obtiene calculando la pendiente del segmento de recta que pasa por los puntos A y B, para lo cual es necesario obtener del trazo de la curva (o en el transcurso de la prueba) la ordenada correspondiente a las 50 microdeformaciones y la abscisa correspondiente al esfuerzo 0.40f’c. De la figura se observa también que la deformación que corresponde a la resistencia del concreto es 0.002 cm/cm, que corresponde a 2,000 microdeformaciones. Aún después de que el concreto alcanza su resistencia máxima, y si la carga se sostiene (el esfuerzo disminuye) hasta lograr la falla total (el concreto truena), se puede medir la deformación última que soporta el material, ésta deformación es de 0.035 cm/cm.
Pruebas como la del módulo de elasticidad del concreto son bastante tediosas si se realizan con instrumentaciones anticuadas, ya que el factor humano es determinante para la toma secuencial de lecturas tanto de carga como de deformaciones, por ese motivo se aconseja emplear una instrumentación adecuada como la mostrada en la Figura 9.16, donde se observa que se han conectado  al  cilindro  de  prueba  un  medidor  de  deformaciones  electrónico  conocido  LVDT (Linear Variable Differential Transformer) con el cual se miden las deformaciones verticales, estas deformaciones se registran automáticamente por medio de una computadora conectada al medidor, y por medio de un programa se puede graficar la curva  σ -ε y calcular al mismo tiempo el módulo de elasticidad.

Figura 9.16. Determinación del Módulo de Elasticidad del Concreto.

El módulo de elasticidad es un parámetro muy importante en el análisis de las estructuras de concreto ya que se emplea en el cálculo de la rigidez de los elementos estructurales, en algunos lugares como en la ciudad de México y a raíz de los terremotos de 1985, se han echo cambios en el Reglamento de construcciones del Distrito Federal, estos cambios demandan valores mínimos para el módulo de elasticidad dependiendo del tipo de concreto que se emplee en la obra, por lo tanto ahora, además de la f’c se debe garantizar Ec. En algunos estructuristas existe la tendencia a suponer valores de Ec, para lo cual emplean fórmulas sugeridas por diversas instituciones, por ejemplo el Comité Aci-318 sugiere en su reglamento la siguiente ecuación para concretos de 90 a 155 lb/pie3:

Cualquiera que sea la expresión que se use, no se debe perder de vista que el valor que se obtenga es útil solamente a nivel de anteproyecto, para el proyecto final de una obra se debe emplear el módulo de elasticidad del concreto que realmente estará en la obra, esto sólo es posible si el estructurista tiene el cuidado de recabar la información del productor local del concreto, o en su defecto se deben cotizar las pruebas respectivas con cargo al trabajo de análisis y diseño. Es muy peligroso para la seguridad de la estructura emplear indiscriminadamente fórmulas cuando se desconocen las características elásticas del concreto que se puede fabricar en la zona donde se construirá la obra.