Diseño estructural. Rafael Riddell C.

se usan cargas horizontales laterales ficticias que pretenden representar el efecto del movimiento real; la norma NCh433.Of96 especifica tales cargas como una distribución estática equivalente como la indicada en la Fig. 1.6.b o una combinación de tales distribuciones que dependen de las propiedades dinámicas de la estructura misma.

      a) Norma NCh1537.0f86: Cargas permanentes y sobrecargas de uso para el diseño estructural de edificios

      Esta norma establece las bases para determinar las cargas permanentes y los valores mínimos de las sobrecargas de uso normales que deben considerarse en el diseño de edificios. Las cargas permanentes son aquellas cuya variación en el tiempo es despreciable, por ejemplo, el peso de los elementos estructurales mismos, instalaciones, terminaciones, estucos y pavimentos, rellenos, empujes de tierra y líquidos, etc. Exceptuando los empujes mencionados, las cargas permanentes suelen también denominarse cargas muertas e incluirse en el llamado peso propio. La norma proporciona una serie de datos sobre pesos específicos de materiales varios almacenables, materiales de construcción, metales, líquidos, maderas, etc.

      Figura 1.6 Solicitaciones sísmicas en edificios

      Una lista de sobrecargas para pisos de edificios conforme a la NCh1537.Of86 se presenta en la Tabla V.1 (Anexo V). Algunos ejemplos se presentaron antes también en la Tabla 1.1 de la Sección 1.1.2. Como se señaló en esa sección, tales cargas se aproximan al valor medio de la sobrecarga máxima en 50 años. Esto último no es contradictorio con el carácter de “valor característico" de las sobrecargas de uso especificadas en ellas. En efecto, la norma indica que al valor característico corresponde al percentil 95 de la distribución de medidas de sobrecargas, es decir, un valor excedido por sólo un 5 % de la población de medidas. Estas mediciones corresponden a lo que se denomina sobrecarga en un instante arbitrario obtenidas en mediciones directas de la carga presente en edificios, especialmente de oficinas en un instante (Ellingwood y Culver, 1977). Estas mediciones incluyen los efectos del mobiliario y cargas normales de personas, pero no reflejan eventos de carga extraordinarios como aglomeración de personas, acumulación de mobiliario durante una remodelación, o cambios en el uso de la estructura, entre otros efectos.

      La norma de cargas incorpora dos conceptos que conviene presentar de inmediato: el de área tributaria, y el de coeficiente de reducción de las sobrecargas de uso. Ambos se utilizan para determinar las cargas que actúan en los elementos de una estructura, como por ejemplo en las vigas, muros y columnas del entrepiso de un edificio de hormigón armado como el ilustrado en la Fig. 1.7.

      Figura 1.7 Entrepiso de edificio de hormigón armado

      Se entiende por área tributaria, el área de planta total, que multiplicada por la carga uniformemente distribuida correspondiente, define la carga que se considera actuando sobre un elemento. Las áreas tributarias se determinan en base a supuestos o reglas muy simplificatorias, de modo que las cargas calculadas y sus distribuciones no son necesariamente las reales. Por ello, tales reglas deben utilizarse juiciosamente, limitando su aplicación a aquellos casos en que no se esperan diferencias substanciales con un procedimiento más riguroso.

      La Fig. 1.8.a muestra el área tributaria sobre la viga AB en un esquema en planta de la estructura de la Fig. 1.7; el área tributaria se ha determinado sobre la base de ángulos de 45o y líneas a distancia l_y/2 del eje de la viga. Estos supuestos resultan en una buena aproximación de la realidad si las condiciones de borde de la losa son iguales en todos ellos, y si las vigas tienen rigideces y condiciones de continuidad similares en ambos sentidos. Sin querer entrar en mayor detalle en este tema de análisis, cabe señalar, por ejemplo, que si las vigas CD y EF fueran vigas de borde de la planta, la losa estaría en condición de “simple apoyo” sobre ellas, mientras que su continuidad sobre la viga AB sería equivalente a una condición de “empotramiento” en ese borde, resultando ello en una carga mayor sobre la viga AB que la estimada en base al área tributaria antes señalada. Por cierto, las cargas correctas sobre las vigas pueden obtenerse de un análisis apropiado de las losas.

      Por otra parte, conforme al área tributaria que muestra la Fig. 1.8.a, la carga sobre la viga no es uniformemente distribuida, sin embargo, en la práctica puede utilizarse tal aproximación cuidando de amplificar los momentos flectores en un 20 % (Ejemplo 1.3). Así, si el área tributaria es A_tr, q_v el peso propio de la viga por unidad de longitud, q_pp el peso propio por unidad de superficie de la losa más las terminaciones de piso, cielo y particiones (carga permanente total), y q_sc la sobrecarga de uso por unidad de superficie del piso, puede suponerse para el diseño de la viga que sobre ella actúa una carga uniforme:

      Figura 1.8 Ejemplos de cálculo de áreas tributarias: (a) Sobre viga AB, (b) Sobre columna A, (C) Sobre viga CE si no hubiera columna en A

      en que el factor 1,2 debe omitirse para el cálculo del esfuerzo de corte. Por otra parte, en el caso de diseño último hay que separar las cargas de peso propio y sobrecarga, ya que quedarán afectas a factores de mayoración distintos.

      La Fig. 1.8.b muestra el área tributaria l_xl_y del piso considerado sobre la columna A. Para n pisos iguales sobre el piso considerado, el área tributaria sobre la columna es:

      suponiendo, para simplificar, que para el techo del edificio rigen cargas iguales que para los pisos. Sin embargo, dada la baja probabilidad que la sobrecarga de uso total esté presente simultáneamente en toda esta área tributaria, la norma NCh1537.Of86 permite usar un factor de reducción C_a, de modo que la carga axial de diseño sobre la columna del entrepiso en cuestión es:

      en que Q es el peso propio de la columna, que es el peso correspondiente de las vigas y los demás términos se han definido antes. El factor de reducción C_a se aplica sólo si A_tr > 15 m² y se evalúa con la expresión:

      Sin embargo, C_a no debe ser inferior a 0,6 para elementos horizontales y para elementos verticales que reciben carga de un piso solamente, ni inferior a 0,4 para otros elementos verticales, y en ningún caso inferior al valor determinado por:

      b) Norma NCh431.0f77: Sobrecarga de nieve

      La nieve, en la mayor parte del país, es una acción de tipo eventual, es decir, ocurre sólo algunas veces durante la vida útil de la obra que se está diseñando. Por el contrario, la norma establece que en zonas cordilleranas y en el extremo sur del territorio, donde nieva todos o casi todos los años, la carga de nieve debe considerarse de ocurrencia normal en vez de eventual.

      La carga de nieve depende esencialmente de la inclinación del techo. Si esta inclinación es igual o menor que 30° respecto de la horizontal, la carga básica de nieve se determina de una tabla que depende de la altura del lugar y de su latitud geográfica. Los valores varían entre 0 (por ejemplo, altura menor que 2000 m y latitud geográfica menor que 26°) y 700 kg/m² (altura sobre 3000 m y latitud geográfica mayor que 32°). Si la inclinación del techo es mayor que 30° se aplica un factor de reducción sobre la carga básica de nieve. La norma también establece que si la presión básica determinada para el lugar es mayor que 25 kg/m², la carga de nieve debe considerarse de ocurrencia normal.

      c) Norma NCh432.Of71: Cálculo de la acción del viento sobre