Hispanopedia WikiUna carga estructural o acción estructural es una carga mecánica (más generalmente una fuerza ) aplicada a elementos estructurales . [ 1 ] [ 2 ] Una carga causa tensión , deformación , desplazamiento o aceleración en una estructura . El análisis estructural , una disciplina de la ingeniería , analiza los efectos de las cargas en estructuras y elementos estructurales. El exceso de carga puede causar falla estructural , por lo que esto debe considerarse y controlarse durante el diseño de una estructura. Las estructuras mecánicas particulares, como aeronaves , satélites , cohetes , estaciones espaciales , barcos y submarinos , están sujetas a sus propias cargas y acciones estructurales particulares. [ 3 ] Los ingenieros a menudo evalúan las cargas estructurales basándose en regulaciones publicadas , contratos o especificaciones . Las normas técnicas aceptadas se utilizan para pruebas de aceptación e inspección .
Tipos
En ingeniería civil , las cargas especificadas son la mejor estimación de las cargas reales que se espera que soporte una estructura. Estas cargas pueden ser de diversas formas, como personas, equipos, vehículos, viento, lluvia, nieve, terremotos, los propios materiales de construcción, etc. En muchos casos, las cargas especificadas también se conocen como cargas características.
Los edificios estarán sometidos a cargas de diversas fuentes. Las principales se clasifican en cargas vivas (cargas que no siempre están presentes en la estructura), cargas muertas (cargas permanentes e inamovibles, salvo en caso de remodelación o renovación) y carga de viento, como se describe a continuación. En algunos casos, las estructuras pueden estar sujetas a otras cargas, como las debidas a terremotos o a la presión de los materiales de construcción. La magnitud máxima prevista de cada una se denomina carga característica.
Las cargas muertas son fuerzas estáticas que se mantienen relativamente constantes durante un tiempo prolongado. Pueden ser de tracción o compresión . El término puede referirse a un método de ensayo de laboratorio o al uso normal de un material o estructura.
Las cargas vivas suelen ser cargas variables o móviles . Estas pueden tener un componente dinámico significativo y pueden implicar consideraciones como impacto , momento , vibración , dinámica de chapoteo de fluidos, etc.
Una carga de impacto es aquella cuyo tiempo de aplicación sobre un material es inferior a un tercio del período natural de vibración de dicho material.
Las cargas cíclicas sobre una estructura pueden provocar daños por fatiga , daños acumulativos o fallos estructurales. Estas cargas pueden ser repetidas o debidas a vibraciones .
Las cargas impuestas son aquellas asociadas con la ocupación y el uso del edificio; su magnitud está menos claramente definida y generalmente está relacionada con el uso del edificio.
Cargas sobre estructuras arquitectónicas y de ingeniería civil
Las cargas estructurales son una consideración importante en el diseño de edificios. Los códigos de construcción exigen que las estructuras se diseñen y construyan para resistir de forma segura todas las acciones que probablemente enfrenten durante su vida útil, manteniendo al mismo tiempo su aptitud para el uso. [ 4 ] En estos códigos de construcción se especifican cargas o acciones mínimas para tipos de estructuras, ubicaciones geográficas, usos y materiales de construcción . [ 5 ] Las cargas estructurales se dividen en categorías según su causa de origen. En términos de la carga real sobre una estructura, no hay diferencia entre carga muerta y carga viva, pero la división se realiza para su uso en cálculos de seguridad o para facilitar el análisis en modelos complejos.
Para cumplir con el requisito de que la resistencia de diseño sea superior a las cargas máximas, los códigos de construcción prescriben que, para el diseño estructural, las cargas se incrementen mediante factores de carga. Estos factores de carga son, aproximadamente, una relación entre la resistencia de diseño teórica y la carga máxima prevista en servicio. Se desarrollan para ayudar a alcanzar el nivel de fiabilidad deseado de una estructura [ 6 ] basándose en estudios probabilísticos que tienen en cuenta la causa de origen, la recurrencia, la distribución y la naturaleza estática o dinámica de la carga . [ 7 ]
Carga muerta
La carga muerta incluye cargas que son relativamente constantes en el tiempo, incluyendo el peso de la propia estructura y elementos fijos como paredes, placas de yeso o alfombras . El techo también es una carga muerta. Las cargas muertas también se conocen como cargas permanentes o estáticas . Los materiales de construcción no son cargas muertas hasta que se construyen en posición permanente. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] IS875(parte 1)-1987 proporciona el peso unitario de los materiales de construcción, piezas y componentes.
Carga viva
Las cargas vivas, o cargas impuestas, son temporales, de corta duración o una carga móvil . Estas cargas dinámicas pueden implicar consideraciones como impacto , momento , vibración , dinámica de chapoteo de fluidos y fatiga del material .
Las cargas vivas, también conocidas a veces como cargas probabilísticas, incluyen todas las fuerzas que varían dentro del ciclo de funcionamiento normal del objeto, sin incluir las cargas de construcción o ambientales.
Las cargas vivas en el techo y el piso se producen durante el mantenimiento por la acción de los trabajadores, los equipos y los materiales, y durante la vida útil de la estructura por objetos móviles, como jardineras y personas.
Las cargas vivas de un puente son producidas por los vehículos que circulan sobre su calzada.
cargas ambientales
Las cargas ambientales son cargas estructurales causadas por fuerzas naturales como el viento, la lluvia, la nieve, los terremotos o las temperaturas extremas.
- cargas de viento
- Cargas de nieve , lluvia y hielo
- Cargas sísmicas
- cargas hidrostáticas
- Los cambios de temperatura que provocan dilatación térmica generan cargas térmicas.
- Cargas de estancamiento
- levantamiento por helada
- Presión lateral del suelo , del agua subterránea o de materiales a granel.
- Cargas procedentes de fluidos o inundaciones
- Deshielo del permafrost
- cargas de polvo
Otras cargas
Los ingenieros también deben tener en cuenta otras acciones que pueden afectar a una estructura, como por ejemplo:
- Asentamiento o desplazamiento de los cimientos
- Fuego
- Corrosión
- Explosión
- Deslizamiento o contracción
- Impacto de vibraciones de vehículos o maquinaria
- cargas de construcción
Combinaciones de carga
Una combinación de cargas se produce cuando más de un tipo de carga actúa sobre la estructura. Los códigos de construcción suelen especificar diversas combinaciones de cargas, junto con factores de ponderación para cada tipo, con el fin de garantizar la seguridad de la estructura ante diferentes escenarios de carga máxima prevista. Por ejemplo, al diseñar una escalera , el factor de carga muerta puede ser 1,2 veces el peso de la estructura, y el factor de carga viva, 1,6 veces la carga viva máxima prevista. Estas dos cargas ponderadas se combinan (suman) para determinar la resistencia requerida de la escalera.
El tamaño del factor de carga se basa en la probabilidad de exceder cualquier carga de diseño especificada. Las cargas muertas tienen factores de carga pequeños, como 1.2, porque el peso es mayormente conocido y considerado, como elementos estructurales, elementos arquitectónicos y acabados, piezas grandes de equipos mecánicos, eléctricos y de plomería (MEP), y para edificios, es común incluir una Carga Muerta Superpuesta (SIDL) de alrededor de 5 libras por pie cuadrado (psf) que considera el peso diverso como pernos y otros sujetadores, cableado y varios accesorios o pequeños elementos arquitectónicos. Las cargas vivas, por otro lado, pueden ser muebles, equipos móviles o las propias personas, y pueden aumentar más allá de los niveles normales o esperados en algunas situaciones, por lo que un factor mayor de 1.6 intenta cuantificar esta variabilidad adicional. La nieve también utilizará un factor máximo de 1.6, mientras que las cargas laterales (terremotos y viento) se definen de manera que un factor de carga de 1.0 sea práctico. Se pueden sumar varias cargas de diferentes maneras, como 1,2*Muerto + 1,0*Vivo + 1,0*Terremoto + 0,2*Nieve, o 1,2*Muerto + 1,6(Nieve, Vivo (techo), O Lluvia) + (1,0*Vivo O 0,5*Viento).
Cargas estructurales de las aeronaves
Para las aeronaves, la carga se divide en dos categorías principales: cargas límite y cargas últimas. [ 11 ] Las cargas límite son las cargas máximas que un componente o estructura puede soportar de forma segura. Las cargas últimas son las cargas límite multiplicadas por un factor de 1,5 o el punto más allá del cual el componente o estructura fallará. [ 11 ] Las cargas de ráfaga se determinan estadísticamente y las proporciona una agencia como la Administración Federal de Aviación . Las cargas de choque están delimitadas de forma aproximada por la capacidad de las estructuras para sobrevivir a la desaceleración de un impacto importante contra el suelo . [ 12 ] Otras cargas que pueden ser críticas son las cargas de presión (para aeronaves presurizadas de gran altitud) y las cargas en tierra. Las cargas en tierra pueden provenir de frenadas adversas o maniobras durante el rodaje . Las aeronaves están constantemente sometidas a cargas cíclicas. Estas cargas cíclicas pueden causar fatiga del metal . [ 13 ]
Véase también
- Desastre del Hotel New World : causado por omitir la carga muerta del edificio en los cálculos de carga.
- Línea de influencia
- Diseño probabilístico
- Carga mecánica
- Pruebas estructurales
- Parcela de Southwell
Referencias
- ↑ ASCE/SEI 7-05 Cargas mínimas de diseño para edificios y otras estructuras . Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles. 2006. pág. 1. ISBN 0-7844-0809-2.
- ↑ "1.5.3.1". Eurocódigo 0: Bases del diseño estructural EN 1990. Bruselas: Comité Europeo de Normalización. 2002.
- ↑ Avallone, EA; Baumeister, T. (eds.). Mark's Standard Handbook for Mechanical Engineers (10.ª ed.). McGraw-Hill. págs. 11–42 . ISBN 0-07-004997-1.
- ↑ "2.2.1(1)". Eurocódigo 0: Bases del diseño estructural EN 1990. Bruselas: Comité Europeo de Normalización. 2002.
- ↑ "1604.2". Código Internacional de la Construcción . EE. UU.: Consejo Internacional de Códigos. 2000. pág. 295. ISBN 1-892395-26-6.
- ↑ "2.2.5(b)". Eurocódigo 0: Bases del diseño estructural EN 1990. Bruselas: Comité Europeo de Normalización. 2002.
- ^ Rao, Singiresu S. (1992). Diseño basado en confiabilidad . Estados Unidos: McGraw-Hill. págs. 214-227 . ISBN 0-07-051192-6.
- ↑ Código Internacional de la Construcción de 2006, Sección 1602.1.
- ↑ Norma europea EN 1990 – Bases del diseño estructural, sección 4.1.1
- ↑ EN 1991-1-1 Eurocódigo 1: Acciones sobre estructuras – Parte 1-1: Acciones generales – densidades, peso propio, cargas impuestas para edificios sección 3.2
- 1 2 Bruce K. Donaldson, Análisis de estructuras de aeronaves: una introducción (Cambridge; Nueva York: Cambridge University Press, 2008), pág. 126
- ↑ Mecánica experimental: avances en diseño, ensayos y análisis , volumen 1, ed. IM Allison (Rotterdam, Países Bajos: AA Balkema Publishers, 1998), pág. 379
- ↑ Bruce K. Donaldson, Análisis de estructuras de aeronaves: una introducción (Cambridge; Nueva York: Cambridge University Press, 2008), pág. 129
Enlaces externos
- Luebkeman, Chris H., y Donald Petting. "Conferencia 17: Cargas primarias". Universidad de Oregón. 1996.
- Fisette, Paul y el Consejo Estadounidense de la Madera. "Comprensión de las cargas y uso de tablas de luces". 1997.Archivado el 6 de mayo de 2015 en Wayback Machine.
- Dunham, John W.; Brekke, Guttorm N.; Thompson, George N. (19 de diciembre de 1952). Cargas vivas en pisos de edificios (PDF) . Informe 133 sobre materiales y estructuras de construcción. Washington, DC: Departamento de Comercio de los Estados Unidos, Oficina Nacional de Normas . Consultado el 28 de febrero de 2026 .
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- Ingeniería Mecánica
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