Diseño y construcción de estructuras de acero cap1a

M. C. Tomás Amateco Reyes
Mayo de 2013

I. CARGAS EN LA ESTRUCTURA
1.1 Diversos tipos de cargas en la construcción.
1.1.1 Muertas, vivas, eventuales, estáticas, móviles, dinámicas, etc.
1.2 Determinación y cuantificación de cargas.
1.3 Combinaciones de cargas más usuales.

Cargas.
Accidentales: Son las fuerzas que actúan en una construcción, que
no son gravitacionales y no tienen carácter permanente.
Activas: Son las fuerzas a las que está sometida una construcción
que debe soportar: cargas vivas, cargas muertas, cargas accidentales.
Reactivas: Son aquellas con las cuales responden los apoyos a las
cargas activas para tener en equilibrio un elemento o una
construcción.
Internas: Son aquellas con las que responde una sección de un
elemento para estar en equilibrio, tanto con las cargas activas como
reactivas, a la izquierda o derecha, de dicha sección.

Definición de Cargas:
Causa capáz de producir estados tensionales en una estructura.
Las cargas se clasifican en:
Según el tiempo de aplicación
Permanentes.
Variables.
Accidentales.
Según su estado inercial
Estáticas.
Dinámicas.
Móviles.
De impacto.
Según su ubicación en el espacio
Concentradas o puntuales.
Uniformemente distribuidas.
No uniformemente distribuidas.
Dinámicas
Carga del Viento.
Cargas Sísmicas.
Cargas por presión del agua.
Cargas por presión del terreno.

Permanentes.
Son las que duran toda la vida útil de la estructura. Comprenden
al peso propio de la estructura y el de todas aquellas partes de la
construcción rígidas y permanentemente ligadas a ellas.
Ejemplo: estructura, instalaciones, cerramientos, revestimientos,
contrapisos, etc.
Muertas.
Son aquellas cargas que actúan durante toda la vida de la
estructura. Incluyen todos aquellos elementos de la estructura
como vigas, pisos, techos, columnas, cubiertas y los elementos
arquitectónicos como ventanas, acabados, divisiones
permanentes. También se denominan cargas permanentes. Su
símbolo “D”, corresponde a la inicial en inglés de Dead (muerto).

Variables.
Vivas.
Son aquellas debidas al uso u ocupación de la construcción y
que la identifican. Incluyen personas, objetos móviles o
divisiones que puedan cambiar de sitio.
Generalmente actúan durante períodos cortos de la vida de la
estructura. También incluyen el impacto.
También se denominan cargas de “ocupación”. Debido a la
dificultad de evaluarlas, se especifican por los Códigos de
Construcción, en kN/m2 en el SI o en kgf/m2 en el MKS.
Usualmente se considera que ocupan toda el área del piso como
cargas uniformes, aunque en algunos casos puedan estar
concentradas en un área especifica.

Variables.
Vivas para puentes.
Las cargas vivas para PUENTES constituyen un campo muy especial y
común para la Ingeniería Estructural.
Generalmente es muy difícil predecir el tipo de vehículo que
circulará por un puente. Solo en casos especiales, en explotaciones
mineras con volquetas de gran capacidad, serán conocidas.
Casi siempre es una mezcla de vehículos livianos y pesados
(automóviles, camiones). En los puentes de gran claro el efecto
producido por el tránsito de los vehículos puede simularse
adecuadamente por una carga uniforme por unidad de longitud y
una carga concentrada, la denominada «franja de carga por carril».
En los puentes cortos la influencia de la carga de los ejes traseros es
mayor y se acostumbra definir un vehículo tipo.

Accidentales.
Son aquellas que cuya magnitud y/o posición pueden variar a lo
largo de la vida útil de la estructura (actúan en forma transitoria,
existiendo en determinados momentos solamente). Ejemplo:
viento, personas, nieve, muebles, terremotos, etc.
Cargas por sismo: El efecto producido por los movimientos
sísmicos en las estructuras depende de la situación de la
edificación con respecto a las zonas de actividad sísmica en el
mundo.
Los movimientos del terreno le transmiten a las construcciones
aceleraciones, que producen en las estructuras reacciones de
“inercia”, según la masa y su distribución en la estructura. La fuerza
total de inercia se considera igual al denominado “cortante de
base”, el cual es un porcentaje del peso total de la construcción.

Accidentales.
Carga por viento: Las cargas de viento y explosiones producen
presión o succión sobre las superficies expuestas de las
construcciones. La carga de viento es una carga muy importante
en el diseño de estructuras altas o muy flexibles, como los puentes
colgantes, o de gran superficie lateral, como las bodegas o grandes
cubiertas.

Estáticas.
Son las que no cambian nunca su estado de reposo o lo hacen
lentamente en el tiempo. En todos los casos son las que durante el
tiempo que actúan están en estado de reposo, y por extensión
también aquellas que tienen estado inercial despreciable, es decir
que si bien varían en el tiempo lo hacen en forma muy lenta.
Ejemplos: peso propio de cerramientos, solados, instalaciones,
estructuras, etc.; publico en salas de espectáculos; personas en
oficinas y viviendas.

Dinámicas.
Son las que varían rápidamente en el tiempo. En todos los casos
son las que durante el tiempo que actúan están en estado de
movimiento (inercial) considerable. Según como sea la dirección del
movimiento podemos clasificarlas en :
Móviles.
Son aquellas en las cuales la dirección del movimiento es
perpendicular a la dirección en que se produce la carga. Ejemplos:
desplazamiento de un vehículo; desplazamiento de una grúa móvil
sobre sus rieles; desplazamiento de un tren sobre sus rieles.

De impacto.
Son aquellas en las cuales la dirección del movimiento es
coincidente con la dirección en que se produce la carga.
Se caracterizan por un tiempo de aplicación muy breve
(instantánea).

Ejemplos de cargas dinámicas :
Choque de un vehículo.
Movimiento sísmico.
Publico saltando sobre gradas en estadios deportivos.
Acción de frenado (sobre paragolpes en estación terminal de
trenes).
Todas las cargas dinámicas tienen un efecto de resonancia.
Todas las estructuras son elásticas, debido a que poseen la
propiedad de deformarse bajo la acción de las cargas y de volver a
su posición normal luego de desaparecer dicha acción.
Como consecuencia, las estructuras tienden a oscilar. El tiempo en
que tarda una estructura en describir una oscilación completa se
llama periodo fundamental.

Análisis de cargas gravitacionales.
 Cargas muertas.
Artículo 196, 197 y 198 RCDF 1995.
 Cargas vivas.
Artículo 198 y 199 RCDF 1995.
Wm carga viva máxima -> Se emplea en el diseño por cargas
gravitacionales.
Wa carga instantánea -> Se emplea en el diseño sísmico y por
viento.
W carga media -> Se emplea para el cálculo de asientos diferidos y
en el cálculo de fechas diferidas.

 Determinación del peso propio de vigas y columnas.
 Determinación del peso propio de muros.
 Determinación de las cargas en los marcos por nivel.
hbWpropio 
)( ii eLWmuro
 
propio
vmt
i W
L
WWA
W 



 Integración del peso por nivel.
Elemento Peso
unitario
(kg/m)
Longitud/altura
/sección
m/m/m2
Peso (kg)
Losa
Vigas transversales
Vigas longitudinales
Muros transversales
Muros longitudinales

Combinaciones de cargas (RCDF-2004).
a) Estas incluyen acciones permanentes y acciones variables. Se
consideran todas las acciones permanentes y las distintas
acciones variables; la más desfavorable de éstas se toma con su
intensidad máxima, y el resto con la instantánea. Para evaluar
efectos a largo plazo, se considera la intensidad media de todas
las acciones variables.
b) En las combinaciones que incluyen acciones permanentes,
variables y accidentales, se consideran todas las acciones
permanentes, las variables con sus valores instantáneos, y una
sola acción accidental.

Factores de carga (RCDF-2004).
a) En las combinaciones de acciones del inciso a del párrafo
anterior, FC = 1.4, o 1.5 si la edificación es del grupo A.
b) En las combinaciones de acciones del inciso b del párrafo
anterior, FC = 1.1; se aplica a los efectos de todas las acciones que
forman parte de la combinación.
c) Para acciones o fuerzas internas cuyo efecto es favorable a la
resistencia o estabilidad de la estructura, FC = 0.9, y se toma
como intensidad de la acción su valor mínimo probable.
d) Para revisar los estados límite de servicio, FC es, siempre, igual a
1.0.

Combinaciones de cargas factorizadas para diseño
por resistencia (RCDF 2004).
Las estructuras y sus componentes deben diseñarse de manera que
su resistencia de diseño iguale, o exceda, los efectos de las
combinaciones siguientes de cargas factorizadas:
1.4 (Cm + Cv) Estructuras del grupo B.
1.5 (Cm + Cv) Estructuras del grupo A (edificaciones muy
importantes).
1.1 (Cm + Cv + Ca) Combinación de carga que incluya alguna acción
accidental. Cv es el valor instantáneo de la carga viva de diseño.
0.9 Cm + 1.1 (Cm + Cv + Ca) Combinación de carga que incluya alguna
acción cuyo efecto sea favorable para la seguridad de la estructura.
0.9 Cm + 1.1 Ca Combinación de carga para volteo.

Factores de Carga (Normas Técnicas Complementarias de Mexicali,
NTCM-2012).
A fin de revisar la seguridad de una estructura deberá considerarse el
efecto combinado de todas las acciones que tengan una probabilidad
no despreciable de ocurrir simultáneamente y regirá en el diseño la
combinación que produzca los efectos más desfavorables.
Se combinarán los efectos de las cargas y deformaciones impuestas
empleando factores de carga Fc, teniendo como mínimo las
siguientes:
a) 1.4 Sm + 1.4 Sv
b) 1.1 Sm + 1.1 Sva ± 1.1 Sw
c) 1.1 Sm + 1.1 Sva ± 1.1 Ss
d) 0.9 Sm ± 1.1 Sw
e) 0.9 Sm ± 1.1 Ss
f) 1.4 Sm + 1.4 Sv + 1.4 Sh
g) 0.9 Sm ± 1.1 Sw + 1.4 Sh

Factores de Carga (NTCM-2012).
Donde:
Sm carga muerta
Sv carga viva
Sva carga viva para el diseño en combinación con carga accidental
(sismo o viento)
Sw acción debida a viento
Ss acción debida a sismo
St acción debida a cambios de temperatura
Sh acción debida a presión lateral de tierras, presión de agua en el
terreno o presión de materiales granulares.
Sx cargas, fuerzas y efectos debidos a deformaciones impuestas por
contracción o expansión por cambios de temperatura o de humedad,
flujo plástico, movimientos debidos a asentamientos diferenciales, o
cualquier combinación de estos efectos.

Factores de Carga (NTCM-2012).
A fin de revisar la seguridad de una estructura deberá considerarse el
efecto combinado de todas las acciones que tengan una probabilidad
no despreciable de ocurrir simultáneamente y regirá en el diseño la
combinación que produzca los efectos más desfavorables.

Factores de Carga (NTCM 2012).
Para revisión de estados límite de servicio y para el empleo del
método de diseño elástico se usarán las siguientes combinaciones de
efectos de las cargas:
a) Sm
b) Sm + Sv
c) Sm + St
d) Sm + Sv + St
e) Sm + (Sw ó Ss)
f) Sm + Sva + (Sw ó Ss)
g) Sm + (Sw ó Ss) + St
h) Sm + Sva + (Sw ó Ss) + Sx

Factores de Carga (NTCM 2012).
En el uso del método de diseño elástico para las combinaciones a),
b), c) y d), los esfuerzos admisibles no deberán incrementarse.
En el diseño elástico por las combinaciones e), f), g), y h), los
esfuerzos admisibles se incrementarán en 33 por ciento, en la
dirección actuante.
Para la combinación h) los esfuerzos admisibles se incrementarán
para el caso del concreto en 33 por ciento para la combinación con
sismo y el 40 por ciento para la combinación con viento. Para el acero
de refuerzo y estructural los incrementos serán de 50 y 60 por ciento
respectivamente.

CAPÍTULO XII DISENO ESTRUCTURAL INCLUYENDO EFECTOS DE
DEFORMACIONES IMPUESTAS (LREEBC1992).
ARTÍCULO XII.1
En el método de diseño elástico se usarán las siguientes
combinaciones de efectos de las cargas y de las deformaciones
impuestas.
a) Carga muerta + carga viva + deformaciones impuestas por
hundimientos diferenciales, temperatura y contracción de
fraguado;
b) La combinación anterior más carga de sismo o viento. Los
esfuerzos admisibles se incrementarán para el caso del concreto
en 33 por ciento para la combinación con sismo y el 40 por ciento
para la combinación con viento. Para el acero de refuerzo y
estructural los incrementos serán de 50 y 60 por ciento
respectivamente, y

CAPÍTULO XII DISENO ESTRUCTURAL INCLUYENDO EFECTOS DE
DEFORMACIONES IMPUESTAS (LREEBC1992).
ARTÍCULO XII.1
Si se emplea un método de diseño por resistencia última, se
combinarán los efectos de las cargas y deformaciones impuestas
empleando factores de carga congruentes con el método de
diseño que se adopte.

Combinaciones de cargas (American Iron and Steel Institute,
AISI-1997).
En ausencia de un código o especificación aplicable, o si el código
o especificación aplicable no incluye combinaciones de cargas
para ASD, la estructura y sus componentes se deben diseñar de
manera que las resistencias de cálculo admisibles sean mayores o
iguales que los efectos de las cargas nominales para cada una de
las siguientes combinaciones de cargas:
1. D
2. D + L + (Lr o S o Rr)
3. D + (W o E)
4. D + L + (Lr o S o Rr) + (W o E)

Cargas de viento o cargas sísmicas (AISI-1997).
Cuando las combinaciones de cargas especificadas en el código o
especificación aplicable o en la Sección A5.1.2 incluyen cargas de
viento o cargas sísmicas, estará permitido multiplicar las fuerzas
resultantes por 0.75.
Además, cuando el modelo de cargas sísmicas especificado en el
código o especificación aplicable es en base a estados límites,
estará permitido multiplicar la carga sísmica resultante por 0.67.
Excepción:
No se permite ninguna reducción de las fuerzas cuando se evalúan
diafragmas aplicando los requisitos de la Sección D5.

Factores de carga y combinaciones de cargas (AISI-1997).
En ausencia de un código o especificación aplicable, o si el código
o especificación aplicable no incluye combinaciones de cargas y
factores de carga para LRFD, la estructura y sus componentes se
deben diseñar de manera que las resistencias de cálculo sean
mayores o iguales que los efectos de las cargas nominales
factoradas para cada una de las siguientes combinaciones de
cargas:
1. 1,4 D + L
2. 1,2 D + 1,6 L + 0,5 (Lr o S o Rr)
3. 1,2 D + 1,6 (Lr o S o Rr) + (0,5 L ó 0,8 W)
4. 1,2 D + 1,3 W + 0,5 L + 0,5 (Lr o S o Rr)
5. 1,2 D + 1,5 E + 0,5 L + 0,2 S
6. 0,9 D - (1,3 W ó 1,5 E)

Factores de carga y combinaciones de cargas (AISI-1997).
Excepciones:
1. En las combinaciones (5) y (6) el factor de carga correspondiente
a E es igual a 1.0 cuando el modelo de cargas sísmicas especificado
por el código o especificación aplicable se basa en estados límites.
2. En las combinaciones (3), (4) y (5) el factor de carga
correspondiente a L es igual a 1.0 en el caso de cocheras para
estacionamiento de vehículos, áreas ocupadas como lugares de
asamblea pública y todas las áreas en las cuales la sobrecarga es
superior a 100 psf.
3. Para el caso de viento sobre correas, cintas, paneles de tabiques
y tableros de cubiertas, multiplicar el factor de carga
correspondiente a W por 0.9. 4. En la combinación (3) el factor de
carga correspondiente a Lr es igual a 1.4 en vez de 1.6 cuando la
sobrecarga de cubierta se debe a la presencia de trabajadores y
materiales durante las tareas de reparación.

Juicio Estructural
Las normas, la intuición y el sentido común, son la parte esencial
de un buen juicio estructural, que produce buenos conceptos y
excelentes diseños. Las computadoras y los reglamentos permiten
confirmar lo que fue intuido.

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