5°Año 2°Div ANÁLISIS ESTRUCTURAL - EJE I - Sismología, Acciones sobre las estructuras

5° Año - 2° División 28/05/2021 Por Canessa Alicia
LAS FUERZAS APLICADAS A UNA ESTRUCTURA Son aquellas originadas por su propio peso, por sobrecargas de uso y por efectos ambientales.
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FUERZAS APLICADAS A UNA ESTRUCTURA.
Las fuerzas actuantes son aquellas cargas a las que se ve sometida la estructura por su propio peso, por la función que cumple sobrecargas de uso y por efectos ambientales. En primera instancia se pueden subdividir en cargas gravitacionales, cargas hidrostáticas y fuerzas ambientales (sismo, viento y temperatura).
Las gravitacionales son aquellas generadas por el peso propio y el uso de la estructura y se denominan gravitacionales porque corresponden a pesos. Entre ellas tenemos las cargas muertas y las cargas vivas.
Otra clasificación de las cargas es por su forma de aplicación: dinámicas y estáticas.
Las cargas dinámicas son aquellas aplicadas súbitamente y causan impacto sobre la estructura. Las cargas estáticas corresponden a una aplicación gradual de la carga.

1. CARGAS GRAVITACIONALES
 
1.1 Cargas muertas (D)
Son cargas permanentes y que no son debidas al uso de la estructura. En esta categoría se pueden clasificar las cargas correspondientes al peso propio y al peso de los materiales que soporta la estructura tales como acabados, divisiones, fachadas, techos, etc. Dentro de las cargas muertas también se pueden clasificar aquellos equipos permanentes en la estructura. En general las cargas muertas se pueden determinar con cierto grado de exactitud conociendo la densidad de los materiales.
Consultar la densidad de los principales materiales de construcción: acero, hormigón, madera, vidrio, mampostería de ladrillo hueco, mampostería de ladrillo macizo, mortero, tierra, plástico; como también las cargas mínimas de diseño en edificaciones

1.2 Cargas vivas (L)
Corresponden a cargas gravitacionales debidas a la ocupación normal de la estructura y que no son permanentes en ella.  Debido a la característica de movilidad y no permanencia de esta carga el grado de incertidumbre en su determinación es mayor. La determinación de la posible carga de diseño de una edificación ha sido objeto de estudio durante muchos años y gracias a esto, por medio de estadísticas, se cuenta en la actualidad con una buena aproximación de las cargas vivas de diseño según el uso de la estructura. Las cargas vivas no incluyen las cargas ambientales como sismo o viento.
Para efectos de diseño es el calculista quien debe responder por la seguridad de la estructura en su vida útil, para esto cuenta con las ayudas de las normas y códigos de diseño donde se especifican las cargas vivas mínimas a considerar.
 
1.3 Cargas vivas en puentes
Los tipos de cargas vivas considerados en el diseño de puentes se resumen en: carga de camión y carga de vía, carga de impacto y carga de frenado.
La carga de camión considera el peso de un camión como un conjunto de cargas puntuales actuando con una separación y repartición que representa la distancia entre ejes (ruedas) de un camión de diseño.
La carga de vía corresponde a una carga distribuida y representa el peso de vehículos livianos circulando por el puente. Se deben combinar la carga de vía y la de camión 

2. FUERZAS AMBIENTALES
2.1 Cargas de viento (W)
El viento produce una presión sobre las superficies expuestas.
La fuerza depende de:
-densidad y velocidad del viento
-ángulo de incidencia
-forma y rigidez de la estructura
-rugosidad de la superficie
-altura de la edificación. A mayor altura mayor velocidad del viento 
Para una estructura en general se deben calcular las cargas de viento que actúan, en cualquier dirección, sobre:
a. La estructura en conjunto
b. Los elementos estructurales individuales, por ejemplo una pared de fachada en especial, el techo.
c. Las unidades individuales de revestimiento y sus conexiones, vidriería y cubierta con sus aditamentos.
2.2 Cargas de sismo (E)
El sismo es una liberación súbita de energía en las capas interiores de la corteza terrestre que produce un movimiento ondulatorio del terreno.
Este movimiento ondulatorio se traduce en una aceleración inducida a la estructura que contando esta con su propia masa y conociendo la 2da ley de Newton se convierte en una fuerza inercial sobre la estructura.  Es inercial porque depende directamente de la masa de la estructura sometida al sismo.
 
 Como mencionamos la magnitud de esta fuerza depende de la masa de la edificación y de la aceleración correspondiente de la estructura. La aceleración de la estructura (es decir la respuesta de esta a una perturbación en la base) depende a su vez de su rigidez (K=F/) y de la magnitud y frecuencia de la aceleración del terreno.
 La masa y la rigidez determinan el periodo de vibración de la estructura que para una aceleración del terreno produce una aceleración de vibración en ella.
Por medio de un espectro de diseño (grafica de aceleración del terreno vs. Periodo de vibración de la estructura) se determina la aceleración de diseño para la estructura y por medio de la ecuación de la segunda Ley de Newton,   , encontramos una fuerza estática equivalente al sismo.
La fuerza total sísmica en la base de la estructura se conoce como cortante basal.
V = cortante basal  fuerza total en la base
El cortante basal se puede determinar por métodos aproximados utilizando la siguiente ecuación derivada de la segunda Ley de Newton:

2.3 Cargas debidas a cambios de temperatura

Los cambios de temperatura producen dilataciones o contracciones en la estructura general y en sus elementos componentes.  Estos cambios pueden producir o no fuerzas adicionales dependiendo del grado de restricción de la estructura y de sus elementos.
Como ejemplo podemos analizar el efecto sobre un elemento simple articulado en sus dos extremos.  Para un ascenso de la temperatura el elemento trata de estirarse pero como sus apoyos restringen el movimiento lateral es imposible su deformación axial.  Para contrarrestar el efecto de alargamiento por temperatura se generan unas fuerzas de reacción que causan compresión del elemento y cuya magnitud es tal que produzcan la misma deformación axial que produce el ascenso de temperatura. De esta manera podemos concluir que los efectos de temperatura dependen de las restricciones al alargamiento y acortamiento de la estructura en general y de sus elementos componentes.


2.4 Cargas por presión hidrostática y empuje de tierras
Por la Ley de Pascal sabemos que la presión que ejerce un líquido sobre las paredes que lo contienen es proporcional a la profundidad  y al peso específico del líquido contenido.  Los suelos ejercen sobre las superficies una presión similar a los líquidos pero de menor magnitud.
La presión se representa entonces como una carga triangular

Acciones sobre las estructuras

Reglamento CIRSOC
 

 

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