Los edificios de acero son muy fuertes, duraderos y flexibles. Por esta razón, están ganando popularidad en la construcción moderna. Una de las principales razones de la resistencia de los edificios de acero es su capacidad para soportar diferentes tipos de cargas estructurales. Es fundamental que los ingenieros, arquitectos y trabajadores de la construcción que planifican y construyen edificios de acero comprendan las cargas que actúan sobre las estructuras de acero.
En este artículo, describiremos los diversos tipos de cargas a las que pueden estar sometidos los edificios de acero. Además, explicaremos cómo se pueden considerar estas cargas estructurales durante el proceso de diseño.
¿Qué son las cargas estructurales?
Las cargas estructurales incluyen deformaciones, aceleraciones y fuerzas externas. Estos términos especializados se refieren a factores que pueden hacer que un edificio sea menos estable. Estas cargas estructurales deben tenerse en cuenta al construir un edificio de acero.
Es posible que ya sepa cómo manejar cargas estructurales al construir con otros materiales. Sin embargo, es importante recordar que las cargas que afectan a los edificios de acero son diferentes y requieren especial atención.
Existen diferentes umbrales de carga para los edificios de acero, y la seguridad siempre es lo primero. Por lo tanto, es fundamental conocer y seguir las normativas y leyes para garantizar la construcción segura de un edificio de acero.
Cargas estructurales: diferentes tipos de cargas estructurales
Carga Muerta
El peso de las partes sólidas de un edificio (por ejemplo, estructuras de acero, pisos, paredes, techos y accesorios) se conoce como «carga muerta». El peso muerto del acero suele ser menor que el de otros materiales de construcción, ya que no es muy pesado. Por lo tanto, es necesario estimar con precisión la carga muerta de un marco de acero para garantizar la seguridad y la integridad estructural de un edificio.
Carga Viva
La carga viva se define como las cargas paralácticas que varían con el tiempo. Estas cargas dinámicas cambian a medida que las personas usan y viven en el edificio. Incluyen el peso de las personas, objetos móviles, muebles y herramientas. La magnitud de la carga viva depende del uso del edificio. Por ejemplo, los edificios de oficinas metálicos y los talleres metálicos tienen diferentes requisitos de carga viva. Al construir un marco de acero, el ingeniero calcula cuánto peso debe soportar según los códigos y normativas de seguridad.
Carga de Nieve
La carga de nieve es un factor importante en lugares donde las nevadas son frecuentes. La acumulación de nieve en el techo y otras áreas planas puede ejercer mucha presión sobre toda la estructura. Los ingenieros deben considerar la carga de nieve en los edificios de acero al diseñar. Factores como la ubicación del edificio, la cantidad promedio de nevadas en la zona, la forma y la inclinación del techo son esenciales para este cálculo.
Carga de Viento
La carga de viento es una de las consideraciones más importantes al diseñar un edificio de acero. El efecto del viento en un edificio depende de la forma, altura y exposición del edificio. Además, es necesario considerar la velocidad, dirección y duración del viento.
Los ingenieros realizan pruebas en túneles de viento y simulaciones por computadora. Luego utilizan modelos matemáticos para calcular cuánto viento puede soportar cada parte del edificio. Métodos como el uso de arriostramientos y la adición de muros cortantes pueden aumentar la resistencia al viento de un edificio.
Carga Sísmica
En zonas donde los terremotos son frecuentes, los edificios de acero deben ser capaces de soportar cargas sísmicas. Los terremotos provocan movimientos rápidos del suelo, generando fuerzas laterales significativas en el edificio. Para mitigar los efectos de estas fuerzas sísmicas, los ingenieros utilizan métodos especiales de diseño, como el aislamiento de la base y el amortiguamiento estructural. Estos métodos ayudan a disipar la energía generada durante un terremoto, reduciendo la probabilidad de daños en el edificio.
Carga Térmica
Los cambios de temperatura que provocan la expansión y contracción de los materiales de construcción se conocen como cargas térmicas. El acero tiene un coeficiente de expansión térmica relativamente alto, lo que significa que experimenta un cambio dimensional mayor que otros materiales de construcción. Para garantizar un diseño adecuado, los ingenieros deben considerar la carga térmica, teniendo en cuenta los movimientos térmicos para evitar ejercer demasiada presión en el marco de acero, lo que podría debilitarlo.
Carga de Explosión
En edificios sensibles o de alta seguridad, las cargas de explosión son una consideración muy importante. Cuando ocurren explosiones, liberan cargas de explosión que pueden causar daños significativos al edificio. Los edificios de acero pueden manejar estas cargas utilizando materiales resistentes a explosiones, reforzando las conexiones y aplicando principios de diseño especiales que ayudan a dispersar y transferir la energía generada por la explosión.
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Combinaciones de Cargas
En ocasiones, los edificios de acero pueden estar sujetos a una combinación de cargas. Estas cargas estructurales combinadas pueden generar tensiones adicionales en los componentes del edificio y dañarlo.
Por ejemplo, un edificio de acero puede estar sometido a cargas de nieve y movimientos del suelo bajo los cimientos durante el invierno. Además, la estructura de acero probablemente se contraiga debido a las temperaturas más bajas en esa temporada.
Por esta razón, los ingenieros de diseño necesitan consultar las normativas locales de construcción. Estas normativas enumeran los tipos más comunes de cargas estructurales que el edificio podría soportar en el futuro.
Factores que afectan la respuesta de carga de las estructuras de acero
Existen muchos factores que deben considerarse al calcular las cargas y su correcta respuesta. Estos factores ayudan a determinar la mejor manera de proteger la estructura contra las cargas.
Como ya mencionamos, lo primero a considerar es cómo distribuir el peso de manera uniforme. También es importante evaluar la profundidad de los componentes estructurales y el tiempo que la carga permanecerá sobre ellos.
Es necesario calcular el valor E, es decir, el módulo de elasticidad de cada componente. Este valor representa la relación entre las cargas que cambian la forma del material de construcción. Un valor E más alto indica una mayor rigidez del material.
Asimismo, es fundamental calcular el valor Fb del material. Cuanto mayor sea el valor Fb de las vigas y travesaños de acero, menor será la probabilidad de que se doblen o deformen bajo gran tensión.
Resistencia y Deflexión
Por último, se deben realizar estudios para comprender la resistencia y la deflexión de la estructura. La deflexión se mide solo para las cargas vivas y muestra la rigidez del material. Está limitada por el desplazamiento máximo que puede ocurrir sin debilitar la estructura del material. Los códigos de construcción locales generalmente establecen el valor máximo de deflexión permitido en una estructura de acero.
Por otro lado, el valor mínimo de resistencia se obtiene sumando las cargas muertas y vivas. Al planificar y construir un edificio de acero, es esencial conocer las cargas que debe soportar para garantizar su resistencia. Contrate a un ingeniero capacitado para asegurarse de que la estructura de acero cumpla con las condiciones de carga y los requisitos normativos según su propósito.
Resumen
Los edificios de acero pueden soportar diferentes tipos de cargas estructurales, lo que los hace seguros y duraderos. Es poco común que un edificio de acero esté expuesto únicamente a un tipo de carga en un momento dado. Es crucial considerar todas las cargas que actúan sobre la estructura simultáneamente.
Al tener en cuenta estas cargas y aplicar métodos de ingeniería de última generación, arquitectos e ingenieros pueden diseñar edificios duraderos y bien preparados para el futuro.