Trabajo Práctico Nº1: Cargas

1. Elaborar en grupo una definición de ARQUITECTURA

2. Definir ESTRUCTURA RESISTENTE. ¿Cuál es su finalidad?

3. ¿Por qué es importante el conocimiento de las estructuras al

momento de diseñar una obra de Arquitectura?

4. Enumerar las EXIGENCIAS BÁSICAS estructurales y definir cada

una.

5. Defina CARGA.

6. Clasifique las cargas según:

a) Según su origen, ejemplos

b) Según su estado inercial, ejemplos

c) Según su tiempo en de aplicación, ejemplos

d) Según su ubicación en el espacio, ejemplos

e) Según su recta de acción, ejemplos

7. En qué unidades se miden las cargas:

a) Cargas que actúan sobre una losa

b) Cargas que actúan sobre una viga

c) Cargas que actúan en una columna

8. ¿Qué es un diagrama de cargas? Definir y graficar con ejemplos.

9. ¿Qué representan las siguientes letras, Q-D-L mayúscula y minúscula

respectivamente? Graficar sobre los ejes cartesianos.

10. Graficar ejemplos de cargas colineales, concurrentes y

paralelas.

1)

La arquitectura es el resultado de una actividad natural del hombre, que

trata del humanizar el espacio, con los medios que la cultura pone a su disposición,

es decir, trata de limitar el espacio, que le sea desarrollar sus actividades públicas o

privadas. La arquitectura se ocupa de la ordenación del espacio hacia el bienestar

del hombre. Es el arte y técnica de diseñar, proyectar y construir tal espacio.

2)

Estructura es un conjunto de elementos resistentes convenientemente

vinculados entre sí que accionan y reaccionan bajo las cargas de servicio. Su

finalidad es la de recibir, resistir y transmitir las cargas a los apoyos sin sufrir

deformaciones incompatibles en relación con lo material, al estado de solicitación y

al uso de los edificios.

3)

La estructura es importante al momento de diseñar una obra ya que  es el

esqueleto que la sostiene y gracias a él se puede levantar y detener.

Además es la que tiene que

soportar las cargas, produciéndose en ella Estados tensionales. La estructura

deberá hacer un esfuerzo interno igual o mayor a la carga para que no se

genere ningún problema en la obra (derrumbes, roturas, deformaciones y

otras). La función de la estructura consiste en trasmitir las fuerzas de un

punto a otro en el espacio, resistiendo su aplicación sin perder la estabilidad.

Otra razón por la cual la estructura es importante es porque es determinante

en la organización de todos los espacios.

4)

Las exigencias básicas estructurales son:

- La funcionalidad: la estructura del edificio debe responder a las

necesidades funcionales, que fueron pautadas previamente al diseño de la

estructura. Las condicionantes que este sistema debe respetar son la

zonificación, circulación, dimensiones de los locales acordes a sus funciones,

sistemas de crecimientos e instalaciones.

- La estética: al ser algo tangible y formal, la estructura tiene la capacidad

de ser visible y brindarle emoción estética a la obra. Si bien en algunas obras

pequeñas, la estructura no toma protagonismo en la cuestión estética ya

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que se limita a responder a las necesidades funcionales; en los casos de

obras de gran envergadura, el sistema estructural puede definir la forma de

la construcción tanto hacia el interior como hacia el exterior.

- El equilibrio: se encarga de equilibrar las acciones y las reacciones (es

decir, que éstas se anulen entre sí), conduciendo las cargas a los apoyos. La

estructura no permitirá que las cargas que se apoyen sobre ella sufran

cualquier tipo de desplazamiento. Hay tres tipos de equilibrio estático: sobre

una superficie cóncava (estable), plana (indiferente) y convexa (inestable).

- La estabilidad: la estructura no debe permitir movimientos como vuelcos o

deslizamientos. El equilibrio de la estructura no puede variar frente a la

alteración de las cargas que le ejercen presión. Debe generar diferentes

estados de equilibrio, en función a las diferentes combinaciones de cargas.

-La resistencia: los materiales que componen la estructura deben estar

preparados para soportar las cargas que le correspondan; no deben existir la

posibilidad de rotura o deformación inaceptable de alguno de los materiales.

-La economía: la estructura debe responder a los principios básicos de la

economía, que establecen obtener la mejor solución con el máximo

rendimiento y el mínimo consumo. Si bien en la construcción se realizan

grandes gastos, no hay que dejar de planificar los requerimientos

económicos que los materiales tendrán a futuro, pudiendo hacer así un

balance de las conveniencias entre los gastos a corto y largo plazo.

5)

Las cargas estructurales son definidas como la acción directa de una fuerza

concentrada o distribuida actuando sobre el elemento estructural y la cual produce

estados tensionales sobre la estructura. Es decir que es la causa capaz de producir

estados tensionales en una estructura. Las cargas se expresan en unidades

de peso, en unidades de peso por longitud o en unidades de peso

por superficie unitaria, o sea, kg; kg/m y kg/m², según el Sistema Métrico Decimal.

Estas cargas son aplicadas a los diferentes elementos de las estructuras de

las edificaciones, los que constituyen a su vez, un conjunto de miembros

estructurales. Cada uno de estos miembros está constituido por un material con

determinada forma volumétrica y sujeto a realizar uno o varios esfuerzos, cuando

forman parte de la estructura.

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Como los esfuerzos son consecuencias de las cargas, es necesario conocer o

suponer las cargas a que va a estar sometido cada uno de esos miembros.

Las cargas se pueden clasificar en:

PUNTUALES O CONCENTRADAS:

Son aquellas cargas que actúan en una superficie muy reducida (5%

máximo) con respecto al área total. En definitiva, es una carga pequeña con

respecto al total. Ejemplo: Una Columna, un nervio sobre una viga de carga, el

anclaje de un tensor, un puente grúa sobre una vía, entre otros.

CARGAS DISTRIBUIDAS: 

Son aquellas cargas que actúan de manera continua a lo largo de todo el

elemento estructural o parte de él. Ejemplo: Peso propio de una losa, presión del

agua sobre el fondo de un deposito, pared sobre la losa, entre otras. Ing. Oswaldo

D. Centeno.

CARGA PERMANENTE:

Se designa como carga permanente (D) al conjunto de acciones que se

producen por el peso propio de los elementos estructurales y los no estructurales.

Muros divisorios, pisos, contrapisos, revestimientos, instalaciones y todos aquellos

elementos que conservan una posición fija en la construcción gravitan en forma

constante sobre la estructura..

CARGA VIVA: 

Carga externa movible sobre una estructura que incluye el peso de la misma

junto con el mobiliario, equipamiento, personas, etc., que actúa verticalmente, por

tanto no incluye la carga eólica. También llamada carga variable.

CARGA MUERTA:

  Carga vertical aplicada sobre una estructura que incluye el peso de la misma

estructura más la de los elementos permanentes. También llamada carga

permanente, con carga.

6)

a) SEGÚN SU ORIGEN:

Gravitacionales: Son las que actúan sobre una estructura como

consecuencia de la acción de la gravedad (Fuerza de atracción que

ejerce la tierra sobre todos los cuerpos), por lo tanto, siempre tienen

dirección vertical. Ejemplo: El peso propio, muebles, personas.

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Eólicas: Son aquellas producidas por la acción del viento que afectará

a las construcciones según sea su implantación, su altura e incidencia

en relación con su peso.Ejemplo: Sudestada

Sísmicas: Son las originadas por los fenómenos sísmicos o terremotos

producen sacudidas y oscilaciones, provocando movimientos en el

terreno donde se apoya la estructura, exigiendo a esta esfuerzos

adicionales para mantener el equilibrio. Ejemplo: Sismos, terremotos

Especiales: Pueden ser originadas por:

Máquinas o mecanismos: vibraciones para asentamiento del colado de

hormigón en un entrepiso, choque de un auto contra una columna de

estacionamiento; vibraciones por cercanía de: autopistas, ferrocarril,

máquinas. Impacto producido por caída de contrapeso de ascensor. Traslado

de maquinas durante el montaje.

Presión de agua (subpresión): sobre la superficie lateral y fondo de un

tanque o sobre el subsuelo de un edificio producido por la napa de agua.

Presión del terreno: se producen en las paredes de un sótano o muros de

contención.

Por deformaciones: Son originadas por cargas internas a la estructura

y no exteriores como las anteriormente estudiadas.

Son debidas a deformaciones que la estructura sufre por diversas causas:

Térmicas: Las diferencias de temperatura provocan en los sólidos

dilataciones y contracciones; si el sólido está confinado entre elementos

rígidos que le impiden la deformación, se origina una carga.

Descenso de apoyos: Estas cargas son generadas por deformaciones en los

suelos de cimentación. Sometido al peso de un edificio, un suelo de

resistencia no uniforme puede ceder más una parte específica de la

fundación que en otra.

Variación de propiedades: Las transformaciones químicas y las

condicionantes ambientales pueden provocar deformaciones que se

traducen en cargas, como por ejemplo: la contracción del hormigón por

fragüe o el trabajo de la madera por la variación del tenor de humedad.

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b) SEGÚN SU ESTADO INERCIAL: Esta clasificación de refiere al estado de reposo

o movimiento en que se encuentra la carga en el momento de actuar.

Estáticas: Son las que durante su tiempo de aplicación no cambian

nunca su estado de reposo o lo hacen muy lentamente en el tiempo.

Ejemplo: El público en una sala de espectáculos, personas en edificios

de oficinas y viviendas, el peso propio de la obra.

Dinámicas: Son las cargas que varían rápidamente en el tiempo.

Según la dirección de su movimiento se pueden clasificar en:

Móviles: aquellas en las cuales la dirección de desplazamiento de la carga

es paralela al plano de aplicación de la misma y la dirección de aplicación

de la carga perpendicular a dicho plano, por ejemplo vehículos en

movimiento.

De impacto: son aquellas en las cuales la dirección de aplicación de la carga

coincide con la dirección del movimiento y esta es a su vez perpendicular al

plano de aplicación de la carga, como por ejemplo: público saltando sobre

gradas.

Resonancia: Las cargas móviles pueden tener un efecto de resonancia. Este

efecto se explica mediante la teoría que plantea que todas las estructuras

son en cierta medida elásticas, poseen la propiedad de deformarse bajo la

acción de las cargas y de volver a su posición inicial una vez desaparecida

la misma; como consecuencia de su elasticidad, las estructuras tienden a

oscilar. Las cargas resonantes se caracterizan por sus variaciones rítmicas.

c) SEGÚN SU TIEMPO DE APLICACIÓN:

Permanentes: Son aquellas cargas que persisten durante toda la vida

útil de la estructura.

Accidentales: Son aquellas cargas cuya magnitud y/o posición puede

variar a lo largo de la vida útil de la estructura, como por ejemplo, las

personas, el viento, los muebles; y aquellas que no se pueden prever

con anterioridad, como por ejemplo: los terremotos.

d) SEGÚN SU UBICACIÓN EN EL ESPACIO:

Concentrada o puntuales: Son las cargas que actúan sobre una

superficie muy reducida con respecto a la superficie total, como por ejemplo:

las columnas o el anclaje de un tensor.

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Distribuidas: Son aquellas cargas que actúan sin solución de

continuidad a lo largo de todo elemento estructural o en parte del mismo.

Uniformemente distribuidas: son aquellas cargas que mantienen un valor

constante en toda su extensión, como por ejemplo: el peso propio de una

losa o la presión de agua en el fondo de un tanque.

No Uniformemente distribuidas: son aquellas cargas que varían su valor en

distintos puntos de su extensión, como por ejemplo: la altura de una pared

variable o la presión de agua en la pared de un tanque.

e) SEGÚN SU RECTA DE ACCIÓN:

Verticales: por gravitación o por subpresiòn.

Horizontales

Oblicuas.

7)

a) Las cargas que actúan sobre una losa se miden en Kg/m

b) Las cargas que actúan sobre una viga se miden en Kg/m

c) Las cargas que actúan sobre una columna se miden en Kg.

8)

Un diagrama de cargas es un gráfico representativo de las cargas que

actúan sobre un elemento estructural. Las cargas se representan según un sistema

de ejes cartesianos en el que sobre las coordenadas, el eje y, se mide la cantidad

de carga en kg o tn, y sobre las abscisas, el eje x, se mide la longitud de dicha

carga en m.

CargaKg o tn

Q

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Si se trata de una carga concentrada, que actúa sobre una superficie muy pequeña con respecto al total, solo mediremos la cantidad de carga que transmite. Se indica con la letra: Q – carga totalG – peso propioP – sobrecarga

1/3 L 2/3 L

Long. M

Carga distribuida q tn/m

q carga totalg peso propio p sobrecarga

Uniformemente distribuidas No uniformemente distribuidas: Q= q. L Q= (q. L)/ 2

Diagrama de carga de una viga

Q1 Carga distribuida q (tn/m)

Q2 Cargas concentradas Q1 y Q2 (tn)

9)

Cuando hablamos de cargas concentradas, nos referimos a ellas con letras

mayúsculas. D es la carga muerta o el peso de una estructura. Este peso nunca

cambia ya que es inmóvil, es decir, está fijo. L representa a la carga viva, es decir,

el peso que tiene la capacidad de moverse: pueden ser tanto seres vivos como

mobiliarios. La letra Q representa la carga total que actúa sobre un elemento

estructural: ésta se compone por la sumatoria de la carga viva y la carga muerta.

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Cuando usamos las letras minúsculas, nos referimos a los mismos conceptos explicados anteriormente, pero aplicados a una carga distribuida.

10)

SISTEMAS DE FUERZAS

Un sistema de fuerzas es un conjunto de fuerzas que actúan sobre un mismo

cuerpo. De acuerdo a la disposición de las fuerzas, podemos encontrar distintos

tipos de sistemas

COLINEALES

PARALELAS

CONCURRENTES

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DE SENTIDO CONTRARIO

DE IGUAL SENTIDO

DE IGUAL SENTIDODE SENTIDO CONTRARIO

Sistemas de Fuerzas Colineales

Son las fuerzas que actúan sobre una misma recta de acción. Sabiendo que la

resultante es la sumatoria de las componentes.

De igual sentido:

De sentido contrario:

Sistemas de Fuerzas Paralelas

Se denominan así a aquellas fuerzas cuyas rectas de acción son paralelas

entre sí. Pueden ser de igual o distinto sentido.

Fuerzas paralelas de igual sentido

La resultante de un sistema de dos fuerzas paralelas de igual sentido cumple con

las siguientes condiciones:

a) Es paralela y del mismo sentido que las componentes

b) Su intensidad es igual a la suma de las intensidades de las componentes.

Fuerzas paralelas de sentido contrario

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F1 F2

R

R

F1F2

La resultante de un sistema de dos fuerzas paralelas de sentido contrario cumple

con las siguientes condiciones:

a) Es paralela a ambas fuerzas y del mismo sentido de la mayor.

b) Su intensidad es igual a la diferencia de las intensidades de las componentes.

c) Su punto de aplicación es exterior al segmento que une los puntos de aplicación

de ambas fuerzas.

En el mismo sentido. Vectores para F1, R y F2.

En sentido contrario. Vectores para F1, R y F2.

Un sistema de fuerzas concurrentes es aquel para el cual existe un punto en

común para todas las rectas de acción de las fuerzas componentes. La resultante es

el elemento más simple al cual puede reducirse un sistema de fuerzas. Como

simplificación diremos que es una fuerza que reemplaza a un sistema de fuerzas. Se

trata de un problema de equivalencia por composición, ya que los dos sistemas (las

fuerzas componentes por un lado, y la fuerza resultante, por el otro) producen el

mismo efecto sobre un cuerpo.

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