Rafael Riddell C. - Diseño estructural

en que Q es el peso propio de la columna, que es el peso correspondiente de las vigas y los demás términos se han definido antes. El factor de reducción C ase aplica sólo si A tr> 15 m 2y se evalúa con la expresión:

Sin embargo, C ano debe ser inferior a 0,6 para elementos horizontales y para elementos verticales que reciben carga de un piso solamente, ni inferior a 0,4 para otros elementos verticales, y en ningún caso inferior al valor determinado por:

b) Norma NCh431.0f77: Sobrecarga de nieve

La nieve, en la mayor parte del país, es una acción de tipo eventual, es decir, ocurre sólo algunas veces durante la vida útil de la obra que se está diseñando. Por el contrario, la norma establece que en zonas cordilleranas y en el extremo sur del territorio, donde nieva todos o casi todos los años, la carga de nieve debe considerarse de ocurrencia normal en vez de eventual.

La carga de nieve depende esencialmente de la inclinación del techo. Si esta inclinación es igual o menor que 30° respecto de la horizontal, la carga básica de nieve se determina de una tabla que depende de la altura del lugar y de su latitud geográfica. Los valores varían entre 0 (por ejemplo, altura menor que 2000 m y latitud geográfica menor que 26°) y 700 kg/m 2(altura sobre 3000 m y latitud geográfica mayor que 32°). Si la inclinación del techo es mayor que 30° se aplica un factor de reducción sobre la carga básica de nieve. La norma también establece que si la presión básica determinada para el lugar es mayor que 25 kg/m 2, la carga de nieve debe considerarse de ocurrencia normal.

c) Norma NCh432.Of71: Cálculo de la acción del viento sobre las construcciones

Esta norma, al igual que la de nieve, se refiere a una acción de tipo eventual, la cual depende de una serie de factores que se analizan a continuación. Para comenzar, se supone que la acción del viento es perpendicular a la superficie sobre la cual actúa, y que ella puede ser de presión sobre la superficie (signo positivo) o de succión (signo negativo). Ambas se expresan en kilogramos-fuerza por unidad de superficie, y dependen de la presión básica del viento y de la forma total del cuerpo de la construcción (no sólo de la forma del costado que enfrenta el viento).

La presión básica del viento q depende, a su vez, de la altura de la construcción sobre el nivel del terreno y de la ubicación de la construcción; a este respecto se distingue si la construcción se encuentra en una ciudad, o en campo abierto o frente al mar. Valores típicos de la presión básica para este último caso son q = 70 kg/m 2para una altura de 4 m sobre el suelo, q = 126 kg/m 2para una altura de 20 m, y q = 145 kg/m 2para una altura de 40 m.

En cuanto a la influencia de la forma del cuerpo, cabe destacar que la norma establece en primer lugar la manera de calcular la superficie sobre la que se hará incidir la acción del viento, dependiendo si esta superficie es plana o curva, de la yuxtaposición de varias superficies y de las perforaciones que pudiera tener la superficie. Se considera a continuación un factor de forma que depende de los factores anteriores y del hecho que la construcción sea abierta o cerrada. A modo de ejemplo ilustrativo, en la Fig. 1.9 se muestran los factores de forma para dos tipos muy usuales de galpones cerrados de paredes planas.

Figura 1.9Acción del viento para dos formas de galpones cerrados

d) Combinaciones de cargas

Una vez determinadas las reacciones y esfuerzos internos debido a cada una de las solicitaciones detalladas anteriormente, debe estimarse la forma en que se combinan dichas solicitaciones para obtener el valor de diseño. Debe recordarse que las cargas correspondientes a las diversas solicitaciones están asociadas a distintas probabilidades de ocurrencia y además han sido estimadas con diferentes niveles de confianza; por ejemplo, es usual que las cargas asociadas a las sobrecargas, nieve y viento tengan una baja probabilidad de ser excedidas durante el período de vida útil de la estructura; en cambio, las solicitaciones sísmicas estipuladas en la norma NCh433.Of96 tienen una mayor probabilidad de ser excedidas al menos una vez durante la vida útil de la obra.

Los aspectos anteriores son esenciales para comprender los estados de combinación de cargas que deben considerarse en el proceso de diseño, y se reflejan con nitidez en los estados asociados al diseño a la rotura o de capacidad última. Estos estados se estipulan normalmente en las normas de diseño relativo a cada material estructural, aunque hoy en día existe una tendencia a uniformarlos para cada tipo o criterio de diseño (Sección 1.1.3). Aunque los estados de combinaciones varían según la norma y el país, es usual considerar como mínimo la acción simultánea del peso propio y las sobrecargas, y además la combinación de los anteriores con alguna acción de tipo eventual como el viento, el sismo o la nieve; generalmente no se diseña para la acción simultánea de dos solicitaciones de naturaleza eventual.

A continuación se indican algunos ejemplos de estados de combinaciones de cargas que incluyen el peso propio (D), las sobrecargas (L), las cargas de viento (W) y las cargas sísmicas (E), tanto para el diseño elástico como para el diseño a la rotura. Las letras D, L, W y E corresponden a la primera letra de la palabra en inglés que las identifica: dead loads, live loads, wind loads y earthquake loads , respectivamente.

Combinaciones para diseño elástico: si A representa el estado de combinación de cargas, los estados siguientes son típicos de varias normas que usan este criterio de diseño:

En los últimos tres estados, que corresponden a combinaciones que incluyen una solicitación de tipo eventual, es usual que las normas permitan un aumento de 33 % en las tensiones admisibles de diseño.

Combinaciones para diseño a la rotura: se indican a continuación las combinaciones equivalentes a las anteriores contempladas en la norma norteamericana ACI 318-99 para estructuras de hormigón armado, donde U representa el estado de combinación de cargas para diseño último:

Ejemplo 1.3

Comparar los valores de los momentos flectores máximos en una viga para una misma carga vertical total, pero distribuida en forma diferente. En las vigas que muestra la figura la carga total es Q = (1-a)qL. Para las comparaciones usar a = 1/4 y a = 1/2 (carga triangular).

Figura E1.3