¿QUÉ ES UNA CARGA DE IMPACTO?

Una carga de impacto es aquella carga que se aplica con rapidez a una estructura, causando esfuerzos mas grandes que los que se producirían si las mismas cargas se hubieran aplicado en forma gradual.

Cargas Ecológicas

CARGA DE VIENTO

CARGA DE SISMO

Carga de Viento

Entre los factores que tendrán influencia directa en las magnitudes de la carga ecológica de viento tenemos los siguientes aspectos: Zona geográfica Condiciones Topográficas Altura del Edificio Forma Aerodinámica La importancia de la obra y el tiempo de su

vida útil

La manera particular en la que el viento actuara sobre la superficie de una estructura tendrá mucho que ver con la dirección de donde estamos considerando que estará actuando y la forma de la estructura, pero, generalmente podemos decir que a medida estemos mas alejados del suelo mayor será la presión del viento.

Como se puede observar, hay tres distintas maneras en que el viento afectara a la estructura. En la cara donde primero hace contacto

(Barlovento) encontramos que el viento ejerce un empuje lateral,

En la cara opuesta (Sotavento) ejerce una fuerza de succión, y

En el área de techo también ejerce una succión. Esto depende de la pendiente que pueda tener el

techo. Para pendientes mayores, la fuerza de succión se sustituye por un empuje.

Similar como en los ejemplos ya vistos para la carga muerta y carga viva, en un esquema de análisis en el plano, lo que nos interesa es la distribución lineal de carga.

Conociendo el intercolumnio que existirá para los pórticos, lo que nos hace falta es determinar la presión que ejercerá el viento sobre la superficie.

Dentro del CHOC, en su capítulo 1, tenemos una serie de ecuaciones q describen el cálculo de este valor de presión. La expresión utilizada por el CHOC es la siguiente:

P = Ce Cq qs Iw

Ce: Coeficiente combinado para altura, exposición y factor de ráfaga como se indica en la tabla 2.3-2 página 1-12, pegada a continuación:

Exposición B es para un terreno con edificios, árboles o irregularidades en la superficie, que cubren por lo menos el 20% del área del terreno parejo extendiéndose 1,600 metros o más desde el sitio.

Exposición C es para un terreno que es plano y generalmente abierto, extendiéndose 800 metros o más desde el sitio en cualquier cuadrante completo.

Exposición D representa la exposición más severa en áreas con una velocidad básica del viento de 130 Km/h o mayores, y es para un terreno plano y sin obstrucciones y que está frente a grandes cuerpos de agua de 1.6 Km o más de ancho respecto a cualquier cuadrante del sitio del edificio. La exposición D se extiende de la línea costera hacia tierra firme 400 metros o 10 veces la altura del edificio, la distancia que sea mayor.

Cq: Coficiente de presión para la estructura o parte de la estructura bajo consideración, como se indica en la tabla 2.3-3 página 1-13, pegada a continuación:

Tabla 2.3-3 Coeficiente de presión Cq

Estructura o parte Descripción Factor Cq Efecto1 Sistemas y marcos

principalesMétodo 1 (Método de la fuerza normal)Muros:Muro de barloventoMuro de sotaventoTechos a :Viento perpendicular a la cumbreraTecho de sotavento o techo planoTecho de barloventopendiente menor que 16.7%pendiente de 16.7% a 75%pendiente de 75% a 100%pendiente mayor que 100%Viento paralelo a la cumbrera y techos planos

0.80.50.70.7

0.9 o 0.30.40.70.7

empujesucciónsucciónsucción

succ. o emp.empujeempujesucción

Método 2 (Método del área proyectada)Sobre el área vertical proyectadaEstructuras con altura menor o igual a 12 mEstructuras con altura mayor que 12 mSobre el área horizontal proyectada a

1.31.40.7

succ. y emp.succ. y emp.hacia arriba

2 Elementos y componentes en áreas sin discontinuidades b

Elementos de murosTodas la estructurasEstructuras cerradas y no cerradasEstructuras parcialmente cerradasMuros de parapetos

1.21.21.61.3

empujesucciónsucción

succ. o emp.

Elementos de techos c

Estructuras cerradas y no cerradaspendiente menor que 58.3%pendiente de 58.3% a 100%Estructuras parcialmente cerradaspendiente menor que 16.7%pendiente de 16.7% a 58.3%pendiente de 58.3% a 100%

1.31.31.7

1.6 o 0.81.7

succiónsucc. o emp.

succiónsucc. o emp.succ. o emp.

3 Elementos y componentes en áreas de discontinuidades b, c, d

Muros: esquinas f Techos: aleros, quiebres o cumbreras sin salientes f

pendiente menor que 16.7%pendiente de 16.7% a 58.3%pendiente de 58.3% a 100%Techos: para pendientes menores que 16.7%Salientes de aleros, quiebres o cumbreras y cobertizos

1.5 o 1.22.32.61.60.5

succ. o emp.hacia arriba

succiónsucción

sumar arriba

4 Chimeneas tanques y torres sólidas

Sección cuadrada o rectangularSección hexagonal u octagonalSección circular o elíptica

1.41.10.8

succ. y emp.succ. y emp.succ. y emp.

5 Torres tipo armadura g, h Forma cuadrada o rectangularDiagonalNormalForma triangular

4.03.63.2

6 Accesorios en torres (como luces, escaleras, ductos, y elevadores)

Miembros cilíndricosdiámetro menor o igual a 5 cmdiámetro mayor que 5 cmMiembros planos a angulares

1.00.81.3

7 Rótulos, astas, postes, estructuras menores. 1.4 succ. y emp.

Iw: Factor de importancia como se indica en la tabla 1.3.4-3 página 1-23

Tabla 3.4-3 Categoría de ocupación y factores de importancia

Categoríade Ocupación

Descripción de la ocupación o funciones de la estructuraFactor de

importancia sísmica

I

Factor de importancia

sísmica a

Ip

Factor de importancia

de vientoIw

1 Estructuras esenciales

Hospitales y otros centros médicos que tienen áreas de cirugía y emergencia.Estaciones de bomberos y policíaGarajes y refugios para vehículos y aeronaves de emergencia.Estructuras y refugios en centros de preparación para emergencias.Torres de control de aviación.Estructuras y equipos esenciales del gobierno.Centros de comunicación y otros centros requeridos para la responder a una emergencia.Plantas y equipos generadores de energía para estructuras esenciales.Tanques y otras estructuras que albergan, contienen o soportan agua contra incendios requerida para la protección de estructuras con Categoría tipo 1, 2 o 3.

1.25 1.50 1.15

2 Estructuras peligrosas

Estructuras que albergan, contienen o soportan sustancias o químicos tóxicos o explosivos en cantidades suficientes que serían peligrosas a la seguridad del público en general si se soltaran.

1.25 1.50 1.15

3 Estructuras de ocupación especial

Centros de reuniones públicas para más de 300 personas.Escuelas y centros para niños o infantes.Universidades y centros similares para más de 500 estudiantes.Centros de inválidos para más de 50 residentes.Todas las estructuras para más de 5,000 personas.Las estructuras y equipos de plantas generadoras de energía; y otros centros de servicios públicos no incluidos en las Categorías 1 y 2, y que su operación continua es requerida.

1.00 1.00 b 1.00

4 Estructuras ordinarias

Todas las estructuras que tienen una ocupación o función no incluida en las Categorías 1, 2 o 3.

1.00 1.00 b 1.00

qs: Presión básica del viento para la altura estandar de 10 m, como se indica en la tabla 1.2.3-1 página 1-12

Ejemplo de calculo

Calcule la carga de viento en la dirección de x para la estructura que se muestra.

Datos del ejercicio.

La estructura estará ubicada en la ciudad de San Pedro Sula. Sera utilizada para oficinas. El tipo de suelo en la zona es una arcilla media dura en un estrato de espesor de 8 m.

La carga muerta producto del sistema de entrepiso se ha calculado en 450 kg/m2.

Las paredes exteriores serán de bloque de 6 pulgadas, repelladas en ambos lados y ancladas en las losas. En la losa de azotea se tendrá un pretil de 1.20 m de altura.

las divisiones interiores serán livianas, y su posición fija no se conoce, además podrían sufrir cambios conforme al uso del edificio.

La carga viva dada por el código para uso de oficinas es de 250 kg/m2.

Las secciones de las columnas son de 0.40X0.40 Las secciones de las vigas son de 0.60x0.30. Cualquier otro dato faltante deberá ser estimado por el ingeniero a

cargo del diseño.

CARGA DE SISMO

Características generales del sismo La manera en que modelaremos la carga de un sismo es

intentando simular el efecto que estos tenga sobre una estructura. De tal manera, que será un movimiento oscilatorio a partir del efecto dinámico producido por las ondas sísmicas. Sin embargo, debido a la complejidad de tratar con un modelo dinámico, utilizaremos un símil estático para poder cumplir con el objetivo de calcular las magnitudes actuantes.

El símil estático que se utiliza, es el del péndulo invertido. Es decir, consideraremos que el edificio se comporta como una columna empotrada en su base, y concentraremos la masa según sea lo que se estima es mas correcto.

Se debe recordar, sin embargo, que esto es un SIMIL. Existen muchas partes del sismo que no se estarán considerando con este modelo, pero de igual manera existen una variedad de aportes de la estructura que se dejan de considerar. Asi el análisis que se realiza, es una simplificación burda de un fenómeno complejo, es por esto que el grado de incertidumbre que puede haber es bastante grande.

Adicional al peligro de una carga de magnitud mayor a la considerada, otro peligro de los sismos es que el movimiento oscilatorio que provoca entre en resonancia con la frecuencia natural de oscilación de la estructura. En estos casos, la carga se puede amplificar 10, 20 o hasta 100 veces su magnitud original.

Los primeros embates del sismo son fuertes y variables, luego del reacomodo, la carga sísmica es menor, pero las oscilaciones tienden a ser mantenidas y ese es el momento del peligro de resonancia.

Magnitud e intensidad del sismo “La magnitud de un sismo es una medida del tamaño del mismo

que es independiente del lugar donde se hace la observación y que se relaciona en forma aproximada con la cantidad de energía que se libera durante el evento. Se determinan a partir de las amplitudes de registros de sismógrafos. La escala más conocida de magnitudes es la de Richter. Cada incremento de una unidad en la escala de Richter implica un aumento de 32 veces en la cantidad de energía liberada.”

“La intensidad de un sismo es una medida de los efectos que éste produce en un sitio dado, o sea de las características del terreno y del potencial destructivo del sismo, en ese lugar en particular y en lo que concierne a sus efectos en las construcciones. Las intensidades varían en grados desde I al XII y un buen ejemplo de ese tipo de escala lo es el MSK – 1964.”

Es frecuente la confusión entre magnitud e intensidad:

Magnitud: Es una medida de la potencia del sismo, independiente del lugar donde se mide.

Intensidad: Es una medida de las características del movimiento del terreno que el sismo provoca en un sitio dado.

Una misma intensidad puede ser producida por un sismo lejano de gran magnitud o por uno cercano de menor magnitud. Por ejemplo, el sismo que destruyó Managua en 1972 fue de magnitud relativamente baja, en la escala de Richter fue de 5.7, pero su foco epicentro se localizó, en el mismo centro de la ciudad, así que la intensidad del movimiento del terreno fue muy alta del orden de X y la destrucción que provocó fue extraordinaria.

Escala de Mercalli

El código hondureño de la construcción brinda dos modelos para la determinación de la carga producto al sismo: Procedimiento estático equivalente

para determinar la fuerza sísmica (página XII-34 hasta página XII-39)

Procedimiento dinámico para determinar la fuerza sísmica (página XII-39 hasta página XII-43)

Cortante de diseño en la base (V): Es la fuerza o cortante total lateral de diseño en la base de la estructura

WR

CIZV

W

Z: Factor de zona sísmica dado en la tabla 3.4-1 página XII-26, para la obtención de Z se debe consultar la figura 3.4-1 página XII-27 (Mapas de zona sísmica).

Rw: Coeficiente numérico dado en la tablas 3.4-6 página XII-31

(Referirse al CHOC 2005)

C: Coeficiente númerico no necesita exceder de 2.75 y puede utilizarse para cualquier estructura sin consideraciones del tipo de suelo o periodo de la estructura.

WR

CIZV

W

32

25.1

T

SC

S: Factor que depende de las condiciones del suelo donde esta cimentada la estructura dado en la tabla 3.4-2 pagina XII-27

T: Periodo de la estructura, el cual se determina por unos de los metodos siguiente

hn: Altura máxima en nivel más alto en la porción principal de la estructura

W: Carga vertical total sísmica definida en la sección 3.5-1 página XII-34

Distribución vertical de la carga de sismo

Diafragma de piso y distribución de fuerzas horizontales

La distribución de las fuerzas horizontales por el diafragma horizontal para los varios elementos verticales resistentes a cargas laterales depende de la rigidez relativa de los diafragmas horizontales (d) y de los elementos verticales resistentes a cargas laterales (D). Para propósitos del análisis los diafragmas están clasificados como rígidos, flexibles y semirrígidos basados en su rigidez relativa.

Comportamiento del diafragma de piso a) distribución de las cargas laterales.

b) Diafragma de piso rígido c) Diafragma de piso flexible d) Diafragma de piso semirrígido

Ejemplo de calculo

Calcule la carga de sismo en la dirección de x para la estructura que se muestra.

Datos del ejercicio.

La estructura estará ubicada en la ciudad de Santa Rosa de Copan. Sera utilizada para oficinas. El tipo de suelo en la zona es una arcilla media dura en un estrato de espesor de 8 m.

La carga muerta producto del sistema de entrepiso se ha calculado en 450 kg/m2.

La carga viva dada por el código para uso de oficinas es de 250 kg/m2.

Las secciones de las columnas son de 0.40X0.40 Las secciones de las vigas son de 0.60x0.30. Cualquier otro dato faltante deberá ser estimado

por el ingeniero a cargo del diseño.