El establecimiento de las cargas que actúan en una estructura es uno de los pasos más difícil y más importante del proceso total de diseño.
Las cargas son fuerzas y momentos externos que actúan sobre una estructura, in- cluyendo los desplazamientos impuestos en los vínculos. Los esfuerzos son las
fuerzas internas que resisten las cargas. Tensión es la relación entre el esfuerzo y el área sobre la que está aplicada. En respuesta a las fuerzas que actúan sobre la estructura, ésta experimenta deformaciones, los que se manifiestan como un con- junto de desplazamientos. Cada desplazamiento es una traslación o una rotación
de algún punto particular de la estructura.
El diseño final de una estructura debe ser consistente con la combinación de car- gas más crítica que la estructura va a soportar. Las combinaciones de carga que deben considerarse son especificadas mediante los reglamentos que rigen la cons- trucción, y en algunos casos el proyectista ejerce su propio criterio. En estas combinaciones se tiene en cuenta la probabilidad de concurrencia de determinados fenómenos, generando diversas hipótesis de combinación de cargas. Para cada hipótesis se calculan los esfuerzos y deformaciones en cada miembro de la estruc- tura y se dimensionan para soportar la peor de las combinaciones.
5.4.1 Tipos de cargas
Las cargas externas aplicadas a una estructura se clasifican de diferentes mane- ras. A continuación se explican aquellas clasificaciones que interesan por su comportamiento especial en el cálculo de estructuras.
a) por su forma:
Cargas Concentradas
Son aquellas que se aplican en una superficie relativa- mente pequeña. Por ejemplo la carga de una sola rueda de un vehículo, o de una columna que transmite a otro miembro.
Cargas Lineales
Son aquellas que se distri- buyen a lo largo de en una faja angosta, como la carga trans- mitida por el peso de una pared. Su distribución puede ser uniforme o no.
Cargas Superficiales
Son aquellas que se distri- buyen en un área como la nieve en un techo, o el peso de la cubierta. Su distribución puede ser uniforme o no.
Figura 5.4 Tipo de Cargas de acuerdo con la forma
b) por el tiempo de aplicación: Cargas Estáticas
Son fuerzas aplicadas lentamente y que luego permanecen casi constantes. Un ejemplo es el peso de un entrepiso.
Cargas dinámicas:
Varían con el tiempo. En ellas se incluyen las de índole repetitiva y las de impacto.
Cargas repetitivas: son fuerzas aplicadas cier- to número de veces, de modo que ocasionan una variación en la magnitud de las fuerzas in- ternas. Un buen ejemplo es un puente grúa.
Cargas de impacto: son fuerzas que obligan a la estructura o a sus componentes a absorber cierta cantidad de energía en un corto tiempo. Un ejemplo es la caída de un gran peso sobre la losa de un entrepiso; otro son las ondas de choque de una explosión al golpear los muros y techos de un edificio.
c) por su origen: Cargas Muer- tas Cargas Vivas Cargas por viento (eóli- cas) Cargas por nieve Cargas sísmi- cas
Son las fuerzas debidas a los ma- teriales, equi-pos, estructuras y otros elementos pesados que se apoyan sobre el edificio,incluyendo su propio peso, y que están de mo- do permanente en un sitio.
Son las fuerzas debidas a los ocu- pantes, materia- les, equipos y es- tructuras apoya- dos sobre el edi- ficio y que se mueven o pueden ser movidas o reubicadas duran- te el transcurso de la vida útil del inmueble.
Son las fuerzas máximas que el viento puede apli- car a un edificio dentro de un inter- valo promedio de recurrencia.
Son las fuerzas aplicadas a un in- mueble por la má- xima acumulación de nieve ocurrida en un intervalo promedio de recu- rrencia.
Son las fuerzas que generan los máximos esfuer- zos o deformacio- nes en un edificio durante un terre- moto.
Figura 5.6 Tipo de Cargas de acuerdo con el origen
5.4.2 Tipos de esfuerzos, tensiones y deformaciones
Según el modo en que se apliquen las cargas tienden a deformar la estructura y sus componentes: las fuerzas de tracción los estiran, las de compresión los aplas- tan, las de torsión los retuercen y las de cortante hacen que algunas partes de la estructura se deslicen respecto de otras. Los esfuerzos normales producen tensio- nes normales de tracción o de compresión. Los esfuerzos de corte y el momento torsor producen tensiones tangenciales. El momento flector produce tensiones normales de tracción y de compresión.
Tracción
Si las fuerzas se alejan, apa- recen esfuerzos normales de tracción que tiende a alargarlo en la dirección de las fuerzas y acortarlo perpendicular a ellas.
Compresión
Si las fuerzas se acercan, se producen esfuerzos normales de compresión que tienden a acortarlo en la dirección de las fuerzas y alargarlo perpendi- cular a ellas
Flexión
Si las fuerzas tienden a fle- xionarlo, o está sometido a momento flector, el elemento tendrá tracción en un lado y compresión en el opuesto, produciendo acortamiento en unas fibras y alargamiento en otras.
Corte
Si el elemento es sometido a dos fuerzas paralelas en sentido contrario se produce un esfuerzo de corte y tensiones tangenciales.
Torsión
Si dos fuerzas de sentido contrario tratan de girar el cuerpo, o está sometido a momento tor- sor, se produce torsión, esfuerzos de corte y tensiones tangenciales.