Al plantear la ecuación de condición, se dijo que era necesario estudiar todas las combi- naciones que exijan los estados límites especificados. Es bien sabido que la asignación de valores realistas a las cargas que tiene que soportar una estructura es quizás la fase menos precisa del diseño. En cada caso es necesario determinar tanto la carga de trabajo como el
coeficiente de mayoración correspondiente. Por limitaciones de espacio la discusión siguiente se limitará a las cargas gravitacionales muerta y viva, a las cargas sísmicas y a las de viento.
Cargas gravitacionales muerta y viva. La carga muerta se supone constante durante la vida de la estructura, mientras que la viva varía aleatoriamente en el espacio y en el tiempo. Generalmente se supone que las variables D y L de los códigos incluyen las incertidumbres asociadas con las hipótesis simplificadoras, en cuanto a magnitud y distribución. La carga muerta es más fácil de evaluar que la viva y usualmente se supone que su valor medio es el dado por el código de construcción.
La carga viva incluye todas las cargas gravitacionales no permanentes y presenta dos tipos de variación: en el espacio y en el tiempo. La primera se suele simplificar en el análisis, suponiendo que la carga está concentrada o distribuida uniformemente. En cuanto al segundo tipo de variación, conviene diferenciar entre la carga sostenida y la transeúnte o extraordinaria. La primera se define como aquella parte de la carga viva que está presente normalmente en la estructura como consecuencia de la actividad diaria que se desenvuelve en ella. La transeúnte o extraordinaria, en cambio, ocurre infrecuentemente y tiene alta intensidad y poca duración.
En el cuadro 1.1 se mostraron algunos valores de carga viva prescritos por diversos códigos de reconocido prestigio. Como puede apreciarse, hay casos en que presentan diferencias considerables.
Para calcular los coeficientes de carga se puede demostrar que dichos factores pueden expresarse, en forma aproximada, como sigue:
(
D)
2 m D D exp V D β α = γ (1.13)(
L)
2 m L L exp V L β α = γ (1.14)en donde α es un coeficiente de linealidad y VD y VL los coeficientes de variación de las cargas muerta y viva, respectivamente. Estos coeficientes de variación se evalúan utili- zando las expresiones:
2 ED 2 SD D V V V = + (1.15) y 2 EL 2 SL L V V V = + (1.16)
en donde la S se refiere a la carga sostenida y la E a un factor que tiene en cuenta las diferencias entre la estructura real tridimensional y el modelo matemático simplificado que se utiliza en el análisis.
En la referencia 1.24 se indican valores medios, desviaciones estándar y coeficientes de variación encontrados por diversos investigadores en países distintos de Colombia. Los
valores medios de las cargas vivas sostenidas son considerablemente menores (1/5 a 1/3) que los valores de trabajo estipulados en los códigos.
Hasta la fecha de dicho artículo (1979) el único trabajo al respecto realizado en nuestro medio, que el autor conocía, era el presentado por Sarria (referencia 1.32). Poste- riormente, Tamayo (referencia 1.33), Dussán (referencia 1.34), Belalcázar (referencia 1.35), Coll (referencia 1.36) y Bettín (referencia 1.37) estudiaron las cargas vivas en las aulas de diez colegios y diez universidades. Aunque la muestra es muy pequeña para sacar conclusiones definitivas, su trabajo es importante como primer paso en una investi- gación de urgente necesidad. Es posible que se hayan hecho otros trabajos semejantes, pero infortunadamente no han tenido divulgación.
La mayoría de los códigos permiten reducir las cargas vivas cuando el área de influencia del elemento estructural y la carga viva estipulada son grandes.
No hay que olvidar que cuando la carga parcial de una estructura con la carga viva de diseño produce un efecto más desfavorable que cuando la carga se aplica en la totalidad de ella, esto debe tenerse en cuenta en el diseño.
Cargas de impacto. Hay casos, como el de los puentes y algunas estructuras industriales, en que las cargas vivas tienen carácter dinámico y ocasionan impacto. En general los efectos del mismo se tienen en cuenta incrementando tales cargas en determinados porcentajes. Los valores mínimos de esos incrementos están prescritos en las Normas. También hay que tener en cuenta las estructuras expuestas a excitaciones dinámicas producidas por el público tales como estadios, coliseos, teatros, pistas de baile, centros de reunión o similares.
Fuerzas sísmicas. Para evaluar las fuerzas que en caso de sismo actuarán sobre una edificación, es necesario tener en cuenta la amenaza sísmica propia de la región donde está localizada la edificación, los efectos locales asociados con las características del perfil del suelo sobre el cual está cimentada, la importancia de la edificación según su uso, el espectro elástico de diseño que da la máxima aceleración horizontal, expresada como un porcentaje de la gravedad a que se ve sometido un sistema de un grado de libertad con un período de vibración determinado, y la naturaleza del sistema o sistemas empleados para resistir tanto las cargas gravitacionales como las horizontales.
Fuerzas causadas por el viento. La amenaza eólica es también propia de cada región. Las fuerzas producidas por el viento sobre una estructura dependen de la velocidad del que actúa sobre ella, que a su vez varía con la altura sobre el piso; del grado de protección que le ofrecen la topografía y las edificaciones circundantes; y de las propiedades aerodiná- micas de su perfil geométrico. Al evaluarlas también se tiene en cuenta el uso de la edifi- cación al asignarle el grado de seguridad requerido.