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Diseño de las cargas en edificios

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Jorge Bernal

Capítulo 4: R101 CAP 4.10, 11. Cubiertas y cocheras.

Cirsoc 101 - Capítulo 4 Cargas en cubiertas y cocheras 4.9 – 4.10 Reglamento. El Capítulo 1 “Requisitos Generales” del R 101 contiene dos artículos principales: Introducción y Campo de Validez. Coexisten tres estudios que se muestran en párrafos con las siguientes características:  Reglamento 101: Inicio con letra “R” y luego cursiva con tamaño reducido.  Comentario 101: Inicio con letra “C” y luego cursiva con tamaño reducido.  Análisis realizados por los autores: Letra y tamaño común. Las partes de Reglamento y Comentarios son copiadas de manera textual, en todos los casos se indica la numeración indicada en el Cirsoc.

Contenido. Este artículo adopta expresiones que reducen la carga viva sobre cubiertas, planas, horizontales, con pendientes o en arcos. Utiliza fórmulas cuyas variables son la superficie tributaria y la pendiente. 4.9. Cargas sobre cubiertas. 4.10. Cargas en cocheras.

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General: Cubiertas, sobrecargas mínimas. El eje de las ordenadas indica el valor de la sobrecarga, que se reduce en la medida que aumenta los valores en la abscisa, áreas tributarias o pendientes, por separado. En todos los casos las cubiertas poseen dos características constantes: la pendiente y el área tributaria de donde se obtienen R 1 y R2. El reglamento establece una fórmula donde se multiplican ambas: Lr = 0,96 R1 R2 R1 y R2 son valores iguales o menores a la unidad, es decir que su combinación nos entrega un factor de reducción. La gráfica que resulta de esas fórmulas es lineal, recta. En ambos casos, cuando aumenta la superficie tributaria y la pendiente, mayor será la reducción de la sobrecarga.

El esquema que sigue muestra de manera general los grados o porcentajes de pendiente y la manera que se considera el área tributaria. Las pendientes de cubierta se indican en grados o en porcentual. Las usuales oscilan entre los 10 a 30 grados.

El área tributaria, en la planta que se muestra el la superficie que descarga en el soporte columna.

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R4.9. Sobrecargas mínimas para cubiertas. R 4.9.1 Cubiertas planas, horizontales o con pendiente y curvas. Las cubiertas comunes planas, horizontales o con pendiente y curvas se diseñarán para las sobrecargas especificadas en la expresión 4.2 u otras combinaciones de cargas de control fijadas en los reglamentos específicos de cada material, aquélla que produzca las mayores solicitaciones. El párrafo no está completo. Consideramos que se entendería mejor “Las cubiertas comunes….se diseñarán para las sobrecargas….con aquellas que produzcan las mayores solicitaciones”. Sobre cubierta actúan cargas de viento, nieve, hielo, sobrecargas (por sobre cubierta) y cargas concentradas en alguno de los nudos de cabriadas (ver artículo 4.2), no actúan de manera simultánea, excepto la carga concentrada en nudo inferior que puede actuar independiente del clima. Sin embargo en artículo 4.2 el reglamento establece “Estas cargas no actuarán simultáneas con las sobrecargas del 4.9. En estructuras tales como invernaderos, donde se usa andamiaje especial como superficie de trabajo para obreros y materiales durante las operaciones de reparación y mantenimiento, no se podrá usar una carga de cubierta menor que la especificada en la expresión (4.2) a menos que la apruebe la autoridad bajo cuya jurisdicción se realiza la obra. El coeficiente de reducción para las “L” de las cubiertas está en función del área tributaria (At) y de pendiente (%).

Lr = 0,96 R1 R2

siendo

0,58 ≤ Lr ≤ 0,96

(4.2)

Lr: sobrecarga de cubierta por metro cuadrado de proyección horizontal en kN/m2.

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Los factores de reducción son R1 y R2 y se determinarán como sigue: R1 = 1 R1 = 1,2 – 0,01076 At R1 = 0,6

Para At ≤ 19 m2 Para 19 m2 < At < 56 m2 Para At ≥ 56 m2

Donde: At área tributaria (ver comentarios artículo 4.8.1) en metros cuadrados soportada por cualquier elemento estructural y R2 = 1 R2 = 1,2 – 0,05 F R2 = 0,6

Para F ≤ 4 Para 4< F <12 Para F ≥ 12

Donde, para una cubierta con pendiente, F = 0,12 × pendiente, con la pendiente expresada en porcentaje y, para un arco o cúpula, F = la relación altura-luz del tramo × 32.

R 4.9.2. Cubiertas para propósitos especiales Las cubiertas que permiten la circulación de personas se deben diseñar para una sobrecarga mínima de 3 kN/m2. Las cubiertas usadas para jardines o con propósitos de reunión, se deben diseñar para una sobrecarga mínima de 5 kN/m2. Las cubiertas usadas con otros propósitos especiales, se deben diseñar para las cargas apropiadas tal como decida y apruebe la autoridad bajo cuya jurisdicción se realiza la obra.

Ejemplos cargas sobre cubiertas. 1. Cálculo sobrecargas cubiertas livianas. a.

Ejemplos cubiertas planas.

Caso uno: Según esquema: Área tributaria: A = 5,00 y B = 6,40 metros. At = 32 m2. Pendiente 25 %: C = 1,25 metros.

Lr = 0,96 R1 R2

siendo

0,58 ≤ Lr ≤ 0,96

(4.2)

R1 = 1,2 – 0,01076 At para 19 m2 < At < 56 m2 R1 = 0,86 F = 0,12 . Pendiente (%) = 0,12 . 25 = 3 R2 = 1 para F ≤ 4 Lr = 0,96 . 0,86 . 1 = 0,82

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Caso dos: Cubierta plana: At= 40 m2 Pendiente 50 % Según esquema: Área tributaria: A = 5,00 y B = 8,0 metros. At = 40 m2. Pendiente 25 %: C = 1,25 metros. R1 = 1,2 – 0,01076 At para 19 m2 < At < 56 m2 R1 = 0,78 F = 0,12 . pendiente (%) = 0,50 . 25 = 6 R2 = 1,2 – 0,05 F = 0,90 para 4< F <12 R1 = 0,78 R2 = 0,90 Lr = 0,96 . 0,78 . 0,90 = 0,67

Caso tres: Cubierta plana: At= 48 m2 Pendiente 75 % R1 = 0,69 R2 = 0,75 Lr = 0,96. 0,69. 0,75 = 0,50 Según esquema: Área tributaria: A = 6,00 y B = 8,0 metros. At = 48 m2. Pendiente 25 %: C = 1,50 metros.

Caso cuatro: Cubierta en arco: At= 48 m2 Relación altura – luz: 0,2 R1 = 1,2 – 0,01076 At para 19 m2 < At < 56 m2 R1 = 0,69 F = 0,12 . pendiente (%) = 0,12 . 75 = 9 R2 = 1,2 – 0,05 F = 0,90 para 4< F <12 R1 = 0,69 R2 = 0,75 Lr = 0,96 . 0,69 . 0,75 = 0,50

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R.10 Cocheras de automóviles. Distingue las cargas uniformes de las concentradas, según la cantidad de pasajeros y tipo de estacionamiento. Para ómnibus y camiones se calcula para cada tipo de vehículo.

R4.10. Sobrecargas para locales destinados a cocheras de automóviles.

R4.10.1. Los pisos de garajes o sectores de edificios usados para almacenar vehículos se deben diseñar para 2,5 kN/m2 de sobrecarga uniformemente distribuida, o para las siguientes cargas concentradas, lo que resulte más desfavorable: 1. para automóviles que no llevan más de 9 pasajeros, 9 kN actuando sobre una superficie de 13.000 mm2 (130 cm 2). 2. estructuras para estacionamiento por medios mecánicos (sin espacios para circulación), 7 kN por rueda. El peso promedio de un automóvil o camioneta (sin carga) es de uno 18 kN y la superficie en proyección aproximada que ocupa es de unos ocho metros cuadrados; el valor por metro cuadrado oscila en los 2,2 kN/m 2, que se aproxima al indicado en el punto R4.10. El punto (1) no lo especifica, pero se supone que los 9 kN actúan por rueda. La superficie de contacto de una rueda (con carga) sobre pavimento se de unos 100 cm2, esta valor se aproxima el de 130 cm2 (13.000 mm2) indicados. El punto (2) especifica carga por rueda. En estacionamientos mecánicos el espacio entre vehículos se reduce. El lógico suponer que debe aumentar la carga por rueda, sin embargo en este punto se reduce. También se puede considerar que en estacionamientos mecánicos no hay pasajeros, por eso la reducción.

R4.10.2. Para cargas horizontales originadas por vehículos, ver el artículo 4.3.2 C. El artículo 4.3.2 C se refiere a “Los sistemas de barreras para vehículos pueden estar sujetos a cargas horizontales de vehículos en movimiento”. Estas cargas horizontales se pueden aplicar normales al plano del sistema de barreras, paralelo al plano del sistema de barreras, o en cualquier ángulo intermedio. Las cargas en garajes que guardan camiones y ómnibus, se deben obtener a partir de estudios especiales que consideren las características de los vehículos que se deben estacionar en cada caso.

C 4.3.2. “Los sistemas de barreras para vehículos pueden estar sujetos a cargas horizontales de vehículos en movimiento…”

R4.10.3. Los garajes que guardan camiones y ómnibus se deben diseñar con cargas acordes a las características de los vehículos que habrán de utilizarlos.

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Consideramos que en todos los proyectos y cálculos para la estructura soporte de entrepiso destinado a garajes debe cumplirse antes con una tarea de investigación y diseño de las cargas que actuarán en su vida útil. Incluso es necesario establecer barreras superiores de limitación de tamaño de vehículo, así como de giro en rampas. Una carga horizontal que no es considerada en este artículo es la dinámica, provocada por el frenado o arranque brusco de vehículos.

C4.10. Sobrecargas para locales destinados a cocheras de automóviles. Las cargas distribuidas que adopta la norma Asce 7-98 para el diseño general de los elementos estructurales es bastante menor a los 3,5 kN indicados por el reglamento Cirsoc 101-1982. Para una mejor comprensión, hacemos una comparativa con el Cirsoc 101 1982: (1982) 4.1.2 Sobrecargas para locales destinados a cocheras de vehículos de peso inferior a 25 kN. (1982) 4.1.2.1 Cuando las luces sean mayores de l0 = 3 m en losas y l0 = 5 m en vigas, la sobrecarga será de 3,5 kN/m 2. (1982) 4.1.2.2 Cuando alguna de las luces es menor que los valores de l0 especificados en el artículo 4.1.2.1, la sobrecarga deberá incrementarse en la relación l0 / l para vigas y l0 / l menor para losas y como máximo en 1,43, coeficiente que no se considerará para las cargas de columnas o paredes portantes.

El incremento de la sobrecarga se justifica en el suceso de colapso entre flexión y corte. Este último es casi instantáneo, mientras que la flexión, muestra antes de la rotura elásticas de advertencia. (1982) 4.1.3 Posibilidad de choque de vehículos contra vigas, tabiques y muros portantes Para considerar la posibilidad de choques de vehículos contra vigas, tabiques y muros portantes, se tomará una carga horizontal de 2 kN/m, aplicada a 0,50 m de altura del solado.

Esta carga en el ancho frontal del vehículo se transforma en unos 4 kN que respondería a una desaceleración por impacto de unos 3 m/s 2, valor bajo comparado con el la aceleración terrestre de 9,81 m/s2. (1982) 4.1.4 Sobrecargas para locales destinados a cocheras de vehículos de peso superior a 25 kN. Deberán determinarse, en cada caso, teniendo en cuenta las características de los vehículos que las utilizarán.

C4.10. Sobrecargas para locales… (Continuación). Sin embargo, la exigencia simultánea de verificar los elementos estructurales para una carga concentrada importante, logra que se puedan considerar convenientemente los efectos localizados producidos por las cargas de las ruedas y a su vez no arrastrar hasta elementos estructurales alejados cargas elevadas que no llegan a los mismos.

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No es claro este punto, si se tiene en cuenta que los “efectos localizados” a causa de las ruedas en un garaje, son difíciles de ubicar de manera permanente. La posición de las ruedas es absoluto respecto al vehículo, pero relativo respecto del entrepiso de garaje. El reglamento Cirsoc 101-82 consideraba el efecto de la concentración de cargas mediante un coeficiente multiplicador que según fueran las dimensiones de los elementos estructurales llegaba hasta el valor de 1,43, (para losas de dimensiones pequeñas, por ejemplo) lo que llevaba a la carga distribuida general a un valor de 5 kN/m2. El Cirsoc 101 ´82 nada dice de cargas concentradas o concentración de cargas. El factor 1,43 es utilizado por una cuestión geométrica en la diferencia del tipo de rotura entre flexión y corte. Por otra parte, este reglamento fija las cargas máximas aceptables para los automotores a guardar en función del número de pasajeros previstos por el uso de dicho vehículo, mientras que en el reglamento anterior era de 25 kN. El nuevo Cirsoc solo fija un número máximo de nueve pasajeros; no hay un automóvil que transporte esa cantidad de personas. Con ese valor se debería pensar en un vehículo tipo utilitario de transporte (tipo escolar). De la consideración de la cantidad de pasajeros y del peso de los vehículos correspondientes, se podría inferir que el valor de carga máxima para un vehículo automotor en este reglamento es de 25 kN. Es decir que la utilización de los valores indicados para sobrecargas distribuidas y concentradas estaría restringido a vehículos cuya carga máxima sea alrededor de los 25 kN. Mayores cargas se deben considerar como casos aparte según lo indicado en el artículo 4.10.3.

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