Este documento describe los diferentes tipos de cargas y estados de carga que deben considerarse en el diseño estructural, incluyendo cargas permanentes, variables, accidentales y sísmicas. Además, explica que todas las posibles combinaciones de cargas deben analizarse para determinar la condición crítica de diseño y asegurar que la estructura cumpla con los requerimientos de resistencia bajo todas las situaciones.

1. Estados de Carga y Combinaciones para Distintos Requerimientos
Cuando nos referimos a estados de carga, nos referimos al origen de las acciones
que podemos tener en la estructura.
Definimos y clasificamos los estados de carga según su naturaleza.
Éstas pueden ser:
Acciones dinámicas o estáticas, permanentes, variables o accidentales.
Combinadas todas ellas de manera adecuada constituyen el riesgo a que está
sometida una estructura. Así se está estableciendo una hipótesis.
En estructuras, esto se denomina hipótesis de carga. Habiendo fijado un valor
probable de riesgo o hipótesis, determinado por la simultaneidad de acciones
prevista, dentro de un plazo de vida útil de la estructura, la finalidad del cálculo
estructural será comprobar que no supere ese valor.
Deberá cuidadosamente organizar los criterios a aplicar para determinar el valor
probable de riesgo.
Acciones: Toda causa capaz de producir esfuerzos y deformaciones (estados
tensionales) en una estructura o en sus componentes.
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2. Se consideran los siguientes tipos de acciones:
a) PERMANENTES: Todos sus atributos se mantienen fijos o con leve
variación durante la vida útil de la construcción. Tiempo de aplicación
prolongado. Magnitud constante, con leves variaciones o con cambios muy
anunciados
b) VARIABLES: Alguno o todos sus atributos cambian frecuente o continuamente
durante la vida útil de la construcción. Tienen elevada probabilidad de actuación.
Tiempo de aplicación pequeño o instantáneo. Variaciones importantes en
intensidad o magnitud respecto de sus valores medios. Punto de aplicación,
dirección y sentido cambian frecuente o continuamente
c) ACCIDENTALES: Sobrevinientes a la construcción por su ubicación en
determinada región o lugar. Pequeña probabilidad de actuación. Instantáneas,
de valor significativo, de naturaleza geológicas, tectónicas, choques o impactos,
etc. Se tendrán en cuenta siempre que sus intensidades no sean despreciables,
ni tan grandes que resulten estructuras irracionales para que las soporten
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3. A continuación definiremos la nomenclatura de los estados de carga de
acuerdo al ACI 318S-05
D = Cargas muertas, o momentos y fuerzas internas correspondientes.
E = Efectos de carga producidos por el sismo o momentos y fuerzas internas
correspondientes.
F = Cargas debidas al peso y presión de fluidos con densidades bien definidas
y alturas máximas controlables, o momentos y fuerzas internas
correspondientes.
H = Cargas debidas al peso y empuje del suelo, del agua en el suelo, u otros
materiales, o mementos y fuerzas internas correspondientes.
L = Cargas vivas, o momentos y fuerzas internas correspondientes.
Lr = Cargas vivas de cubierta, o momento y fuerzas internas correspondientes
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4. R = Cargas por lluvia, o momentos y fuerzas internas correspondientes.
S = Cargas por nieve, o momentos y fuerzas internas correspondientes.
T = Efectos acumulados de variación de temperatura, flujo plástico, retracción,
asentamiento diferencial, y retracción del concreto de retracción compensada.
W = Carga por viento, o momentos y fuerzas internas correspondientes.
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5. El proceso de diseño sugiere:
1. Determinar ordenadamente las acciones globales sobre la construcción
1. Acciones permanentes:
1.1. Peso propio
1.2. Cargas gravitatorias
1.3. Empujes de suelos o líquidos
2. Cargas útiles o de servicio
3. Acción del viento
4. Acción de la nieve y del hielo
5. Acción de la lluvia
6. Acciones sísmicas: normales o destructivos
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6. 7. Sobrecargas debidas a acciones útiles o de servicio:
7.1. Arranque y frenado
7.2. Fuerzas centrífugas o centrípetas
7.3. Impacto
7.4. Efectos dinámicos
8. Acciones de montaje, reparaciones o transporte
9. Efectos térmicos, choques, avalanchas, etc.
10. Auto tensiones inducidas
11. Asentamiento de apoyos
12. Efecto de explosiones
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7. 2. Determinar las acciones, esfuerzos y desplazamientos actuantes sobre
cada elemento estructural, para cada acción o estado de cargas
3. Obtener los valores de resistencia requerida, combinando las diferentes
solicitaciones conforme las expresiones de combinación previsibles o ,
como mínimo, reglamentadas.
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8. Superposición o combinación de acciones
En el proyecto de estructuras es ineludible considerar los efectos combinados o
superpuestos de diferentes acciones cuya probabilidad de ocurrencia es cierta
pero sumamente variable.
Esfuerzos debidos a peso de la estructura y de los elementos componentes,
cargas útiles y de servicio, climáticas, tectónicas, montaje, accidentales,....
tienen probabilidades de actuar diferentes y posibilidades de combinación (o
sea de actuar simultáneamente, en el mismo instante) tanto más incierta e
improbable cuanto mayor sea el número y magnitud de ellas.
Cuanto mayor sea el número de acciones a combinar, decrece la posibilidad de
encontrarlas a todas con la máxima magnitud nominal. En tanto menor sea el
número considerado, mayor será la posibilidad que esas acciones participen
con su intensidad nominal.
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9. El análisis para determinar los esfuerzos internos debidos a la acción
sísmica debe basarse en el comportamiento lineal y elástico de la estructura;
sin embargo, el dimensionamiento de los elementos estructurales debe
hacerse por el método especificado en la norma de diseño relativa a cada
material, que puede ser por tensiones admisibles o por el método de los
factores de carga y resistencia. El análisis de los efectos de otras cargas que
pueden combinarse con los efectos de la acción sísmica, también debe
basarse en la teoría lineal-elástica del comportamiento estructural.
Según la NCh 433 Of.96
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10. La combinación de las solicitaciones sísmicas con las cargas permanentes y
sobrecargas de uso debe hacerse usando las siguientes reglas de superposición:
a) cuando el diseño se haga por el método de las tensiones admisibles:
cargas permanentes + sobrecargas de uso ± sismo,
cargas permanentes ± sismo;
b) cuando el diseño se haga por el método de los factores de carga y resistencia:
1,4 (cargas permanentes + sobrecargas de uso ± sismo),
0,9 cargas permanentes ± 1,4 sismo.
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11. De acuerdo al reglamento ACI 318S – 05, la resistencia requerida U debe ser
por lo menos igual al efecto de las cargas mayoradas en las ecuaciones
siguientes. Debe investigarse el efecto de una o mas cargas que no actúan
simultáneamente.
U = 1.4 (D + F) (1)
U = 1.2 (D + F + T) + 1.6 (L + H) + 0.5 (Lr ó S ó R) (2)
U = 1.2 D + 1.6 ( Lr ó S ó R) + (1.0 L ó 0.8 W) (3)
U = 1.2 D + 1.6 W + 1.0 L + 0.5 (Lr ó S ó R) (4)
U = 1.2 D + 1.0 E + 1.0 L + 0.2 S (5)
U = 0.9 D + 1.6 W +1.6 H (6)
U = 0.9 D + 1.0 E + 1.6 H (7)
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12. Excepto que:
a) Se permite reducir a 0.5 el factor de carga viva L en las ecuaciones (3) a (5),
excepto para estacionamientos, áreas ocupadas como lugares de reunión publica y
en todas las áreas donde L sea superior a 4.8 kN/m2
b) Se permite usar 1.3 W en lugar de 1.6 W en las ecuaciones (4) y (6) cuando la
carga por viento W no haya sido reducida por un factor de direccionalidad.
c) En las ecuaciones (5) y (7) se puede usar 1.4 E en lugar de 1.0 E, cuando E, los
efectos de carga por sismo se basen en los niveles de servicio de las fuerzas
sísmicas.
d) El factor de carga para H, cargas debidas al peso y presión del suelo, agua en el
suelo, u otros materiales, debe fijarse igual a cero en las ecuaciones (6) y (7) si la
acción estructural debida a H neutraliza las causadas por W ó E. Cuando las
presiones laterales ejercidas por el empuje del suelo proporcionan resistencias a
las acciones estructurales provenientes de otras fuerzas, no deben incluirse en H,
sino deben incluirse en la resistencia de diseño.
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13. Debe darse la debida consideración al signo en la determinación de U para las
combinaciones de carga, dado que un tipo de carga puede producir efectos en
sentido opuesto al de los producidos por otro tipo. Las combinaciones de
carga con 0.9 D están específicamente incluidas para el caso en el cual una
carga muerta reduce los efectos de las otras. Esta condición de carga puede
ser critica también para columnas controladas por tracción. En dicho caso, una
reducción de la carga axial y un incremento del momento pueden producir una
combinación de carga critica.
Deben tomarse en consideración las diversas combinaciones de carga a fin
de determinar la condición de diseño critica. Esto resulta particularmente
cierto cuando la resistencia depende de mas de un efecto de carga, tal como
la resistencia a la flexión y la carga axial combinadas, o la resistencia a
cortante, en elementos con carga axial.
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14. Para los factores de carga y de reducción de la resistencia establecidos en
el reglamento ACI, la combinación para cargas que incluyan el efecto
sísmico se debe hacer reemplazando el factor de carga 1,0 para sismo por
el factor 1,4, de acuerdo con c), donde la solicitación sísmica E se debe
determinar de acuerdo con NCh433 Diseño sísmico de edificios.
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