El diseño estructural consiste en calcular las cargas. La empresa de ingeniería Nishkian ofrece una descripción sucinta: «Las cargas se entienden comúnmente como fuerzas que causan tensiones, deformaciones o aceleraciones. Estas cargas se aplican a una estructura o a sus componentes y provocan tensiones o desplazamientos». Del concepto general de «carga» se derivan dos grandes categorías: cargas muertas y cargas vivas. ¿En qué se diferencian?
CARGAS MORTALES
En resumen, la carga muerta de una estructura comprende su peso completo, normalmente medido en libras por pie cuadrado, antes de entrar en servicio. Los suelos, las paredes, el tejado, las columnas, las escaleras, el equipamiento permanente y cualquier decoración fija constituyen una carga estática que normalmente no cambia a lo largo de la vida del edificio. Citando de nuevo a Nishkian «Las cargas muertas dan cuenta de las fuerzas no dinámicas que ejercen una fuerza continua y permanente sobre una estructura»
Por lo tanto, los cálculos de la carga muerta antes de que un edificio asuma las cargas adicionales derivadas de la ocupación o el uso, el peso de sus componentes y las presiones aplicadas en dirección descendente al suelo deben incluir el hormigón del sistema de cimentación, los materiales de construcción previstos más cualquier equipo de servicio como ascensores, unidades y conductos de HVAC, fontanería, equipos fijos de fabricación, etc.
CARGAS VIVAS
Las cargas vivas se refieren a las fuerzas dinámicas procedentes de la ocupación y el uso previsto. Representan las fuerzas transitorias que pueden moverse a través del edificio o actuar sobre cualquier elemento estructural particular. También medidas en psf, estas cargas incluyen el peso previsto de las personas, los muebles, los electrodomésticos, los automóviles, los equipos móviles y similares.
La Sociedad Americana de Ingenieros Civiles (ASCE) exige que las cargas vivas mínimas en el diseño superen siempre las cargas vivas máximas previstas a lo largo de la vida útil del edificio en caso de que las cargas sean, de hecho, superadas. Las directrices de la ASCE prescriben las cargas vivas según las categorías de ocupación y uso previstas por tipo de edificio.
Debido a que las cargas vivas dependen de la resistencia estructural, es fundamental conocer el uso exacto previsto del edificio. La potencia de la carga muerta, o la falta de ella, suele definir la cantidad de carga viva que puede soportar. El hormigón armado genera las cargas muertas más pesadas, pero también soporta la mayor parte del peso con su tremenda resistencia a la compresión. El acero estructural ofrece una carga muerta mucho menor y proporciona un soporte superior para las cargas vivas en los edificios de varios pisos. La madera natural y la de ingeniería se apoyan relativamente en los cimientos, pero soportan menos cargas vivas que el acero y el hormigón.
El total de las cargas muertas más las vivas es igual a la «carga de gravedad» de la estructura. Pero aún hay más cargas que actúan sobre los edificios.
CARGAS AMBIENTALES
Para que un edificio pueda cumplir los requisitos del código, el diseño estructural debe incluir también otras cargas dinámicas que actúan sobre él lateralmente. Estas cargas ambientales pueden provenir de la nieve, el viento, el movimiento del suelo y la actividad sísmica. Naturalmente, los códigos de Colorado Front Range son poco exigentes en cuanto a controles sísmicos, pero sin duda tienen en cuenta las condiciones extremas de nieve, viento y suelo.
Seguridad frente a economía
Cuando se diseñan viviendas unifamiliares y multifamiliares, edificios comerciales, de venta al por menor, de oficinas, de aparcamientos, agrícolas o industriales, el diseñador se enfrenta al reto de cumplir y superar los códigos sin construir en exceso. Aunque la seguridad debe prevalecer siempre, construir con un exceso de resistencia estructural (carga muerta) aumenta innecesariamente el coste final del proyecto. Por lo tanto, la elección de soportar y enmarcar con madera, acero, hormigón, o combinaciones, se convierte en un elemento crítico en el diseño. Las cargas vivas que aplicarán una presión y/o actividad considerable dentro de la estructura, como la que se espera de un aparcamiento, pueden requerir hormigón. Sin embargo, las que soportan menos peso o movimiento interior, como las de los edificios de oficinas de dos plantas, pueden ser suficientes con acero o madera. Antes de obtener la aprobación para la construcción, debe haber tenido en cuenta todas las cargas en su diseño.
Afortunadamente, no es necesario empezar desde cero tratando de determinar los pesos de los materiales de construcción, las cargas medias de ocupación y las fuerzas ambientales comunes cuando se comienza un diseño estructural. La riqueza acumulada de conocimientos de ingeniería y arquitectura se reúne en programas informáticos de fácil acceso como los utilizados por Barton Supply. No deje de consultarnos sobre su proyecto. Podemos ayudarle con la estimación, los dibujos de taller y la gestión del proyecto.