Este documento presenta una introducción al concreto armado y analiza los diferentes tipos de cargas que afectan el diseño de elementos estructurales. Explica que las cargas incluyen el peso propio de la estructura, cargas vivas por el uso, cargas de viento, sísmicas y de suelos. Además, clasifica los elementos estructurales y describe las cargas muertas, vivas, de viento, sísmicas y de suelos que deben considerarse en el diseño.

1. | FACULTAD DE INGENIERÍA
UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
CONCRETO ARMADO

2. | FACULTAD DE INGENIERÍA
INTRODUCCIÓN
Los ingenieros estructurales se aseguran que sus diseños satisfagan un estándar
para alcanzar objetivos establecidos de seguridad (por ejemplo, que la estructura no se
derrumbe sin dar ningún aviso previo) o de nivel de servicio (por ejemplo, que
la vibración en un edificio no moleste a sus ocupantes). Adicionalmente, son
responsables por hacer uso eficiente del dinero y materiales necesarios para obtener
estos objetivos. Algunos ejemplos simples de ingeniería estructural lo constituyen
las vigas rectas simples, las columnas o pisos de edificios nuevos, incluyendo el cálculo
de cargas (o fuerzas) en cada miembro y la capacidad de varios materiales de
construcción tales como acero, madera u hormigón. Ejemplos más elaborados de
ingeniería estructural lo constituyen estructuras más complejas, tales como puentes o
edificios de varios pisos incluyendo rascacielos.
El presente trabajo tiene la finalidad de analizar las diferentes cargas que
interfieren en el diseño de los elementos estructurales como parte del curso de Concreto
armado, con el compromiso de que los estudiantes estén en la capacidad de conseguir
estructuras seguras, resistentes y funcionales, para el diseño de estructuras que soporten
su propio peso (cargas muertas), más las cargas ejercidas por el uso (cargas vivas), más
las cargas producidas por eventos de la naturaleza, como vientos, sismos, nieve o agua.
Los autores
CONCRETO ARMADO

3. | FACULTAD DE INGENIERÍA
CAPÍTULO I
ASPECTOS GENERALES
1.1. CARGA ESTRUCTURAL
· Esfuerzos externos a que son sometidos los elementos constructivos.
· Las cargas se expresan en unidades de peso, en unidades de peso por longitud o
en unidades de peso por superficie unitaria, o sea, kg; kg/m y kg/m², según el
Sistema Métrico Decimal.
· Estas cargas son aplicadas a los diferentes elementos de las estructuras de las
edificaciones, los que constituyen a su vez, un conjunto de miembros
estructurales. Cada uno de estos miembros está constituido por un material con
determinada forma volumétrica y sujeto a realizar uno o varios esfuerzos,
cuando forman parte de la estructura.
· Como los esfuerzos son consecuencias de las cargas, es necesario conocer o
suponer las cargas a que va a estar sometido cada uno de esos miembros.
· Es aquella que debe ser incluida en el cálculo de los elementos mecánicos
(fuerzas, momentos, deformaciones, desplazamientos) de la estructura como
sistema y/o de los elementos que la componen.
· Las cargas estructurales son generalmente clasificadas como:;;
1.2. Elemento Estructural
Es cada una de las partes diferenciadas aunque vinculadas en que puede ser dividida
una estructura a efectos de su diseño. El diseño y comprobación de estos elementos se
hace de acuerdo con los principios de la
1.2.1. Clasificación de los elementos
En el caso de construcciones estos tienen nombres que los identifican claramente
aunque en el mundo hispano parlante, estos nombres cambian de país a país.
Básicamente los elementos estructurales pueden tener estados de tensión uniaxiales,
biaxiales o triaxiales según su dimensionalidad y según cada una de las direcciones
consideradas pueden existir tanto tracciones como compresiones y finalmente dicho
estado puede ser uniforme sobre ciertas secciones transversales o variar de punto a
CONCRETO ARMADO

4. | FACULTAD DE INGENIERÍA
punto de la sección. Los elementos estructurales suelen clasificarse en virtud de tres
criterios principales:
· Dimensionalidad del elemento, según puedan ser modelizados como elementos
unidimensionales (vigas, arcos, pilares,...), bidimensionales (placas, láminas,
membranas) o tridimensionales.
· Forma geométrica y/o posición, la forma geométrica concreta afecta a los
detalles del modelo estructural usado, así si la pieza es recta como una viga o
curva como un arco, el modelo debe incorporar estas diferencias, también la
posición u orientación afecta al tipo de estado tensional que tenga el elemento.
· Estado tensional y/o solicitaciones predominantes, los tipos de esfuerzos
predominantes pueden ser tracción (membranas y
cables), compresión (pilares), flexión (vigas, arcos, placas, láminas)
o torsión (ejes de transmisión, etc.).
Unidimensionales Bidimensionales
Solicitaciones
predominantes
rectos curvos planos curvos
Flexión viga
recta, dintel, arquitrabe
viga
balcón, arc
o
placa, losa, forjado, muro
de contención
lámina, cúpula
Tracción cable tensado catenaria membrana elástica
Compresión pilar muro de carga
A. Elementos lineales
Los elementos lineales o unidimensionales o prismas mecánicos, están generalmente
sometidos a un estado de tensión plana con esfuerzos tensiones grandes en la dirección
delínea baricéntrica (que puede ser recto o curvo). Geométricamente son alargados
siendo la dimensión según dicha línea (altura, luz, o longitud de arco), mucho mayor
que las dimensiones según la sección transversal, perpendicular en cada punto a la línea
baricéntrica. Los elementos lineales más comunes son según su posición y forma:
· Verticales, comprimidos y rectos: Columna (sección circular)
o pilares (sección poligonal), pilote (cimentación).
· Horizontales, flexionados y rectos: viga o arquitrabe, dintel, zapata
corrida para cimentación, correa de sustentación de cubierta.
· Diagonales y rectos: Barras de arriostramiento de cruces de San Andrés, barras
diagonales de una celosía o entramado triangulado, en este caso los esfuerzos
pueden ser de flexión tracción dominante o compresión dominante.
CONCRETO ARMADO

5. | FACULTAD DE INGENIERÍA
· Flexionados y curvos, que corresponden a arcos continuos cuando los esfuerzos
se dan según el plano de curvatura o a vigas balcón cuando los esfuerzos son
perpendiculares al plano de curvatura.
B. Elementos bidimensionales
Los elementos planos pueden aproximarse por una superficie y tienen un espesor
pequeño en relación a las dimensiones generales del elemento. Es decir, en estos
elementos una dimensión, llamada espesor, es mucho menor que las otras dos. Pueden
dividirse según la forma que tengan en elementos:
· Horizontales, flexionados y planos, como los forjados, las losas de
cimentación, y las plateas o marquesinas.
· Verticales, flexionados y planos, como los muros de contención.
· Verticales, comprimidos y planos, como los muros de carga, paredes o
tabiques.
· Flexionados y curvos, como lo son las láminas de revolución, como
los depósitos cilíndricos para líquidos.
· Traccionados y curvos son las membranas elásticas como las paredes de
depósitos con fluidos a presión.
CONCRETO ARMADO

6. | FACULTAD DE INGENIERÍA
CAPÍTULO II
TIPOS DE CARGAS
CARGAS EN LAS ESTRUCTURAS:
A través de las definiciones arquitectónicas y de ingeniería de los proyectos de
edificaciones es posible estimar, con un grado de precisión aceptable, la magnitud de las
cargas que actuarán sobre la estructura. Los códigos de diseño organizan dichas cargas en
las siguientes categorías:
1. CARGA CONCENTRADA : Carga que actúa sobre un área muy pequeña o un punto
muy concreto de una estructura. También llamada carga puntual.
CONCRETO ARMADO

7. | FACULTAD DE INGENIERÍA
2. CARGA DISTRIBUIDA : Carga que se aplica a toda la longitud de un elemento
estructural o a una parte de éste. También llamada carga repartida.
Dentro de las cargas distribuidas se subdividen en 3 que son:
a) Cargas distribuidas triangulares y trapezoidales
CONCRETO ARMADO

8. | FACULTAD DE INGENIERÍA
b) Cargas distribuidas balanceadas
c) Cargas distribuidas desbalanceadas
3. CARGA MUERTA O PERMANENTE: Carga gravitacional que siempre está
actuando sobre la estructura, Dependiendo del elemento estructural que se deba
diseñar es necesario incluir, entre otros, el efecto del peso de las losas, las vigas, las
columnas, los tensores, los muros y otros elementos estructurales. Además son
importantes las cargas arquitectónicas y las cargas de ingeniería que provienen de la
mampostería, de los recubrimientos de piso, de los enlucidos, de las jardineras, del
peso de ascensores, del peso de la ventilación mecánica, del peso de generadores y
transformadores eléctricos, del cableado, de los sistemas de almacenamiento y
conducción de agua, etc.
CONCRETO ARMADO

9. | FACULTAD DE INGENIERÍA
4. CARGA VIVA: Carga gravitacional que puede actuar o puede dejar de actuar en
diferentes partes de la estructura, y varía su magnitud en el tiempo desde un valor
nulo hasta un valor máximo estimado. Carga externa movible sobre una
estructura que incluye el peso de la misma junto con el mobiliario, equipamiento,
personas, etc., que actúa verticalmente, por tanto no incluye la carga eólica.
También llamada carga variable.
5. CARGA DE VIENTO: Actúa sobre todas las superficies expuestas tanto como
presión o como succión, a barlovento y a sotavento.
CONCRETO ARMADO
1.- CARGA MUERTA GRAVITATORIA
4.- CARGA VIVA

10. | FACULTAD DE INGENIERÍA
Las cargas de viento son las fuerzas ejercidas por la energ a cinética de una masa de
aire en movimiento, suponiendo que provenga de cualquier dirección horizontal.
• La estructura, los componentes y el revestimiento de un edificio deben diseñarse
para resistir el deslizamiento, el levantamiento o el vuelco inducidos por el viento.
• El viento ejerce una presión positíva en sentido horizontal sobre las superficies
verticales de barfovento de un edificio y en sentido normal a las superficies de los
techos de barlovento que tengan una inclinación mayor que 30°.
• El viento ejerce ura presión negativa o succión en lados y en las superficies de
sotavento y en dirección normal a las superficies del techo de barlovento que tengan
una inclinación menor que 30º.
6. CARGA SÍSMICA: Proviene de las ondas que actúan sobre las cimentaciones de la
estructura ante eventos telúricos tectónicos y volcánicos.
1.- La masa superior de una
estructura desarrolla una
fuerza de inercia cuando
tiende a permanecer en
reposo mientras que la base
se desplaza por los
movimientos del suelo por el
sismo. De la segunda ley de
Newton, esta fuerza es igual
al producto de la masa por la
aceleración.
• Una fuerza lateral
estáticamente equivalente la
fuerza cortante en la base,
puede calcularse para
estructuras regulares
menores que 73 m (240’) de
altura, estructuras irregulares no mayores que cinco pisos de altura y
estructuras con un bajo riesgo sísmico.
2.- La fuerza cortante en la base es el valor mínimo de diseño de la fuerza
sísmica lateral total en una estructura que se supone responde en cualquier
dirección horizontal. Se calcula multiplicando la carga muerta total de la
estructura por varios coeficientes que reflejan el carácter y la intensidad de los
movimientos del suelo en la zona sísmica, el tipo de perfil del suelo que
subyace a la cimentación, el tipo de ocupación, la distribución de la masa y la
rigidez de la estructura, y el periodo natural de la estructura —el tiempo que
requiere una oscilación completa.
3.- La fuerza cortante en la base se distribuye en cada día grama horizontal
arriba de la base de las estructuras regulares proporcionalmente al peso del
piso en cada nivel y a la distancia desde, la base.
CONCRETO ARMADO

11. | FACULTAD DE INGENIERÍA
CONCRETO ARMADO

12. | FACULTAD DE INGENIERÍA
7. EMPUJE LATERAL DE SUELOS: Se origina en la presión que producen los suelos
sobre los elementos estructurales que contienen a dichos suelos.
8. PRESIÓN HIDROSTÁTICA DE FLUIDOS: Está presente en sitios donde se
almacenan liquidos, que actúan simultáneamente con el peso de dichos líquidos.
9. ALTERACIONES GEOMÉTRICAS ESPECIALES: por cambios de temperatura,
retracción de fraguado, flujo plástico y asentamientos diferenciales.
CONCRETO ARMADO
2.- EMPUJE LATERAL DEL SUELO

13. | FACULTAD DE INGENIERÍA
BIBLIOGRAFIA
 Aguado Crespo, F. Introducción a la Contrucción. Edit. Pueblo y
Educación. La Habana, 1987.
 http://centrodeartigos.com/articulos-noticias-consejos/
article_128511.html
 http://www.arqhys.com/arquitectura/cargas-estructurales-tipos.
html
CONCRETO ARMADO