Acciones y Cargas
En ingeniería estructural, las cargas se organizan en acciones — grupos que representan la naturaleza y origen de las fuerzas que actúan sobre la estructura. Cada acción tiene características específicas de magnitud, dirección, duración y probabilidad de ocurrencia. Comprender las acciones es esencial para combinaciones correctas y diseño seguro.
Peso Propio — PP
El peso de la propia estructura: perfiles metálicos, conexiones, tornillos, pintura, protección contra fuego. Es una acción permanente — siempre presente, con magnitud y dirección conocidas (siempre vertical, hacia abajo). CalcSteel calcula el peso propio automáticamente basándose en el área de la sección transversal del perfil y la densidad del acero (7850 kg/m³).
Fórmula
PP = γ × A × L
Donde γ = 78,5 kN/m³ (densidad del acero), A = área de la sección transversal (m²), L = longitud de la barra (m).
En CalcSteel
El peso propio se calcula automáticamente al ejecutar el análisis. No se necesita entrada manual — el motor lee el perfil y longitud de cada barra para generar la carga gravitacional distribuida.
Flechas de peso propio generadas automáticamente por CalcSteel en cada nodo, representando la carga gravitacional de cada barra.
Carga Permanente Adicional — CP
Cargas permanentes más allá del peso propio: cubierta, correas, cerramiento lateral, equipos mecánicos, divisiones fijas, cielos rasos, tuberías. Definidas por el usuario como cargas distribuidas (kN/m) o cargas de área (kN/m²), permanecen constantes durante la vida de la estructura.
Pesos típicos de cubiertas
0.10 kN/m²Metálica (trapezoidal)
0.15 kN/m²Termoacústica
0.65 kN/m²Teja cerámica
0.60 kN/m²Shingle + OSB
Otras cargas permanentes
- Correas: 0,05 – 0,15 kN/m²
- Cielo raso suspendido + instalaciones: 0,15 – 0,50 kN/m²
Sobrecarga (Variable) — SC
Cargas variables de ocupación y uso: personas, muebles, materiales almacenados, vehículos. La magnitud depende del uso de la edificación y está definida por normas. Las sobrecargas pueden cambiar de posición, magnitud y presencia a lo largo del tiempo.
Valores típicos
- Cubiertas inaccesibles: 0,50 kN/m² (NBR 6120) / 0,50 kN/m² (Eurocode)
- Oficinas: 2,0 – 3,0 kN/m²
- Naves / almacenamiento: 5,0 – 15,0 kN/m²
- Mantenimiento de cubierta: 1,0 kN concentrado
Viento — W
El viento genera presión (positiva) y succión (negativa) en las superficies. La magnitud depende de la velocidad del viento (V0), factores topográficos, geometría de la edificación y coeficientes aerodinámicos. El viento es típicamente la acción gobernante para estructuras metálicas ligeras, especialmente cubiertas.
Presión dinámica del viento
q = 0.613 × Vk²
Donde Vk = V0 × S1 × S2 × S3 (velocidad característica en m/s), q en N/m². Normas: NBR 6123 (Brasil), EN 1991-1-4 (Eurocode), ASCE 7 (EE.UU.).
Presión (barlovento)
El viento empuja contra la cara de barlovento de la estructura. Coeficiente positivo (Cpe > 0). Crea compresión en la cara y aumenta la carga lateral global.
Succión (sotavento)
El viento tira de la cara de sotavento y la cubierta. Coeficiente negativo (Cpe < 0). Puede levantar cubiertas e invertir reacciones de apoyo — frecuentemente la condición crítica para cubiertas metálicas ligeras.
⚠ Crítico para estructuras metálicas ligeras
La succión en la cubierta puede superar el peso propio, causando arrancamiento. Siempre verifique anclajes y conexiones para resistencia al arrancamiento. Muchas fallas en naves metálicas se deben al dimensionamiento insuficiente para succión del viento.
Temperatura — T
Las variaciones de temperatura causan dilatación/contracción térmica en los elementos de acero. Para estructuras largas (>40m), los efectos térmicos pueden generar esfuerzos internos significativos si la estructura está restringida. Solución común: juntas de dilatación o apoyos deslizantes en un extremo.
Coeficiente térmico
α = 12 × 10⁻⁶ /°C (steel)
Una viga de 30m con ΔT=40°C se dilata 14,4mm. Si está restringida, genera esfuerzo axial N = E × A × α × ΔT.
Sismo — E
Fuerzas inerciales inducidas por terremoto. Aplicable en regiones sísmicas y gobernada por normas específicas (NBR 15421, EN 1998, ASCE 7). Típicamente modelada como fuerzas laterales equivalentes o mediante análisis espectral.
Combinaciones de Carga
Las normas de diseño exigen que las cargas de diferentes acciones se combinen usando factores parciales de seguridad (γ) y factores de combinación (ψ). El objetivo es encontrar el esfuerzo interno más desfavorable en cada sección de la estructura.
Estado Límite Último (ELU)
Sd = γg × PP + γg × CP + γq × ψ₀ × SC + γq × ψ₀ × W + ...
Verifica seguridad estructural (resistencia, estabilidad). Usa cargas amplificadas con factores parciales de seguridad. La combinación más crítica gobierna el dimensionamiento.
Estado Límite de Servicio (ELS)
Sd = PP + CP + ψ₁ × SC + ψ₁ × W + ...
Verifica desplazamientos, vibraciones y confort. Usa cargas no factoradas o parcialmente factoradas. Límites de desplazamiento: L/250 (total), L/350 (sobrecarga).
En CalcSteel
CalcSteel genera automáticamente todas las combinaciones de carga requeridas por la norma seleccionada (NBR 8800, Eurocode 3, AISC 360). Tú defines las acciones y asignas las cargas — el motor se encarga de la combinatoria y envolvente.
Factores Parciales de Seguridad (γ)
Estos son los factores de amplificación de carga usados en las combinaciones ELU. Los valores varían según la norma:
| Acción | NBR 8800 | Eurocode 3 | AISC 360 |
|---|---|---|---|
| Permanente (PP+CP) | 1.25 / 1.00 | 1.35 / 1.00 | 1.20 / 0.90 |
| Variable (SC) | 1.50 | 1.50 | 1.60 |
| Viento (W) | 1.40 | 1.50 | 1.00 |