¿Qué es una carga estructural?
La carga estructural es el peso total de un edificio, puente u otro objeto. Este valor incluye el peso del objeto, cualquier equipo instalado en él y los posibles efectos del clima y las personas. Las cargas creadas por el peso de la estructura normalmente se denominan cargas estáticas y las cargas de los ocupantes o los efectos climáticos se denominan cargas vivas. Los arquitectos e ingenieros deben incluir todas las cargas posibles y los factores de seguridad adecuados en el diseño estructural para evitar fallas de carga.
Usando un edificio como ejemplo, la carga estática del edificio puede incluir la carpintería de acero, pisos y paredes interiores. Cualquier equipo instalado para apoyar las operaciones del edificio, como equipos de calefacción y aire acondicionado, iluminación y plomería, debe agregarse a los cálculos de carga estática. Estos factores solo igualan la carga estructural de un edificio vacío y son mucho menores que los requisitos mínimos de diseño seguro.
Se producen cargas adicionales de los muebles, equipos de oficina portátiles y efectos personales traídos al edificio. Las personas que trabajan en el edificio y los visitantes son una carga viva en constante cambio que debe ser estructuralmente soportada por el edificio. Los vientos, la nieve o las fuertes lluvias pueden agregar un peso significativo a la estructura del edificio y deben incluirse en los cálculos de carga estructural.
Muchos gobiernos emiten requisitos de carga mínima para diferentes tipos de operaciones de construcción. Un edificio de oficinas puede tener diferentes requisitos de carga que una operación de fabricación con equipos grandes colocados en los pisos. Otra consideración para los edificios industriales es el efecto de la vibración en el edificio, y los cálculos de carga estructural de vibración deben realizarse con un refuerzo adicional del edificio y los cimientos.
El equipo en movimiento también tiene consideraciones de carga estructural debido a los efectos de vibración y choque. Las aeronaves tienen grandes cargas creadas por los efectos del aire en las alas y la superficie exterior. Los pasajeros y el equipaje agregan cargas adicionales que deben ser soportadas por el fuselaje o el cuerpo del avión, y las alas que levantan toda la estructura. La turbulencia, los despegues y los aterrizajes son cargas de choque vivas que pueden agregar tensiones significativas durante períodos cortos y deben tenerse en cuenta en el diseño de la aeronave. Una carga de choque similar ocurre en camiones y automóviles cuando viajan por carreteras en mal estado, y el marco y la suspensión del vehículo deben absorber estas tensiones.
Los puentes tienen diferentes consideraciones de carga estructural, ya que a menudo se admiten solo en cada extremo o con pilares o columnas de soporte regulares. El tráfico en movimiento crea tensiones de flexión en las secciones de la carretera que no son compatibles, y puede provocar tensiones de vibración llamadas armónicos que pueden dañar la estructura. Los puentes que requieren secciones sin soporte más largas a menudo usan cables u otros soportes para transferir cargas a los pilares de cimientos o columnas de soporte del puente principal. Los soportes de cable permiten que la estructura del puente sea de menor peso, ya que la estructura en sí misma no tiene que soportar todo el puente y todas las cargas vivas.
El clima puede crear cargas significativas en las estructuras, y puede ser una consideración de diseño importante en partes del mundo donde los vientos son fuertes o las nevadas son fuertes. La velocidad del viento aumenta con la altura sobre el suelo, lo que en áreas propensas a huracanes puede crear una carga significativa contra el exterior del edificio y la estructura interior. Las fuertes lluvias que a menudo ocurren durante las tormentas tropicales pueden agregar aún más carga que debe ser absorbida por el edificio. Desde principios del siglo XX, muchos gobiernos tienen requisitos de diseño de carga estructural para áreas de huracanes, y se revisan de vez en cuando a medida que las pruebas y la investigación del daño de la tormenta dan como resultado una mejor comprensión del estrés del viento.