Diseño de las cargas en edificios - Jorge Bernal Capítulo 4: R101 CAP 4.10, 11. Cubiertas y cocheras.

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Cirsoc 101 - Capítulo 4 Cargas en cubiertas y cocheras

4.9 – 4.10

Reglamento.

El Capítulo 1 “Requisitos Generales” del R 101 contiene dos ar-

tículos principales: Introducción y Campo de Validez. Coexisten tres

estudios que se muestran en párrafos con las siguientes características:

Reglamento 101: Inicio con letra “R” y luego cursiva con

tamaño reducido.

Comentario 101: Inicio con letra “C” y luego cursiva con

tamaño reducido.

Análisis realizados por los autores: Letra y tamaño co-

mún.

Las partes de Reglamento y Comentarios son copiadas de mane-

ra textual, en todos los casos se indica la numeración indicada en el Cir-

soc.

Contenido.

Este artículo adopta expresiones que reducen la carga viva sobre cu-

biertas, planas, horizontales, con pendientes o en arcos. Utiliza fórmulas

cuyas variables son la superficie tributaria y la pendiente.

4.9. Cargas sobre cubiertas.

4.10. Cargas en cocheras.

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General: Cubiertas, sobrecargas mínimas. El eje de las ordenadas indica el valor de la sobrecarga, que se reduce

en la medida que aumenta los valores en la abscisa, áreas tributarias o pen-

dientes, por separado. En todos los casos las cubiertas poseen dos caracterís-

ticas constantes: la pendiente y el área tributaria de donde se obtienen R1 y

R2. El reglamento establece una fórmula donde se multiplican ambas:

Lr = 0,96 R1 R2

R1 y R2 son valores iguales o menores a la unidad, es decir que su

combinación nos entrega un factor de reducción. La gráfica que resulta de

esas fórmulas es lineal, recta. En ambos casos, cuando aumenta la superficie

tributaria y la pendiente, mayor será la reducción de la sobrecarga.

El esquema que sigue muestra de manera general los grados o

porcentajes de pendiente y la manera que se considera el área tributaria.

Las pendientes de cubierta se indican en grados o en porcentual. Las

usuales oscilan entre los 10 a 30 grados.

El área tributaria, en la planta que se muestra el la superficie que

descarga en el soporte columna.

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R4.9. Sobrecargas mínimas para cubiertas.

R 4.9.1 Cubiertas planas, horizontales o con pendiente y cur-

vas.

Las cubiertas comunes planas, horizontales o con pendiente y cur-

vas se diseñarán para las sobrecargas especificadas en la expresión

4.2 u otras combinaciones de cargas de control fijadas en los re-

glamentos específicos de cada material, aquélla que produzca las

mayores solicitaciones.

El párrafo no está completo. Consideramos que se entendería

mejor “Las cubiertas comunes….se diseñarán para las sobrecargas….con

aquellas que produzcan las mayores solicitaciones”.

Sobre cubierta actúan cargas de viento, nieve, hielo, sobrecargas

(por sobre cubierta) y cargas concentradas en alguno de los nudos de

cabriadas (ver artículo 4.2), no actúan de manera simultánea, excepto la

carga concentrada en nudo inferior que puede actuar independiente del

clima. Sin embargo en artículo 4.2 el reglamento establece “Estas cargas

no actuarán simultáneas con las sobrecargas del 4.9.

En estructuras tales como invernaderos, donde se usa andamiaje es-

pecial como superficie de trabajo para obreros y materiales durante

las operaciones de reparación y mantenimiento, no se podrá usar

una carga de cubierta menor que la especificada en la expresión

(4.2) a menos que la apruebe la autoridad bajo cuya jurisdicción se

realiza la obra.

El coeficiente de reducción para las “L” de las cubiertas está en

función del área tributaria (At) y de pendiente (%).

Lr = 0,96 R1 R2 siendo 0,58 ≤ Lr ≤ 0,96 (4.2)

Lr: sobrecarga de cubierta por metro cuadrado de proyec-

ción horizontal en kN/m2.

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Los factores de reducción son R1 y R2 y se determinarán como sigue:

R1 = 1 Para At ≤ 19 m2

R1 = 1,2 – 0,01076 At Para 19 m2 < At < 56 m2

R1 = 0,6 Para At ≥ 56 m2

Donde:

At área tributaria (ver comentarios artículo 4.8.1) en metros cuadrados so-

portada por cualquier elemento estructural y

R2 = 1 Para F ≤ 4

R2 = 1,2 – 0,05 F Para 4< F <12

R2 = 0,6 Para F ≥ 12

Donde, para una cubierta con pendiente, F = 0,12 × pendiente, con la pen-

diente expresada en porcentaje y, para un arco o cúpula, F = la relación

altura-luz del tramo × 32.

R 4.9.2. Cubiertas para propósitos especiales

Las cubiertas que permiten la circulación de personas se deben diseñar para

una sobrecarga mínima de 3 kN/m2. Las cubiertas usadas para jardines o

con propósitos de reunión, se deben diseñar para una sobrecarga mínima de

5 kN/m2. Las cubiertas usadas con otros propósitos especiales, se deben

diseñar para las cargas apropiadas tal como decida y apruebe la autoridad

bajo cuya jurisdicción se realiza la obra.

Ejemplos cargas sobre cubiertas.

1. Cálculo sobrecargas cubiertas livianas. a. Ejemplos cubiertas planas.

Caso uno:

Según esquema:

Área tributaria: A = 5,00 y B = 6,40 metros. At = 32 m2.

Pendiente 25 %: C = 1,25 metros.

Lr = 0,96 R1 R2 siendo 0,58 ≤ Lr ≤ 0,96 (4.2)

R1 = 1,2 – 0,01076 At para 19 m2 < At < 56 m

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R1 = 0,86

F = 0,12 . Pendiente (%) = 0,12 . 25 = 3

R2 = 1 para F ≤ 4

Lr = 0,96 . 0,86 . 1 = 0,82

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Caso dos:

Cubierta plana: At= 40 m2 Pendiente 50 %

Según esquema:

Área tributaria: A = 5,00 y B = 8,0 metros. At = 40 m2.

Pendiente 25 %: C = 1,25 metros.

R1 = 1,2 – 0,01076 At para 19 m2 < At < 56 m2

R1 = 0,78

F = 0,12 . pendiente (%) = 0,50 . 25 = 6

R2 = 1,2 – 0,05 F = 0,90 para 4< F <12

R1 = 0,78 R2 = 0,90

Lr = 0,96 . 0,78 . 0,90 = 0,67

Caso tres:

Cubierta plana: At= 48 m2 Pendiente 75 %

R1 = 0,69 R2 = 0,75

Lr = 0,96. 0,69. 0,75 = 0,50

Según esquema:

Área tributaria: A = 6,00 y B = 8,0 metros. At = 48 m2.

Pendiente 25 %: C = 1,50 metros.

Caso cuatro:

Cubierta en arco: At= 48 m2 Relación altura – luz: 0,2

R1 = 1,2 – 0,01076 At para 19 m2 < At < 56 m2

R1 = 0,69

F = 0,12 . pendiente (%) = 0,12 . 75 = 9

R2 = 1,2 – 0,05 F = 0,90 para 4< F <12

R1 = 0,69 R2 = 0,75

Lr = 0,96 . 0,69 . 0,75 = 0,50

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R.10 Cocheras de automóviles. Distingue las cargas uniformes de las concentradas, según la cantidad de

pasajeros y tipo de estacionamiento. Para ómnibus y camiones se calcula

para cada tipo de vehículo.

R4.10. Sobrecargas para locales destinados a cocheras de automóvi-

les.

R4.10.1. Los pisos de garajes o sectores de edificios usados para alma-

cenar vehículos se deben diseñar para 2,5 kN/m2

de sobrecarga unifor-

memente distribuida, o para las siguientes cargas concentradas, lo que

resulte más desfavorable:

1. para automóviles que no llevan más de 9 pasajeros, 9 kN actuan-

do sobre una superficie de 13.000 mm2 (130 cm2).

2. estructuras para estacionamiento por medios mecánicos (sin es-

pacios para circulación), 7 kN por rueda.

El peso promedio de un automóvil o camioneta (sin carga) es de uno 18 kN y

la superficie en proyección aproximada que ocupa es de unos ocho metros

cuadrados; el valor por metro cuadrado oscila en los 2,2 kN/m2, que se apro-

xima al indicado en el punto R4.10.

El punto (1) no lo especifica, pero se supone que los 9 kN actúan por rueda.

La superficie de contacto de una rueda (con carga) sobre pavimento se de

unos 100 cm2, esta valor se aproxima el de 130 cm

2 (13.000 mm

2) indicados.

El punto (2) especifica carga por rueda. En estacionamientos mecánicos el

espacio entre vehículos se reduce. El lógico suponer que debe aumentar la

carga por rueda, sin embargo en este punto se reduce. También se puede

considerar que en estacionamientos mecánicos no hay pasajeros, por eso la

reducción.

R4.10.2. Para cargas horizontales originadas por vehículos, ver el

artículo 4.3.2 C.

El artículo 4.3.2 C se refiere a “Los sistemas de barreras para vehículos pue-

den estar sujetos a cargas horizontales de vehículos en movimiento”. Estas

cargas horizontales se pueden aplicar normales al plano del sistema de barre-

ras, paralelo al plano del sistema de barreras, o en cualquier ángulo interme-

dio.

Las cargas en garajes que guardan camiones y ómnibus, se deben obtener a

partir de estudios especiales que consideren las características de los vehícu-

los que se deben estacionar en cada caso.

C 4.3.2. “Los sistemas de barreras para vehículos pueden estar su-

jetos a cargas horizontales de vehículos en movimiento…”

R4.10.3. Los garajes que guardan camiones y ómnibus se deben di-

señar con cargas acordes a las características de los vehículos que

habrán de utilizarlos.

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Consideramos que en todos los proyectos y cálculos para la estructura sopor-

te de entrepiso destinado a garajes debe cumplirse antes con una tarea de

investigación y diseño de las cargas que actuarán en su vida útil. Incluso es

necesario establecer barreras superiores de limitación de tamaño de vehículo,

así como de giro en rampas.

Una carga horizontal que no es considerada en este artículo es la dinámica,

provocada por el frenado o arranque brusco de vehículos.

C4.10. Sobrecargas para locales destinados a cocheras de automóvi-

les. Las cargas distribuidas que adopta la norma Asce 7-98 para el di-

seño general de los elementos estructurales es bastante menor a los

3,5 kN indicados por el reglamento Cirsoc 101-1982.

Para una mejor comprensión, hacemos una comparativa con el Cir-

soc 101 1982:

(1982) 4.1.2 Sobrecargas para locales destinados a cocheras de vehículos de peso inferior a 25 kN.

(1982) 4.1.2.1 Cuando las luces sean mayores de l0 = 3 m en losas y l0 = 5 m en vigas, la sobrecarga será de 3,5 kN/m2.

(1982) 4.1.2.2 Cuando alguna de las luces es menor que los valo-res de l0 especificados en el artículo 4.1.2.1, la sobrecarga deberá incrementarse en la relación l0 / l para vigas y l0 / l menor para lo-sas y como máximo en 1,43, coeficiente que no se considerará pa-ra las cargas de columnas o paredes portantes.

El incremento de la sobrecarga se justifica en el suceso de colapso entre

flexión y corte. Este último es casi instantáneo, mientras que la flexión,

muestra antes de la rotura elásticas de advertencia.

(1982) 4.1.3 Posibilidad de choque de vehículos contra vi-gas, tabiques y muros portantes

Para considerar la posibilidad de choques de vehículos contra vigas, tabiques y muros portantes, se tomará una carga horizontal de 2 kN/m, aplicada a 0,50 m de altura del solado.

Esta carga en el ancho frontal del vehículo se transforma en unos 4 kN que

respondería a una desaceleración por impacto de unos 3 m/s2, valor bajo

comparado con el la aceleración terrestre de 9,81 m/s2.

(1982) 4.1.4 Sobrecargas para locales destinados a cocheras de vehículos de peso superior a 25 kN.

Deberán determinarse, en cada caso, teniendo en cuenta las características de los vehículos que las utilizarán.

C4.10. Sobrecargas para locales… (Continuación).

Sin embargo, la exigencia simultánea de verificar los elementos es-

tructurales para una carga concentrada importante, logra que se

puedan considerar convenientemente los efectos localizados produ-

cidos por las cargas de las ruedas y a su vez no arrastrar hasta ele-

mentos estructurales alejados cargas elevadas que no llegan a los

mismos.

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No es claro este punto, si se tiene en cuenta que los “efectos localizados” a

causa de las ruedas en un garaje, son difíciles de ubicar de manera perma-

nente. La posición de las ruedas es absoluto respecto al vehículo, pero relati-

vo respecto del entrepiso de garaje.

El reglamento Cirsoc 101-82 consideraba el efecto de la concentración de

cargas mediante un coeficiente multiplicador que según fueran las dimensio-

nes de los elementos estructurales llegaba hasta el valor de 1,43, (para losas

de dimensiones pequeñas, por ejemplo) lo que llevaba a la carga distribuida

general a un valor de 5 kN/m2.

El Cirsoc 101 ´82 nada dice de cargas concentradas o concentración de car-

gas. El factor 1,43 es utilizado por una cuestión geométrica en la diferencia

del tipo de rotura entre flexión y corte.

Por otra parte, este reglamento fija las cargas máximas aceptables para los

automotores a guardar en función del número de pasajeros previstos por el

uso de dicho vehículo, mientras que en el reglamento anterior era de 25 kN.

El nuevo Cirsoc solo fija un número máximo de nueve pasajeros; no hay un

automóvil que transporte esa cantidad de personas. Con ese valor se debería

pensar en un vehículo tipo utilitario de transporte (tipo escolar).

De la consideración de la cantidad de pasajeros y del peso

de los vehículos correspondientes, se podría inferir que el

valor de carga máxima para un vehículo automotor en este

reglamento es de 25 kN. Es decir que la utilización de los

valores indicados para sobrecargas distribuidas y concen-

tradas estaría restringido a vehículos cuya carga máxima

sea alrededor de los 25 kN.

Mayores cargas se deben considerar como casos aparte se-

gún lo indicado en el artículo 4.10.3.