Es esencial comprender la carga que soporta el forjado de un edificio de viviendas para garantizar la estabilidad y seguridad de su casa. Si calculamos la carga en kilogramos por metro cuadrado (kg/m2), podemos determinar si la estructura del suelo puede soportar el peso requerido. Este procedimiento mantiene su casa segura y cómoda para vivir, a la vez que ayuda a prevenir fallos estructurales.
Tanto la carga muerta como la carga viva deben tenerse en cuenta a la hora de calcular la carga. El peso del suelo y de cualquier elemento permanente se denomina carga muerta, mientras que el peso de las personas, los muebles y otros objetos móviles se denomina carga viva. Mediante cálculos precisos, los constructores pueden diseñar forjados capaces de soportar los pesos previstos sin sufrir deformaciones indebidas ni riesgo de desplome.
En este artículo analizaremos la importancia de calcular la carga del suelo en los edificios de viviendas. Para asegurarnos de que comprende el procedimiento, también le guiaremos a través de los pasos fundamentales necesarios para realizar estos cálculos. Cuando termine, comprenderá lo importante que es calcular la carga con precisión para que el espacio vital sea seguro y saludable.
Para garantizar la integridad estructural y la seguridad, la carga sobre el suelo de un edificio de viviendas debe calcularse en kilogramos por metro cuadrado. Los constructores pueden diseñar suelos lo suficientemente resistentes como para soportar un uso regular sin derrumbarse, teniendo en cuenta el peso que soportarán las distintas zonas, desde los muebles hasta los ocupantes. Este proceso implica tener en cuenta elementos como el tipo de materiales utilizados, el diseño del edificio y el uso previsto de cada espacio. Los cálculos de carga precisos prolongan la vida útil del edificio, evitan daños estructurales y garantizan un entorno seguro para los ocupantes.
- En qué consiste?
- Tipos de cargas sobre forjados según SNiP y SP
- Cálculo de estructuras de vanos
- Cómo calcular los valores?
- Límite
- Punto
- Conversión por m2
- Ejemplo
- Momento flector
- Cómo calcular la capacidad de carga?
- Resistencia de un elemento de hormigón armado
- Posibles dificultades y errores
- Vídeo sobre el tema
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- Cómo calcular la carga sobre el forjado de un edificio de viviendas (cómo convertir q en tf/m2 a q en tf/m)?
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En qué consiste?
Las fuerzas externas que actúan sobre el elemento estructural y las fuerzas internas que se generan en su interior se combinan para formar las cargas aplicadas al forjado. El estado de equilibrio alcanzado al aplicar las cargas determina la capacidad portante del elemento.
Tipos de cargas sobre forjados según SNiP y SP
Los requisitos de los documentos normativos, SNiP 2.01.07-85 y su versión actualizada, SP 20.13330.2011 "Cargas e impactos" se utilizan para determinar las cargas en las estructuras de los vanos.
Las siguientes categorías de cargas se asignan en función de los puntos de estas normas:
- Útiles – cargas necesarias para garantizar un uso cómodo de los locales, de acuerdo con su finalidad funcional. Por ejemplo, en apartamentos residenciales o casas privadas – se trata de cargas de muebles, electrodomésticos y los propios residentes. En tiendas – de visitantes, personal, mostradores, estanterías y equipos necesarios para el funcionamiento del local.
- Los valores aceptables – combinación de fuerzas externas aplicadas al techo, en la que éste sigue cumpliendo todos los requisitos operativos que se le imponen sin causar consecuencias irreversibles.
- Permanente – cargas que actúan durante todo el periodo de funcionamiento de los locales. Estos tipos de carga incluyen el peso propio de los forjados, la masa de la tarima y las cargas estampadas de los elementos estructurales, sin las cuales no es posible el funcionamiento del local.
- Temporal – cargas procedentes del peso de equipos, muebles, personas y otros tipos de fuerzas que se aplican al elemento portante durante un determinado periodo de tiempo.
- Límite – la magnitud máxima de la carga, tras cuya aplicación comienzan a producirse procesos irreversibles en el elemento estructural – deformación plástica, apertura incontrolada de grietas, así como colapso del techo.
Los valores de carga útil difieren en función de la finalidad funcional de los locales.
Las cargas temporales en edificios residenciales son de 150-200 kgf/m^2, distribuidos equitativamente por toda la superficie; en edificios públicos, ya pueden ser de 250-500 kgf/m^2, dependiendo de las características del proceso tecnológico.
Cálculo de estructuras de vanos
En el cálculo de estructuras de vanos se utilizan dos categorías de estados límite:
- 1 grupo – los parámetros de rigidez de un elemento estructural se seleccionan de forma que no pierda resistencia bajo la acción de una combinación de cargas permanentes, temporales y especiales;
- 2º grupo – cálculo de la deformación, en el que se determina la deformación real del forjado, tras lo cual este valor se compara con los valores máximos admisibles de SNiP.
La magnitud de las cargas permanentes y útiles, el espesor del elemento, la longitud del vano y las condiciones de funcionamiento del local influyen en la capacidad de un forjado para soportar cargas.
Cómo calcular los valores?
Cargas sobre el forjado que resultan de sumar todas las fuerzas externas que actúan sobre un elemento estructural teniendo en cuenta diferentes factores de seguridad que se reconocen de acuerdo con el citado SNiP. Las siguientes categorías se aplican a los cálculos de carga cuando se consideran cálculos teóricos:
Límite
El cálculo consiste esencialmente en averiguar la mayor cantidad de fuerzas externas que pueden aplicarse a la estructura sin que ésta se desvíe de su equilibrio límite.
Por ejemplo, el siguiente cálculo muestra que un momento flector real de M = 2812.Se pueden alcanzar 5 kN*cm con una luz de 5 m cuando se aplica una carga total de diseño de 900 kg/m 2 a un forjado con un espesor de 200 mm y reforzado con barras d10 A500s con un paso de 200 mm.
Y cuando el momento M se alcanza antes de = 2988.5 kN*cm, que es sólo 5.8% superior al valor límite, la sección con tales parámetros permanece en equilibrio.
Dado que una carga uniformemente repartida actúa sobre una sección de flexión con un momento igual a M = q x l 2 / 8, podemos calcular qbefore como 8M/l 2 o como 8 x 2998.5 / 25 = 956.32 kg/m2. Esta carga es la máxima porque la sección transversal de los parámetros establecidos ya no satisfará el equilibrio límite.
Punto
Este tipo de fuerzas suelen aplicarse al forjado en combinación con una carga puntual, en lugar de aplicarse al forjado por separado.
La magnitud del momento flector y el valor de las reacciones de apoyo en la sección de cálculo están influidos por la carga puntual aplicada. El producto del brazo (distancia desde el punto de apoyo más cercano) y la fuerza determina las fuerzas de una carga puntual.
Por ejemplo, si una columna decorativa en una habitación que mide cinco metros se coloca a dos metros de la pared y pesa quinientos kilogramos, la carga calculada, teniendo en cuenta el factor de seguridad (gn para fuerzas constantes = 1.05), será de quinientos cincuenta y cinco kilogramos. Este es el momento en el que se producen 525 kg x 2 m = 1050 kg * m, o 1050 kN * cm.
Por lo tanto, la sección estándar del forjado con armadura d10 A500s con un escalón de 200 mm no satisfará el cálculo de resistencia al añadir la carga uniformemente distribuida descrita anteriormente, y este lugar deberá reforzarse con barras adicionales, por ejemplo, d10 A500s w. 200 + d12 A500s w. 200.
Conversión por m2
Todas las fuerzas internas del forjado de hormigón armado se redistribuyen sobre la superficie y el volumen, ya que funciona según un esquema elástico-plástico.
SNiP permite considerar la fuerza reducida distribuida uniformemente sobre la superficie y elimina la necesidad de calcular cargas transitorias sobre la losa procedentes de objetos específicos.
Por ejemplo, un conjunto de muebles de 400 kg se coloca a lo largo de una pared de 3 m en una habitación, con un sofá de 200 kg y otros muebles de peso variable en la esquina opuesta. Cada día, cuatro personas de entre cincuenta y cien kilogramos de peso se desplazan por esta habitación.
Aunque en realidad es imposible calcular la carga con precisión, SP 20.13330.2011 permite el uso de la carga uniformemente distribuida especificada de 150 kg/m2 para locales residenciales en cálculos estáticos.
Ejemplo
A continuación se muestra una ilustración de la acumulación de cargas en el suelo de un edificio residencial privado. La sala tiene unas dimensiones de 7 x 4 m, con un forjado de 200 mm. Encima se coloca una solera de C/P de 50 mm de espesor, apoyada sobre una base de espuma de poliestireno extruido de 30 mm. El suelo acabado está formado por baldosas de gres porcelánico de 12 mm de grosor y una composición adhesiva de.
Las cargas calculadas sobre esta estructura deben reunirse para cálculos posteriores. Para resolver el problema se toman las siguientes medidas:
Peso propio del forjado, M1 = S x h x rbet, donde:
- S – superficie del suelo igual a 5 m x 4 m, o 2 m 2 ,
- h – espesor de la losa, que es de 200 mm, o 0.2 m,
- rbet – densidad media del hormigón armado, que es de 2500 kg/m2 .
- M1 = 20 m 2 x 0.2 m x 2500 kg/m 2 = 10.000 kg.
M2 = mmean + mscreed + mslabs, donde floor weight
- mmedia = S x hmedia x rsuelo de espuma = 20 m 2 x 0.03 m x 40 kg/m 2 = 24 kg,
- msolado = S x hsolado x rc/p solución = 20 m 2 x 0.05 m x 1800 kg/m 2 = 1800 kg,
- mlosas = S x hlosas x rkeramogr = 20 m 2 x 0.015 m x 2400 kg/m 2 = 720 kg (el valor se toma teniendo en cuenta la capa de adhesivo para baldosas).
1880 kg + 720 kg + 24 kg = 2544 kg es M2. La carga viva sugerida en una zona residencial es q = 150 kgf/m2, según SNiP.
Así pues, F = q x S = 150 x 20 = 3000 kg es la carga útil total sobre la losa:
- La carga vertical total aplicada a la losa es Fgeneralmente = M1 + M2 + F = 10000 kg + 2544 kg + 3000 kg = 15544 kg, o 1554.4 kN.
- Por regla general, las cargas estándar deben convertirse en valores de diseño, teniendo en cuenta los factores de fiabilidad. Este indicador se escribe como gn, y para cargas constantes es 1.1, y para la carga útil – 1.4.
Ftotal calc es, por tanto, igual a (M1 + M2) x gns const + F x gn time = (10000 kg + 2544 kg) x 1.1 + 3000 kg x 1.4 = 13798.4 kg + 4200 kg = 17998.4 kg ~ 18000 kg, o 1800 kN.
Basta con dividir el valor total de este valor por la superficie del local para convertirlo en carga uniformemente repartida. Es decir, 1800 kN / 20 m 2 = 90 kN/m 2, o 900 kg/m 2, es igual a Qtotal calc = Ftotal calc / S.
Con el fin de formar una dependencia lineal del momento flector en oposición a una cuadrática, cualquier carga puntual o estampada resultante del peso de cualquier equipo se incluye en el cálculo por separado.
Dado que el hormigón armado no es un material elástico y que todas sus fuerzas se distribuyen sobre la mayor parte de su volumen, ocasionalmente es posible convertir una carga puntual en una carga uniformemente distribuida sobre la superficie teniendo en cuenta un factor multiplicador.
Momento flector
El cálculo de la resistencia, o el primer conjunto de estados límite, debe ser satisfecho por el forjado sin vigas. para determinar la capacidad de carga del forjado:
- Si la relación entre las dimensiones del suelo a/b o b/a> 2, entonces tal estufa funciona en el lado corto. Si este indicador es menor que 2, entonces se considera que la losa está apoyada a lo largo del contorno, y el cálculo se realiza en relación con el vano en el que se produce el mayor momento flector. El valor del momento es directamente proporcional a la luz, por lo que en el ejemplo considerado el cálculo se realiza respecto al lado a = 5 m.
- Se aísla de la losa una banda de cálculo de 1 m de ancho, que se considerará como un elemento lineal a flexión, o una viga a la que se aplica una carga uniformemente repartida a lo largo de su longitud.
La viga del ejemplo es b x h = 1 m x 0.2 m de sección, y la carga aplicada, q, se calcula en 900 kg/m, o 90 kN/m.
Para una estructura de este tipo, el momento flector es M = qcálculo x l 2 / 8, donde l es la luz, o 5 m. kN/m x 5 x 5 / 8 = 281.25 kN*m, o 2812.5 kN*cm, es el valor de M.
Un diagrama de este tipo de fuerza que emerge en la estructura puede mostrar el tamaño del momento de flexión.
Cómo calcular la capacidad de carga?
Las siguientes fórmulas pueden utilizarse para calcular la capacidad de carga de un elemento de vano dado, dadas sus dimensiones (rigidez de sección) y conocido el momento flector:
La suma de los dos valores determina la altura de la sección de la losa. h = h0 + a, donde h0 es la altura de trabajo entre el borde superior del hormigón y la armadura inferior situada en la zona de tracción. a) La anchura de la capa protectora de hormigón. Este indicador suele oscilar entre 15 y 25 mm en losas delgadas. 180 mm es igual a 200 mm – 20 mm = h0 – a.
Según SP 63.13330.2018 "Hormigón y estructuras de hormigón armado" existen dos circunstancias en mecánica estructural en las que una estructura alcanza el equilibrio límite cuando está sometida a fuerzas externas.
- M = Rbbx(h0 – x/2),
- Rs – resistencia a la tracción del acero de armadura de una clase determinada,
- Rb – el mismo indicador, pero para el hormigón, para la compresión, en función de la clase del material.
Rs = 43.5 kN/cm 2 si la losa acepta la clase de armadura más popular, A500s. Rb = 1.7 kN/cm2 si el hormigón del ejemplo considerado es de clase B30.
Según SP 63.13330.2018 "Hormigón y estructuras de hormigón armado" en condiciones de equilibrio, x es el valor absoluto de la zona comprimida de hormigón y es igual a x = Rs As /gb1 Rbb:
- As – área de todas las barras de armadura de trabajo en la zona de tracción de la sección de la losa,
- gb1 – el factor de seguridad, en función de las condiciones de funcionamiento del hormigón de la estructura, para las opciones estándar de funcionamiento del suelo se toma igual a 0.9.
Los parámetros de diseño de la sección y la cantidad de fuerzas internas (momento de flexión en el forjado) determinan el área que necesita refuerzo de trabajo.
- e – valor adimensional que caracteriza la altura relativa de la parte comprimida de la sección de hormigón, que se determina a partir de la relación e = (1 – (1 – 2am) 1/2 ),
- am – es un indicador que describe la relación entre el momento flector y las características de resistencia de la sección de hormigón armado, determinada por la fórmula SP,
- am = M / (gb1 Rbbh0 2 ) = 2812.5 / (0.9 x 1.7 x 100 x 324) = 2812.5 kN*cm / 49572 = 0.057.
Como es igual a 3.61 cm^2 (0.9 x 1.7 x 100 x 0.057 x 18 / 43.5).
A la armadura de trabajo en forjados se le suele asignar un paso de 200 mm para evitar la formación de fisuras por retracción del hormigón. Por lo tanto, hay cinco barras de trabajo en la banda calculada con una anchura de un metro.
Dados los coeficientes crecientes, en este ejemplo es aceptable considerar una armadura a partir de 5d10. El área real de las barras será de 3.93 cm 2, que es superior al valor necesario. Es posible calcular el valor x utilizando los valores del área de refuerzo, que son los siguientes: x = Rs As /gb1 Rbb = 43.5 x 3.93 / (0.9 x 1.7 x 100) = 1.12 cm.
En la última fase, se utiliza la condición de equilibrio fundamental para calcular el momento máximo admisible que puede producirse en la sección del forjado. M es igual a gb1 Rbbx(h0 – x/2) = 0.9 x 1.7 x 100 x 1.12 x (18 – 1.12/2) = 2988.5 kN*cm.
El paso restante es comparar la fuerza real que resulta de aplicar las cargas (2812.5 kN*cm) con el par máximo admisible (2988.5 kN*cm). Esta comparación muestra que se cumple la condición de resistencia porque la fuerza real es menor.
La cantidad calculada de armadura de trabajo y el espesor de la losa deben ajustarse si no se cumple la condición de equilibrio límite.
Resistencia de un elemento de hormigón armado
Los conceptos de resistencia y capacidad de carga son casi idénticos en mecánica estructural. En realidad, esto no es del todo exacto. La resistencia es la capacidad de un elemento estructural para soportar fuerzas externas sin colapsar. La capacidad de un elemento estructural para cumplir los requisitos de funcionamiento mientras está sometido a una combinación de cargas se conoce como capacidad de carga.
Dado que en el cálculo se han tenido en cuenta todos los coeficientes de las condiciones de funcionamiento, el resultado para los estados límite del grupo 1 indica que el forjado puede funcionar en condiciones normales y permanece en posición estática sin colapsar. No es necesario realizar ningún cálculo de resistencia adicional.
Posibles dificultades y errores
Para evitar errores costosos, deben tenerse en cuenta consideraciones importantes a la hora de calcular la resistencia de la sección transversal de un forjado:
- Los cálculos deben realizarse respetando estrictamente los requisitos de los documentos normativos.
- Al calcular, todas las unidades de medida deben reducirse a valores uniformes, de lo contrario el resultado estará lejos de la verdad.
- Al determinar el momento flector, debe tenerse en cuenta la naturaleza del soporte del forjado, ya que las fórmulas de empotramiento rígido o acoplamiento de bisagra difieren entre sí.
- Al recopilar las cargas, no hay que olvidar los coeficientes de fiabilidad, que mejoran el rendimiento teórico de la estructura y lo acercan a las condiciones reales.
Los cálculos imprecisos pueden tener resultados desastrosos, como el colapso de las estructuras del edificio, deformaciones inaceptables y otros problemas irreversibles durante el funcionamiento de la estructura.
| Razón del cálculo | Cómo calcular |
| Seguridad | Determine el peso de los muebles, electrodomésticos y personas |
| Integridad estructural | Utilizar los códigos de construcción para encontrar los límites de carga aceptables |
| Selección de materiales | Tenga en cuenta la resistencia de los materiales utilizados en los suelos |
| Diseño eficiente | Calcúlelo utilizando la fórmula Carga (kg/m2) = Peso total (kg) / Superficie (m2) |
Para garantizar la longevidad y la seguridad de un edificio de viviendas, es esencial calcular la carga sobre el suelo. Los constructores y propietarios pueden evitar posibles daños o derrumbes sabiendo cuánto peso puede soportar el forjado. A lo largo de este proceso, se tienen en cuenta una serie de variables que afectan a la carga total, como la ocupación, los electrodomésticos y el mobiliario.
Unas estimaciones precisas de la carga ayudan a seleccionar los materiales y métodos de construcción adecuados. Esto prolonga la vida útil del edificio y garantiza su integridad estructural. Al seleccionar la capacidad de carga adecuada, los constructores pueden evitar futuros gastos de reparación y mantenimiento.
Un cálculo adecuado de la carga también mejora la usabilidad y el confort. Vivir en suelos construidos para soportar las cargas previstas es mejor porque son estables y silenciosos. Además, da a los propietarios más libertad creativa a la hora de diseñar sus interiores, ya que pueden colocar muebles y electrodomésticos voluminosos sin miedo a rayar el suelo.
En conclusión, calcular la carga sobre el suelo de un edificio residencial es un primer paso esencial en el proceso de construcción. Es una práctica necesaria para cualquier proyecto de construcción porque garantiza el confort, la durabilidad y la seguridad. Los constructores y propietarios pueden diseñar espacios habitables seguros, duraderos y confortables prestando atención a estos detalles.
