Cálculo de cargas estructurales

Sobre el cálculo de cargas estructurales

Esta calculadora de cargas estructurales determina las cargas que actúan sobre vigas, columnas y losas. Calcula de forma secuencial el peso propio de los elementos estructurales, las cargas de las capas y particiones, tiene en cuenta las cargas de nieve y de uso, aplica los coeficientes de cálculo y determina la carga resultante sobre el elemento estructural seleccionado.

Para una losa, el resultado se expresa como carga superficial en kg/m² y kN/m². Para una viga, las cargas superficiales se convierten en cargas lineales en kg/m y kN/m, y también se calcula la carga total sobre la viga. Para una columna, se determina la carga total de cálculo en kg y kN.

Valores orientativos y recomendaciones

Base de cálculo

Acciones permanentes y variables. La lógica de combinación de cargas sigue los principios de EN 1990 «Eurocódigo: Bases de cálculo de estructuras». El peso propio, las densidades de los materiales y las cargas de uso se relacionan con EN 1991-1-1 «Eurocódigo 1: Acciones en estructuras — Parte 1-1: Acciones generales — Pesos específicos, peso propio y sobrecargas de uso en edificios», mientras que las cargas de nieve se basan en EN 1991-1-3 «Eurocódigo 1: Acciones en estructuras — Parte 1-3: Acciones generales — Cargas de nieve».

Coeficientes de cálculo. La calculadora utiliza γ_G = 1.35 para todas las cargas permanentes. La carga variable principal se multiplica por γ_Q = 1.50. Cuando la carga de nieve y la carga de uso actúan simultáneamente, la acción acompañante se reduce adicionalmente mediante el coeficiente de combinación ψ₀.

Cargas permanentes

Principio general. El peso propio de la losa, la viga, la columna, las vigas secundarias, las capas constructivas y las particiones se considera carga permanente. Primero se calcula la masa característica de cada componente y después se multiplica por 1.35.

Gd = 1.35 · G

Losa maciza. Para una losa maciza de hormigón armado se utiliza una densidad de 2500 kg/m³. Para un espesor de losa h en mm, el peso propio característico por metro cuadrado se calcula como:

qslab = (h / 1000) · 2500

El resultado se obtiene en kg/m². Por ejemplo, una losa de 200 mm de espesor tiene una masa característica de 500 kg/m²; después de aplicar el coeficiente 1.35, la componente de cálculo es de 675 kg/m².

Losas alveolares y nervadas. En estas estructuras, la masa se introduce directamente en kg/m² porque depende de la geometría de los huecos y nervios. Para estimaciones preliminares, suelen utilizarse aproximadamente 250–450 kg/m² para losas alveolares de hormigón armado y 150–400 kg/m² para losas nervadas. Si se dispone de datos del fabricante, debe utilizarse la masa real por metro cuadrado.

Cargas de las capas constructivas

Material con densidad conocida. Si una capa tiene una densidad ρ en kg/m³, su masa superficial se calcula a partir del espesor t en mm:

qlayer = (t / 1000) · ρ

Por ejemplo, una capa de 50 mm con una densidad de 1600 kg/m³ produce una carga característica de 80 kg/m². Después de multiplicarla por 1.35, la carga de cálculo es de 108 kg/m².

Material con masa superficial predefinida. Para los materiales cuya carga ya está especificada en la calculadora en kg/m², este valor se utiliza directamente. La carga de cálculo de cada capa permanente se obtiene después multiplicándola por 1.35.

Carga de las particiones

Masa total. La masa de las particiones se calcula a partir de su longitud total L_p, espesor t_p, altura h_p y densidad del material ρ. Las dimensiones introducidas en milímetros se convierten primero a metros:

Mpart = (Lp / 1000) · (tp / 1000) · (hp / 1000) · ρ

Distribución sobre la superficie. La masa resultante se distribuye sobre la superficie considerada A, por lo que la carga superficial equivalente es:

qpart = Mpart / A

Para una losa se utiliza la superficie de la losa. En los cálculos de vigas y columnas, las particiones se distribuyen sobre el área tributaria correspondiente. El valor resultante se considera carga permanente y se multiplica por 1.35.

Cargas de nieve y de uso

Valores de entrada. Las cargas de nieve y de uso se introducen como valores característicos antes de aplicar γ_Q. Los valores pueden introducirse en kg/m² o kN/m². Para la conversión se utiliza 1 kg = 0.00980665 kN.

Valores orientativos prácticos. Para una estimación preliminar de la carga de nieve en un clima templado puede utilizarse como referencia aproximadamente 100 kg/m², o 0.98 kN/m², pero el valor real debe determinarse de acuerdo con EN 1991-1-3 y el anexo nacional aplicable. Para las cargas de uso, se emplean habitualmente aproximadamente 150–200 kg/m² en zonas residenciales, 200–300 kg/m² en oficinas y 400–500 kg/m² en zonas comerciales; el valor exacto depende de la categoría de uso según EN 1991-1-1 y el anexo nacional.

Una sola carga variable. Si solo se especifica la carga de nieve o solo la carga de uso, esa carga se considera la acción variable principal y se aplica íntegramente con un coeficiente de 1.50. El coeficiente ψ₀ no reduce la carga en este caso.

Combinación de carga de nieve y carga de uso

Dos combinaciones de carga. Si tanto la carga de nieve S como la carga de uso Q son mayores que cero, la calculadora evalúa dos combinaciones. En la primera, la carga de uso es la principal y la carga de nieve es acompañante:

EQ = 1.35 · G + 1.50 · Q + 1.50 · ψ0,S · S

En la segunda combinación, la carga de nieve es la principal. Para la carga de uso acompañante, la calculadora utiliza automáticamente ψ_0,Q = 0.70:

ES = 1.35 · G + 1.50 · S + 1.50 · 0.70 · Q

Selección del valor de cálculo. Como resultado final se utiliza la combinación que produce la mayor carga total de cálculo:

Ed = max(EQ, ES)

Coeficiente de combinación para la nieve. De forma predeterminada se utiliza ψ_0,S = 0.50. Este valor puede modificarse entre 0 y 1 de acuerdo con el anexo nacional aplicable. Con ψ_0,S = 0.50, el coeficiente de cálculo efectivo para la nieve acompañante es 1.50 · 0.50 = 0.75.

Coeficiente de combinación de la carga de uso. Cuando la carga de uso es acompañante, su coeficiente efectivo es 1.50 · 0.70 = 1.05. Cuando es la acción principal, se utiliza el coeficiente completo 1.50.

Coeficiente de cálculo mostrado en los resultados. Para las cargas variables, la tabla de resultados muestra el coeficiente realmente aplicado después de considerar la combinación de cargas. Por tanto, una misma carga de uso puede tener un coeficiente de 1.50 cuando es principal o de 1.05 cuando es acompañante; para la nieve, el coeficiente es 1.50 o 1.50 · ψ0,S.

Cálculo de la carga sobre la losa

Componente permanente. El peso propio de la losa se combina con las cargas de todas las capas y particiones seleccionadas. Cada componente permanente se multiplica por 1.35 y después se añade la combinación determinante de las cargas de nieve y de uso.

qd = 1.35 · (qslab + Σqlayer + qpart) + Qd,var

El resultado es la carga superficial de cálculo en kg/m² y kN/m².

Cálculo de la carga sobre la viga

Ancho tributario. Una carga superficial q en kg/m² se convierte en carga lineal utilizando la separación entre vigas B introducida en milímetros:

w = q · B / 1000

Por ejemplo, con B = 900 mm, cada metro de viga recibe la carga de una franja de 0.9 m de ancho. La carga total de cada componente de carga lineal se obtiene multiplicándolo por la longitud de la viga L:

P = w · L / 1000

Peso propio de la viga. Para una sección rectangular, la masa de un metro de viga se calcula a partir del ancho b, la altura h en mm y la densidad ρ en kg/m³:

mbeam = b · h · ρ / 106

Para perfiles de acero estándar en I, canales, perfiles huecos y angulares, se utiliza la masa tabulada del perfil seleccionado en kg/m. El peso propio de la viga se multiplica por 1.35.

Vigas secundarias. Su número se calcula a partir de la longitud de la viga principal L y la separación especificada L₁, redondeando hacia arriba:

n = ceil(L / L1)

La masa de cada viga secundaria se calcula a partir de su sección transversal o de la masa tabulada del perfil y de su longitud, que es igual al ancho del área tributaria. La masa total de todas las vigas secundarias se distribuye a lo largo de la viga principal y se considera una carga permanente con un coeficiente de 1.35.

Cálculo de la carga sobre la columna

Transferencia de cargas superficiales. Las cargas de las capas constructivas, las particiones, la nieve y el uso se convierten en una carga total sobre el área tributaria rectangular L · B:

P = q · (L / 1000) · (B / 1000)

Peso propio de la columna. Para una sección rectangular, la masa de la columna se calcula a partir de su altura H, las dimensiones de la sección b y h en mm y la densidad del material ρ:

Mcolumn = (H / 1000) · (b / 1000) · (h / 1000) · ρ

Para un perfil de acero estándar, su masa tabulada por metro se multiplica por la altura de la columna. La componente permanente también incluye el peso propio de la viga principal y, cuando corresponda, de las vigas secundarias; todos estos componentes se multiplican por 1.35.

Carga total sobre la columna. La carga total de cálculo sobre la columna se obtiene sumando el peso propio de la columna y de las vigas, las cargas permanentes procedentes del área tributaria, las cargas de las particiones y la combinación determinante de las cargas variables. El resultado se muestra en kg y kN.

Hipótesis utilizadas

Distribución uniforme de cargas. Se supone que las cargas de las capas, particiones, nieve y uso están distribuidas uniformemente sobre la superficie correspondiente. Para los cálculos de vigas, la carga superficial se convierte en una carga lineal uniformemente distribuida mediante el ancho tributario.

Coeficientes de cálculo fijos. Para las cargas permanentes se utiliza γ_G = 1.35 y para la acción variable principal γ_Q = 1.50. Para una carga de uso acompañante se utiliza ψ_0,Q = 0.70, mientras que ψ_0,S para la nieve lo introduce el usuario y su valor predeterminado es 0.50.

Valores nacionales. Las cargas de nieve, las categorías de cargas de uso y los coeficientes de combinación pueden variar entre los anexos nacionales de los Eurocódigos. Por tanto, las cargas características introducidas y, cuando sea necesario, ψ_0,S deben seleccionarse según el país y las condiciones del proyecto concreto.

FAQs

¿Por qué el coeficiente de la carga de nieve o de uso es a veces inferior a 1.50?

Cuando actúan simultáneamente dos cargas variables, solo una se considera la acción principal y recibe el coeficiente completo 1.50. La acción acompañante se reduce adicionalmente mediante ψ₀: para la carga de uso, ψ₀ = 0.70 da un coeficiente efectivo de 1.05, mientras que para la nieve se utiliza el valor especificado de ψ_0,S.

¿Cómo decide la calculadora si la carga de nieve o la carga de uso es la principal?

Ambas combinaciones se calculan automáticamente: primero con la carga de uso como principal y después con la carga de nieve como principal. La calculadora compara las cargas totales de cálculo resultantes y utiliza el valor mayor, por lo que la elección no depende simplemente de cuál de las cargas características sea numéricamente mayor.

¿Qué valores de carga de nieve y de uso deben introducirse?

Deben introducirse los valores característicos antes de aplicar los coeficientes 1.35 o 1.50. La carga de nieve debe determinarse según EN 1991-1-3 y el anexo nacional aplicable, mientras que la carga de uso debe seleccionarse según la categoría de ocupación conforme a EN 1991-1-1; la calculadora de cargas estructurales aplica automáticamente los coeficientes de cálculo.

¿Cómo se convierte una carga superficial en una carga sobre una viga?

La carga en kg/m² se multiplica por la separación entre vigas en metros, que representa el ancho de la franja tributaria soportada por la viga. Así se obtiene una carga lineal en kg/m; al multiplicarla por la longitud de la viga se obtiene la carga total en kg.

¿Cómo se tienen en cuenta las cargas de las particiones?

Primero se calcula su masa total a partir de la longitud total, el espesor, la altura y la densidad del material. Después, esta masa se distribuye uniformemente sobre la superficie considerada y la carga superficial resultante se trata como una carga permanente con un coeficiente de 1.35.