¿Qué son las Cargas Estructurales?

En el ámbito de la ingeniería civil, consideramos cargas a toda causa capaz de producir estados tensionales en una estructura o en un elemento estructural. De forma más simple, las cargas pueden definirse como las fuerzas que actúan sobre los elementos estructurales.

Una correcta clasificación y cuantificación de estas cargas es fundamental para garantizar la seguridad, estabilidad y funcionalidad de cualquier proyecto. A continuación, se detallan los principales tipos de cargas según diferentes criterios de clasificación.

1. Clasificación según su Origen

Cargas Gravitacionales

Son aquellas que actúan sobre una estructura como consecuencia de la acción de la gravedad. Su característica principal es que siempre tienen una dirección vertical y apuntan hacia el centro de la Tierra.

Cargas Eólicas (Viento)

Son las cargas producidas por la acción del viento sobre las superficies de la estructura. Se suelen denominar con la letra W (del inglés Wind). Su dirección principal de acción es horizontal, aunque pueden generar presiones y succiones en múltiples direcciones.

Cargas Sísmicas

Se originan por los movimientos del terreno durante un sismo, ya sea de origen tectónico o volcánico. Al igual que las cargas de viento, su dirección principal de acción es horizontal, provocando desplazamientos y fuerzas inerciales en la estructura. Se denominan con la letra E (del inglés Earthquake).

Cargas Especiales

Esta categoría agrupa diversas cargas que no encajan en las clasificaciones anteriores y que dependen del uso específico de la estructura. Algunos ejemplos incluyen:

• Maquinaria y mecanismos: Vibraciones generadas por equipos (p. ej., para el asentamiento del hormigón), el choque de un vehículo contra una columna, vibraciones por cercanía a vías de ferrocarril o autopistas, etc.
• Presión de líquidos (hidrostática): La subpresión del agua de las napas freáticas sobre la cimentación o la presión del agua contenida en un tanque. Se denomina con la letra F.
• Presión del terreno: El empuje lateral del suelo sobre muros de contención, sótanos, submuraciones o túneles. Se denomina con la letra H.

Cargas por Deformaciones Impuestas

A diferencia de las anteriores, estas cargas no son generadas por fuerzas exteriores, sino por deformaciones internas que sufre la estructura. Estas deformaciones, al ser restringidas, generan estados tensionales.

• Térmicas (T): Las variaciones de temperatura provocan dilataciones y contracciones. Si estos movimientos están impedidos, se originan cargas internas.
• Descenso en apoyos: Asentamientos diferenciales en la cimentación que obligan a la superestructura a deformarse, generando esfuerzos.
• Variación de propiedades: Fenómenos como la contracción por fraguado del hormigón o la variación dimensional de la madera por cambios de humedad pueden inducir cargas si la deformación es restringida.

2. Clasificación según su Estado Inercial

Cargas Estáticas

Son aquellas que se aplican lentamente o que no cambian, o lo hacen muy lentamente, a lo largo del tiempo. Se considera que la estructura permanece en reposo. Ejemplos claros son el peso propio de la estructura y el público en una sala de espectáculos.

Cargas Dinámicas

Son cargas que varían rápidamente en el tiempo, generando efectos de inercia y vibración. Se pueden subclasificar en:

• Móviles: Aquellas cuyo punto de aplicación se desplaza sobre la estructura (p. ej., un vehículo en un puente).
• De impacto: Se producen cuando la carga se aplica de forma brusca en un corto período. La dirección de la carga coincide con la del movimiento.
• Cargas que inducen resonancia: Si una carga dinámica se aplica con una frecuencia cercana a la frecuencia natural de vibración de la estructura, puede producirse un fenómeno de resonancia, amplificando peligrosamente las oscilaciones.

3. Clasificación según su Tiempo de Aplicación

Cargas Permanentes (Muertas)

Son las que actúan durante toda o la mayor parte de la vida útil de la construcción, con variaciones pequeñas e infrecuentes. Se denominan con la letra D (del inglés Dead loads).

• Peso propio de la estructura.
• Peso propio de todo elemento constructivo no estructural (muros, acabados, etc.).
• Empujes de suelo (H) y líquidos de presencia continuada (F).

Cargas Variables (Vivas)

Son aquellas cuya magnitud o posición pueden variar significativamente a lo largo del tiempo. Tienen una alta probabilidad de actuación, pero no son constantes.

• Ocupación y uso (L): Personas, mobiliario, etc. (del inglés Live loads).
• Viento (W).
• Nieve o hielo (S).
• Lluvia (R).

Cargas Accidentales

Tienen una baja probabilidad de ocurrir, pero si lo hacen, su magnitud puede ser muy significativa. El diseño debe contemplarlas para evitar el colapso.

• Sismo (E).
• Tornado, impacto, explosiones, movimientos de suelos inesperados, etc.

4. Clasificación según su Ubicación Espacial

Cargas Concentradas (Puntuales)

Son aquellas que actúan sobre una superficie muy reducida en comparación con las dimensiones del elemento. En el modelo de cálculo, se idealizan como una fuerza aplicada en un único punto.

Cargas Distribuidas

Actúan sobre una línea o una superficie del elemento. Pueden ser:

• Uniformemente distribuidas: Mantienen un valor constante en toda su extensión (p. ej., el peso propio de una viga de sección constante).
• No uniformemente distribuidas: Su valor varía a lo largo de su extensión (p. ej., la presión del agua sobre la pared lateral de un tanque, que aumenta con la profundidad).

Nota sobre notación: En el cálculo, es común usar ‘d’ para cargas muertas distribuidas, ‘l’ para cargas vivas distribuidas y ‘q’ para la carga total distribuida.