PROPUESTA DE VALOR DE CARGA VIVA MÁXIMA PARA EL DISEÑO DE DEPARTAMENTOS DE INTERÉS SOCIAL

PROPUESTA DE VALOR DE CARGA VIVA MÁXIMA PARA EL DISEÑO DE DEPARTAMENTOS DE INTERÉS SOCIAL

Joel Guillén Osorio1 y Sonia Elda Ruiz Gomez2

RESUMEN

Se proponen valores de cargas vivas máximas para el diseño de departamentos de interés social. Los datos de las cargas sostenidas instantáneas se basan en el estudio estadístico de quince plantas tipo de departamentos de interés social. Las cargas máximas totales se estiman mediante simulación de Monte Carlo para diferentes áreas y para un periodo de retorno de 50 años. Se calcula la probabilidad de excedencia de las cargas de diseño propuestas, y se compara con la probabilidad de excedencia de las cargas especificadas en el SEI/ASCE 7-02. Se recomienda que la ley de cargas máximas propuesta en este trabajo se incluya en la siguiente versión del Reglamento de Construcciones del Distrito Federal.

ABSTRACT

Design values of maximum live loads for low cost apartment buildings are proposed. A live –load survey of sustained loads acting on fifteen apartment building plants is carrier out. The study is performed by means of Monte Carlo simulation analysis. The maximum total loads are obtained for different areas and for a 50-year time interval. The probabilities of exceedance of values determined in accordance with the proposed rule are compared with those corresponding to the minimum load values specified in the SEI/ASCE 7-02 report. It is recommended to include the new load reduction rule in the next Mexico City Code version.

INTRODUCCIÓN

El presente trabajo forma parte de los estudios que se llevan acabo en el Instituto de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México sobre cargas vivas máximas con las que se deben diseñar las estructuras ubicadas en el Distrito Federal. Los estudios realizados con anterioridad se refieren al diseño de edificios de oficinas (Soriano et al, 2001) y de salones de clase (Sampayo et al, 2001). Los resultados de dichos estudios fueron aceptados por el Comité Asesor en Seguridad Estructural del Gobierno del Distrito Federal para sustituir a los valores que se especificaban en la versión 1993 del Reglamento de Construcciones del Distrito Federal (RCDF), por lo que ahora forman parte del RCDF-2004.

El objetivo del presente estudio es proponer valores nominales de carga viva máxima para el diseño de departamentos de interés social. El RCDF-2004 especifica un valor nominal de carga viva máxima igual a 170 kg/m2 para el diseño de casa-habitación, con una ley de reducción para elementos con área tributaria (A) mayor que 36 m2 igual a 100+420A-1/2. Dichos valores se basan en estudios breves y en el juicio de ingenieros e investigadores con amplia experiencia en diseño estructuras.

El presente estudio consiste de tres etapas. La primera se refiere a realizar un muestreo de las cargas vivas que actúan sobre distintos departamentos de interés social.

La segunda etapa consiste en realizar un análisis estadístico con los datos antes obtenidos. Esto, con la finalidad de obtener los valores medios y las varianzas de las cargas sostenidas instantáneas medidas en campo, en función del área tributaria.

En la tercera parte se realiza un análisis mediante la técnica de simulación de Monte Carlo, y se obtienen valores estadísticos de las cargas vivas totales máximas para diferentes áreas, para un periodo de recurrencia dado. Después se obtienen las probabilidades de excedencia de los valores de diseño propuestos y se compara el resultado con la probabilidad de excedencia de los valores de las cargas vivas máximas de diseño que se especifican en el documento SEI/ASCE 7-02 (revisión del documento ASCE 7-98).

Finalmente, se recomienda que en futuras versiones de nuestro reglamento se incorporen los valores de la carga viva máxima de diseño aquí propuestos.

EVOLUCIÓN DE LOS VALORES DE LAS CARGAS VIVAS MÁXIMAS PARA EL DISEÑO DE CASA-HABITACIÓN

Los Reglamentos de Construcciones del Distrito Federal (RCDF, que son revisados y aprobados por la Asamblea de Representantes) han evolucionado conforme han avanzado los conocimientos técnicos y se ha ganado experiencia. En la figura 1 se puede ver la forma en que ha evolucionado el valor de las cargas vivas para el diseño de casas habitación en función del área tributaria, en distintas versiones del RCDF: 1976, 1993 y 2004.

Figura 1 Cargas vivas máximas de diseño especificadas en las tres últimas versiones del RCDF

DESCRIPCIÓN GENERAL DEL MODELO MATEMÄTICO

Para representar las cargas vivas en este trabajo se considera que la carga viva total que actúa sobre un área de piso está compuesta por cargas sostenidas y por cargas extraordinarias, ambas representadas por procesos de Poisson.

Las cargas sostenidas para el caso de los edificios de habitación incluyen las debidas al mobiliario (mesas, comedores, recámaras, salas, libros, etc.) y a las personas que habitan el inmueble. Su intensidad se considera constante durante cierto intervalo de tiempo, hasta que ocurre un cambio de ocupancia o en este caso, un cambio de las personas que habitan el departamento.

En las casas-habitación y en los departamentos, así como en los demás usos de piso, existen acontecimientos que provocan una sobrecarga. Estos se representan por las cargas extraordinarias cuya magnitud puede alcanzar cargas muy altas, pero su duración es pequeña comparada con la de las cargas sostenidas. Dichas cargas ocurren en un tiempo muy corto. Este tipo de cargas se presentan en los departamentos cuando estos cambian de propietario, durante alguna remodelación del departamento, o durante reuniones familiares (fiestas) en las que se concentra un gran número de personas en un área pequeña.

Se supone que tanto la magnitud de las cargas sostenidas como de las extraordinarias se puede representar por medio de una función tipo Gamma (Pier, 1971). Por otro lado, la magnitud tanto de las cargas máximas sostenidas como de las máximas extraordinarias puede representarse mediante una función de distribución Extrema Tipo I (McGuire y Cornell, 1974).

PLANTAS TIPO ANALIZADAS

Para este estudio se elegierón quince plantas tipo, las cuales constan de 2 a 4 departamentos. Los planos de estas plantas tipo fueron proporcionados por el INFONAVIT. Cada departamento cuenta con cocina, un baño completo, comedor, sala, patio de servicio y dos recámaras. Los departamentos tienen una superficie de 52.95 a 80.49 m2. En la tabla 1 se presenta la descripción general de las plantas tipo que se consideran en este estudio.

Tabla 1 Descripción general de las quince plantas tipo

Número de planta tipo Nombre de la planta tipo Número de departamentos Área por departamento ( m2 ) Área de la planta tipo (m2 ) Número de áreas básicas

1 Tarasco 2 52.95 105.9 12

2 Tolteca 4 57.17 228.68 32

3 Mixteco 2 60.49 120.98 12

4 Uruapan 2 62.46 124.92 16

5 Actopan 2 66.29 132.58 12

6 Cuitzeo 4 67.1 268.4 24

7 Yuriria 2 67.5 135 12

8 El Pípila 2 68.94 137.88 12

9 Carpio 2 71.55 143.1 12

10 Tres Guerras 2 72 144 12

11 Dolores 2 73.12 146.24 14

12 Chapultepec 2 73.44 146.88 12

13 Acatempan 4 76.94 307.76 28

14 Churubusco 2 79.87 159.74 14

15 Escobedo 4 80.49 321.96 24

El área total que se analizó es de 2624.02 m2. Un ejemplo de las plantas tipo se presenta en la figura 2 correspondiente a la planta Dolores (edificio número 11 en la tabla 1).

ESTIMACIÓN DE LAS CARGAS VIVAS SOSTENIDAS INSTANTÁNEAS

Para estimar los pesos de muebles y otros objetos dentro de los departamentos fué necesario utilizar dos básculas de palancas equilibradas a base de contrapesos, con una plataforma de 30 x 40 cm, con capacidad para 140 kg cada una. Estas básculas reunieron las características requeridas para el proyecto, además de que presentaron relativa facilidad para transportarse, capacidad suficiente, facilidad de ajuste y bajo riesgo de descompostura.

Para cumplir con los objetivos fue necesario pesar físicamente muebles y otros objetos (ropa, utensilios de cocina, etc.). El peso se obtuvo directamente al colocar los muebles sobre las básculas. Para los demás objetos se obtuvo el peso volumétrico, utilizando una caja de 60x30x33 cm de largo, ancho y altura respectivamente, por ejemplo, para utensilios de cocina se llenó la caja con estos, y se obtuvo su peso volumétrico.

Figura 2 Planta tipo número 11. Multifamiliar Dolores

El peso medio y la varianza del peso de las personas se tomó de los estudios realizados anteriormente para oficinas y escuelas (ver referencias por Soriano et al., 2001 y por Sampayo et al., 2001).

Los pesos de las personas, de los diferentes muebles y de otros objetos se consideran en las distintas áreas básicas. Esto se hace para cada una de las plantas tipo estudiadas.

Para obtener las áreas básicas se dividió la planta tipo en áreas iguales, para así facilitar el estudio. Dicha división se hace en forma imaginaria sobre un plano de las plantas tipo, marcando los límites de cada área y asignando

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