Carga muerta en edificios

Introducción

Por lo general una pregunta
que siempre se hace quien está incursionando en el cálculo estructural es ¿Cuál es la carga muerta que debo utilizar al cargar un modelo estructural o al realizar un cálculo a mano?

Para responder esta pregunta, es una buena costumbre separar las cargas muertas en edificios en dos categorías:

- Carga muerta estructural
- Carga muerta no estructural

Carga Muerta Estructural

Se refiere en general a todo el peso producto de elementos estructurales tales como Vigas, columnas, losas llenas, losas enervadas, tanques de agua, escaleras, fosos de ascensor, zapatas, etc. 

Estas cargas por lo general están bien definidas ya que son producto de calcular simplemente el volumen de hormigón y multiplicarlo por su peso específico (ρHo Ao = 25 KN/m³;  En general el peso específico del hormigón es de 22-23 KN/m³ pero considerando que el hormigón armado es mas pesado que el hormigón simple, para Ho Ao suelo utilizar un peso específico entre 24 a 25 KN/m³)

Por otro lado, esta carga no suele representar mayor dificultad en los programas de cálculo ya que el mismo programa es el que se encarga de computar estar cargas por si sola en función a las secciones que nosotros le demos a los elementos estructurales.

Por ejemplo, si se tuviera una losa alivianada en dos direcciones de 25 cm de altura con casetones alivianantes de 40x40x20cm de la siguiente manera:

El cálculo de peso por metro cuadrado de losa es sencillo:
Volumen de losa de h=0.25 sin alivianantes =  0.25x1x1 = 0.25 m³
Volumen de casetones en 1m²   = (0.40x0.4x0.2)x4 =0.128
Restando ambos volumenes:
Volúmen de losa alivianada para 1m² = 0.25-0.128 = 0.122
Si el peso específico del HoAo es ρHo Ao = 25 KN/m³, entonces
Peso/m² de losa Alivianada = 0.122x25 = 3.05 KN/m²

Carga Muerta No Estructural

Al igual que en el caso de cargas muertas no estructurales, se deben desglosar los distintos materiales para tener el cálculo adecuado de carga muerta por metro cuadrado de losa.

Entonces, los materiales más comúnmente utilizados para la construcción de interiores en edificios son:

• Ladrillo (de diferentes dimensiones)
• Mortero
• Revestimiento de pared de cerámica o yeso
• Contrapiso sobre losa
• Revestimiento de piso, de madera o cerámica. 
• Yeso para el cielo falso

Desglosando gráficamente los distintos materiales, la imagen del comienzo del post se verá así:

Calculando primero el peso de un metro cuadrado de mampostería:

Según especificaciones del fabricante, cada ladrillo pesa 3.7Kg. Las dimensiones de cada ladrillo son 24x20x12cm y dispuestos para su máximo rendimiento entran 20 piezas/m² de mampostería.

Por tanto:

Peso de 20 ladrillos = 3.7Kg x 20 x 9.81 m/s² x 1KN/1000N = 0.72594 KN

Volumen de 20 ladrillos = 0.20m x 0.24m x 0.12m = 0.10368m³

El volumen de 1m x 1m x 0.12m de mampostería = 0.12m³

Entonces, el volumen de la mampostería completa de 12cm de ancho menos el volumen de todos los ladrillos da como resultado el volumen de mortero usado entre ladrillos:

Peso de mortero = Volumen de mortero x Peso específico de Mortero

Peso de mortero = (0.12m³ - 0.10368m³) 21 KN/m³ = 0.34272 KN

Adicionalmente está el revoque de mortero de aproximadamente 8mm en ambas caras de la tabiquería (de color amarillo en la imagen arriba mostrada)

Peso de mortero en un metro cuadrado de pared = 0.008 x 2 x 21 = 0.336 KN

Finalmente se debe calcular el peso de cerámica o revestimiento que irá pegado al mortero:

Peso de revestimiento/m² de pared en ambas caras = 0.007 x 2 x 22 = 0.308 KN

Con esto se tiene el peso total de pared por metro cuadrado:

Peso Pared = 0.72594+0.34272+0.336+0.308 = 1.71267 KN/m2

Suponiendo una altura de piso a techo de 2.60m, se debe multiplicar el peso anterior por esta altura, y así tener el peso de pared por metro lineal:

Peso Pared por metro lineal = 1.71267 x 2.60 = 4.4529 KN/m

Es en este punto donde podríamos cargar una porción de losa como la mostrada a continuación

Se podría pensar que la mejor manera de cargar el peso encontrado en la porción de losa mostrada es de la siguiente manera:

Sin embargo cargar una losa de esta forma, si bien es una situación muy realista de lo que sucedería en la realidad, es poco práctica.  Por un lado puede que la tabiquería en lo posterior cambie de posición debido a nuevas reformas que hará el arquitecto. Por otro lado la configuración de carga mostrada puede conllevar a errores en el manejo del programa de cálculo ya que es bastante complicado seguir las líneas base de los muros para cargarlos en elementos de área del programa estructural. 

Es por lo mencionado que es preferible asumir que la carga de tabiquería se distribuye uniformemente a lo largo y ancho de toda la losa, como se muestra a continuación:

De esta manera se evitan los inconvenientes mencionados.   El único problema es que no se tiene la cantidad promedio de metros lineales de muro por metro cuadrado de losa.  Sin embargo esto se obtiene fácilmente dividiendo la cantidad de metros lineales de losa, entre el área total de la planta.

En el presente caso se obtuvo 0.723 m lineales de tabique/ m² de losa

Entonces el Peso de tabiquería / m2 de losa = 4.4529 x 0.723 = 3.219 KN/m²

Finalmente está el cálculo de contrapiso y revestimiento de piso, asi como de cielo falso. Estos cálculos ya son más rápidos:

Peso de Contrapiso de 5cm / m² = 0.05m x 23KN/m³ = 1.15 KN/m²

Peso de Revestimiento de piso = 0.008m x 21KN/m³ = 0.168 KN/m²

Peso de cielo falso (1cm) = 0.01m x 17 KN/m³ = 0.17 KN/m²

La suma de todos los anteriores pesos nos da finalmente el total de la carga muerta No estructural en un metro cuadrado de losa:

Carga Muerta No estructural = 3.219+1.15+0.168+0.17 = 4.707 KN/m²

CONCLUSIÓN

Este valor de 4.707 KN/m² puede ser utilizado como un valor estandar para casos convencionales de viviendas. Sin embargo, es mejor obtener la densidad de tabiquería por metro cuadrado de losa en cada caso, ya que existen viviendas con espacios interiores muy pequeños y por tanto con una densidad de muros más alta.  Por otro lado ambientes muy grandes con escaso tabique por planta nos darán valores inferiores de carga muerta no estructural.