Parte 20 · Clase 197 de 830

ARQ-197 · Acciones permanentes, variables y excepcionales

Parte 20 · Clase desarrollada · Incorporada en v0.13.0.

Prerrequisitos conceptuales: ARQ-196, ARQ-192. Sin calendario. Los parámetros, ensayos y casos son didácticos y ficticios; no dimensionan una obra ni acreditan seguridad. Revisión externa especializada pendiente.

Pregunta central

¿Cómo construir un conjunto coherente de acciones y estados de proyecto sin sumar máximos incompatibles, confundir masa con peso o tratar una deformación impuesta como si fuera siempre una fuerza conocida?

Resultado y continuidad

Las clases anteriores estudiaron respuestas bajo datos prescritos. Ahora investigaremos de dónde proviene cada acción, cómo se organiza y qué información debe conservarse. Elaborarás un registro de acciones y tres casos ficticios; calcularás sus reacciones y analizarás una expansión térmica libre o restringida. No se definen cargas mínimas, factores parciales, espectros ni combinaciones reglamentarias para una obra.

1. Una acción puede ser una fuerza o una deformación impuesta

El peso de un componente, una presión o una carga de uso pueden representarse como fuerzas distribuidas o concentradas. Pero el entorno también puede imponer desplazamientos de apoyo o cambios de temperatura. Su efecto depende de qué movimientos están permitidos y de la rigidez del sistema.

Una barra que se dilata libremente puede cambiar de longitud sin desarrollar la misma fuerza que otra cuya expansión está impedida. Un asentamiento de apoyo puede inducir solicitaciones en una viga continua y no producir el mismo efecto en una organización que admite el movimiento. No basta reunir valores numéricos sin describir vínculo y estado.

El registro debe separar origen físico, representación matemática y efecto calculado. «Temperatura» es un origen; ΔT es una variable de entrada; una deformación libre es una consecuencia inicial; la fuerza de restricción exige un modelo adicional. Saltar directamente del origen a una carga ficticia oculta esas relaciones.

2. Permanencia, variabilidad y situaciones excepcionales

Las acciones permanentes se vinculan con condiciones sostenidas del sistema; las variables pueden cambiar en magnitud, posición o presencia. Las situaciones excepcionales exigen identificar mecanismos y escenarios específicos. Estas categorías orientan el estudio, pero su definición y tratamiento normativo deben verificarse en el marco aplicable.

El peso propio puede conocerse solo aproximadamente en una fase temprana porque todavía no se ha elegido la sección. Una carga de uso puede distribuirse de distintas maneras. Viento, nieve, sismo, temperatura y otras acciones pertinentes requieren fuentes, modelos y parámetros propios; no se sustituyen mutuamente por tener unidades de fuerza.

La ficha pública de ISO 2394:2015 sitúa principios de fiabilidad y riesgo para estructuras [STR-RELIABILITY]. Se consultó su alcance, no sus cláusulas completas. Aquí no se extraen coeficientes de ese documento ni se presenta una combinación didáctica como obligación legal chilena.

3. Unidades y frontera de cantidades

Masa se expresa en kg; peso es una fuerza y depende de la aceleración gravitatoria adoptada. Con g=9,81 m/s², una masa de mil kg tiene peso 9,81 kN. Una fuerza de diez kN corresponde a una masa aproximada de 1.019,37 kg bajo esa g, no a diez mil kg.

Una carga superficial q en kN/m² se transforma en carga lineal w mediante un ancho tributario b cuando esa idealización de transferencia está justificada: w=q b. Luego wL es fuerza. Confundir q con w puede conservar el mismo número escrito y cambiar completamente el problema físico.

El peso de una terminación debe incluirse una sola vez. Si q ya reúne los componentes del piso, no corresponde volver a sumar una partida incluida. El registro debe indicar incluidos y excluidos: losa, revestimiento, cielos, instalaciones u otros elementos según la frontera elegida. La lista se ajusta al proyecto, no se copia de manera universal.

4. Caso ACCIONES-01: distribución variable en una viga

Tomamos una viga simplemente apoyada de seis metros, independiente de FLEX-01 aunque comparte su longitud. Una acción G uniforme de 4 kN/m actúa en toda la luz. Su total es 24 kN y sus reacciones 12 y 12. Otra acción Q de 2 kN/m puede ocupar solo la mitad izquierda o solo la derecha en los casos que definimos.

En ACC-L, Q suma seis kN aplicados en su centro x=1,5 m. Su contribución a B es 6×1,5/6=1,5 kN y a A,4,5. Sumando G, las reacciones son A=16,5 y B=13,5 kN.

En ACC-R, el centro de Q está en x=4,5 m. Las reacciones se invierten: A=13,5 y B=16,5. Ambos casos tienen treinta kN totales. La diferencia está en la distribución, no en una variación de la fuerza total.

Este cálculo no define una combinación de diseño: G y Q son nombres de acciones del ejercicio y se suman con factores unidad expresamente adoptados. Una evaluación real debe utilizar las situaciones, representaciones y coeficientes que correspondan, no estos números por similitud de nomenclatura.

5. Una envolvente no es un estado simultáneo

Si buscamos el máximo de cada reacción entre ACC-L y ACC-R, obtenemos 16,5 para A y 16,5 para B. Esa pareja es una envolvente por componentes. No corresponde a ninguno de los dos casos: su suma 33 no coincide con los treinta kN aplicados en cada uno.

No hay contradicción si se conserva el significado de envolvente. El error aparece al tomar ambos máximos como si actuaran juntos, reutilizándolos para verificar equilibrio o alimentar otro modelo sin sus casos de origen. Debe guardarse qué situación produce cada valor.

Un tercer caso ACC-F aplica Q en toda la luz. Su fuerza total es 36 kN y cada reacción 18. No es la envolvente anterior «hecha simultánea», sino otra distribución de carga. Debe declararse si ese estado pertenece al problema y con qué condiciones. El cálculo no decide por sí solo qué situaciones son físicamente o normativamente pertinentes.

Figura 197. Los máximos 16,5 y 16,5 proceden de casos distintos. Se conservan sus identificadores al transferir resultados.

6. Sentido de una acción y pérdida de contacto

En un modelo auxiliar, una cubierta recibe cien kN descendentes y una acción ascendente de 130. La resultante es treinta kN hacia arriba. Una reacción que cierre el equilibrio puede requerir tracción en un vínculo; no basta con un apoyo unilateral que solo transmite compresión.

Tampoco se declara que esa diferencia dimensiona todos los anclajes. Falta distribución espacial, excentricidad, rutas de transferencia y comportamiento del conjunto. El ejemplo conecta acciones con la pregunta de ARQ-192: ¿puede el apoyo ejercer la reacción que exige el modelo?

El peso permanente puede ser desfavorable para una comprobación y favorable para otra. Por eso no debe maximizarse automáticamente en todas las situaciones. La consideración normativa de incertidumbres y factores necesita un marco completo; aquí se enseña a reconocer el problema, sin inventar coeficientes.

7. Expansión térmica: misma temperatura, dos respuestas

TERM-01 es una barra ideal de cuatro metros con A=0,001 m², E=200 GPa y coeficiente ficticio α=12×10⁻⁶ por kelvin. Se prescribe un incremento uniforme ΔT=30 K. Si puede expandirse libremente, el cambio de longitud es δT=αΔTL=0,00144 m=1,44 mm.

Si ambos extremos impiden por completo el cambio longitudinal, la deformación total se mantiene en cero. La parte térmica es αΔT y la mecánica debe ser su opuesta. Bajo elasticidad lineal, σ=−EαΔT=−72 MPa; la fuerza axial es N=σA=−72 kN.

No se originó esa fuerza por el cambio de temperatura aislado, sino por temperatura más restricción más ley material. Si los apoyos tienen flexibilidad, la fuerza será otra y habrá que resolver compatibilidad. Un gradiente térmico a través de la sección puede introducir curvatura; no queda representado por el incremento uniforme de este ejemplo.

8. Estados de construcción, servicio y cambio de uso

El sistema resistente puede ser diferente antes y después de completar conexiones, capas colaborantes o arriostramientos. Los materiales almacenados durante ejecución tampoco deben confundirse automáticamente con una ocupación final. Cada estado necesita geometría, acciones, vínculos y condiciones de investigación propias.

Un cambio de uso puede variar posiciones y magnitudes de acciones o sus concentraciones. No basta comprobar que la superficie construida permanece igual. Un archivo y una sala de reunión pueden plantear preguntas distintas, pero la clase no asigna sus valores normativos: exige buscarlos con los responsables y las fuentes pertinentes.

La modificación de un equipo también puede afectar acciones dinámicas, vibraciones, apoyos o rutas de mantenimiento. La lista de acciones se versiona con el proyecto. Su actualización debe llegar a modelos, planos y detalles que dependen de ella, no quedarse en un documento desconectado.

9. Registro mínimo y transferencia de resultados

Cada acción llevará identificador, fuente, unidad, ubicación, dirección, variación espacial o temporal, valores adoptados y estado. Los casos indicarían qué acciones participan y cómo. Los resultados conservarán componente, punto, caso y convención. Un máximo sin procedencia es difícil de revisar y peligroso de reutilizar.

Una fila pendiente no debe rellenarse con cero por comodidad del programa. «No incluida», «no aplicable con justificación» y «desconocida» son estados diferentes. La decisión de continuar un análisis preliminar debe explicar qué conclusiones quedan condicionadas por lo que falta.

Puedes comprobar algebraicamente los casos sintéticos y reconocer que su selección real exige ingeniería y normativa. Ambas afirmaciones son compatibles. El objetivo docente no es fingir un expediente de cálculo aprobado, sino aprender a construir datos coherentes para el siguiente modelo.

Práctica independiente

Una viga de ocho metros recibe G=3 kN/m en toda la luz. Q=2 kN/m ocupa solo los cuatro metros de la izquierda en un caso y los cuatro de la derecha en otro. Calcula reacciones de ambos y su envolvente. Explica por qué la suma de máximos no debe compararse como si correspondiera a una única fuerza total.

En otra barra, L=3 m, α=10×10⁻⁶/K y ΔT=20 K. Obtén expansión libre. Con E=100 GPa y A=0,002 m², calcula fuerza si se impide totalmente la expansión. Indica dos modificaciones de hipótesis que impedirían aplicar directamente esa fuerza.

Autoevaluación y enlace

Reconstruye cada resultado desde su caso y distingue fuerza, masa, carga superficial, carga lineal y desplazamiento impuesto. Conserva el caso que produce cada extremo. ARQ-198 añadirá tiempo, inercia y amortiguamiento; una fuerza que varía no se interpreta únicamente mediante su máximo estático.

Decisión pedagógica y posición curricular

Por qué existe

Esta clase existe para resolver una necesidad concreta del recorrido: ¿Cómo construir un conjunto coherente de acciones y estados de proyecto sin sumar máximos incompatibles, confundir masa con peso o tratar una deformación impuesta como si fuera siempre una fuerza conocida?

Por qué está exactamente aquí

Ocupa el lugar 7 de la Parte 20. Se estudia después de ARQ-196 · Elasticidad, plasticidad y ductilidad porque usa esa base para responder «¿Cómo construir un conjunto coherente de acciones y estados de proyecto sin sumar máximos incompatibles, confundir masa con peso o tratar una deformación impuesta como si fuera siempre una fuerza conocida?». Se ubica antes de ARQ-198 · Dinámica, período, amortiguamiento y resonancia porque la evidencia producida aquí debe estar disponible para ese paso.

• Prerrequisitos: ARQ-196, ARQ-192
• Capacidad que introduce: Las clases anteriores estudiaron respuestas bajo datos prescritos. Ahora investigaremos de dónde proviene cada acción, cómo se organiza y qué información debe conservarse. Elaborarás un registro de acciones y tres casos ficticios; calcularás sus reacciones y analizarás una expansión térmica libre o restringida.
• Clases o experiencias que dependen de ella: ARQ-198, ARQ-200, ARQ-204

flowchart LR
    A["Prerrequisitos · ARQ-196, ARQ-192"] --> B["ARQ-197 · necesidad y fundamento"]
    S["Fuentes · STR-RELIABILITY ISO 2394:2015 — General principles on reliability for structures"] --> B
    B --> C["Actividad auténtica"]
    C --> D["Evidencia auditable"]
    D --> E["Continuidad · ARQ-198, ARQ-200, ARQ-204"]

El diagrama permite comprobar una relación que el texto lineal oculta con facilidad: esta clase recibe capacidades previas, toma decisiones apoyadas por fuentes, exige una experiencia y produce evidencia que habilita trabajo posterior. No representa un procedimiento de obra.

Resultado observable, evidencia y evaluación

1. Identificar y delimitar las condiciones necesarias para responder la pregunta central de acciones permanentes, variables y excepcionales.
2. Producir y comprobar la evidencia declarada por la clase: Las clases anteriores estudiaron respuestas bajo datos prescritos. Ahora investigaremos de dónde proviene cada acción, cómo se organiza y qué información debe conservarse. Elaborarás un registro de acciones y tres casos ficticios; calcularás sus reacciones y analizarás una expansión térmica libre o restringida.
3. Justificar una decisión de acciones permanentes, variables y excepcionales mediante fuentes, supuestos, alternativas y límites explícitos.

Actividad, evidencia y criterio de aceptación

Actividad: Una viga de ocho metros recibe G=3 kN/m en toda la luz. Q=2 kN/m ocupa solo los cuatro metros de la izquierda en un caso y los cuatro de la derecha en otro. Calcula reacciones de ambos y su envolvente.

Evidencia mínima: Las clases anteriores estudiaron respuestas bajo datos prescritos. Ahora investigaremos de dónde proviene cada acción, cómo se organiza y qué información debe conservarse. Elaborarás un registro de acciones y tres casos ficticios; calcularás sus reacciones y analizarás una expansión térmica libre o restringida.

Archivo sugerido: evidence/ARQ-197/evidencia.md.

Criterio de aceptación: la entrega se acepta cuando:

• La entrega responde explícitamente a la pregunta: ¿Cómo construir un conjunto coherente de acciones y estados de proyecto sin sumar máximos incompatibles, confundir masa con peso o tratar una deformación impuesta como si fuera siempre una fuerza conocida?
• La actividad conserva las fronteras del caso y permite reconstruir el procedimiento: Una viga de ocho metros recibe G=3 kN/m en toda la luz. Q=2 kN/m ocupa solo los cuatro metros de la izquierda en un caso y los cuatro de la derecha en otro. Calcula reacciones de ambos y su envolvente.
• Cada afirmación externa puede seguirse hasta una fuente, su alcance consultado y su límite.
• La evidencia deja disponible una entrada comprobable para ARQ-198.
• Reconstruye cada resultado desde su caso y distingue fuerza, masa, carga superficial, carga lineal y desplazamiento impuesto. Conserva el caso que produce cada extremo.

La rúbrica común complementa estos criterios; no los reemplaza. Una entrega puede superar un promedio y continuar pendiente si oculta una condición crítica.

Trazabilidad de las decisiones

La tabla permite auditar las relaciones; la explicación, el caso y la práctica de la clase siguen siendo la documentación principal.

Autoevaluación, recuperación y continuidad

Errores diagnósticos

Antes de avanzar, comprueba si puedes reconstruir cada resultado sin mirar la solución, señalar qué evidencia lo sostiene y nombrar una condición que obligaría a revisar tu decisión. Conserva la primera versión, la objeción recibida y la revisión.

Conexión siguiente: La continuidad inmediata es ARQ-198 · Dinámica, período, amortiguamiento y resonancia; conserva el método y vuelve a verificar datos y límites.

Fuentes y alcance de uso

Los ejemplos, diagramas y desarrollos numéricos son originales. Las fuentes fundamentan los conceptos señalados, no los parámetros ficticios. Consulta de fuentes nuevas: 21 de septiembre de 2026. No se afirma lectura íntegra de normas o manuales cuando el alcance fue parcial.

[STR-RELIABILITY] ISO 2394:2015 — General principles on reliability for structures

International Organization for Standardization. https://www.iso.org/standard/58036.html

Consulta: Ficha pública de título, edición y alcance; no texto íntegro. Apoyo: Situar las bases de fiabilidad y riesgo en la definición de condiciones de proyecto. Límite: No se extrajeron coeficientes de carga ni se certifica cumplimiento de ISO.