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Las barandas de terrazas y escaleras que no cumplen con los requisitos del código o que tienen una deflexión excesiva representan un peligro para el público y dan lugar a una multitud de reclamaciones de seguros y relacionadas con la construcción. Como ingenieros forensesPor lo general, vemos áreas comunes de diseño de barandas que son deficientes para el código o la capacidad de servicio. Para comprender la construcción y el diseño de dichos sistemas, se requiere una investigación exhaustiva del tema.
Las industrias de la construcción y el diseño han proporcionado numerosos artículos relacionados con las conexiones de barandas de cubierta y la necesidad de proporcionar conexiones que resistan las cargas laterales requeridas y funcionen en servicio. Puede encontrar un ejemplo de un artículo comercial sobre estos temas en el artículo de The Journal of Light Construction, Strong Rail-Post Connections for Wooden Decks, que proporciona una descripción general de las conexiones de barandas de terrazas utilizadas en la construcción de terrazas residenciales. Ese artículo también incluye la prueba de varias conexiones. Sin embargo, muchos artículos y publicaciones de la industria tienen poca o ninguna discusión sobre la desviación permitida de las barandas de escaleras y terrazas.
los Código Internacional de Construcción no aborda prescriptivamente las desviaciones de riel permitidas o tolerables. Según un miembro del personal del International Code Council, el código no tiene límites de deflexión para pasamanos y protecciones. Una buena práctica de diseño limitaría cuánto se puede empujar hacia afuera o hacia abajo un pasamanos o una protección. Independientemente del silencio de IBC sobre este asunto, sigue siendo un aspecto muy importante en la construcción y el diseño de barandas y, por lo tanto, debe tenerse en cuenta.
Cuando una barandilla tiene una cantidad significativa de deflexión que hace que una persona se sienta insegura o da la sensación de que la barandilla no es estructuralmente sólida, se puede considerar que la barandilla está mal construida o diseñada. Aunque la barandilla puede soportar adecuadamente el diseño cargas estructurales, la cantidad significativa de deflexión excederá la percepción de seguridad de un individuo. Además, las deflexiones repetidas debilitarán los elementos estructurales por fatiga o sobreesfuerzo, lo que creará la posibilidad de fallas que provoquen lesiones.
Para establecer los criterios de diseño de barandas, los estándares mínimos del código de construcción incluyen las cargas de diseño para barandillas. Estos se abordan en el Código Internacional de Construcción (IBC) de 2006 Sección 1607.7 Cargas sobre pasamanos, resguardos, barras de apoyo y barreras para vehículos. De acuerdo a Sección 1607.7.1 Pasamanos y protecciones, “Los pasamanos y protecciones deben diseñarse para resistir una carga de 50 plf (0,73 kN/m) aplicada en cualquier dirección en la parte superior y para transferir esta carga a través de los soportes a la estructura”. El Código Residencial Internacional (IRC, por sus siglas en inglés) para viviendas unifamiliares y bifamiliares también indica que solo se debe aplicar la carga concentrada única requerida por la Sección 1607.7.1.1. De acuerdo a Sección 1607.7.1.1 Carga concentrada, “Los ensambles de pasamanos y protecciones deben ser capaces de resistir una sola carga concentrada de 200 libras (0.89 kN), aplicada en cualquier dirección en cualquier punto a lo largo de la parte superior, y tener dispositivos de fijación y estructura de soporte para transferir esta carga a los elementos estructurales apropiados del edificio." Estos estándares han existido en versiones anteriores del Código y en ASCE 7 Requerimientos estructurales para Ingeniería.
Más allá de los requisitos de resistencia a la fuerza, el IBC de 2006, Sección 1604.3, aborda los requisitos de capacidad de servicio de los elementos estructurales. De acuerdo a Sección 1604.3 Capacidad de servicio, “Los sistemas estructurales y sus miembros deben estar diseñados para tener la rigidez adecuada para limitar las deflexiones y la deriva lateral”. De acuerdo a Sección 1604.3.6 Límites, “Desviación de miembros estructurales sobre el claro, L, no debe exceder lo permitido por la Tabla 1604.3.”
Las barandas de terrazas y escaleras suelen estar expuestas solo a cargas vivas, como una persona que se apoya o empuja contra la barandilla. Si se recurre a los requisitos de servicio de los códigos, se aplica la Tabla 1604.3 del IBC de 2006 para pisos, techos y paredes: la deflexión de los miembros del piso se limita a L/360 bajo cargas vivas; los miembros del techo que no soportan techos están limitados a L/180 bajo cargas vivas; Las paredes exteriores y tabiques interiores con acabados flexibles están limitadas a L/120 cuando están cargadas de nieve o viento. Otro elemento importante es que para elementos en voladizo, la luz (L) se tomará como el doble de la longitud del voladizo. Cuando las barandas de la plataforma estándar están en voladizo desde la superficie de la plataforma, se considera el doble de la longitud del voladizo para el cálculo de la deriva cuando se utiliza la tabla IBC. Con base en este análisis, los límites de deflexión podrían calcularse utilizando los límites de deflexión h/60, h/90 y h/180, según la tabla IBC.
El capítulo 35 del IBC de 2006 también adopta la norma ASCE ASCE/SEI 7-05 Cargas mínimas de diseño para edificios y otras estructuras por referencia. La sección 4.4 de ASCE/SEI 7-05 tiene requisitos de carga similares a los del IBC, incluida la carga puntual de 200 libras, la fuerza de 50 libras por pie lineal y la carga de relleno de 50 libras en un área de 1 pie cuadrado. Según ASCE 7-05 Sección 1.3.2 Capacidad de servicio, “Los sistemas estructurales, y los miembros de los mismos, deben estar diseñados para tener la rigidez adecuada para limitar las deflexiones, la deriva lateral, la vibración o cualquier otra deformación que afecte negativamente el uso previsto y el rendimiento de los edificios y otras estructuras”.
Según ASCE 7-02 Sección C1.3.2 Capacidad de servicio, “El hecho de que los estados límite de servicio no estén habitualmente codificados no debe restarles importancia. Excediendo un estado límite de servicio en un edificio u otra estructura generalmente significa que su función se ve interrumpida o deteriorada debido a un daño o deterioro local menor o debido a la incomodidad o molestia de los ocupantes”. Por lo tanto, es nuestra opinión que se deben considerar las deflexiones en las barandillas y que se deben establecer los límites de deflexión sobre la cantidad de deflexión permitida desarrollada bajo los requisitos de carga lateral.
Considere una típica barandilla de plataforma "en voladizo" que se extiende 36 pulgadas por encima de la superficie de la plataforma. La altura del poste del riel (h) según se define en la Tabla 1604.3 del IBC es dos veces la altura, o 72 pulgadas (L). La siguiente tabla indica la deflexión de diseño que se utilizará para dimensionar el riel para minimizar la deflexión:
Otra fuente que ayuda en la revisión de los estándares disponibles para el diseño/construcción forense y original es el American Standards and Testing of Materials (ASTM) E 985, la especificación estándar para sistemas de barandas metálicas permanentes y barandas para edificios. Según el apartado 7.2.2 de la norma, “Cuando la carga se aplica en la línea de soporte vertical, la deflexión horizontal no debe exceder la altura del riel (h) dividida por 12, o h/12, siendo h la distancia entre la superficie del anclaje del poste y la parte superior del la barandilla superior.” Según la sección 7.2.3, “Cuando la carga se aplica en la mitad del tramo del riel, la deflexión horizontal no debe exceder la suma de la altura del riel (h) dividida por 24 más la longitud del riel (l) entre los soportes verticales dividida por 96, o h/24 + l/96.” De acuerdo con esta norma de ASTM, se permitiría que un riel de 36 pulgadas de alto tuviera una deflexión máxima de 3 pulgadas, y un riel de 42 pulgadas de alto tendría una deflexión permitida de 3,5 pulgadas. Estas deflexiones serían percibidas por el usuario como grandes en comparación con un sistema rígido.
En la revisión de la literatura disponible sobre la construcción de los pasamanos, se podría recurrir a las Normas de seguridad universales de 1914, se construyó una 'barandilla estándar' con: “La baranda superior debe ser de no menos de 2×4 pulgadas; la baranda central debe ser de no menos de 1 × 4 pulgadas, de madera de grano recto, revestida en cuatro (4) lados, apoyada en postes de 4 × 4 pulgadas, revestida en cuatro (4) lados, espaciada no más de ocho (8) centro de los pies; o de construcción edificada de igual resistencia.” Estas barandillas debían tener un mínimo de 3 ½ pies de altura. Con base en una baranda de 4×4 con un espacio entre centros de 8 pies y con una altura de 3 ½ pies, la deflexión de una baranda estándar sería de 0.38 pulgadas (h/111) bajo una carga puntual de diseño de 200 libras colocada en el parte superior del poste de apoyo. Al considerar la carga de diseño de 50 libras por pie lineal de carga, la desviación de una baranda estándar sería de 0,75 pulgadas (h/56).
Estos cálculos de deflexión no incluyen la deflexión contribuyente de la baranda superior bajo la carga aplicada a lo largo del tramo de la baranda. Por lo tanto, la 'barandilla estándar', tal como se especifica en las Normas de seguridad universales, resultó en una barandilla con deflexiones entre h/56 y h/111, al utilizar las cargas requeridas por el código actual.
El Servicio de Evaluación del Consejo Internacional de Códigos (ICC, por sus siglas en inglés), Inc. preparó un Criterio de aceptación para pasamanos y protecciones, tal como se publicó en febrero de 2007. Bajo el título de "Pruebas estructurales", una prueba de carga concentrada incluye probar un riel con 500 libras por pie en el medio del tramo superior y en la parte superior de un solo poste. Cuando la carga aplicada alcance las 200 libras, se medirá la deflexión en el punto de carga. El documento ICC tiene los mismos límites de deflexión que la norma ASTM E 985 que se relaciona con los rieles de metal. De acuerdo con el documento ICC, la deflexión permitida en el punto de carga no debe exceder lo siguiente:
Otra fuente que ayuda en la revisión de los estándares disponibles para el diseño/construcción forense y original es el American Standards and Testing of Materials (ASTM) E 985, la especificación estándar para sistemas de barandas metálicas permanentes y barandas para edificios. Según el apartado 7.2.2 de la norma, “Cuando la carga se aplica en la línea de soporte vertical, la deflexión horizontal no debe exceder la altura del riel (h) dividida por 12, o h/12, siendo h la distancia entre la superficie del anclaje del poste y la parte superior del la barandilla superior.” Según la sección 7.2.3, “Cuando la carga se aplica en la mitad del tramo del riel, la deflexión horizontal no debe exceder la suma de la altura del riel (h) dividida por 24 más la longitud del riel (l) entre los soportes verticales dividida por 96, o h/24 + l/96.” De acuerdo con esta norma de ASTM, se permitiría que un riel de 36 pulgadas de alto tuviera una deflexión máxima de 3 pulgadas, y un riel de 42 pulgadas de alto tendría una deflexión permitida de 3,5 pulgadas. Estas deflexiones serían percibidas por el usuario como grandes en comparación con un sistema rígido.
En la revisión de la literatura disponible sobre la construcción de los pasamanos, se podría recurrir a las Normas de seguridad universales de 1914, se construyó una 'barandilla estándar' con: “La baranda superior debe ser de no menos de 2×4 pulgadas; la baranda central debe ser de no menos de 1 × 4 pulgadas, de madera de grano recto, revestida en cuatro (4) lados, apoyada en postes de 4 × 4 pulgadas, revestida en cuatro (4) lados, espaciada no más de ocho (8) centro de los pies; o de construcción edificada de igual resistencia.” Estas barandillas debían tener un mínimo de 3 ½ pies de altura. Con base en una baranda de 4×4 con un espacio entre centros de 8 pies y con una altura de 3 ½ pies, la deflexión de una baranda estándar sería de 0.38 pulgadas (h/111) bajo una carga puntual de diseño de 200 libras colocada en el parte superior del poste de apoyo. Al considerar la carga de diseño de 50 libras por pie lineal de carga, la desviación de una baranda estándar sería de 0,75 pulgadas (h/56).
Estos cálculos de deflexión no incluyen la deflexión contribuyente de la baranda superior bajo la carga aplicada a lo largo del tramo de la baranda. Por lo tanto, la 'barandilla estándar', tal como se especifica en las Normas de seguridad universales, resultó en una barandilla con deflexiones entre h/56 y h/111, al utilizar las cargas requeridas por el código actual.
El Servicio de Evaluación del Consejo Internacional de Códigos (ICC, por sus siglas en inglés), Inc. preparó un Criterio de aceptación para pasamanos y protecciones, tal como se publicó en febrero de 2007. Bajo el título de "Pruebas estructurales", una prueba de carga concentrada incluye probar un riel con 500 libras por pie en el medio del tramo superior y en la parte superior de un solo poste. Cuando la carga aplicada alcance las 200 libras, se medirá la deflexión en el punto de carga. El documento ICC tiene los mismos límites de deflexión que la norma ASTM E 985 que se relaciona con los rieles de metal. De acuerdo con el documento ICC, la deflexión permitida en el punto de carga no debe exceder lo siguiente:
El siguiente es un resumen de nuestros hallazgos con respecto a los límites de deflexión (que se muestran en la tabla como menos estrictos (mayor desviación) a más estrictos (menor desviación)):
Para mas información contactenos aquí.
Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales, Normas ASTM en códigos de construcción, trigésima séptima edición, 2000.
Instituto para la Seguridad de los Productos, Estándares Universales de Seguridad, Oficina de Servicios de Compensación para Trabajadores, Carl M. Hansen, ME, Copyright 1913 y 1914.
ICC Evaluation Service, Inc., Criterios de aceptación para pasamanos y protecciones, AC273, vigente desde el 1 de noviembre de 2004, editorialmente corregido en febrero de 2007.
Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales, Normas ASTM en códigos de construcción, trigésima séptima edición, 2000.
Instituto para la Seguridad de los Productos, Estándares Universales de Seguridad, Oficina de Servicios de Compensación para Trabajadores, Carl M. Hansen, ME, Copyright 1913 y 1914.
ICC Evaluation Service, Inc., Criterios de aceptación para pasamanos y protecciones, AC273, vigente desde el 1 de noviembre de 2004, editorialmente corregido en febrero de 2007.
Journal of Light Construction, Strong Rail-Post Connections for Wooden Decks, Joseph Loferski y Frank Woeste, PE, con Dustin Albright y Ricky Caudill, febrero de 2005.
Consejo Internacional de Códigos, Código Internacional de Construcción, 2006.
Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles/Instituto de Ingeniería Estructural, ASCE/SEI 7-05, Cargas mínimas de diseño para edificios y otras estructuras, 2005.
