DISEÑO DE ESTRUCTURAS 

DISEÑO DE ESTRUCTURAS

DISEÑO DE ESTRUCTURAS 

Diseño estructural es uno de los campos donde se desarrolla la Ingeniería Civil.

Características

El diseño estructural se realiza a partir de un adecuado balance entre las funciones propias que un material puede cumplir, a partir de sus características naturales específicas, sus capacidades mecánicas y el menor costo que puede conseguirse. El costo de la estructura siempre debe ser el menor, pero obteniendo el mejor resultado a partir de un análisis estructural previo.

El diseño estructural debe siempre de obtener un rendimiento balanceado entre la parte rígida y plástica de los elementos, ya que en muchas ocasiones, un exceso en alguno de éstos dos aspectos pueden conducir al fallo de la estructura.

Materiales

Usualmente los materiales utilizados en la parte estructural deben cumplir otro tipo de funciones, tales como aislante térmico, acústico, intemperie, impermeabilidad, división de aposentos y otros propios dentro de una estructura.

Además, dentro de otras funciones que cumplen los elementos dentro del diseño estructural están los aspectos arquitectónicos, los cuales deben ser integrados dentro del diseño estructural, a fin de obtener el mejor rendimiento de la estructura total.

El diseño de una estructura parte de una tipología base para a continuación realizar el cálculo adecuado de resistencias en cada una de sus partes conocidos los materiales y las cargas actuantes.

Para un diseño adecuado se deben tener en cuenta las combinaciones de cargas y en general cualquier situación a la cual se pueda ver sometida la estructura diseñada.

Tipos de estructura

Las tipologías de estructuras se pueden dividir atendiendo a diferentes aspectos:

  • 1.- Espaciales o planas
  • 2.- Materiales: acero, hormigón, madera, mixtas…
  • 3.- Isostáticas, hiperestáticas, hipostáticas.
  • 4.- Uso industrial o residencial: arquitectónico, monumental, artístico…

Para su desarrollo se debe atender la normativa legal en cada país que establece unos mínimos de modo que se puedan establecer responsabilidades penales en caso de accidente (por derrumbe o rotura). En España la norma se engloba dentro del código técnico de la edificación y normas adicionales.

  1. Etapa Conceptual o de Planeación

    Un proyecto se inicia por la necesidad de una comunidad, una persona o un cliente, la cual se le transmite a una empresa de ingenierías o arquitectura para que desarrolle los planos, especificaciones, cálculos, presupuestos, licencias, permisos y todos los estudios necesarios para la ejecución del proyecto.

    Por ejemplo, el alcalde de un municipio autoriza a una empresa de ingenierías a desarrollar los estudios para la construcción de un puente para solucionar una situación de movilidad en cierto sector de su ciudad.

    Durante la etapa de concepción o planeación, se identifican las necesidades y requerimientos, articulándolos cuidadosamente. Los objetivos de un proyecto deben ser consistentes y satisfacer las ambiciones del cliente y los intereses de la comunidad, como también el respeto por el medio ambiente

    La etapa conceptual o de planeación requiere la intervención del cliente, comunidad, arquitectos, planeadores, oficinas reglamentarias del gobierno u organizaciones cívicas, ingenieros electricistas, mecánicos, sanitarios, hidráulicos, geotecnistas, estructural, ambientalistas y profesionales con disciplinas específicas, y en entre todos estudiar la factibilidad o viabilidad del proyecto ante las diversas alternativas bajo consideración. El ingeniero estructural debe interactuar con las otras disciplinas involucradas en la obra a construir, por ejemplo, con los profesionales de las áreas de geotecnia, arquitectura, ambientales, mecánicos, hidráulicos y sanitarios, etc.

    En la etapa conceptual, el ingeniero estructural en conjunto con los otros profesionales, puede proponer sistemas estructurales, materiales, sistemas constructivos, así, plasmar bosquejos que sean entendibles al cliente y la comunidad con el objeto de que puedan hacer sus análisis y expresar sus comentarios; los planos del sistema estructural son generalmente esquemáticos.

  2. Etapa Preliminar de Diseño

    Con base en la etapa conceptual se estudian los diferentes sistemas estructurales aplicables al proyecto, seleccionando el sistema o sistemas que satisfagan aspectos económicos, constructivos, estéticos, ambientales, seguridad, funcionales y tiempo de ejecución.

    En esta etapa el ingeniero estructural debe estudiar los sistemas estructurales propuestos, pre-dimensionar las dimensiones de los elementos de la estructura, definir los materiales, evaluar las cargas actuantes, inclusive las de la etapa en construcción, y la manera como van a estar conectados los componentes estructurales, con base en la información anterior realizar un análisis y diseño aproximado con miras a verificar esfuerzos y deflexiones que servirán de apoyo al diseño definitivo.

    Los sistemas, materiales, dimensiones preliminares y procesos constructivos se deben coordinan con las otras disciplinas que participan en el diseño.

    Durante esta etapa debe ponerse en evidencia la experiencia, intuición, tenacidad y talento creativo del ingeniero estructural para seleccionar el sistema estructural, materiales y definir los procesos constructivos

  3. Etapa de Selección

    Una vez finalizados los diseños preliminares correspondientes a las alternativas consideradas, debe hacerse la selección del sistema estructural, donde la principal consideración se debe centrar en como cada alternativa satisface los objetivos originalmente trazados. En esta etapa al Ingeniero estructural le concierne estudiar aspectos económicos, constructivos, comportamiento estructural, ambiental o cualquier otra consideración relacionada con el éxito y buen desarrollo del proyecto.

    En ciertos casos se estudian nuevas alternativas de sistemas estructurales o rediseños, por lo tanto, hay que regresar a la etapa preliminar de diseño.

  4. Análisis Estructural

    Una vez seleccionado el sistema estructural y definida su geometría y materiales, evaluadas las cargas actuantes y precisado el proceso constructivo se debe realizar el análisis estructural utilizando las teorías de la mecánica estructural. Se debe establecer un modelo matemático que prediga el comportamiento real de la estructura.

    Hoy en día los ingenieros estructurales utilizan para analizar sus estructuras programas desarrollados en sus oficinas o adquieren licencias de programas como SAP2000, ETABS, SAFE, RC BUILTDINGS, SISMICAD, CYPECAD, STAAD PRO, MIDAS, ROBOT MILLENIUM, ARQUIMET y otros más, disponibles en el mercado.

    Es responsabilidad del ingeniero que utiliza estos programas verificar sus resultados.

  5. Etapa de Diseño

    Con base en los resultados del análisis estructural como son fuerzas y momentos internos, desplazamientos y esfuerzos se procede con el diseño estructural, el cual consiste en satisfacer los requisitos de resistencia, estabilidad, rigidez y deflexión de cada uno de los elementos que conforman la estructura. Las exigencias del diseño estructural están establecidos en las normas, códigos, especificaciones y reglamentos, en el territorio colombiano es obligatorio la aplicación del Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente, NSR-10

    El reglamento NSR-10 en el Título A, A.1.3.4, presenta un procedimiento para el diseño estructural.

  6. Etapa Final del Diseño

    En esta etapa se hacen los ajustes necesarios a la estructura con el objeto de cumplir en forma óptima con las exigencias del diseño estructural y aspectos económicos, estéticos, ambientales y constructivos; sin embargo, el ingeniero estructural debe proceder con mayor cuidado, por lo que las cargas deben determinase con mayor exactitud, aplicando las respectivas combinaciones de los casos de cargas. El análisis estructural que se requiere para esta etapa debe llevarse a cabo con gran precisión, y una modelación que simule el comportamiento real de estructura.

    Los resultados del diseño se plasman en los planos estructurales con detalles de los despieces de cada uno de los elementos estructurales, conexiones, plantas, procesos constructivos, detalles del sistema, especificaciones técnicas que definen los materiales a usar, la calidad de la mano de obra, los reglamentos y muchos otros conceptos relevantes para la construcción de la estructura.

  7. Etapa de Construcción

    La meta de esta etapa es hacer realidad a lo que se describió en la etapa final de diseño. El constructor frecuentemente prepara dibujos adicionales relacionados con la fabricación de la estructura. El constructor debe contar con un equipo completo de Ingenieros Estructurales que puedan trabajar íntimamente con los diseñadores de la estructura. De hecho, algunos de los problemas más retadores en análisis estructural se relacionan con la fabricación y la erección.

    Aún en los proyectos de Ingeniería Civil donde el diseño y construcción es realizada muchas veces por una sola organización, las operaciones secuenciales pueden ser diferentes.

    Sin embargo, los ingredientes claves de concepción, diseño preliminar, diseño final y construcción se presentan en cualquier proceso de diseño ingenieril.

noviembre 2, 2017

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