DISEÑO ESTRUCTURAL EN ACERO

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Este texto tiene por objeto facilitar a los alumnos y a los profesionales de Ingeniería Estructural e Ingeniería Civil varios de los conocimientos que se tienen sobre el comportamiento y diseño de las Estructuras de Acero. Corresponde definir, entonces, lo que se conoce como Diseño Estructural:

 “Una mezcla de Arte y Ciencia que combina los sentimientos intuitivos del ingeniero con los principios de la Estática, Dinámica, Mecánica de los Materiales, y el Análisis Estructural, para producir una estructura segura que sirva sus propósitos “.

Diseño estructural en acero

Se sabe que, a principios del siglo XIX, el diseño estructural era más arte que ciencia, pero el desarrollo de los conocimientos ha sido tan significativo en estos últimos tiempos, que se puede afirmar que, los modelos matemáticos propuestos para vaticinar el comportamiento de miembros estructurales individuales, sus conexiones, y los conjuntos estructurales y sus apoyos sobre el terreno son, ahora, de gran precisión, posibilitando que se puedan ajustar la exactitud de las cargas, usando combinaciones basadas en métodos estadísticos.
Ciertamente la labor operativa se ha multiplicado, pero con la ayuda de la computadora, se ha aliviado el trabajo de tal modo que se puede decir que las estructuras de acero son, en la actualidad, más seguras y mejor aprovechadas.

Antes de definir las diversas etapas del diseño, es preciso dar a conocer una idea de lo óptimo que se busca en todo trabajo. Este criterio que inicialmente fue solamente intuitivo o cualitativo va empezando a tener, en Ingeniería Estructural, un significado más preciso, como:

  • Costo mínimo
  • Peso mínimo
  • Tiempo de construcción mínimo
  • Trabajo mínimo
  • Máxima eficiencia operativa para el propietario

Muchas veces, varios de estos criterios pueden estar combinados.

En Perú, en el caso de las estructuras de acero, el criterio del peso mínimo quizás sea el más usado. La optimización puede lograrse mediante la definición de una Función Objetivo que involucre una expresión (por ejemplo, el peso de las estructura) que se pretende minimizar, junto con las inecuaciones de restricciones relacionadas con los esfuerzos máximos, deformaciones permisibles y posibilidad de los materiales disponibles, que limitan las variables que intervienen en la función objetivo. Si hay una clara definición de las mismas es posible encontrar la solución de una estructura de menor peso, con la ayuda de métodos matemáticos que establecen ese óptimo mediante una búsqueda sistemática.

PROCEDIMIENTO DEL DISEÑO ESTRUCTURAL

  1. Planeamiento: Establecimiento de las condiciones funcionales a las que la estructura debe servir. Aquí se define el criterio de lo óptimo.
  2. Configuración preliminar estructural: Aquí es donde la experiencia y lo que se podría llamar el ingenio del diseñador  deben ser importantes. Se tiene que fijar la disposición de los miembros y sus tamaños iniciales para ser discutidos con el cliente y los otros profesionales.
  3. Determinación de las cargas: Estimadas inicialmente, pero conocidas con más precisión en las sucesivas iteraciones.
  4. Selección preliminar de los miembros estructurales: Que permita iniciar un análisis estructural en la siguiente etapa.
  5. Análisis Estructural: Se crea el modelo matemático más adecuado a la realidad del verdadero comportamiento estructural de la edificación. Se aplican los métodos de la Mecánica para determinar los esfuerzos internos que se esperan que se tendrán en los miembros estructurales, con el objeto de poder compararlos con la resistencia que deberán tener dichos miembros, cosa que se efectúa en el siguiente paso
  6. Evaluación: Se debe preguntar si la resistencia o condiciones de servicio que se obtienen de acuerdo a un reglamento superan a las demandas que se establecen en los resultados de la etapa previa. Si hay un margen de seguridad adecuado y económico se puede dar por concluido el diseño; si no se va la siguiente etapa.
  7. Rediseños: Repetición de los pasos 3. a 6. para lograr cumplir los objetivos, mediante un proceso iterativo.
  8. Decisión: Queda, finalmente, decidir si es que se ha alcanzado el óptimo buscado en un diseño. Si se piensa que se ha logrado, entonces se da por concluido el proceso iterativo.
  9. Elaboración de Planos de Diseño y las Especificaciones de trabajo correspondientes. En algunos casos, son necesarios la presentación de maquetas o métodos de izaje; en otros casos se requiere la elaboración de los llamados Planos de Fabricación, que son aquellos en que se detalla cada miembro para que sean preparados en los talleres, así como todas sus conexiones..

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Autor : Ing. LUIS F. ZAPATA BAGLIETTO

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Christian Asmat Vidarte
Egresado de Ingeniería Civil en la Universidad Privada Antenor Orrego , con conocimientos en los software de SAP2000 , Civil 3D , AutoCAD, Revit , Risa 3D.
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