El diseño estructural de edificios es una tarea compleja porque requiere una profunda comprensión de los principios físicos y matemáticos que afectan la forma y el comportamiento de una estructura. Por ello, antes de llevar a cabo un proyecto de arquitectura es necesario realizar los análisis pertinentes, para garantizar que la edificación sea segura y durable.
Estas tareas de cálculo estructural incluyen una precisa estimación de la resistencia a la compresión y a la tensión, el diseño de estructuras resistentes a la tracción, la distribución de los cimientos, la distribución de las cargas sobre los componentes de la estructura, la adecuada resistencia a los esfuerzos de flexión y esfuerzos de volteo, y la correcta conexión de los componentes estructurales.
Con todos estos aspectos en mente, los arquitectos y constructores pueden ofrecer un producto seguro y sostenible.
¿Qué es el cálculo de estructuras?
Para crear estructuras robustas y seguras, el análisis estructural es esencial. Esta práctica se utiliza para determinar los elementos necesarios para soportar cargas muertas, cargas vivas y factores climáticos/geológicos. Se aplica tanto para edificios nuevos como ampliaciones de edificios existentes. El objetivo principal del cálculo estructural es asegurar que la estructura sea capaz de soportar todas las cargas sin peligro.
Cálculo de estructuras metálicas. ¿Cómo y por qué?
Las estructuras metálicas acaparan el uso en la construcción de naves industriales y ciertos edificios debido a las muchas ventajas que otorgan. Entre las cuales encontramos que:
- Tales estructuras “dejan saber” cuando están a punto de fallar debido al vigor de sus deformaciones;
- Es material homogéneo lo que reduce notoriamente el error humano en la construcción;
- Asimismo, ocupa poco espacio, pesa poco y es altamente resistente, y en el caso de reformas o demoliciones el material sigue conservando valor al ser recuperable.
- Cuenta con la facilidad de ser construido de manera rápida dado que la mayoría de los elementos se pueden fabricar en taller.
Aun así, deben tomarse ciertas precauciones cuando se utiliza como, por ejemplo:
- Contar con dispositivos adicionales para alcanzar la firmeza,
- Evitar los espigones y la corrosión,
- Verificar el resultado de los soldados,Eexcesiva flexibilidad que da lugar a la generación de vibraciones.
Todo diseño de estructura metálica debe hacerse de forma que soporte las cargas previstas y las transmita con garantías. Para que ello ocurra, deben establecerse correctamente las condiciones externas a las que estará sometida la estructura, los elementos estructurales, etc. y con ello proceder a su dimensionamiento y posterior comprobación.
Claro está, esta labor no será sencilla y para que se realice correctamente deben conocerse todos los factores que intervienen.
¿Qué tipos de Acero se utilizan?
Existen distintos tipos de acero cuyas propiedades varían en función del tratamiento al que sean sometidos. Para el diseño y cálculo de estructuras de acero, es necesario saber la diferencia entre ellos para utilizar el más adecuado según su finalidad:
Acero laminado en caliente
Es un tipo de acero que se fabrica calentando barras de acero para suavizarlas y provocar su deformación. Esto da lugar a la producción de láminas metálicas ligeras y con variedad de dimensiones. El acero laminado en caliente es popular por su fuerza, resistencia al desgaste, costo reducido, capacidad para soportar la fatiga y su versatilidad. Se usa muy a menudo en proyectos de ingeniería estructural ya que el laminado en los aceros aumenta sus propiedades mecánicas.
Aceros conformados en frío
El acero conformado en frío es un proceso de manufactura a temperatura ambiente en el que el acero se pliega (dobla) para crear partes con formas específicas. El acero es reforzado para resistir la deformación durante la fabricación y puede ser endurecido para aumentar su fortaleza y resistencia general. Este aumenta resistencia y dureza del acero, pero además, disminuye su ductilidad, por lo que es más utilizado en la construcción de mobiliario o maquinaria.
Acero Galvanizado
El acero galvanizado es un material renovable y durable con un alto nivel de resistencia. Se obtiene mediante el proceso de galvanizado que consiste en sumergir el acero en un baño de zinc fundido. Esto favorece una mayor protección a la corrosión en los productos fabricados a partir de él. Es ideal para la fabricación de piezas como tuberías, postes de soporte de columnas, entre otros, para proyectos de construcción civil. Además, se destaca por su durabilidad y por ser un material reciclable.
Acero Galvalume
El acero Galvalume es un material elaborado a base de zinc, silicio y aluminio. Cuenta con una resistencia a la corrosión notable, llegando a ofrecer una longevidad hasta cuatro veces más larga que el acero galvanizado. Gracias a ello, es muy utilizado en condiciones agresivas del medio, como en la industria y en ambientes marinos. También destaca por su estética, motivo por el cual se emplea también en construcciones civiles, como los techos.
Acero Inoxidable
El acero inoxidable se fabrica a partir de arrabio mediante la adición de cromo y níquel al retortar en un horno de alto calor. Esta mezcla es resistente a la corrosión atmosférica y varios tipos de productos químicos, lo que lo hace útil tanto para la industria civil como para otras industrias. Además, este material se caracteriza por contener un brillo atractivo que se mantiene por mucho tiempo, siendo fácilmente limpiable. Por su alta resistencia mecánica y capacidad de soportar altas temperaturas, el acero inoxidable es ampliamente utilizado en la fabricación de ovens, cámaras de combustión, máquinas de diversas clases y muchos otros usos.
¿De qué elementos estructurales se compone el diseño de estructuras metálicas?
Las estructuras metálicas se componen de una serie de elementos en los que se puede dividir que conforman su diseño. Cada uno con su función, se calculan y diseñan por separado atendiendo a una finalidad diferente:
Soportes
Se debe tener en cuenta que los soportes son los responsables de sostener la carga vertical del edificio. Estos elementos pueden soportar tanto a compresión como a flexión.
Es importante considerar el tipo de acero, el tipo de carga, la longitud del soporte y la carga axial de compresión a la hora de diseñar un soporte para una construcción.
Placas de Anclaje
Las placas de anclaje son indispensables para que el acero y el hormigón trabajen juntos sin problemas. Estas placas se cuelgan de soportes metálicos y permiten una transmisión uniforme de esfuerzo entre los dos materiales. Para que este elemento estructural funcione correctamente, es necesario fijarlo al cimiento por medio de especiales pernos de anclaje que quedan embebidos en el hormigón y que trabajan a partir de la unión por adherencia formada al fraguar y endurecer el hormigón.
Fuente: http://www.generadordeprecios.info/
Correas
Las correas son vigas estructurales que se usan para soportar los materiales de cubierta. Estas vigas se colocan sobre los pórticos o cerchas, generalmente de forma inclinada, para poder resistir las cargas que suponen la nieve y el viento.
La separación entre correas variará según el material de la cubierta. Para reforzar la unión entre correas y los pórticos se emplean dos métodos: soldadura o remache, siendo este último el más común, pues se coloca un casquillo angular para anclar la correa a la estructura.
A la hora de calcular las correas se deben considerar como vigas apoyadas con cargas uniformemente distribuidas. Sobre ellas se emplean estructuras formadas por perfiles de IPN, simples T o de celosía.
Fuente: http://www.generadordeprecios.info/
Arriostramientos
La Cruz de San Andrés es un método empleado en estructuras arquitectónicas para transmitir los esfuerzos generados por el viento frontal a la pared lateral, a través de pórticos extremos. Se trata de una configuración en forma de aspa, a la que se asocian múltiples correas para procurar una repartición equilibrada de los esfuerzos de la estructura. Estas correas evitan angulaciones puntuales para un mejor control de la distribución de carga.
Fuente: https://www.sonproject.net/
Uniones
Las uniones pueden ser atornilladas (cuyos elementos deben estar normalizados para garantizar la seguridad), o soldadas (éstas deben hacerse con el material adecuado y mediante la técnica adecuada).
En el cálculo de estructuras metálicas, se utiliza la consulta de prontuarios en el que se resumen y clasifican los datos técnicos sobre los distintos perfiles y elementos metálicos aquí descritos. La UAHE (Unión Almacenista de Hierros de España), hace una categorización según normativa Española.
¿Qué programas se utilizan para los cálculos y diseños estructurales?
El cálculo y diseño de estructuras metálicas ocupa un papel clave en la ingeniería, abarcando desde fabricación hasta montaje. Para llevar a cabo este proceso, se requieren programas informáticos que ayuden a los ingenieros a diseñar y calcular estructuras de acero de forma eficiente, segura y ahorrando tiempo.
Los principales software para el diseño y cálculo de estructuras metálicas son:
Cypecad es una herramienta avanzada de diseño para estructuras de hormigón armado y metálicas que cuenta con todas las características necesarias para conseguir resultados exactos y seguros.
El programa ayuda a los usuarios a crear diseños estructurales profesionales para cualquier tipo de proyecto, reduciendo los errores y aumentando la productividad. Además, incorpora herramientas de verificación de cada elemento estructural de la construcción, como soldaduras, atornillados y vigas.
Esto se consigue gracias a una interfaz intuitiva para el usuario y a la gran variedad de herramientas matemáticas y gráficas incorporadas.
Autodesk es reconocido como uno de los programas https://www.inesem.es/Curso-Robot-Structural?itp_source=inesem&itp_medium=web&itp_campaign=search-ajax-courses&itp_content=normal&itp_term=robot-structuralde diseño de estructuras metálicas más sofisticados en el mercado, convirtiéndose en una herramienta indispensable para el cálculo, diseño y simulación de estructuras metálicas en todo el mundo.
Sus características incluyen la capacidad de calcular uniones de acero, estructuras de madera y secciones de armado, gracias a su tecnología de elementos finitos (MEF). El software presenta fiabilidad indiscutible al vincular programas BIM y MEP para usar en el diseño arquitectónico y construcción. Además, se cuenta con algoritmos que permiten estudiar múltiples configuraciones de estructuras disponibles.
SAP2000
El software SAP2000 es una herramienta ideal para modelar, analizar y dimensionar una gran variedad de estructuras. Posee una interfaz gráfica de fácil entendimiento en tres dimensiones. Con él también podrás modelar eficientemente estructuras complejas destinadas a obras hidráulicas, estructuras industriales o marítimas, puentes y mucho más.
El software ofrece plantillas para facilitar el diseño y diversas funciones, como cuadrículas fácilmente rotables y aplicaciones de viento y sismo de acuerdo con los estándares internacionales. Aparte, incluye mallado automático, optimización de los perfiles metálicos y una visualización interactiva de los resultados para cada elemento.
Tricalc-Arktec
Con Tricalc puedes calcular y analizar los datos asociados al proceso de fabricación de estructuras de cualquier material mediante BIM.
Esta herramienta de construcción digital te permite definir estructuras en cualquier plano y reducir el riesgo de errores en la medición y dimensionamiento de tu obra.
Tekla Structures
Tekla es el software de diseño de estructuras más reconocido en el mundo construcción. Esto es debido a su versatilidad para producir contenido que satisface las necesidades de todos y cada uno de los sectores del ámbito constructivo. Utiliza la gestión BIM en sus flujos de trabajo para mejorar el entendimiento de un proyecto, la colaboración entre participantes y la optimización de los procesos de construcción.
En definitiva, si estás interesado en el cálculo y diseño de estructuras metálicas de última generación, debes bien la normativa técnica estatal que regule tanto los parámetros de cálculo como las condiciones apropiadas para la construcción. Una vez hecho este estudio, lo ideal es tener claro el programa informático que más se ajusta a nuestras necesidades. Esta herramienta nos facilitará en gran medida la aplicación de la normativa, los materiales y el cálculo de los elementos estructurales.
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