Criterios y métodos de diseño para estructuras en acero y madera

Antes de dar pie al tema repasemos algunos conceptos.

¿Qué es el acero?

El acero estructural es un material de fabricación industrializada, lo que asegura un adecuado control de calidad. Este material se caracteriza por una elevada RESISTENCIA, RIGIDEZ y DUCTILIDAD (esto es capacidad de soportar deformaciones plásticas sin disminuir su capacidad resistente), por lo cual su uso es muy recomendable para construcciones sismoresistentes.

Es importante conocer el acero porque éste es el material más usado en el mundo por su ductilidad y durabilidad.

Actualmente, el acero está ganando mucho espacio porque su proceso constructivo es más rápido y sencillo; ya se están obviando esas enormes y pesadas vigas y columnas de concreto que se hacían para construir grandes edificios.

 

¿Qué es la Madera?

Es un material de construcción  ligero, resistente y fácil de trabajar, utilizado por el hombre desde los primeros tiempos. Este material está constituido por el conjunto de tejido que forma la masa de los troncos de los árboles. 

 

Criterios y métodos de diseño

El Diseño estructural es una de las áreas donde se desarrolla la Ingeniería Civil y se realiza a partir de las potencialidades que un material puede ofrecer, así como sus características naturales que lo hacen especifico, su bajo costo y las propiedades mecánicas que posee.

Los criterios de diseño definen las exigencias sobre la estructura. Estas exigencias pueden ser de diferente carácter y deben ser compatibilizadas por el diseño final. Algunos de los requisitos que deben cumplir las edificaciones incluyen:

Estabilidad: la estructura debe ser estable bajo las condiciones de solicitación máxima esperada, de forma de evitar el colapso.

Resistencia: La estructura debe ser capaz de resistir las solicitaciones a que estará expuesta.

Rigidez: La estructura debe mantenerse dentro de ciertos límites de deformación, normalmente por condiciones de servicio.

Funcionalidad: La estructura debe cumplir con la función para la que fue diseñada.

Economía: La estructura debe ser construida con el mínimo costo, sin descuidar la seguridad o funcionalidad.

Constructibilidad: La estructura debe ser posible de construir con las técnicas existentes en el momento de su construcción.

Forma: La forma puede definir el concepto arquitectónico de la estructura. La estructura debe ser capaz de soportar la forma con el mínimo de perturbación posible.

Símbolo: Una edificación puede tener un significado más allá de su utilidad. Es el caso, por ejemplo de los edificios que compiten por ser los más altos del mundo, para simbolizar la supremacía de un país o grupo determinado.

Medio social-organizativo: La edificación debe ser aceptada por la gente que va a utilizarla o moverse en su entorno.

 

Se deben tener ciertas precauciones especiales en los criterios de estructuración. Tales como:

Estructuras ubicadas en zonas de alta sismicidad

Suelos de baja capacidad de carga

Zonas de vientos fuertes (costas)

Zonas propensas a la corrosión (en el caso del acero)

 

Para el análisis estructural con elementos de madera se tienen principalmente los métodos:

Método tradicional de diseño por esfuerzos de trabajo admisibles

En este método se utilizan relaciones básicas derivadas de la teoría clásica del comportamiento elástico de los materiales; la adecuación o seguridad de los diseños se mide al comparar con respecto a dos límites principales: un aceptable para el esfuerzo máximo y un nivel tolerable para el alcance de la deformación. Estos límites se calculan tal como se presentan en respuestas a las cargas de servicio; es decir a las cargas producidas por las condiciones de uso normal de la estructura, los movimientos tolerables se llamaban deflexiones admisibles, alargamiento admisible, etc. En esencia el método de los esfuerzos de trabajo consiste en diseñar una estructura para trabajar a algún porcentaje apropiado establecido de su capacidad total. Sin embargo lo que es verdaderamente apropiado como una condición de trabajo tiene mucho de especulación teórica.

 

Método de la resistencia o Método LRFD

En este método se usan límites de falla para el trabajo de diseño. El método de la resistencia consiste en diseñar una estructura para fallar, pero para una condición de carga más allá de lo que debería experimentar durante su uso. Una razón principal para favorecer los métodos de resistencia es que la falla de una estructura se demuestra con relativa facilidad mediante pruebas físicas.

 

Para los demás tipo de estructuras en general se tienen también los métodos:

Diseño por medio de modelos.

Se recomienda en el diseño de elementos estructurales de forma muy compleja que no son fáciles de analizar por medio de los modelos matemáticos usuales.

 

Método de los esfuerzos de trabajo o de esfuerzos permisibles o teoría elástica

Los elementos mecánicos producidos en los distintos elementos por las solicitaciones de servicio o de trabajo se calculan por medio de un análisis elástico. Se determinan después los esfuerzos en las distintas secciones debido a los elementos mecánicos, por métodos también basados en hipótesis elásticas. Los esfuerzos de trabajo así calculados, deben mantenerse por debajo de ciertos esfuerzos permisibles que se consideran aceptables, el método es razonable en estructuras de materiales con un comportamiento esencialmente elástico.

 

Método de la resistencia o método de factores de carga y de reducción de resistencia o teoría plástica.

Los elementos mecánicos se determinan por medio de un análisis elástico-lineal. Las secciones se dimensionan de tal manera que su resistencia a las diversas acciones de trabajo a las que puedan estar sujetas sean igual a dichas acciones multiplicadas por factores de carga, de acuerdo con el grado de seguridad deseado o especificado. La resistencia de la sección se determina prácticamente en la falla o en su plastificación completa.

 

Métodos basados en el análisis al límite.

En este criterio se determinan los elementos mecánicos correspondientes a la resistencia de colapso de la estructura (formación de suficientes articulaciones plásticas para llegar a la falla total de la estructura). Se hace un análisis estructural plástico.

 

Métodos probabilísticos.

Las solicitaciones que actúan sobre las estructuras, así como las resistencias de estas son cantidades en realidad de naturaleza aleatoria, que no pueden calcularse por métodos determinísticos como se supone en los criterios de diseño anteriores.

 

Milena Muñeton

C.I: 25.153.930