Un proyecto estructural consta de diferentes componentes como lo son la estructuración, el modelado, el análisis, el diseño y los planos estructurales. A continuación se presenta una breve descripción de las principales características de las que consta un proyecto estructural.
Estructuración
La estructuración es la actividad mas importante del ingeniero estructurista. Mediante la estructuración se determina la disposición de los elementos principales y secundarios del todo el sistema estructural. Es la clave y la base de un buen proyecto estructural. Esta actividad implica la suma de conocimiento, experiencia y creatividad del ingeniero estructurista.
El comportamiento definitivo de la estructura depende de la calidad de la estructuración. Una mala estructuración puede generar deficiencias importantes en el comportamiento de la estructura. En la mayoría de ocasiones estas deficiencias no son reversibles aunque se realice un modelo analítico detallado. Las consecuencias de una estructuración deficiente no se pueden solventar ni con un diseño excepcional.
Problemas de estructuración.
Existen una gran cantidad de problemas de estructuración que una construcción puede presentar y ponen en riesgo la seguridad de los ocupantes.
Torsión
Una carga de torsión aplicada sobre un elemento estructural es capaz de producir gran daño en dicho elemento. El efecto de la torsión se aprecia fácilmente si se responde la siguiente pregunta: ¿Cómo se rompe mas fácil un alambre, jalándolo o torciéndolo?
De la misma manera que es mas fácil romper el alambre sometiéndole a torsión que a tensión, una estructura también es mucho mas vulnerable a torsión. Cuando el centro de masa se encuentra muy alejado del centro de rigidez de la estructura, se produce torsión sobre la estructura. dicho problema se muestra en la siguiente figura.
Ante las cargas laterales que los sismos inducen en las estructuras, existe la evidencia que es un problema común el colapso de edificios debido a problemas de torsión.
Planta baja débil
En ocasiones se colocan columnas en planta baja y muros en los entrepisos restantes. Esto con la justificación de ganar espacio para comercios o estacionamientos. sin embargo las columnas son elementos estructurales mucho menos rígidos que los muros. esta diferencia de rigideces provoca el defecto estructural conocido como “planta baja débil”.
Aunque este defecto ha sido ampliamente documentado e identificado como una de las principales causas de colapso ante la ocurrencia de sismos. Algunos dueños, arquitectos e ingenieros, siguen empeñados en propiciar este tipo de mala práctica. La cual tiene consecuencias lamentables, como se puede apreciar en la siguiente imagen.
Edificio derrumbado ante el sismo del 19 de septiembre del 2017 en CDMX.
Modelado y análisis
La finalidad del modelado y el análisis estructural, es conocer de una forma precisa el comportamiento que tendrá la estructura ante las diferentes cargas que actuarán sobre ella durante su vida útil. Los elementos estructurales y su conectividad, los pesos, las diversas cargas y las propiedades mecánicas de los materiales, son algunos de los aspectos principales que se modelan.
Existen diferentes niveles de modelado y análisis. En los mas simples, los elementos estructurales se representan mediante cuerpos rígidos sin deformaciones internas, sometidos a cargas estáticas. Estos análisis sencillos pueden realizarse a mano, con lápiz y papel. También hay modelos muy complejos a base de elementos finitos, que consideran la inelasticidad de los materiales y cargas dinámicas. Este último tipo de análisis requiere el uso de computadoras y programas especializados.
Un buen proyecto estructural implica la retroalimentación entre dos o mas niveles de modelado y análisis. De esta forma, la efectividad de la solución definitiva se confirma. El criterio y la experiencia del ingeniero es importante cuando se trata de determinar en nivel de detalle que cada proyecto requiere.
Diseño y planos estructurales
Con base en el resultado del análisis estructural, el ingeniero diseña los elementos estructurales y sus conexiones, de forma que el comportamiento de cada uno de ellos sea adecuado. En esta etapa se determinan las dimensiones optimas de vigas y columnas, así como la cantidad de refuerzo, en caso de que sea una estructura de concreto. Determina la cantidad y el diámetro de los tornillos de una conexión viga-columna. Las dimensiones y profundidad de la cimentación, también es una actividad de esta etapa.
Los planos estructurales y/o constructivos son aquellos planos que guiaran al constructor por las diferentes etapas constructivas, hasta que se termine la construcción de la obra. Es por ello la importancia que el detalle de los planos.