Estructuras en acero

Capítulo 1

Introducción

1.1 DISEÑO ESTRUCTURAL
Este texto tiene por objeto facilitar a los alumnos y a los profesionales de Ingeniería Estructural, 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 senti mientos sentintuitivos del ingeniero con los principios de la Estáti ca, Dinámica, Mecánica de los Materiales, y el Análisis Estructu ral, para producir una estructura segura que sirva sus propósitos " (1). 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 e xactitud de las cargas, usando combinaciones basadas en métodos estadísticos. Ciertamente la labor operativa se ha multiplicado, pero con laayuda 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.

1.2 OPTIMIZACION
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 atener, en Ingeniería

1-2

DISEÑO ESTRUCTURAL EN ACERO

LUIS F. ZAPATA BAGLIETTO

Estructural, un significado más preciso, como: a) b) c) d) e) 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, elcriterio 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 variablesque 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.

1.3 PROCEDIMIENTO DEL DISEÑO ESTRUCTURAL
La labor del diseño se compone de dos partes, la relacionada con los aspectos funcionales de la obra a ejecutar,y la que tiene que ver con el diseño de los componentes de las estructuras. En el primer caso, aspectos tales como la provisión de áreas adecuadas de trabajo, dimensiones mínimas, ventilación, iluminación, facilidades de transporte o de circulación, como son corredores, escaleras, ascensores; aire acondicionado, energía, posición de equipos, cuidado ambiental, estética, son temas a discutir conel cliente y los otros profesionales que estén relacionados con la construcción. Lo segundo, o sea el estudio del esqueleto estructural, se refiere a la selección de los miembros para trasmitir las cargas con seguridad hasta el suelo. Se recomienda el siguiente proceso iterativo : 1. Planeamiento: Establecimiento de las condiciones funcionales a las que la estructura debe servir. Aquí se define elcriterio de lo óptimo. Configuración preliminar estructural: Aquí es donde la experiencia y lo que se podría llamar el ingenio del

2.

1.3 PROCEDIMIENTO DEL DISEÑO ESTRUCTURAL

1-3

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:...