El diseño estructural en los edificios:
principios teóricos
y buenas prácticas

Buenas prácticas para el diseño estructural en edificios | ACCA software
Planta - Diseño estructural | ACCA software
A) Planta
3D - Diseño estructural | ACCA software
B) 3D
 
Modelo estructural - Diseño estructural | ACCA software
C) Modelo estructural
Ejecutivos estructurales - Diseño estructural  | ACCA software
D) Ejecutivos estructurales

La planificación estructural y sus fases

El diseño estructural se puede traducir en la aplicación de principios teóricos y de buena práctica, o también como normas específicas que garantizan los requisitos esenciales de resistencia mecánica, estabilidad y durabilidad.

El paradigma actual de diseño prevé que las obras deban garantizar determinados niveles de rendimiento, de acuerdo a los Estados Límites, durante toda la vida del edificio.

El alcance de determinados niveles de rendimiento permite aumentar capacidades para evitar derrumbes, pérdidas de equilibrio, pero también capacidades para mantener un cierto nivel de resistencia mecánica en caso de incendio.

El proceso de diseño estructural, que permite alcanzar ciertos niveles de rendimiento, se puede subdividir en las siguientes fases:

  • Planificación estructural;
  • Acciones y valoraciones de las cargas;
  • Métodos de análisis;
  • Diseño de los elementos;
  • Detalles, dibujos y preparación de las actividades.
Pórtico en Hormigón Armado - Diseño estructural  | ACCA softwarePórtico en Hormigón Armado

Planificación estructural

La planificación estructural se ve fuertemente influenciada por la elección tecnológica operada, es decir, por el material y la tecnología asociados a la misma.

La elección tecnológica puede depender de diferentes factores, tales como:

  • Coste;
  • Tiempo de ejecución;
  • Requisitos ambientales.

Una estructura en hormigón armado podría costar menos, pero tardar más en realizarse respecto a una estructura similar realizada a través de la tecnología de la prefabricación. Por lo tanto, la decisión debería tomarse a raíz de un análisis costes-beneficios.

Más allá de estos aspectos, la elección tecnológica, a su vez, influye sobre la planificación estructural que debe encontrarse con otros aspectos, como la peligrosidad del sitio, la categoría del edificio de la cual derivan las cargas estáticas y las exigencias del cliente.

Considerando el caso de un pórtico en hormigón armado, el proceso de planificación estructural puede subdividirse en las siguientes fases:

  • Estudio de la peligrosidad del sitio y definición del modelo de diseño;
  • Posicionamiento, orientación y respeto de los límites sobre las columnas;
  • Posicionamiento y respeto de los límites sobre las vigas;
  • Definición de los elementos horizontales;
  • Elección del tipo de cimentaciones.
Ejemplo de orientación corregido - Diseño estructural  | ACCA software
Ejemplo de orientación corregido
Ejemplo orientación no benéfico para las verificaciones estructurales - Diseño estructural  | ACCA software
Ejemplo de orientación no benéfico para satisfacer las verificaciones estructurales

Estudio de la peligrosidad del sitio y definición del modelo de diseño

En zonas sísmicas el proyectista no puede ignorar la aplicación de modelos de diseño capaces de afrontar los episodios que puedas producirse.

La traducción normativa define, para las estructuras sujetas a acciones sísmicas y no dotadas de dispositivos de aislamiento y/o de disipación, dos comportamientos posibles:

  • comportamiento estructural de disipación
  • comportamiento estructural de no disipación

Para las estructuras con comportamiento de disipación, se debe elegir la clase de ductilidad a asociar que influirá sobre todas las prescripciones, para regular la capacidad de disipación tanto a nivel local como a nivel global.

Por ende, el diseñador será llamado a tomar decisiones sobre el comportamiento que quiere obtener, inclusive en base a la peligrosidad del sitio, que en casos de particular complejidad podría deducirse también a través de un estudio de respuesta sísmica local.

Posicionamiento y respeto de las limitaciones sobre las vigas

Las vigas permiten la transmisión de las cargas a las columnas y en contextos de cargas excepcionales, deben permitir la activación de bielas plásticas para favorecer mecanismos lo más dúctiles posibles.

Como descripto para las columnas, también las vigas necesitan atención en los siguientes aspectos:

  • Posicionamiento: las vigas deberían (al menos de exigencias arquitectónicas particulares o esquemas estructurales) ser colocadas entre las columnas con el fin de crear un pórtico espacial tridimensional. Esto contribuye a que el edificio sea regular en altura y limita los desplazamientos entre niveles.
  • Limitaciones Normativas: diferentes limitaciones se definen sobre la geometría pero además de éstas se puede citar la regla:

h_viga ≤ h_pilar -5cm

a considerar para el acto del pre dimensionamiento, con el fin de respetar el principio de Jerarquía de las Resistencia vigas-pilar, siempre verificable luego del análisis estructural.

Ejemplo de junta de separaciones útiles para la mejoría estructural - Diseño estructural | ACCA softwareExample of separation joint useful for structural improvement

Definición de elementos horizontales

Los elementos horizontales, o forjados, desde el punto de vista estructural pueden ser a viguería simple o doble. Los forjados a viguería simple son diseñados considerando una banda unitaria libre de cualquier conexión transversal, por ende, cargando de manera ideal, deberían exhibir una deformación cilíndrica, pero esto casi nunca sucede.

Este comportamiento expone la necesidad de establecer atentamente los parámetros estructurales del proyecto. Simples reglas sugieren mantener la relación entre la luz libre del forjado y el espesor del mismo en el intervalo 18-20, con el fin de limitar la deformidad. De este modo, se pueden evitar concentraciones de esfuerzo producidas por elementos no estructurales y, en consecuencia, el surgimiento de fisuras o grietas.

En los forjados a viguería simple, la interacción a los bordes es un aspecto a considerar. De hecho, las estructuras paralelas a la viguería, por ende, no constituyen un apoyo directo, sino más bien un vínculo real transversal que crea esfuerzos internos y, en consecuencia, posibles grietas. La problemática puede ser resuelta constituyendo costillas o, en casos de esfuerzos elevados, creando una junta estructural a lo largo de estas direcciones.

La dirección de viguería es un aspecto interesante para el proyectista. Generalmente se tiende a alternar la dirección de viguería para mantener una distribución uniforme de la carga en todos los pisos.

Diseño de cimentaciones a través de investigaciones de tensiones generadas en terreno por efecto de sobre estructura - Diseño estructural | ACCA softwareDiseño de las cimentaciones a través de investigaciones de las tensiones generadas en el terreno por efecto de la sobre estructura

Selección del tipo de cimentación

En el proceso de planificación estructural, además de los aspectos ya definidos y otros no mencionados, la selección del tipo de cimentación es un aspecto de gran importancia. La cimentación es aquella parte de la estructura que tiene el deber de transferir las cargas provenientes de las estructuras superiores al terreno, en condiciones estáticas y dinámicas.

Las investigaciones geotécnicas en esta fase pueden ser de ayuda para conocer las propiedades del terreno, aportando información útil relacionada a la presencia de eventuales faldas y variaciones de su nivel.

Hay varios tipos de investigaciones y claramente se deben adaptar a la naturaleza de la obra y/o intervención a realizar, pero es importante resaltar que el diseñador es el responsable de la definición de un plan de investigación, de la caracterización y del modelado geotécnico, incluso si tal estudio siempre se ve afectado por una incertidumbre intrínseca.

Por lo tanto, la selección del tipo de cimentación no se debe realizar a priori y es necesario siempre investigar y definir un modelo geotécnico del terreno con el fin de tomar la mejor decisión, para toda la vida útil prevista por el proyecto.

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