DISEÑO DE ESTRUCTURAS EN ACERO

“DISEÑO ESTRUCTURAL EN ACERO”

ASPECTOS BASICOS

SEGURIDAD

El aspecto más importante de las estructuras es dar seguridad. Las dos principales consideraciones se relacionan con la resistencia al fuego y una baja posibilidad estadística de colapso bajo cargas. Los principales elementos de la resistencia al fuego son:

Combustibilidad de la estructura. Si los materiales estructurales son combustibles, contribuirán al fuego y también apresuraran el colapso de la estructura.

Perdida de resistencia a alta temperatura. Esta consiste en una carrera contra el tiempo, desde el momento en que se inicia el fuego hasta el colapso de la estructura; un largo intervalo aumenta la posibilidad de escape de los ocupantes.

Contención del fuego. Por lo general los incendios se inician en un solo sitio, por lo que es muy importan te prevenir su propagación. Los muros, los pisos y los techos deben resistir al ataque del fuego.

Gran parte de los reglamentos oficiales de construcción están relacionados con aspecto de seguridad en caso de incendio. Materiales, sistemas y detalles de construcción están clasificados por su resistencia al fuego, con base en experiencias y pruebas. Estos reglamentos constituyen importantes restricciones sobre el diseño de edificios con respecto a la selección de materiales y uso de detalles para la construcción.

La seguridad del edificio en caso de incendio exige mucho más que el comportamiento estructural. También son importantes las vías despejadas para la evacuación, salidas adecuadas, sistemas de alarmas y detección, aparatos para combatir el fuego (rociadores, hidratantes, gabinetes de mangueras, etc.) y la a usencia de materiales tóxicos o altamente combustibles. Todos estos factores contribuirán en la carrera contra el tiempo.

La estructura también debe soportar cargas; en este caso, la seguridad consiste en cierto margen de capacidad estructural másallá de la estrictamente requerida para la función real. Este margen se expresa por el factor de seguridad, FS, que se define como sigue:

Si una estructura necesita cargar 40000 libras y puede soportar realmente 70000 libras antes de fallar, el factor de seguridad se expresa como FS = 70000/40000 = 1.75.

El deseo de seguridad debe ser moderado por los aspectos prácticos. El usuario de una estructura puede considerar cómodo un factor de seguridad tan alto como 10, pero el costo o el tamaño total de la estructura pueden ser inconvenientes. Por lo general las estructuras de edificio se diseñan para un factor de seguridad promedio alrededor de 2. Para esto no existe una razón particular que no sea la experiencia. Es decir, con el uso consistente de un factor seguridad promedio de 2 se ha producido relativamente pocas fallas estructurales atribuidas a errores menores de diseño o construcción.

Por muchas razones, el diseño estructural es una labor muy imprecisa. Por lo tanto, no se debe suponer que se puede establecer con gran precisión un verdadero factor de seguridad en una situación dada. Lo que el proyectista trata de lograr es simplemente un nivel general de seguridad con respecto a un comportamiento adecuado sin acercar demasiado los limites de la estructuras al colapso.

Existen dos técnicas básicas para asegurar el margen de seguridad. El método que se uso ampliamente es el denominado “Método de esfuerzos de trabajo de cargas de servicio”. Con este método se determinan condiciones de esfuerzo bajo uso real (cargas de servicio) y se establecen los límites del esfuerzo como un porcentaje de las capacidades máximas (ultimas) definidas de los materiales. El margen de seguridad se determina a partir del porcentaje específico utilizado para los esfuerzos de trabajo.

Un problema que se presenta con el método de esfuerzos de trabajo es que muchos materiales no se comportan de la misma manera cerca de los límites de falla máxima, como en niveles de cargas de trabajo. Por tanto no se puede hacer una predicción de falla a partir de una evaluación de esfuerzos, basándose en una simple proporcionalidad lineal; usar un esfuerzo de trabajo de la mitad del esfuerzo máximo medido, no es realmente aplicar un factor de seguridad de 2.

El otro método principal para logrea la seguridad se denomina “Método de diseño por resistencia 0 del factor de carga”. La base de este método es sencilla. Se determina la capacidad total de carga de la estructura en el punto defalla y se establece la carga permisible (de servicio) en el nivel deseado, dividiendo simplemente la carga de falla entre el factor de seguridad seleccionado. Las únicas condiciones de esfuerzo consideradas en este método son aquellas que se presentan en el colapso. Estas condiciones se pueden establecer con suficiente precisión con pruebas de prototipos hasta alcanzar la falla.

Aunque la seguridad es muy importante, el proyectista también debe tratar muchos otros factores para lograr una solución satisfactoria en cualquier estructura.

CONSIDERACIONES GENERALES

FACTIBILIDAD

Las estructuras son reales, por lo que en ellas se deben usar materiales y productos disponibles, que puedan manejar los trabajadores de la construcción y las empresas de producción. Los proyectistas deben tener un conocimiento razonable del inventario corriente de materiales y productos disponibles y de los procesos usuales para la construcción de edificios. Mantenerse actualizados en este tipo de conocimientos es un desafío ante su crecimiento, el estado cambiante de la tecnología y la competencia de mercado entre proveedores y constructores.

La factibilidad no es solo una cuestión de potencialidades tecnológicas, sino que esta relacionada con la utilidad practica de una estructura. Solo porque algo se puede construir no es razón para que se deba construir. Se tiene que considerar la complejidad del diseño, el costo del dinero, el tiempo de construcción, la aprobación de los departamentos reguladores de la construcción, etc.

ECONOMIA

Los edificios cuestan mucho y los inversionistas siempre cuidan su capital, mucho mas el costo de la estructura.

Si se exceptúa la condición de una estructura muy llamativa, que constituye una característica principal del diseño, generalmente se aprecia tan poco como las tuberías enterradas, el cableado eléctrico y otros elementos de servicio que no están a la vista. Las estructuras costosas no agregan valor a menudo en el sentido en que puedan hacerlo una herrería o alfombra costosa. Lo que frecuentemente se desea es una solución simple, por lo que la estructura de bajo costo y buen funcionamiento es muy apreciada.

Aunque es vital, en la mayoría de los casos la estructura representa una parte mínima del

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