Diseños Estructurales En Ingenieria Civil

El Diseño Estructural en la Ingeniería Civil

Breve reseña histórica de la evolución y desarrollo del diseño estructural, definido por el cambio en la utilización de los materiales, técnicas constructivas y tecnologías de análisis a través del tiempo.

También se establece una metodología sencilla del diseño estructural, en la cual se optimizan recursos utilizando la computadora como herramienta de análisis. Este artículo fue presentado en su versión original en el XI Congreso Nacional de Ingeniería Estructural.

DEFINICIÓN DE DISEÑO ESTRUCTURAL.

El diseño estructural debe ser visto como una aproximación creativa para la solución constructiva de un problema de ingeniería civil planteado por la sociedad a la que se pertenece.

EVOLUCIÓN DEL DISEÑO ESTRUCTURAL.

Desde el neolítico, en todas las representaciones constructivas de las cuales tenemos constancia en nuestros días, se muestran soluciones a problemas o inquietudes, manifestadas en diversos rubros por las sociedades primitivas o asentamientos formales. A través de la historia, estas soluciones fueron modificándose y por medio de la comunicación entrelazada o generacional, fueron mejoradas. En cada representación vemos la tecnología utilizada por el gremio constructor. Por ejemplo, en la irrigación de los campos agrícolas, en la dotación de agua a las ciudades, que son instalaciones que aún permanecen. Por otro lado, de singular las edificaciones que también permanecen, son las conmemorativas o rituales, las religiosas y las de gobierno, como si se tratara de demostrar con esto, los acontecimientos memorables, o de otra manera, la permanente unidad deseable entre el cielo y la tierra. Sin embargo las estructuras de carácter utilitario en algunos casos permanecen aún habiendo perdido vigencia por tratarse de sistemas protegidos, como los de los alcantarillados. En otros casos han permanecido en parte los acueductos y villas calzadas en casos más aislados. Además, siempre existió como hasta ahora la premisa de la permanencia de lo importante. Así, es notable la cantidad de monumentos que han llegado en un magnífico estado de conservación hasta nuestros días. No obstante cabe hacer notar algunas excepciones de estructuras cotidianas, las que además de mostrarnos los edificios principales, han mostrado otros aspectos muy importantes de la vida diaria. Por ejemplo, la ciudad filistea de Hebrón, que fue abandonada antes de una invasión que no se produjo, y además no fue retornada por los filisteos, situación de la que no se sabe la causa. Pero el abandono y las magníficas construcciones dieron lugar al redescubrimiento de una ciudad industrial con una capacidad de producción de 1000 ton de aceite de oliva al año. Tómese en cuenta que la capacidad de Israel a la fecha de este redescubrimiento era de 4000 ton al año del mismo producto. Desde el principio de los asentamientos humanos en comunidades, digamos ya formales, el material estructural empleado para las construcciones fue la piedra. Elemento abundante en la naturaleza, el cual con ingenio y destreza, podía ser remoldeado y trabajado, con base en un desarrollo de las herramientas convenientes para cada tipo de piedra que se deseaba utilizar. En las saciedades desarrolladas primeramente como ciudades-estado se produjeron diversos tipos de estructuras que dieron lugar a una amplia utilización de la piedra como principal elemento estructural. Así, la vemos aplicada en grandes acueductos, calzadas, templos, palacios, tumbas, monumentos conmemorativos y ceremoniales con sus muros de contención, sus murallas, sus bóvedas, arcos, columnas, etc. Una vez que las limitaciones del uso de la piedra se fueron encontrando, se buscaron alianzas estructurales: primero con la madera, al encontrar dentro de su relativa homogeneidad, propiedades para el trabajo a tensión, compresión, flexión y cortante. Así, uniendo piezas de madera por medio de bloques de argamasa, al fraguar estos dentro de ciertos límites, aprisionaban a la madera, y por fricción se unían a cada piedra, formando un primitivo tensor. En algunos casos, entramados de madera deben haber formado estructuras importantes, por ejemplo, la techumbre del Partenón en la que su cubierta salvó claros de 40m sin apoyos intermedios. Así también, al encontrar limitaciones a la piedra por trabajabilidad, y en gran parte gracias al ingenio del constructor, nació la idea de fabricar una "piedra", que fuese fácil de moldear, transportar y colocar en obra. De estas necesidades, mediante un proceso de cocción del barro, nace el tabique recocido, que además daba una resistencia aceptable, y se podía fabricar en grandes cantidades y por sus dimensiones, era fácil de transportar, a su vez fácil de colocar en obra, uniendo las piezas entre sí por medio de morteros de arena, cal y cemento natural.

Durante un lapso grande, el uso del tabique floreció creando estilos tan importantes como el Gótico, donde se aprovechó su excelente uso estructural, en los muros, contrafuertes y bóvedas. Aunado al Gótico, en otras sociedades el uso de la madera proliferó, buscando ampliar los espacios, encontrándose así con las limitaciones de los elementos estructurales simples. Lo que derivó en una búsqueda de unión entre ellos, dando lugar a las armaduras primitivas. Es importante hacer notar los lapsos tan elongados, entre el uso de un material y su sucesor. La piedra se utiliza fundamentalmente desde 7 000 A.C. hasta 1800 D.C. El tabique surge como material estructural desde 500 D.C. hasta nuestros días. Sobre la madera también se puede decir que surge desde el principio de los asentamientos humanos, y su uso permanece hasta nuestros días. Aunque el uso estructural de estos tres materiales está en vías de extinción en las sociedades desarrolladas, se llegan a utilizar en casos esporádicos y particulares. Las características del acero despertaron la curiosidad de los ingenieros, pero no analizaron el uso de este material a la construcción, debido a la difícil trabajabilidad estructural del hierro forjado o colado, primero por la fuerza necesaria para fabricar grandes piezas y después, por la fragilidad del material obtenido. Fue hasta mediados del siglo XIX cuando Bessemer con su convertidor, da lugar al acero, elemento a todas luces ideal estructuralmente hablando, alta capacidad a la tensión, a la compresión y al cortante. Además, moldeable en un tren de laminación, en cualquier forma o elemento largo. Versátil en su uso, tanto para columnas como para trabes y armaduras, una vez instalados en el desarrollo de los elementos estructurales, su uso proliferó, desplazando estructuralmente primero a la piedra y después, paulatinamente a la madera, sin embargo, este desarrollo es lento. Por otro lado, los investigadores idean los perfiles "I", "C",

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