UNIDAD 1 CONCEPTOS GENERALES DE DISEÑO

UNIDAD 1

CONCEPTOS GENERALES DE DISEÑO

1.1 OBJETIVO DEL DISEÑO ESTRUCTURAL

El objetivo del diseño estructural es crear una estructura segura y que satisfaga también un conjunto de diversos requisitos impuestos por factores tales como la función de la estructura, condiciones del lugar, aspectos económicos, estética, facilidades para construir y las restricciones legales. El cálculo de las fuerzas internas y los desplazamientos es una parte integral del proceso de revisión de la estructura existente. Se conforma de las siguientes etapas:

a) Etapa de estructuración

b) Estimación de las solicitaciones o acciones

c) Análisis estructural

1.2 JUSTIFICACIÓN

Una de las principales ventajas que trae el estudio de diseño estructural es el reducir los costos que se producen en una obra, ya que al hacer un análisis detallado de cargas y materiales a utilizar se pueden maximizar los mismos. Esto se logra gracias a que el diseñar con los límites de rigidez y plasticidad de los materiales se asegura la eficiencia de la estructura con la mínima cantidad de materia necesaria, dando por consiguiente una estructura de menor costo y con la seguridad necesaria para cumplir su función principal.

Al construir si no se toma en cuenta el diseño estructural se dice que se construye de manera “artesana” debido a que se hace considerando únicamente las experiencias y sentimientos y no existe alguna justificación del porque  del diseño. Cuando esto ocurre por lo general la estructura se construye sobre diseñada, ya que para evitar que la estructura falle se hace con exceso de concreto y acero de refuerzo.

El construir con ayuda del análisis estructural permite saber la cantidad más adecuada del material que deseemos utilizar para optimizar recursos y disminuir los costos, así como tener una mayor seguridad ya que deja de ser una construcción “artesana” para convertirse en una estructura estudiada y analizada desde sus problemas estructurales y considerando las posibilidades de materiales diversos que se pretendan utilizar.

1.3 ESTUDIOS PRELIMINARES

Los estudios preliminares son aquellos que se deben considerar antes de iniciar el análisis estructural para que al momento de generar las consideraciones del proyecto los resultados sean los más adecuados.

Una de las divisiones de estos son: Estudios de Mecánica de Suelos, Estudios Geográficos y Estudios Económicos.

Estudios de mecánica de Suelos:

Sirven para conocer la resistencia y capacidad del suelo ya que en este recaen todas las cargas y se tiene que conocer la capacidad del mismo para hacer todas las adecuaciones necesarias a la cimentación en caso de necesitarlas. Así mismo existen unos sondeos preliminares que son parte siempre de estos estudios que permiten conocer a que nivel del suelo se encuentra el terreno firme en el cual recaerá la cimentación.

Estudios Geográficos:

 En estos estudios son para saber en dónde estará ubicada la construcción y en caso de existir, las especificaciones necesarias que requiera el lugar de destino; como podría ser: las consideraciones de diseño por sismo o huracán.

Estudios Económicos:

Estos ayudan a saber la capacidad de recursos que tendrá la obra para poder conciderar que materiales utilizar o en caso de ser necesario, replantear el proyecto para adecuarlo al presupuesto existente.

Etapas del diseño estructural

El diseño estructural es un proceso creativo mediante el cual se le da forma a un sistema estructural para que cumpla una función determinada con un grado de seguridad razonable y que en condiciones normales de servicio tenga un comportamiento adecuado. Es importante considerar ciertas restricciones que surgen de la interacción con otros aspectos del proyecto global; las limitaciones globales en cuanto al costo y tiempo de ejecución así como de satisfacer determinadas exigencias estéticas. Entonces, la solución al problema de diseño no puede obtenerse mediante un proceso matemático rígido, donde se aplique rutinariamente un determinado conjunto de reglas y formulas.

a) Etapa de estructuración

Es probable la etapa más importante del diseño estructural pues, la optimización del resultado final del diseño depende de gran medida del acierto que se haya obtenido en adoptar la estructura esqueletal mas adecuada para una edificación específica.

En esta etapa de estructuración se seleccionan los materiales que van a constituir la estructura, se define el sistema estructural principal y el arreglo y dimensiones preliminares de los elementos estructurales más comunes. El objetivo debe ser el de adoptar la solución optima dentro de un conjunto de posibles opciones de estructuración.

b) Estimación de las solicitaciones o acciones

En esta segunda etapa del proyecto, se identifican las acciones que se consideran que van a incidir o que tienen posibilidad de actuar sobre el sistema estructural durante su vida útil. Entre estas acciones se encuentra, por ejemplo, las acciones permanentes como la carga muerta, acciones variables como la carga viva. Acciones accidentales como el viento y el sismo. Cuando se sabe de antemano que en el diseño se tienen que considerar las acciones accidentales es posible seleccionar en base a la experiencia la estructuración más adecuada para absorber dichas acciones.

c) Análisis estructural

Procedimiento que lleva  la determinación de la respuesta del sistema estructural ante la solicitación de las acciones externas que puedan incidir sobre dicho sistema. La respuesta de una estructura o de un elemento es su comportamiento bajo una acción determinada; está en función de sus propias características y puede expresarse en función de deformaciones, agrietamiento, vibraciones, esfuerzos, reacciones, etc.

Para obtener dicha respuesta requerimos considerar los siguientes aspectos:

Idealización de la estructura.

Seleccionar un modelo teórico y analítico factible de ser analizado con los procedimientos de cálculo disponible. La selección del modelo analítico de la estructura puede estar integrada de las siguientes partes:

I.- Modelo geométrico. Esquema que representa las principales características geométricas de la estructura.

II.- Modelo de las condiciones de continuidad en las fronteras. Debe establecerse como cada elemento está conectado a sus adyacentes y cuáles son las condiciones de apoyo de la estructura.

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