Algoritmo para el cálculo estructural

Una posible definición de "algoritmo"

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La ventaja de los algoritmos es que nos dicen exactamente qué y cuando realizar cada actividad, son de alguna forma, fórmulas para esquematizar procesos.

A continuación, se presenta un posible esquema de los pasos a seguir para realizar un cálculo estructural y posteriormente una explicación de los “pasos” dentro del algoritmo.

1. Diseño estructural básico

Aquí se puede partir de la ubicación de columnas que sugirió el arquitecto o en caso de que aún no estén definidas sus ubicaciones, se puede “pilarizar” la planta arquitectónica colocando las columnas para lo cual es útil algunas directrices básicas cómo:

· En lo posible, alinear columnas en al menos una dirección

· Si se desea una estructura “económica” las luces entre columnas deberían estar entre 3-6 metros

· La columna debe poder “crecer” en al menos una de sus caras

También hay que definir si las vigas pueden ser vistas o no, en el caso negativo hay que elegir si usar un techo falso (conlleva incrementar la altura de cada piso), usar vigas planas(con pretensado de ser necesario) o usar una losa sin vigas(teniendo que reforzar contra el efecto del punzonamiento en este caso)

2. Determinación de cargas

Cuando ya se determinó la posición de las columnas y por ende la posición de las vigas que las unen, se debe determinar las cargas vivas y muertas verticales que se aplican a la estructura.

Para la carga viva, aunque sea una etapa de prediseño, ya se puede determinar el uso que se le dará a la edificación, en este apartado son útiles ciertos documentos como la ASCE 07 que tipifica las cargas mínimas a aplicar para cada tipo de edificio.

Para la carga muerta actuante sobre la losa hay que considerar el contrapiso, revestimiento de piso, revestimiento de techo y la carga debido a la mampostería utilizada como divisor de espacios, la mayoría de estas cargas se determinan mediante la simple multiplicación del espesor del elemento por su peso especifico.

3. Predimension de vigas y columnas

Existen diversas normativas respecto a la forma de predimensionar estos elementos, y se recomienda elegir una norma y seguir sus recomendaciones.

El artículo "Predimensionamiento - Hormigón Armado" da algunas indicaciones útiles al respecto de este paso para las estructuras de hormigón.

4. Dibujo del modelo estructural en software

Se puede realizar a mano, mediante algún programa propio que calcule las solicitaciones o hacerlo en algún software comercial.

Como no se tiene aun las dimensiones de las columnas se puede hacer una predimension rápida con por ejemplo secciones de 20x20cm o 30x30cm, ya que esto no es definitivo y se va a ir corrigiendo una vez se tengan las solicitaciones.

5. Obtener solicitaciones en las columnas

Esto se puede hacer mediante un análisis de descenso de cargas aplicando los conceptos explicados en el artículo de áreas tributarias y sumando las cargas axiales correspondiente a todas las plantas que sostiene la columna.

O ejecutando el modelado hecho en el paso anterior.

6. Predimensionar las columnas

Gracias a lo anterior se puede hacer una predimension fundada de las columnas debido a que se conoce la carga axial que soportan, es tan solo una predimension ya que de momento se ignoran las solicitaciones de momento flector.

Esto se puede hacer de forma simple con algunas formulas simplificadas como la siguiente:

A: área de la columna necesaria

P: carga que recibe el pilar sin mayorar.

f_ck : resistencia característica del hormigón

α: coef según la siguiente tabla:

OBS: este es un proceso iterativo donde la predimension obtenida hay que cargarla al modelado estructural y volver a “correr” el modelo o volver aplicar el descenso de cargas hasta que se verifique que con la sección cargada, se logre soportar la carga axial determinada.

7. Introducir cargas laterales

Ya sea viento o sismo dependiendo de la situación, aquí se vuelve a “correr” el modelo para así obtener las solicitaciones de carga axial + carga lateral en las columnas

Con la solicitación de carga axial y de los momentos se dimensionan las columnas gracias a los diagramas de interacción.

8. Diseño de columnas en base a las nuevas solicitaciones

Debido al momento flector que aparecen debido a las cargas laterales, es necesario volver a correr el modelo estructural y con la solicitación de carga axial y de los momentos se dimensionan las columnas gracias a los diagramas de interacción.

9. Verificación al pandeo

De nuevo, con la ayuda de la normativa(por ejemplo el capítulo 6 de la norma ACI 318-19) se puede determinar si las columnas son los suficientemente robustas como para poder despreciar el análisis del pandeo, en caso negativo, será necesario utilizar una análisis de segundo orden

10. Verificación de deflexiones

Es importante verificar las deflexiones que pueden ocurrir tanto en vigas como en losas de acuerdo con la normativa seleccionada ya que una deformación excesiva puede ocasionar problemas de agrietamiento en los elementos no estructurales que soporten.

11. Diseño de vigas

Aquí se procede con el diseño de vigas en base al momento flector que soporten y posteriormente se hace la verificación a cortante y torsor si procede.

12. Diseño de losas

De manera similar a las vigas, se diseña a flexión y se verifica a cortante

OBS: si se da algún cambio de sección ya sea en vigas o en la losa, es necesario volver a correr el programa estructural para verificar que las secciones de las columnas sigan verificando a las solicitaciones

13. Diseño de la fundación

Finalmente con los datos obtenidos del estudio de suelos y la carga axial de cada columna se inicia el proceso de elección del tipo de fundación y su posterior cálculo

Fuentes

El blog sobre ingeniería estructural. Estructuras y Otras Bestias. Estructurando. (n.d.). Retrieved November 1, 2022, from https://estructurando.net/
Marcelo Pardo Ingeniería - Apuntes de Ingeniería civil. Marcelo Pardo Ingeniería. (2022, February 9). Retrieved November 1, 2022, from https://marcelopardo.com/

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