jueves, 20 de marzo de 2014

ESTRUCTURAS O POR QUÉ LAS COSAS NO SE CAEN (IV): PRE-DIMENSIONAMIENTO

Más de una vez he leído que lo peor para un escritor o un pintor es el síndrome de la página o el lienzo en blanco, el enfrentarse a esa primera línea o primera pincelada que haga que la historia empiece a tomar cuerpo y sea más fácil entrelazar las cosas. Igual nos debería pasar a los ingenieros ante cada uno de los proyectos a los que nos enfrentamos en nuestro trabajo, el respeto a ese primer paso a dar.

En el artículo de hoy nos centraremos en el cálculo de estructuras donde el ejemplo se ve más claro, aunque es extrapolable a cualquier otra rama de la ingeniería civil. Lo principal, cada vez que tengamos que buscar la mejor solución, tanto técnica como económica, es conocer donde nos movemos y el orden de magnitud de la solución, ya que la aproximación a la solución final será más sencilla y convergiremos a ella más rápidamente.
El pre-dimensionado es, sin duda, es uno de los pasos más importantes en el diseño y donde debemos invertir más tiempo y recursos, ya que nos permitirá controlar el entorno en el que nos movemos y detectar desviaciones en el cálculo de detalle.

Con el paso de tiempo, y como la experiencia es un grado, cada vez nos será más fácil la tarea de pre-dimensionamiento, ya que iremos conociendo, en función del tipo estructural y de los elementos a dimensionar, en que entorno nos movemos. Esto nos llevará a optimizar los tiempos de diseño y a realizarlo prácticamente sin darnos cuenta.

Como ayuda indicaremos algunos pasos a seguir durante el pre-dimensionado y dimensionado, centrándonos en el primero. Como siempre, y eso es lo que hace grande a la ingeniería, no son reglas a seguir de forma estricta, sino pinceladas, ideas y puntos a partir de los cuales crearemos nuestra propia forma de trabajar. Desde mi punto de vista, el orden de trabajo sería parecido al siguiente:
  1. Borrón y cuenta nueva: se trata de cerrar el trabajo anterior ya que es normal tener en la cabeza las soluciones estructurales utilizadas en el proyecto más reciente, lo que nos podría llevar a no pensar de forma clara en los nuevos sistemas con los que nos encontramos.
  2. Visualización del proyecto: hay que conocer cual es el proyecto, qué queremos hacer, visualizarlo en nuestra cabeza y empezar a detectar los posibles puntos débiles o problemáticos que vamos a tener.
  3. Simplificación estructural: se trata de simplificar la estructura todo lo que podamos, de forma que sea mucho más sencillo conocer su comportamiento. Esto nos permite saber cómo trabajan nuestros elementos y cómo se transmiten las cargas desde la estructura al terreno.
  4. Pre-dimensionado: una vez discretizada la estructura, podremos realizar un pre-dimensionamiento de los elementos (pilares, vigas principales, losas macizas, cimentaciones…) de forma sencilla.
  5. Modelización: es momento de modelar la estructura con ayuda de algún software especializado (en algún post trataremos sobre qué software hay en el mercado y analizaremos los pros y contras de los mismos). En este paso hay que decidir hasta dónde modelar, ya que se pueden hacer modelos muy parecidos a la realidad pero que puede ralentizar el cálculo y generar archivos muy pesados, lo que dificultaría el análisis y los re-cálculos. Por ello, hay que buscar un equilibrio entre lo que necesitamos modelar y los recursos que tenemos. Hoy en día es cierto que los ordenadores tienen una mayor capacidad y velocidad de cálculo pero, ¿es útil o necesario modelar toda la estructura? Pienso que algunos elementos son más sencillos de analizar aparte, lo cual nos llevará a ahorrar tiempo y dinero.
  6. Comprobación de las estimaciones iniciales: es bueno que una vez optimizada la estructura, comprobemos las desviaciones que hemos tenido en nuestro pre-dimensionado y nos retro-alimentemos para futuros proyectos.

Es bueno recordar que los primeros pasos indicados (del 2 al 4) nos facilitarán el resto del trabajo y evitarán que nos perdamos en re-cálculos intentando optimizar las estructuras. Recordemos que cuando se empieza con las iteraciones, se pierde un poco el control de lo que se hace. Cualquier ordenador personal nos permite realizar cálculos complicados en pocos minutos y esto nos puede llevar a veces a realizar trabajos basados en prueba y error en lugar de pararnos un momento y analizar realmente dónde estamos.

No olvidemos que si el resultado final afinado se aleja del pre-cálculo lo mejor y más sensato es revisar el modelo, ya que normalmente los cálculos a ordenador nos suelen confirmar nuestras estimaciones, lo cual nos lleva a pensar que son los primeros pasos los fundamentales y el pre-dimensionamiento una de las etapas a las que debemos prestar mayor atención.

Para poder hacer pre-dimensionados os recomiendo las siguiente bibliografía que contienen fórmulas y gráficas que nos facilitarán nuestro trabajo:
  • “Números Gordos en el Proyecto de Estructuras” de Juan Carlos Arroyo Portero y otros. Cinter Divulgación Técnica (hay disponible APP para móvil del mismo nombre que es muy recomendable).
  • “Cálculo de Estructuras de Cimentación” de José Calavera Ruiz. Intemac Ediciones, 2000.
  • “Hormigón Armado” de Pedro Jiméniz Montoya. Gustavo Gili, 2010.
  • “La Estructura Metálica Hoy” de Ramón Argüelles Alvarez. Librería Técnica Bellisco, 1985.
  • “Vademecum de Estructuras: Guía para el Calculista de Estructuras: Hormigón Armado, Madera, Metálica” de José Javier García-Badell. Bellisco 2003.
  • “Manual de Edificación (T.3): Mecánica de los Terrenos y Cimientos”, varios autores. CIE Inversiones Editoriales Dossat-2000 S.L., 2003.

Hay mucha más bibliografía especializada, pero creo que con la indicada se puede empezar a trabajar bastante bien en el tema. Para más información, documentación, tesis…os recomiendo el artículo de nuestro compañero Manuel Alvárez en su blog:
http://manuelalvarezlopez.blogspot.com.es/p/estructuras.html donde hace una recopilación extraordinaria.

“Si no sabemos de dónde partimos y hacia dónde queremos ir, el resultado será producto de la casualidad y no de la causalidad”

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