Aunque es una disciplina amplia, el concepto de diseño estructural en ingeniería civil se puede resumir como el ejercicio de todas las actividades relacionadas con el modelado y análisis matemático de estructuras civiles, tales como soportes de tuberías, cimentaciones, edificios residenciales, puentes, instalaciones industriales, infraestructuras energéticas y marítimas. .
Cabe mencionar que cada uno de los ítems anteriores puede requerir la comprensión de diversas nociones matemáticas, mecánicas y de ingeniería. En muchas ocasiones, los diseñadores estructurales necesitarán realizar varios estudios especializados para construir un modelo ideal.
En realidad, y por razones prácticas, los diseñadores estructurales también están obligados a proporcionar cuantificaciones de materiales para tratar con los inspectores de construcción, preparar un presupuesto aproximado y supervisar la construcción de estructuras.
Por lo tanto, hasta cierto punto, necesitan tener habilidades diferentes más allá de comprender el modelado de estructuras desde una perspectiva matemática y mecánica.
Actividades en un trabajo de ingeniero diseñador.
Como comentábamos, las actividades que realizan los proyectistas en ingeniería civil son muy variadas. Utilizan principalmente herramientas y software para construir una estructura simplificada. Sin embargo, existen formas de calcular manualmente algunas resistencias aplicadas a las uniones de estructuras básicas.
Muchos de estos programas utilizan métodos de elementos finitos para analizar la respuesta de la estructura a diferentes fuerzas. Dos de los software más utilizados para el análisis de estructuras son ETABS y SAAP2000. Para el análisis dinámico, que es el estudio de fuerzas que cambian rápidamente de velocidad y valor y que, en consecuencia, deben estudiarse durante un período de tiempo, los ingenieros civiles utilizan software como CYPE CAD o MIDAS.
Por lo general, se le pide a un diseñador que evalúe la viabilidad de un modelo arquitectónico. Esto significa qué materiales se necesitarían y si la estructura es financieramente viable, además de posibles escenarios complicados durante la construcción desde el punto de vista del diseño.
Además, dependiendo de la naturaleza del proyecto (planificación, diseño, licitación, construcción, etc.), los ingenieros estructurales celebrarán reuniones para guiar y garantizar que se cumplan todas las condiciones para la construcción de la estructura.
Saltar rápidamente un análisis estructural
Para simplificar un poco el tema, un análisis estructural toma en cuenta la composición de una estructura y las fuerzas a las que está sometida para comprender los efectos y predecir su comportamiento. Todo ello con el objetivo de determinar la carga máxima que puede soportar y la vida útil antes de averiar.
En el nivel más básico, el análisis estructural considera fuerzas predeterminadas: gravedad, cargas vivas, muertas y de viento, y terremotos. Estas cargas tienen un efecto particular sobre el elemento, ya sea viga, columna o losa.
La posición y dirección de la carga también influyen en el efecto sobre la estructura. Algunas de estas fuerzas pueden provocar empuje. Los elementos doblados de determinados materiales comprometen aún más su vida útil. Caso en elementos específicos fabricados en hormigón – este material tiene un excelente comportamiento al ser sometido a compresión, pero no a tensión.
Desde el punto de vista mecánico, existen cinco tipos de fuerzas: compresión, corte, flexión, torsión y tensión. El estudio de estas cargas se realiza mediante cuatro tipos de análisis: dinámico, estático, de estabilidad y de vibraciones. La elección de cualquiera de ellos depende de las condiciones ambientales y del uso que se le dé a la estructura.
Como resultado del diseño y análisis estructural, los profesionales civiles deben decidir si es necesaria una mejora del material para garantizar el equilibrio, la seguridad y la durabilidad del edificio. En casos extremos, o durante las primeras fases de construcción, mantienen reuniones con arquitectos para cambiar dimensiones o reposicionar elementos.
Algunos campos en los que puede trabajar un diseñador estructural
Desde la planificación hasta la construcción, los diseñadores pueden elegir entre una amplia cartera de actividades:
Diseño y construcción sostenible
Los diseñadores que trabajan en la construcción sostenible emplean tecnología de punta para mejorar el impacto ambiental y social de los proyectos civiles. La construcción sustentable requiere anteponer la conservación de la fauna y la flora, además del bienestar humano por encima de los costos de construcción.
Evaluación e inspección de la construcción
En las últimas fases de la construcción, a veces se pide a los diseñadores que revisen los informes elaborados por los ingenieros de campo y vayan al sitio de construcción. En estos informes encontrarás los materiales, dimensiones, refuerzo y otros detalles.
Deberán comprobar que todo coincide con los planos entregados durante la fase de diseño. Aunque esta no es una tarea común, es bastante necesaria en algún momento. Especialmente los diseñadores que trabajan en la construcción industrial necesitan ir al campo para supervisar.
Infraestructura hídrica
Infraestructura sanitaria e hidráulica
Las estructuras sanitarias e hidráulicas no son lo mismo. Mientras que las tuberías sanitarias recogen los residuos para eliminarlos en lugares donde no se dañe la salud humana, los proyectos hidráulicos tienen un propósito completamente diferente.
Los proyectos hidráulicos estructurales tienen como objetivo cambiar el flujo de los cuerpos de agua, pueden ser canalones o presas y ambos están diseñados para transportar agua. Una estructura hidráulica clara es una presa: combina principios de conservación de energía para generar energía mediante el uso de una estructura civil.
Diseño estructural industrial
Las estructuras utilizadas con fines industriales son aeropuertos, almacenes, carreteras, represas, fábricas, centrales eléctricas, entre otras. Por regla general, la infraestructura industrial suele construirse para proporcionar un producto o servicio directo.
Las infraestructuras industriales se caracterizan por su enorme tamaño y la necesidad de invertir grandes cantidades de dinero. El diseño estructural para la construcción de edificios industriales juega un papel fundamental en las sociedades y economías: el diseñador debe ser consciente de los factores externos al medio ambiente, pero también del impacto social.
Pongamos el ejemplo de un gran almacén destinado a almacenar maquinaria pesada. En principio, esta debería ser una construcción sencilla. Y, sin embargo, los diseñadores deben seguir una serie de reglas, como la temperatura del sitio y otras condiciones ambientales, para elegir los materiales. La solución propuesta requirió en ocasiones considerar escenarios trágicos, como el de una máquina chocando contra una columna. Parte del análisis del diseño debe tener en cuenta situaciones como ésta y garantizar que toda la estructura no colapse, al menos no de forma inmediata.
Alojamiento
Este es uno de los campos más comunes. El diseño estructural de la vivienda sigue un conjunto de normativas que cambian dependiendo del país, condiciones climáticas, etc. Variables como terremotos, muertos, vivos, carga de nieve y lluvia se calculan previamente dependiendo de la ubicación geográfica de la casa.
