Diseño estructural: Optimizando la seguridad y eficiencia

Cuando pensamos en la construcción de un edificio, lo primero que se nos viene a la mente es su aspecto estético, la disposición de las instalaciones y la luminosidad que tendrá el inmueble. Sin embargo, son pocos los que se detienen a reflexionar sobre la importancia del diseño estructural, un elemento fundamental en la seguridad y durabilidad de cualquier construcción.

¿Qué es diseño estructural?

El diseño estructural es un campo de la ingeniería civil que se encarga de crear estructuras seguras, funcionales y eficientes. 

Este proceso de diseño y cálculo es responsable de establecer la forma, tamaño y distribución de los elementos que conforman la estructura de un edificio, con el objetivo de garantizar su estabilidad y durabilidad también.

Requiere un conocimiento técnico profundo de los materiales y su capacidad para soportar cargas, así como de los modelos matemáticos y algorítmicos que se utilizan para analizar y simular el comportamiento de la construcción.

Además, el diseño estructural no puede considerarse aislado del resto del proyecto, es necesario que esté completamente integrado con el diseño arquitectónico, ya que ambos aspectos están intrínsecamente relacionados.

 

Relevancia del diseño estructural

El diseño estructural es la base sólida y coherente sobre la que se construyen los edificios, estableciendo su capacidad para soportar cargas y resistir los movimientos sísmicos u otras fuerzas externas que puedan afectar a su integridad.

Es crucial no solo porque se encarga de dar forma y estructura a una construcción, sino porque ayuda a prevenir daños o colapsos que pongan en riesgo a sus ocupantes.

Un buen diseño estructural es aquel que se adapta a las necesidades del edificio y del entorno en el que se ubica. Asimismo, puede ahorrar costes de mantenimiento a largo plazo, al optimizar la utilización de materiales y recursos.

Elementos que componen el diseño estructural

El diseño estructural es un proceso complejo que consta de varios elementos:

Estructuración

Consiste en definir la configuración general de la estructura, por ejemplo, marcos, vigas y losas, muros de carga, etc., así como las dimensiones y ubicación de los elementos. 

Esta elección dependerá de diversos factores, como las características del terreno, las cargas que soportará la estructura y los requisitos del proyecto.

La resistencia de los materiales

Los materiales utilizados en un edificio son los que determinan la cantidad de esfuerzo que puede soportar una estructura sin colapsar. Es por esta razón que se hace uso de distintos materiales como acero, hormigón, madera, entre otros.

 Análisis

Implica evaluar las cargas y fuerzas que actúan sobre los elementos estructurales, así como los efectos que estas generan. 

Se utilizan modelos matemáticos y software especializado para simular el comportamiento de la estructura ante diferentes situaciones y determinar su capacidad de resistencia.

Diseño

En esta etapa se establecen las dimensiones y características de los elementos estructurales (vigas, columnas, losas, cimentación, entre otros) en función de las cargas y fuerzas determinadas en el análisis. 

Además, se seleccionan los materiales adecuados y se determina su disposición y conexión en la estructura.

Memoria de cálculo

Se trata de un documento técnico en el que se registran todos los resultados del análisis estructural, los cálculos de diseño y los detalles de construcción. Sirve para verificar la seguridad de la estructura, así como para cumplir con los requisitos normativos y legales vigentes.

¿Cuáles son los tipos de diseño estructural?

Existen varios tipos de diseño estructural, que se diferencian en función de la geometría de la estructura, el material utilizado y la tipología constructiva. Los tipos más comunes son:

Diseño estructural de hormigón armado

Estas estructuras son las más comunes y ampliamente utilizadas en la construcción. Se componen de hormigón, que proporciona resistencia a la compresión; y acero, que resiste la tracción. Ambos trabajan juntos para crear una estructura sólida y duradera.

Se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, como edificios, puentes, presas, muros de contención y elementos de infraestructura. El hormigón armado ofrece beneficios como una mayor durabilidad, versatilidad, facilidad de construcción y mantenimiento.

Te puede interesar el curso e: Diseño estructural en hormigón armado en edificaciones

Diseño de estructuras de acero laminado

Consiste en perfiles de acero, como vigas, columnas y placas, que se fabrican mediante un proceso de laminación en caliente. Los cuales, se unen mediante soldadura, atornillado o remachado para formar la estructura.

La principal ventaja de las estructuras de acero laminado es su alta resistencia y rigidez, que les permite soportar grandes cargas y fuerzas. Además, su versatilidad ayuda a diseñar e implementar estructuras de diferentes formas y tamaños. También son rápidas de construir y facilitan la expansión o modificación en el futuro.

Diseño estructural de madera contralaminada

Las estructuras de madera contralaminada (CLT) están formadas por varias capas de tableros de madera dispuestas en ángulo recto y pegadas entre sí, capaces de crear una estructura rígida y resistente, de mayor altura y capacidad de carga. 

También es conocida por su excelente rendimiento acústico y térmico, así como su durabilidad a largo plazo. Se utilizan en la construcción de edificios de múltiples pisos, viviendas, hoteles, escuelas y otros proyectos de construcción sostenible.

Diseño estructural prefabricado

Los componentes estructurales se producen en una fábrica o taller para después transportarse y ensamblarse en el lugar de la construcción. Pueden ser de distintos materiales, como acero, concreto o madera laminada. Las ventajas que ofrecen son:

• Eficiencia en tiempo y costos. Al trabajar en un entorno controlado, se reduce el riesgo de retrasos y problemas relacionados con el clima. También se pueden optimizar los procesos y la mano de obra.
• Mayor calidad y precisión. Los componentes prefabricados se someten a rigurosos estándares de calidad y se garantiza un alto nivel de precisión en las mediciones y ensamblajes.
• Flexibilidad en el diseño. Pueden ser personalizados acorde al proyecto, aumentando la adaptabilidad arquitectónica.
• Sostenibilidad. Se usan tecnologías y procesos que reducen el consumo de energía y los residuos generados, sin mencionar el uso eficiente de los materiales, reduciendo el desperdicio.
• Resistencia y durabilidad. Se utilizan materiales de alta calidad y técnicas de construcción avanzadas.

Requisitos esenciales en el análisis y diseño estructural

Para diseñar una estructura debes considerar: 

• Resistencia. La estructura debe resistir las cargas a las que estará sometida como el peso propio, las cargas vivas (personas, mobiliario, equipo, etc.), las cargas muertas (materiales de construcción) y las cargas sísmicas o de viento. 

• Estabilidad. Es fundamental que mantenga su equilibrio incluso en condiciones adversas, asegurando que las cargas sean transferidas adecuadamente a los cimientos y que no haya desplazamientos o movimientos excesivos que puedan comprometer la seguridad de la estructura.

• Durabilidad. Tiene que resistir el paso del tiempo, los elementos ambientales y cualquier otro factor que pueda causar deterioro. Esto implica seleccionar los materiales adecuados y protegerlos de la corrosión, la humedad y otros agentes agresivos.

• Economía. Se refiere a utilizar los materiales y las técnicas adecuadas para lograr una estructura segura y funcional sin incurrir en costos innecesarios.

• Funcionalidad. La estructura debe cumplir con su propósito y satisfacer las necesidades del usuario, como el diseño de espacios habitables, la distribución interna y las condiciones de accesibilidad.

• Estética. Aunque la estética puede parecer un requisito subjetivo, es importante considerarla en el diseño estructural, especialmente si se trata de estructuras que estarán expuestas al público o que forman parte de un entorno arquitectónico. 
• Normativas y regulaciones. Estas incluyen códigos de construcción, estándares de seguridad estructural, requisitos sísmicos, entre otros, que varían según la ubicación y el tipo de estructura.

Para garantizar la seguridad y eficiencia de cualquier proyecto de diseño estructural, es crucial contar con un equipo capacitado y experimentado. ¿Estás listo para potenciar tu carrera profesional? Visita nuestros cursos y conoce los beneficios que tenemos para ti.