Cálculo Estructural

by Super User
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INTRODUCCIÓN
En el mundo civil e industrial existen multitud de elementos (estáticos y en movimiento) desempeñando una misión estructural o resistente que pasan desapercibidos entre la cotidianidad y la costumbre. Las formas de trabajar, heredando métodos y formatos antiguos (de siempre) hacen ignorar la importancia que puede tener el estudio de todo este tipo de elementos.
Cuando mencionamos la importancia de llevar a cabo un cálculo estructural o un análisis de resistencia de una pieza sometida a unas condiciones de trabajo conocidas, estamos planteando tres aspectos fundamentales:

Un aspecto INFORMATIVO:  en el que queremos conocer los estados tensionales de nuestro elemento, así como las deformaciones originadas en el mismo.
Un aspecto VALIDADOR:  En el que queremos confirmar que el elemento en cuestión está capacitado para llevar a cabo un trabajo concreto.
Un aspecto de OPTIMIZACION: Vinculado al proceso de diseño, en el que se dimensionan los elementos en función de las solicitaciones, se trata de un procedimiento iterativo: diseño - análisis - rediseño – análisis -validación. Estos tres aspectos pueden interactuar en función de las necesidades planteadas en cada caso.



Estructuras en edificación
La estructura es la parte de la edificación encargada de garantizar la estabilidad de la construcción, debiéndose adaptar a la geometría global de la misma. La importancia e implantación del cálculo de estructuras en el campo de la construcción civil o industrial es un hecho. La responsabilidad de las mismas y la necesidad de visar proyecto de ejecución garantizan esta implantación. Unido esto a las revisiones llevadas a cabo por Organismos de  Control Técnico (obra civil) vinculados a los seguros decenales (los cuales
afectan al aspecto estructural)  hacen del análisis estructural un aspecto altamente consolidado.


Estructuras diversas
Existen una gran cantidad de estructuras auxiliares, soportes, elementos portantes, torres, estructuras para almacenamiento, estructuras para apilamiento etc...que deben ser objeto de análisis. En los elementos estructurales siempre se aplica el aspecto validador,  el análisis es una necesidad para confirmar la aptitud de nuestro sistema en las condiciones de trabajo previstas y conforme a la
normativa aplicable en cada caso.

En este campo, de naturaleza diversa, las construcciones se siguen realizando en muchos casos conforme a métodos, geometrías, materiales y espesores tradicionalmente utilizados, pudiendo ,a veces, existir normativa ,especificaciones o recomendaciones que hayan sido pasadas por alto. Es importante documentarse convenientemente acerca del producto comercializado y adjuntar toda la información requerida , tanto en el diseño del producto como en el estudio estructural del mismo. En este sentido la ,cada vez más implantada, Prevención de Riesgos Laborales presenta exigencias concretas a los elementos estructurales auxiliares que se alojan en el interior de las empresas (especialmente las estructuras de almacenamiento) y que pueden representar un riesgo para los trabajadores en caso de sobrecarga, estas estructuras deben estar convenientemente documentadas en cuanto a su capacidad portante.

Dos intereses encontrados (seguridad y economía) Se puede afirmar que en lo referente a las estructuras, tanto en edificación como en las de naturaleza diversa,  el condicionante principal es la seguridad. La estructura debe quedar dimensionada de tal modo que se obtenga un coeficiente de seguridad apropiado a la responsabilidad de la misma y conforme a la Normativa aplicable en cada caso.
Por otra parte, las exigencias del mercado, que obligan  a minimizar el precio de venta y por consiguiente los costes, y el continuo aumento de los precios de las materias primas (en particular del acero), hacen que sea necesario minimizar el material consumido en la elaboración de los elementos que conforman las estructuras  para lograr una ventaja competitiva.
En medio de los dos aspectos anteriores, cobrará una especial importancia el cálculo estructural, como medio para obtener una estructura lo más competitiva posible, dentro de los márgenes de seguridad adecuados, que garanticen el correcto comportamiento de la misma ante las solicitaciones previstas. Así pues el cálculo de estructuras se presenta como la forma más económica de
dimensionar una estructura, especialmente cuando ésta es repetitiva o modular, repitiéndose las condiciones de contorno y cargas nominales (proceso de fabricación de estructuras modulares o elementos para estructuras cuyas condiciones de trabajo se conocen).

La fabricación
En la industria se elaboran piezas que serán incorporadas a conjuntos más complejos, desarrollando una misión específica.  El diseño de estas piezas puede obedecer a parámetros diversos tales como geométricos, fabricabilidad ,compatibilidad química o economía, pero en cualquier caso, delante de todos estos condicionantes estará la necesidad de confirmar la capacidad resistente del elemento en las condiciones de trabajo previstas, es decir las piezas que se diseñan y fabrican, van a ser incorporadas a un conjunto o van a desempeñar en sí mismas una misión, que de alguna manera les va a suponer un estado tensional determinable . El estudio de resistencia en estos casos perseguirá validar en primer lugar y en último término optimizar la utilización del
material.

El diseño industrial
Una vez que vamos a desarrollar un diseño, el primer aspecto a considerar es el perfecto conocimiento de las condiciones de trabajo o utilización de las piezas objeto del mismo así como las restricciones geométricas. Dentro de estas condiciones de trabajo es importante valorar las exigencias que va a sufrir la pieza desde el punto de vista de su resistencia mecánica, saber bien qué solicitaciones va a tener la pieza y configurar una geometría que se adapte a todas las restricciones ,  que presente garantías en su respuesta mecánica y que en su caso tenga una estética
adecuada.
En el mundo industrial se presenta pues el estudio de resistencia de piezas como una parte fundamental en el proceso de diseño.


Cálculo y diseño
Aunque hemos expuesto la necesidad del cálculo dentro del proceso de diseño, como un aspecto previo al enfoque conceptual de las piezas , la realidad es que es el desarrollo del diseño el que precede al cálculo en la implantación dentro de la cultura industrial, es decir la implantación del cálculo estará vinculado a la del diseño, siendo el diseño el principal demandante del cálculo. La influencia de las nuevas tecnologías de diseño y cálculo. Hoy en día diseño y cálculo caminan de la mano, la disponibilidad de programas de diseño avanzados 3d, cada vez más extendidos, han proporcionado una alta implantación del diseño. Una vez que se procede al desarrollo de nuevos productos por parte de los departamentos de ingeniería de las empresas, surge la necesidad de validar el diseño desde el punto de vista resistente y la posterior búsqueda de la optimización de recursos. En este sentido la existencia,  también cada vez más extendida, de programas informáticos de cálculo vinculados a los de diseño avanzado han convertido los estudios de resistencia de piezas en  un proceso ágil y dinámico proporcionando unos resultados muy elocuentes acerca del comportamiento de las mismas, permitiendo la rápida localización de las zonas críticas.


¿Un coste, una inversión, una necesidad?
El cálculo estructural y el análisis de resistencia de piezas es un campo de trabajo cada vez más demandado, la tendencia de las normativas a exigir justificaciones de cálculo en todo tipo de elementos
estructurales así como las exigencias de calidad aplicadas al proceso de diseño de piezas (especialmente desde las empresas clientes) hacen del cálculo una pura necesidad. Más allá de esta necesidad impuesta, en los departamentos de ingeniería de desarrollo de productos el cálculo se presentará como la forma de obtener un diseño optimo también desde el punto de vista económico, desarrollando geometrías más ajustadas a las exigencias mecánicas.

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