1) PRESENTACIÓN

La arquitectura tiene dos caras inevitables: la teoría y la práctica, y ello enfrenta una doble manera de verla y entenderla.

Percibir y comprender nuestro entorno creado por el ser humano. La arquitectura como recipiente físico, como contenedor de la vida humana. Pero, dado que la arquitectura es una actividad social, la edificación también tiene mucho de manifestación social  de creación de legado cultural. Por consiguiente, todo edificio, sea un imponente edificio público o una sencilla vivienda privada, está construido con las leyes de la física y siguiendo procedimientos que son algo así como la cristalización de los valores culturales de sus constructores.

La arquitectura forma el contenido y la expresión creadora no sólo de un individuo , sino que es el reflejo de toda una sociedad, por ser el testimonio más fiel y elocuente del momento histórico por el que atraviesa el ser humano en una época, además de ser el más elocuente.

El arquitecto por medio del proyecto y de la obra arquitectónica, cataloga y resume sus principios, que existen dentro de sí mismo, interviniendo una serie de cambios para proponer nuevas ideas y mejores soluciones que definan su personalidad creadora y que intervendrán en el desarrollo de la sociedad.

Todo entorno proyectado o edificado es digno de estudio, pues ha sido construido o diseñado en respuesta a la "necesidad" humana. Sin embargo, los elementos y sistemas siempre deben estar interrelacionados, ser interdependientes y reforzarse mutuamente a fin de formar un conjunto integrado.

Las teorías y técnicas  no garantizan por sí mismas, el objetivo de integrar cálculo y diseño. Pero, un análisis en cuanto a la función y trabajo de las estructuras ayuda a generar sistemas estructurales funcionales y óptimos. Un análisis estructural, colabora en la actividad de proyectar, relacionada con las ideas de necesidad y creatividad, y la de investigar, como ejercicio sistemático de la razón. Proyecto e Investigación, que frente al interrogante o necesidad, y principalmente a través de la duda, tratan de dar respuesta. 

La crítica estructural es una herramienta de análisis muy efectiva en el momento de estudiar el mecanismo estructural y su relación con el medio tecnológico productivo de su época. Por esto, es necesario mostrar cómo los conocimientos adquiridos específicamente, los nuevos procedimientos y la actualización de los conceptos y principios tanto estructurales como del contexto general, pueden ser aplicados en el estudio de obras significativas en el transcurso de la historia. Esta misma metodología sirve para revisar y analizar las diferentes propuestas que el diseñador va formulando desde las tempranas etapas del proceso de diseño estructural.  

Existen varias etapas en el proceso de diseño estructural, dado que es un proceso creativo mediante el cual se le da forma a un sistema estructural para que cumpla una función determinada con un grado de seguridad razonable y que en condiciones normales de servicio tenga un comportamiento adecuado. Es importante considerar ciertas restricciones que surgen de la interacción con otros aspectos del proyecto global; las limitaciones globales en cuanto al costo y tiempo de ejecución así como de satisfacer determinadas exigencias estéticas. Entonces, la solución al problema de diseño no puede obtenerse mediante un proceso matemático rígido, donde se aplique rutinariamente un determinado conjunto de reglas y formulas.

 Primeramente se lleva a cabo una etapa de estructuración; donde se efectúa la optimización del resultado final del diseño depende de gran medida del acierto que se haya obtenido en adoptar la estructura esqueletal mas adecuada para una edificación específica.

En esta etapa de estructuración se seleccionan los materiales que van a constituir la estructura, se define el sistema estructural principal y el arreglo y dimensiones preliminares de los elementos estructurales mas comunes. El objetivo debe ser el de adoptar la solución optima dentro de un conjunto de posibles opciones de estructuración.

Posteriormente, se hace una estimación de las acciones; en esta segunda etapa se identifican las accione que se consideran que van a incidir o que tienen posibilidad de actuar sobre el sistema estructural durante su vida útil. Entre estas acciones se encuentra, por ejemplo, las acciones permanentes como la carga muerta, acciones variables como la carga viva. Acciones accidentales como el viento y el sismo. Cuando se sabe de antemano que en el diseño se tienen que considerar las acciones accidentales es posible seleccionar en base a la experiencia la estructuración más adecuada para absorber dichas acciones.

Análisis estructural. En este paso se lleva la determinación de la respuesta del sistema estructural ante la solicitación de las acciones externas que puedan incidir sobre dicho sistema. La respuesta de una estructura o de un elemento es su comportamiento bajo una acción determinada; está en función de sus propias características y puede expresarse en función de deformaciones, agrietamiento, vibraciones, esfuerzos, reacciones, etc.

Para obtener dicha respuesta requerimos considerar los siguientes aspectos:

Idealización de la estructura. Seleccionar un modelo teórico y analítico factible de ser analizado con los procedimientos de cálculo disponible. La selección del modelo analítico de la estructura puede estar integrado de las siguientes partes:

I.- Modelo geométrico. Esquema que representa las principales características geométricas de la estructura.

II.- Modelo de las condiciones de continuidad en las fronteras. Debe establecerse como cada elemento está conectado a sus adyacentes y cuáles son las condiciones de apoyo de la estructura.

III.- Modelo del comportamiento de los materiales. Debe suponerse una relación acción - respuesta o esfuerzo - deformación del material que compone la estructura.

IV.- Modelo de las acciones impuestas. Las acciones que afectan la estructura para una condición dada de funcionamiento se representan por fuerzas o deformaciones impuestas.

Posteriormente se determinarán las acciones de diseño. En muchas situaciones las cargas y otras acciones que introducen esfuerzos en la estructura están definidos por los reglamentos de las construcciones y es obligación del proyectista sujetarse a ellos.

Para determinar la respuesta de las acciones de diseño en el modelo elegido para la estructura. Es necesario obtener los elementos mecánicos y los desplazamientos en el sistema estructural.

Finalmente se hace el dimensionamiento de los elementos estructurales. En esta etapa se define a detalle la estructura y se revisa si se cumple con los requisitos de seguridad adoptados.

Acciones y sus efectos sobre los sistemas estructurales

Atendiendo los conceptos de seguridad estructural y de los criterios de diseño, la clasificación más racional de las acciones se hace en base a la variación de su intensidad con el tiempo. Se distinguen así los siguientes tipos de acciones:

Acciones permanentes. Son las que actúan en forma continua sobre la estructura y cuya intensidad pude considerarse que no varía con el tiempo. Pertenecen a este grupo las siguientes.

1.- Cargas muertas debidas al propio peso de la estructura y al de los elementos no estructurales de la construcción

2.- Empujes estáticos de líquidos y tierras

3.- Deformaciones y desplazamientos debido al esfuerzo de efecto del pre-esfuerzo y a movimientos diferenciales permanentes en los apoyos

4.- Contracción por fraguado del concreto, flujo plástico del concreto, etc.

Acciones variables. Son aquellas que inciden sobre la estructura con una intensidad variable con el tiempo, pero que alcanzan valores importantes durante lapsos grandes

Se pueden considerar las siguientes:

1.- Cargas vivas, o sea aquellas que se deben al funcionamiento propio de la construcción y que no tienen carácter permanente

2.- Cambios de temperaturas

3.- Cambios volumétricos

Acciones accidentales. Son aquellas que no se deben al funcionamiento normal de la construcción y que puede tomar valores significativos solo durante algunos minutos o segundos, a lo más horas en toda la vida útil de la estructura.

Se consideran las siguientes

1.-Sismos

2.-Vientos

3.-Oleajes

4.-Explosiones

Para evaluar el efecto de las acciones sobre la estructura requerimos modelar dichas acciones como fuerzas concentradas, lineales o uniformemente distribuidas. Si la acción es de carácter dinámico podemos proponer un sistema de fuerzas equivalentes o una excitación propiamente dinámica.

Métodos del diseño estructural
Diseño por medio de modelos

Se recomienda en el diseño de elementos estructurales de forma muy compleja que no son fáciles de analizar por medio de los modelos matemáticos usuales.

Método de los esfuerzos de trabajo o de esfuerzos permisibles o teoría elástica

Los elementos mecánicos producidos en los distintos elementos por las solicitaciones de servicio o de trabajo se calculan por medio de un análisis elástico. Se determinan después los esfuerzos en las distintas secciones debido a los elementos mecánicos, por métodos también basados en hipótesis elásticas. Los esfuerzos de trabajo así calculados, deben mantenerse por debajo de ciertos esfuerzos permisibles que se consideran aceptables, el método es razonable en estructuras de materiales con un comportamiento esencialmente elástico.

 
Método de la resistencia o método de factores de carga y de reducción de resistencia o teoría plástica 

Los elementos mecánicos se determinan por medio de un análisis elástico-lineal. Las secciones se dimensionan de tal manera que su resistencia a las diversas acciones de trabajo a las que puedan estar sujetas sean igual a dichas acciones multiplicadas por factores de carga, de acuerdo con el grado de seguridad deseado o especificado. La resistencia de la sección se determina prácticamente en la falla o en su plastificación completa.

Métodos basados en el análisis al límite

En este criterio se determinan los elementos mecánicos correspondientes a la resistencia de colapso de la estructura. (Formación de suficientes articulaciones plásticas para llegar a la falla total de la estructura).

Se hace un análisis estructural plástico

Métodos probabilísticos. Las solicitaciones que actúan sobre las estructuras, así como las resistencias de estas son cantidades en realidad de naturaleza aleatoria, que no pueden calcularse por métodos determinísticos como se supone en los criterios de diseño anteriores. Esto nos conduce a pensar en métodos basados en la teoría de las probabilidades.

Las principales limitaciones que se tienen en la actualidad son que no se tiene suficiente información sobre las variaciones tanto de las solicitaciones que deben de considerarse como la resistencia de los materiales y de las estructuras construidas con ellos.