Importancia del cálculo estructural y el análisis de resistencia de

Área Tecnológica
Importancia del cálculo
estructural y el análisis
de resistencia de piezas
diseño - análisis - rediseño – análisis -validación.
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.
NOVIEMBRE
Estos tres aspectos pueden interactuar en función de las
necesidades planteadas en cada caso.
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La Estructura
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
NOVIEMBRE
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.
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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
r e p e t i t i v a o m o d u l a r,
repitiéndose las condiciones de
contorno y cargas nominales
(proceso de fabricación de
estructuras modulares o
elementos para estructuras
cuyas condiciones de trabajo se
conocen).
Las Piezas
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.
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.
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
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
Gustavo Casas Clemente
Área de Ingeniería del producto
Centro Tecnológico del Metal
NOVIEMBRE
La fabricación
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