Enxeñaría estrutural

Enxeñaría estrutural é o ramo da enxeñaría civil dedicado primariamente ao proxecto e cálculo de estruturas. De forma simplificada, é a aplicación da mecánica dos sólidos ao proxecto de edificios, pontes, muros de contención, encoros, túneis e outras estruturas.

O obxectivo do proxecto dunha estrutura é permitir que a mesma atenda á súa función primaria sen entrar en colapso e sen deformar ou vibrar excesivamente. Dentro destes límites, os cales son precisamente definidos pelas normas técnicas, o enxeñeiro estrutural procura o mellor uso dos materiais dispoñíbeis e o menor custo posíbel de construción e manutención da estrutura.

Resumidamente, as principais etapas do proxecto estrutural son a creación do esquema estrutural, a definición das cargas ou forzas que actuan na estrutura, o cálculo dos esforzos e deformacións, o dimensionamento das pezas estruturais, e finalmente o detallamento do proxecto para execución.

Elementos estruturais

Os principais tipos de elemento estrutural, de acordo con a xeometría e o tipo de esforzo soportado, son:

• Barra - elemento linear suxeito a esforzos lonxitudinais, sexan de tracción ou de compresión, segundo o seu sentido, de flexión, torción e esforzo transverso, actuando estes illadamente ou combinados. Pódese considerar que as vigas e os piares son elementos barra.
• Veo de Transmisión - elemento linear suxeito unicamente a esforzos de torsión.
• Viga - elemento linear suxeito a esforzos de flexión, esforzo tranverso e torción, simultaneamente ou illadamente. Neste elemento, por regra o esforzo de torsión é desprezado.

Estes elementos son combinados en estruturas, tales como:

• Treliza plana - estrutura plana formada por barras conectadas por rótulas nun plano.
• Treliza espacial - estrutura tridimensional formada por barras e rótulas, tridimensionalmente.
• Viga continua - estrutura linear formada por varios tramos de vigas apoiadas.
• Pórtico plano - estrutura plana formada por barras (vigas, piares)
• Pórtico espacial - estrutura tridimensional formada por barras (vigas, piares)
• Láminas
  • laxe ou membranas- Elementos planos.
  • Casca ou cuncha - Elemento de forma curva.

O esquema estrutural é unha representación simplificada da estrutura en termos de seus elementos, conexións e apoios. Dentro das restricións do proxecto arquitectónico, a definición do esquema estrutural é unha das etapas mais dependentes dos coñecementos, da experiencia e da creatividade do enxeñeiro estrutural.

Cargas

As cargas (forzas) que actuan na estrutura poden ser permanentes, tales como o peso propio e dos obxectos soportados pola estrutura, ou accidentais, como as referentes aos ventos. Para estruturas comúns, as normas técnicas conteñen recomendacións para os cargas a seren consideradas. Con base nestas recomendacións, o proxectista define diversos casos de carregamento, con o obxectivo de estabelecer a condición mais desfavorábel de proxecto (aquela que produce os maiores esforzos).

Esforzos e deformacións

Os esforzos estruturais (esforzo normal, esforzo cortante, momento flector e momento torsor) son medidas estruturais correspondentes ás tensións que actuan no material que compón a estrutura. O esforzo normal é a forza actuante no sentido da peza, tendendo a traccionala ou comprimila, calculada a partir da tensión normal na sección. O esforzo cortante é a forza perpendicular á peza, calculada a partir da tensión cisallante na mesma. O momento flector é o momento que tende a flexionar a peza, como resultado de tensións normais de sinais contrarios na mesma sección. Finalmente, o momento torsor tende a torcer a peza en torno de seu propio eixo.

O cálculo dos esforzos é feito a través da análise estrutural, a cal actualmente é realizada con o auxilio de programas especializado. A análise pode ser estática, considerando cargas constantes no tempo, ou dinámica, levando en conta as variacións das cargas e os modos de vibración da estrutura.

Con a automatización desta etapa do proxecto, tradicionalmente a máis demorada, o proxectista moderno pode dedicar mais atención aos puntos mais problemáticos do proxecto, alén de alterar mais alterar o esquema estrutural e propor diferentes condicións de carga, en busca dun mellor proxecto final. Unha área importante de pesquisa neste campo é a automatización destas decisións, utilizando por exemplo algoritmos xenéticos para refinar o proxecto.

Outro resultado da análise estrutural é o cálculo das deformacións da estrutura. Excepto polas estruturas estaticamente determinadas, nas cales os esforzos poden ser calculados independentemente, esforzos e deformacións son calculados simultaneamente.

Dimensionamento

Coñecidos os esforzos en cada elemento estrutural, é necesario dimensionar a peza que irá resistir a estes esforzos, ou sexa, determinar as súas medidas. Dado o material a ser utilizado (como a madeira, o aceiroo ou o formigón armado) e súas propiedades, os princíipios de resistencia dos materiais e mecánica dos sólidos son empregados para verificar que a peza é capaz de resistir aos esforzos. Por exemplo, pódese determinar o punto mais solicitado e obter unha sección capaz de resistir aos esforzos neste punto. Se for economicamente viábel, esta sección é empregada para toda a peza. Para elementos mais complexos, pode ser necesario analisar varios puntos e variar a sección empregada, ou mesmo efectuar o dimensionamento da peza como un todo.

Da mesma forma que a análise estrutural, o dimensionamento moderno é realizado con o auxílio do computador. Con todo, o proxectista posúe bastante liberdade para alterar o dimensionamento visando simplificar a construción (entre outros motivos), por exemplo padronizando as seccións suxeridas polo programa de computador.

Detallamento

Para a execución final da estrutura, é necesario que o proxectista forneza deseños detallados das pezas estruturais e súas conexións. Nesta etapa, tamén son xeradas listas de materiais e outras informacións esenciais para a construción.

Véxase tamén

Outros artigos

• Arquitectura
• Enxeñaría civil
• Enxeñaría mecánica