1 INTRODUCCIÓN
El cálculo estructural ha evolucionado paralelamente al
desarrollo de la matemática y de las
leyes de la mecánica. La aparición del concreto armado impulsa violentamente el
arte de construir porque le permite al constructor mayor libertad para diseñar.
Los pórticos que se construían con pesadas piedras monolíticas o con ladrillos
trabados para formar las columnas, dinteles y arquitrabes, ahora son
sustituidos por el concreto armado, obteniéndose de este modo, elementos
verticales esbeltos y dinteles de secciones reducidas. El desarrollo que se
logró en las técnicas constructivas fue vigorizado cuando se comenzó a utilizar
el cálculo estructural, que se apoyó en los métodos derivados de la mecánica
complementada con el análisis matemático, y que sustituyeron los métodos
empíricos. Esto fue posible cuando se descubrió que todos los fenómenos
naturales se pueden estudiar mediante las relaciones exactas de la matemática,
siempre que se establezcan modelos adecuados. Así se abrió el camino para la
ciencia moderna y para el desarrollo del cálculo de estructuras, siendo el
cálculo integral y el diferencial, un instrumento muy potente para realizar
tales operaciones. La estructura ha sido siempre un componente esencial de la
arquitectura, por ello, los logros obtenidos en su desarrollo influyen de
manera determinante en el planteamiento de nuevas propuestas con técnicas
mejoradas y uso más racional de los materiales. En un principio el concreto se utilizó
según el real saber y entender de los constructores, sin apoyarse en ninguna
normativa, fue en 1904 cuando se creó en Norteamérica la primera comisión
"Joint Comité" para estudiar el concreto (Marín 1971). A partir de
esta fecha se comenzaron a realizar estudios rigurosos para reglamentar el uso
del concreto armado, dando lugar a la Norma Norteamericana que se publicó por
primera vez en 1912, sin embargo, en 1910 se había adoptado como ley las Normas
de la Asociación Nacional de Consumidores de Cemento. En los sistemas
constructivos clásicos y antiguos, toda la obra constituía la estructura, por
consiguiente, se desperdiciaba gran cantidad de material porque se colocaba en
sitios donde no se requería para absorber esfuerzos, pero sí para cerramientos;
en cambio, el sistema moderno permite construir el esqueleto de la edificación
independientemente de los cerramientos, y éstos, por no ser estructurales, se
pueden fabricar con materiales más livianos y económicos. No obstante, se
podría decir que fue con el sistema constructivo gótico que se comenzó a
racionalizar la estructura al diseñar arcos que empujaran menos sobre los
muros, como son los arcos ojivales, y al tratar de concentrar los esfuerzos
mediante nervaduras en sitios que se reforzaban con los contrafuertes. En
América se usó en la época precolombina el sistema estructural llamado de
horconadura (Gasparini 1986), que también permitía construir previamente el
esqueleto de la edificación porque estaba concebida con horcones que
constituían las columnas y viguetas de madera que formaban los dinteles. El
cerramiento se hacía con palmas o con barro reforzado con caña amarga.
2 MÉTODOS DE ANÁLISIS
Los principios básicos de la estática fueron descubiertos
desde el principio con gran exactitud y han servido de base a todos los métodos
de análisis; sin embargo, la laboriosidad que representan los cálculos
matemáticos que se requieren para relacionar las cargas externas que actúan
sobre una estructura con las reacciones que provocan en los apoyos y con las
fuerzas internas que se desarrollan en sus miembros, fue lo que dio lugar a la
búsqueda de diversos métodos que facilitasen su utilización. Así se han
introducido los métodos aproximados que producen resultados muy cercanos a los
reales y generalmente mayores que estos; el inconveniente se presenta en los
nodos de los pórticos, porque, si existe un verdadero valor del momento en el
nodo, cuando se obtiene en las vigas un momento mayor que éste, en las columnas
resultará menor, ya que siempre se tienen que cumplir las leyes del equilibrio,
en consecuencia, el momento en la columna no está del lado de la seguridad; por
lo tanto, se debe mantener la práctica prudente de mayorar las cargas cuando se
usen estos métodos. Las cargas permanentes se pueden determinar con certeza, en
cambio las cargas variables siempre serán inciertas, lo cual introduce en los
cálculos una imprecisión; lo cual indica que no tiene sentido realizar largas y
complicadas operaciones para tratar de obtener resultados precisos, si los
datos no lo son. Ahora bien, si se cuenta con herramientas que faciliten el
manejo de los algoritmos, entonces se justifica la aplicación de un método de
análisis riguroso por laborioso que éste sea. La única ventaja que tendría este
método es que no se suma su propia deficiencia con la incertidumbre de las cargas.
El punto de aplicación de las cargas es un factor importante que afecta la
precisión de los resultados; esto exige un interés especial por parte del
calculista en estudiar cuidadosamente la distribución de las cargas y evitar
transformar las que son concentradas en repartidas, porque éstas nunca son
equivalentes, si satisfacen las solicitaciones de momento, no será así con las
de corte y viceversa. Con los recursos que existen actualmente de la
computación electrónica y los programas computarizados que han sido elaborados
para el análisis de pórticos, no se justifica incurrir en deficiencias
derivadas de la estimación del sistema de cargas de diseño, ya que dichos
programas están concebidos para introducir todas las condiciones de carga con
facilidad. El tiempo que un calculista invertía anteriormente en efectuar los
cálculos de una edificación, utilizando reglas de cálculo o máquinas
rudimentarias de calcular, hoy lo puede emplear con ventaja en hacer un buen
estudio del sistema de cargas que se aproxime lo mejor posible a las que
actuarán realmente durante la vida útil del edificio; sólo así serán mas
exactos los cálculos realizados con el computador, de lo contrario, si seguimos
aplicando las mismas hipótesis, los resultados seguirán siendo imprecisos.
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