El Ámbito del Diseño Estructural: Fundamentos y Consideraciones

El Ámbito del Diseño Estructural

El diseño estructural abarca las diversas actividades que desarrolla el proyectista para determinar la forma, dimensiones y características detalladas de una estructura, es decir, de aquella parte de una construcción que tiene como función absorber las solicitaciones que se presentan durante las distintas etapas de su existencia. El diseño estructural se encuentra inserto en el proceso más general del proyecto de una obra civil, en el cual se definen las características que debe tener la construcción para cumplir de manera adecuada las funciones que está destinada a desempeñar.

Un requisito esencial para que la construcción cumpla sus funciones es que no sufra fallas o mal comportamiento debido a su incapacidad para soportar las cargas que sobre ella se imponen. Junto con este aspecto, deben cuidarse otros, como los relativos al funcionamiento y a la habitabilidad, que en general son responsabilidad de otros especialistas. Evidentemente, dada la multitud de aspectos que deben considerarse, el proceso mediante el cual se crea una construcción moderna puede ser de gran complejidad.

La Construcción como Sistema

Una construcción u obra puede concebirse como un sistema, entendiéndose por sistema un conjunto de subsistemas y elementos que se combinan en forma ordenada para cumplir con determinada función. Un edificio, por ejemplo, está integrado por varios subsistemas: el de los elementos arquitectónicos para encerrar espacios, el estructural, las instalaciones eléctricas, las sanitarias, las de acondicionamiento de aire y los elevadores. Así, no puede confiarse en que lograr la solución óptima para cada uno de ellos, por separado, conduzca a la solución óptima para el edificio en su totalidad.

El Proceso de Diseño en la Práctica

En la práctica tradicional, el diseño de un edificio suele realizarse por la superposición sucesiva de los proyectos de los diversos subsistemas que lo integran. El arquitecto propone un proyecto arquitectónico a veces con escasa atención a los problemas estructurales implícitos en su diseño. Por último, los proyectistas de estos formulan sus diseños con base en los proyectos arquitectónico y estructural. El proyecto general definitivo se logra después de que los diversos especialistas han hecho las correcciones y ajustes indispensables en sus proyectos respectivos.

En esta forma de proceder, cada especialista encargado de una parte del proyecto tiende a dar importancia solo a los aspectos del proyecto que le atañen, sin tener en cuenta si la solución que está proponiendo es inadmisible o inconveniente para el cumplimiento de otras funciones. En particular, el ingeniero estructural no debe olvidar que, como lo expresó Eduardo Torroja: "Las obras no se construyen para que resistan. Se construyen para alguna otra finalidad o función que lleva, como consecuencia esencial, el que la construcción mantenga su forma y condiciones a lo largo del tiempo."

La Importancia de la Calidad del Proyecto

Debe tener siempre presente que el proyecto no constituye un fin por sí mismo, sino que representa solo una parte del proceso que conduce a la construcción de una obra terminada. Por tanto, lo importante es la calidad del resultado que se logre y el proyecto será más satisfactorio en cuanto mejor contribuya a facilitar la construcción de una obra adecuada.

Es frecuente que estos pidan y obtengan, una vez terminado el proyecto, modificaciones importantes en las características arquitectónicas y estructurales en función del empleo de un procedimiento constructivo que presenta claras ventajas de costos o de tiempo de ejecución, pero que no se adapta al proyecto que se ha elaborado. Obviamente, esto implicaría modificaciones sustanciales al proyecto estructural.

Optimización del Proceso de Diseño

En esencia, se pretende aprovechar las herramientas del método científico para hacer más eficiente el proceso de diseño. En particular, se pone énfasis en la optimización de la obra en su totalidad. En este enfoque, bajo la dirección de un jefe o coordinador, un grupo de especialistas colabora en la elaboración de un proyecto desde su concepción inicial. La especialidad del coordinador dependerá de la naturaleza de la obra en estudio.

Así, el proyecto de un edificio urbano será dirigido por el responsable del proyecto arquitectónico, quien fija los lineamientos generales del proyecto estructural y de las diferentes instalaciones. El proyecto de un puente será dirigido por el proyectista estructural, quien interactúa con otros especialistas, como el de mecánica de suelos y el de vías terrestres. En este caso, es responsabilidad del proyectista estructural cuidar también los aspectos generales de economía y estética del proyecto.

Inquietudes Recientes en el Diseño de Obras Civiles

Es oportuno mencionar algunas inquietudes recientes en relación con el diseño de obras civiles. La primera se refiere al impacto que puede tener una obra en el entorno, así como las consecuencias sociales que esta puede tener. La consideración de este aspecto puede afectar seriamente las decisiones de diseño. Basta recordar, por ejemplo, las implicaciones ecológicas que tienen obras como los grandes oleoductos y gasoductos que se han estado instalando en diversas regiones de la República Mexicana.

Ejemplos de Obras Estructurales

• Edificio muy esbelto con estructura de concreto reforzado.
• Estructura de concreto para enseñanza secundaria.
• Plataforma para explotación petrolera fuera de la costa.

El mismo proyecto tipo se utiliza miles de veces y amerita un proceso de optimización en el diseño. La enseñanza y la práctica del diseño estructural se han enfocado excesivamente al proyecto de edificios y construcciones urbanas como estos. Obras de esta clase se muestran en las figuras restantes: un puente de gran claro que debe diseñarse para soportar muchas repeticiones de cargas de gran magnitud; una plataforma para explotación petrolera fuera de la costa que debe resistir el embate de huracanes y una torre de transmisión de energía eléctrica en la cual un proyecto tipo se repite miles de veces y amerita, además, un diseño cuidadoso.