João Carlos Souza, 14 de mayo de 2024, Archdaily
Es fundamental que los arquitectos conozcan las estructuras, no sólo para llevar sus diseños a la realidad sino también para poder discutir sus proyectos con los ingenieros para encontrar las mejores soluciones constructivas. El predimensionamiento estructural es crucial para el diseño inicial de los componentes estructurales, revelando las restricciones y las posibilidades de los espacios.
Una de las principales cargas que debe soportar una estructura es su propio peso, por lo que es fundamental conocer este dato para poder dimensionar las diferentes partes del edificio. Al iniciar un proyecto estructural, el ingeniero aún no conoce las dimensiones de las diferentes piezas que componen la estructura, y por tanto, no puede conocer su propio peso. Aparece una paradoja sin solución: para saber el peso es necesario saber las dimensiones, pero, para saber las dimensiones, es necesario saber el peso.
Durante el desarrollo del proyecto el arquitecto se encuentra en la curiosa situación de tener que diseñar sin conocer necesariamente el tamaño de cada una de las partes del edificio (como el tamaño de los pilares, por ejemplo). Estos importantes elementos afectan directamente la funcionalidad y la estética del proyecto.
Para resolver este impasse se desarrollaron procesos rápidos de predimensionamiento que, si bien no presentan resultados exactos, sí son bastante precisos. Evidentemente es necesario realizar los cálculos estructurales posteriores con todo el cuidado y precisión que exigen las normas técnicas, pero al menos el predimensionamiento proporciona un punto de partida para el proyecto a realizar.
El objetivo de este texto es presentar uno de los métodos de predimensionamiento de losas, vigas y pilares de edificaciones construidas con hormigón armado. Existen varios otros métodos, pero este es probablemente uno de los más comunes. Todos los vanos citados en este texto pueden considerarse como la distancia –centro a centro– entre los apoyos.
Predimensionamiento de losas
Las luces, longitud W 1 y ancho W 2 , de las losas, vienen determinadas por las vigas que normalmente delimitan el perímetro. La única dimensión que se desconoce de la losa es su altura H. Para tener una idea de las alternativas preliminares de altura en una losa maciza, se puede dividir su luz menor entre 40, evitando losas de espesor inferior a 7 cm (en losas de forjado comunes) y 12 cm (en losas que soportan el tránsito de vehículos). En losas prefabricadas y nervadas la altura inicial se puede calcular dividiendo la luz menor por 20.
Predimensionamiento de vigas
En vigas lo que se conoce a priori es su luz W 1 (en vigas con dos apoyos), o sus luces W 1 , W 2 , … , W n (en el caso de vigas con múltiples apoyos). Si la viga está en voladizo, se conoce la longitud del voladizo W b . Se puede considerar como espesor del muro que soporta la viga, sin revestimiento, el espesor de la viga Bw , que siempre debe ser igual o superior a 12 cm. Al igual que en los cálculos de losas, todavía es necesario determinar la altura h de las vigas, que no debe ser inferior a 20 cm.
En vigas con 2 apoyos y sin voladizos en sus extremos, la altura se puede calcular dividiendo el claro W 1 entre 10, redondeado al múltiplo de 5 (mayor).
En vigas con múltiples apoyos, la altura se calculará dividiendo la luz mayor ( W 1 , W 2 o W n ) entre 12, redondeando también al múltiplo de 5 (mayor). Esta altura H se puede utilizar en toda la viga, incluso en las luces más pequeñas.
La altura de la viga en voladizo se puede estimar dividiendo la longitud del voladizo por 5.
Predimensionamiento de pilares
Para los pilares, sólo se conoce la altura, por lo que es necesario determinar el área de la sección transversal del pilar ( A x B ). Las normas técnicas brasileñas, por ejemplo, recomiendan que las dimensiones A y B sean iguales o superiores a 19 cm, pero en casos especiales puede ser de 14 cm, siempre que el área de la sección sea mayor o igual a 360 cm2. Se recomienda que la dimensión mayor de la sección transversal no sea mucho mayor que el doble de la dimensión más pequeña: B ≤ 2A .
La carga de un pilar cambia en cada piso y se puede estimar utilizando «áreas de influencia», que están determinadas por la mitad de la distancia entre los pilares vecinos. Cada m2 de área de influencia de cada losa aportará 1000 kgf de carga al pilar, incluyendo el peso de la losa, el peso de los muros y revestimientos, y las cargas accidentales. Es posible que el aporte de la primera losa, que está en contacto con el suelo, y de la última losa, en la parte más alta del edificio, sea de sólo 500 kgf/m2.
Evidentemente, la carga se acumulará en los pilares de arriba hacia abajo, por lo que cuanto más bajo esté situado el pilar, mayor será el área de su sección, dependiendo de la carga que soporte en su parte superior y de la tensión admisible del hormigón utilizado (sin tener en cuenta su posible y probable flexocompresión). Sólo para efectos del predimensionamiento, se considera un concreto de baja resistencia en el cálculo del área inicial del pilar, con tensión de cálculo admisible, considerando un factor de seguridad de 10 mpa, o 100 kgf/m2, a favor de la seguridad resultante. en pilares más robustos.
Cada pilar debe calcularse individualmente. A continuación se muestra un ejemplo de predimensionamiento de uno de los pilares de un edificio de 5 pisos. Se supone que el área de influencia del pilar fue constante en todos los niveles e igual a 40 m2.
Aclaramos que lo que se presenta en este artículo es sólo un proceso de predimensionamiento para efectos auxiliares en la elaboración de un proyecto arquitectónico. Nunca debe adoptarse como un proyecto estructural final. Todos los cálculos para la construcción del edificio deben ser rigurosamente probados para verificar el cumplimiento de las normas técnicas.
