Ingeniería estructural
La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 19 de diciembre de 2021; las comprobaciones requieren 15 ediciones .La ingeniería estructural es una disciplina científica (ingeniería) [1] que analiza y predice las propiedades de una estructura basándose en las propiedades conocidas de sus componentes (elementos estructurales) [ 2 ] .
Como rama del comercio de la construcción, la ingeniería estructural se ocupa del diseño y la construcción de grandes edificios y estructuras (por ejemplo, puentes, fábricas, torres, estadios). Las tareas de la ingeniería estructural incluyen, entre otras cosas, el estudio de las propiedades de los materiales, la evaluación de las cargas futuras sobre la estructura y la búsqueda del equilibrio más óptimo entre las ventajas arquitectónicas y funcionales de la estructura, así como la reparación y el mantenimiento futuros. costos [3] [4] .
La ingeniería estructural se puede utilizar en el diseño de estructuras mecánicas, aeroespaciales y a nanoescala, y también se puede aplicar en medicina (para la fabricación de equipos médicos, su diseño requiere una comprensión profunda de la ingeniería estructural).
La teoría de la ingeniería estructural se basa en leyes físicas aplicadas y conocimiento empírico sobre las características estructurales de varios materiales y geometrías . La ingeniería estructural utiliza una serie de elementos estructurales relativamente simples para construir sistemas estructurales complejos. Los ingenieros de diseño son responsables del uso creativo y eficiente de herramientas, elementos estructurales y materiales para lograr estos objetivos.
Evolución
La ingeniería estructural se remonta al año 2700 a. C. cuando Imhotep , el primer ingeniero conocido por su nombre en la historia, construyó la pirámide escalonada del faraón Djoser . Las pirámides eran las estructuras grandes más comunes construidas por las civilizaciones antiguas porque la forma estructural de la pirámide es intrínsecamente estable y se puede escalar casi indefinidamente (a diferencia de la mayoría de las otras formas estructurales, que no pueden aumentar de tamaño linealmente con el aumento de la carga).
Los obeliscos en Egipto también tenían una estructura y se colocaban en pozos especiales.
La estabilidad estructural de una pirámide, aunque se logra principalmente por su forma, también depende de la fuerza de la piedra con la que se construye y de su capacidad para soportar el peso de la piedra que se encuentra sobre ella. Los bloques de piedra caliza a menudo se toman de una cantera cerca del sitio de construcción y tienen una resistencia a la compresión de 30 a 250 MPa (MPa = Pa * 10 ^ 6). Por lo tanto, la fuerza estructural (estructural) de la pirámide se deriva de las propiedades materiales de las piedras con las que se construyó, y no de la geometría de la pirámide.
A lo largo de la historia antigua y medieval, la mayor parte del diseño arquitectónico y la construcción fueron realizados por artesanos , como albañiles y carpinteros, que se convirtieron en maestros de obras. La teoría de la ingeniería estructural aún no existía, y la comprensión de cómo se crearon estas estructuras era extremadamente limitada y se basaba casi por completo en datos empíricos sobre "lo que funcionó antes". El conocimiento estaba en manos de los gremios y rara vez era reemplazado por logros. Las estructuras eran repetitivas y la ampliación fue gradual.
No existen registros de los primeros cálculos de la resistencia de los elementos estructurales o del comportamiento de los materiales estructurales, pero la profesión de ingeniero civil no tomó forma hasta después de la revolución industrial y el replanteamiento del hormigón. Las ciencias físicas que subyacen a la ingeniería estructural comenzaron a desarrollarse durante el Renacimiento y desde entonces se han convertido en ciencias de la computación, surgiendo por primera vez en la década de 1970.
Diseño estructural de edificios
La ingeniería estructural de edificios ( ingeniería estructural de edificios, diseño de edificios) incluye toda la ingeniería estructural relacionada con el diseño de edificios y estructuras. Es una rama del diseño estructural estrechamente relacionada con la arquitectura.
Hoy en día, el diseño estructural de edificios (ingeniería estructural de edificios), junto con la ingeniería arquitectónica, es una de las áreas más comunes en la construcción y la arquitectura .
Resistencia estructural
La resistencia estructural es un concepto en ingeniería estructural y mecánica , una de las características de los edificios y estructuras. Indica la resistencia del material de construcción, teniendo en cuenta factores estructurales, tecnológicos y operativos . La resistencia estructural se puede determinar por cuatro criterios principales: rigidez mecánica de la estructura, resistencia del material, confiabilidad y durabilidad de la estructura.
La alta resistencia en sí misma aún no es un indicador suficiente de la calidad del material y su idoneidad para la fabricación de un diseño particular. Para asegurar el rendimiento del material, es necesaria una combinación de resistencia suficientemente alta, ductilidad, umbral de fragilidad a baja temperatura y similares. En este sentido, en la tecnología moderna, junto con los indicadores de resistencia obtenidos durante las pruebas estándar de muestras, que son una característica de la llamada resistencia general del material, utilizan un concepto como resistencia estructural, que se entiende como un conjunto de indicadores que determinan el desempeño de un material en un diseño particular con condiciones de operación dadas.
Los principios generales para elegir criterios para evaluar la resistencia estructural son la analogía del tipo de estado de tensión en los especímenes y productos de prueba; condiciones para probar muestras y condiciones de operación ( temperatura , ambiente, procedimiento de carga, etc.), así como la naturaleza de la destrucción y el tipo de destrucción en la muestra y el producto.
Como resultado de los ensayos mecánicos de muestras estandarizadas de materiales utilizando máquinas de ensayo, se obtienen las siguientes características:
- fuerza (límite de proporcionalidad, límite elástico, límite elástico, resistencia a la tracción, límite de resistencia a largo plazo, límite de resistencia)
- deformación (alargamiento relativo, estrechamiento relativo)
- energía.
Todos ellos caracterizan la resistencia general del material, independientemente del propósito del diseño y las condiciones de operación. Las características de alto rendimiento de la pieza se pueden asegurar teniendo en cuenta todas las características que tienen lugar durante la operación de la pieza y determinan su resistencia estructural.
La resistencia estructural es un concepto complejo que contiene tanto las características del propio material como la fiabilidad y durabilidad de su funcionamiento en una estructura real. La discrepancia entre la resistencia estructural y la resistencia del material, determinada en una muestra utilizando máquinas de ensayo, depende de:
- la forma y el tamaño de la pieza;
- diversos mecanismos de destrucción del material de la pieza;
- el estado del material en las capas superficiales de la pieza;
- anisotropía de las propiedades de los materiales;
- características del medio en contacto con las superficies de la pieza, y similares.
La resistencia estructural se evalúa sobre la base de cálculos, utilizando los métodos de la teoría de la elasticidad, plasticidad, fluencia y resistencia de materiales, métodos de mecánica de fractura. También hay estudios experimentales. La resistencia estructural es una de las principales características de los materiales estructurales en ingeniería estructural.
El diseño de un edificio se construye principalmente a través de la manipulación creativa de materiales y formas, así como de ideas matemáticas y científicas subyacentes, para lograr un objetivo que cumpla con sus requisitos funcionales y sea estructuralmente seguro cuando se somete a todas las tensiones que puede esperar. Esto es ligeramente diferente del diseño arquitectónico, que se basa en la manipulación creativa de materiales y formas, masa, espacio, volumen, textura y luz para lograr un resultado estético , funcional y, a menudo, artístico.
El arquitecto suele ser el diseñador principal de los edificios, mientras que el ingeniero estructural trabaja como subconsultor. La medida en que cada disciplina realmente lidera el proyecto depende en gran medida del tipo de estructura. Muchas estructuras son estructuralmente simples y están impulsadas por la arquitectura, como los edificios de oficinas y residencias de gran altura, mientras que otras estructuras, como las estructuras de tracción, dependen en gran medida de su forma para su resistencia, y el ingeniero puede marcar una diferencia mayor al influir en la forma. .
El diseño del edificio debe garantizar que pueda mantenerse en pie de manera segura, funcionar sin deflexión o movimiento excesivos, lo que puede causar fatiga de los elementos estructurales, agrietamiento y rotura de refuerzos o tabiques, incomodidad para los residentes. Un ingeniero estructural debe considerar los movimientos y fuerzas causados por la temperatura, el agrietamiento y la tensión. También debe garantizar que la estructura se pueda construir sustancialmente dentro de las tolerancias de fabricación permitidas de los materiales. El diseño estructural de un edificio moderno puede ser extremadamente complejo y, a menudo, requiere un gran equipo para completarlo.
Las carreras de ingeniería estructural para edificios incluyen:
- diseño de fachada
- trabajo de techado
- ingeniero de torres
- ingeniero en tecnologia eolica
Véase también
Notas
- ↑ 7 profesiones más demandadas en el mundo . Mesa "Conversación Directa" . Consultado el 18 de marzo de 2019. Archivado desde el original el 9 de marzo de 2019.
- ↑ Alexander Zagoskin. Computadoras cuánticas, ingeniería cuántica y cuántica . Discusión Club Científico Ciencia NUST "MISiS" (12 de septiembre de 2017). Consultado el 18 de marzo de 2019. Archivado desde el original el 14 de marzo de 2019.
- ↑ Schweizerische Akademie der Technischen Wissenschaften. Lehre und Forschung an der ETH Zürich: Eine Festschrift zum 150-Jahr-Jubiläum (alemán) . - Springer Science & Business Media , 2005. - S. 35 -. — ISBN 978-3-7643-7533-1 .
- ↑ David Blockley. Ingeniería estructural: una introducción muy breve . — Oxford University Press , 2014. — Pág. 18—. — ISBN 978-0-19-165209-7 .
- SAJ Parsons. Cómo obtener información sobre ingeniería: Commonwealth and International Library: División de bibliotecas e información técnica . - Elsevier Science , 2013. - Pág. 12 -. — ISBN 978-1-4831-5968-3 .
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