¿Análisis estructural orientado a componentes o análisis estructural 3D? Normalmente, el software de análisis y diseño estructural se basa en uno de estos dos conceptos para calcular y diseñar estructuras. ¿En qué se diferencian ambos conceptos? ¿Cómo se complementan? ¿Y qué significa esto para tu elección a la hora de buscar el software adecuado para el análisis y diseño estructural? En este artículo encontrarás las respuestas.

El software profesional y potente de análisis y diseño estructural es una herramienta indispensable para los ingenieros de estructuras desde hace décadas. El modelado, los cálculos y el diseño asistidos por ordenador permiten a los ingenieros satisfacer las crecientes demandas del sector en cuanto a rentabilidad, eficiencia, fiabilidad y colaboración digital. El software de análisis y diseño estructural no sólo garantiza una verificación conforme a los códigos y a la legislación, sino que también proporciona cálculos fiables en el menor tiempo posible. Además, en un momento en el que los diseños arquitectónicos son cada vez más sofisticados y complejos, permite a los ingenieros estructurales convertir esos bocetos creativos en realidad.

En primer lugar, es importante saber que no todos los programas de análisis estructural son iguales. Esto se debe principalmente al hecho de que en el análisis estructural y el diseño de estructuras portantes prevalecen dos conceptos legítimos pero fundamentalmente diferentes. Normalmente, el software de análisis y diseño estructural se basa en uno de los dos enfoques siguientes:

> Análisis y diseño estructural orientado a componentes: El análisis y diseño estructural tradicional, orientado a los componentes, sigue la filosofía de realizar las verificaciones, cálculos y diseños estructurales de una estructura basándose en las cargas que actúan sobre cada componente individual. Cada componente se considera un elemento independiente con su propia geometría, materiales y cargas.

> Análisis y diseño estructural en 3D: En cambio, en el análisis y diseño estructural mediante un modelo 3D, toda la estructura portante se modela, analiza y diseña como un sistema coherente, normalmente utilizando el método de los elementos finitos. Esto permite a los ingenieros estructurales tener en cuenta las fuerzas globales que interactúan entre todos los componentes del sistema en su conjunto.

Dado que el análisis estructural orientado a los componentes considera cada componente individualmente, éstos pueden calcularse y diseñarse con especial precisión, un alto nivel de detalle y verificaciones muy especializadas. El ingeniero estructural decide qué componentes de la estructura son aptos para transferir cargas al suelo y, por tanto, se clasifican como portantes.

Las ventajas del análisis estructural orientado a los componentes incluyen:

> Eficiencia y ahorro de tiempo: La verificación de componentes individuales reduce significativamente el esfuerzo de modelado y cálculo. Además, corresponde al ingeniero estructural agrupar los componentes relacionados (por ejemplo, pilares de hormigón en la misma planta) y calcular sólo uno de los componentes como representante del resto. Así, no es necesario verificar cada componente individualmente.

> Verificabilidad y plausibilidad: Los resultados de los cálculos están claramente estructurados y son muy fáciles de entender. Cada verificación se refiere claramente a un componente específico, lo que permite crear y documentar resultados especialmente concisos, plausibles y comprobables para todas las partes implicadas, incluido el ingeniero de pruebas encargado de revisarlos.

> Alto nivel de detalle: Los cambios pueden realizarse y verificarse directamente en un componente individual con un alto nivel de detalle, independientemente de todo el sistema. Si no provocan interacciones importantes entre componentes individuales, los ajustes de diseño en un componente son más fáciles de aplicar que en el modelo 3D.

Debido a sus características, los ingenieros estructurales confían principalmente en el análisis estructural orientado a componentes para las estructuras convencionales en la construcción de edificios tradicionales, donde la transferencia de cargas está claramente definida y es directa. Este enfoque ha demostrado su eficacia en el diseño de edificios residenciales y de oficinas, así como de viviendas unifamiliares, porque produce resultados verificables y comprobables más rápidamente que el análisis estructural más complejo mediante modelos 3D.

En el análisis estructural con modelos 3D, como las estructuras portantes se modelan, calculan y diseñan como un sistema coherente y completo, pueden tenerse en cuenta las interacciones globales entre los componentes. La visión holística de la estructura portante permite a los ingenieros estructurales considerar verificaciones de toda la estructura, análisis dinámicos complejos (por ejemplo, diseño antisísmico) y no linealidades precisas.

Entre las ventajas del análisis estructural en 3D se incluyen:

> Geometrías complejas: En estructuras de forma libre o edificios con rejillas irregulares, la transferencia de cargas suele ser poco clara. Para un análisis estructural preciso y económico, se necesitan modelos 3D porque representan de forma realista no sólo las complejas interacciones de los componentes y las dependencias mutuas, sino también el flujo global de fuerzas y cargas.

> Análisis dinámicos: El método de los elementos finitos permite realizar análisis dinámicos de la interacción de todo el sistema, por ejemplo, en caso de terremotos, viento, vibraciones o tensiones térmicas. También pueden identificarse inestabilidades locales y fallos de estabilidad globales.

> Transferencia de carga automatizada: Como el sistema se ve de forma holística, las reacciones de apoyo de un componente se transfieren automáticamente como cargas a los componentes situados por debajo. Los cambios realizados en un componente del modelo 3D tienen un efecto inmediato y automático en todo el sistema.

Las estructuras complejas de forma libre, como estructuras de cáscara delgada, estructuras de membrana, edificios de gran altura o puentes, pueden diseñarse de forma fiable con la ayuda de software de análisis y diseño estructural en 3D y calcularse utilizando el método de los elementos finitos. Si el flujo de fuerzas y cargas no está claro y la interacción entre componentes es significativa, el enfoque del análisis estructural orientado a componentes alcanza sus límites y el análisis estructural de todo el sistema 3D se convierte en una herramienta indispensable. No obstante, el análisis estructural orientado a componentes puede ser un complemento perfecto del análisis estructural 3D, por ejemplo para examinar nodos complejos o componentes individuales aislados del sistema global y calcularlos por separado con verificaciones muy específicas.

Estos dos conceptos de análisis y diseño estructural no compiten entre sí. Más bien, gracias a sus ventajas contrastadas, se complementan a la perfección y, utilizados conjuntamente, cubren los distintos requisitos del análisis y el diseño estructurales. Este es un punto de partida conveniente para los propietarios o directivos de empresas, ya que en última instancia les permite elegir las soluciones de software que mejor se adapten a sus necesidades entre una amplia gama de opciones. Sin embargo, esto también requerirá que primero aclare para qué tipos de estructuras pretende prestar servicios de planificación y qué requisitos debe cumplir el software de análisis y diseño estructural.
 

A la hora de determinar tus requisitos, responde a las siguientes preguntas clave:

> Tipos de estructuras: ¿Qué grado de complejidad tienen las estructuras que planifica mi oficina de ingeniería? ¿Planifico sólo estructuras simples y convencionales o también estructuras sofisticadas con geometrías complejas?

> Verificaciones: ¿Qué tipo y forma de verificaciones estructurales debo ser capaz de proporcionar? ¿Son suficientes las consideraciones no lineales simples para los componentes individuales, o es necesario tener en cuenta la interacción de los componentes? ¿Es suficiente una verificación sísmica simplificada o es necesario un diseño sísmico en 3D?

> Material: ¿Qué materiales se utilizan normalmente en mis proyectos y puede el software de análisis estructural modelar todos los materiales de construcción utilizados?

> Disciplina: ¿Mi oficina de ingeniería se centra exclusivamente en proyectos de construcción o el software de análisis estructural también tiene que cumplir requisitos de ingeniería civil (por ejemplo, fosos de excavación, cimentaciones profundas o puentes)?

Cada proyecto de construcción plantea exigencias únicas a una empresa de ingeniería y, por tanto, al alcance del software de análisis estructural. En primer lugar, analiza a fondo tus necesidades para reducir las opciones de software a las que mejor te equipen para sus proyectos. Además, considera la posibilidad de combinar software para el análisis estructural orientado a componentes y el análisis estructural mediante modelos 3D para beneficiarte de las ventajas de ambos enfoques.