Estructuras Edificación Cype: Máster Internacional En

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MÁSTER INTERNACIONAL EN

ESTRUCTURAS DE

EDIFICACIÓN CON

CYPE BLOQUE 1: BASES DE PROYECTO MÓDULO 1: EL PROYECTO DE ESTRUCTURA TEMA 1: EL PROCESO DE PROYECTO CLASE 01: INTRODUCCIÓN AUTOR: Departamento técnico de Zigurat

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RESPONSABILIDADES:

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El contenido de esta obra está protegido por la Ley de Propiedad Intelectual Española, que establece penas de prisión y/o multas, además de las correspondientes indemnizaciones por daños y perjuicios. No se permite copiar, distribuir, exhibir, ejecutar el trabajo y realizar otros trabajos derivados del mismo con propósitos comerciales. Siempre se debe reconocer y citar al autor original, previa autorización escrita por parte del propietario del copyright.

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CLASE 01 | Introducción

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Indicarle que la totalidad del contenido de este manual: texto, imágenes, gráficos, así como la estructura, selección, ordenación y presentación de sus contenidos, se encuentra protegido por las leyes de Propiedad Intelectual e Industrial, quedando prohibida su reproducción, distribución, comunicación pública y transformación.

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ÍNDICE

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CLASE 01 | Introducción

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1. El edificio como sistema ................................................................................................. 4

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2. El subsistema estructural ............................................................................................... 6

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3. La estructura en el conjunto del proyecto .................................................................. 9

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4. Fases del proyecto de estructura ................................................................................ 11 4.1. Estructuración ............................................................................................................11 4.2. Análisis ....................................................................................................................... 12 4.3. Dimensionamiento ................................................................................................... 12 4.4. Representación y documentación......................................................................... 12 4.5. Aplicación del software en cada fase.................................................................... 13

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CLASE 01 | Introducción

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Vídeo 1.1 El edificio como sistema

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1. El edificio como sistema

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El edificio es un sistema en el que todo está conectado, cada elemento forma parte de un

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conjunto. Para abordar su complejidad, podemos pensarlo como un conjunto de

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subsistemas más o menos especializados: sistema estructural, sistema envolvente, sistema

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de compartimentación, sistema de acabados, sistema de acondicionamiento, sistemas de

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edificio.

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La interacción entre los diferentes elementos del edificio es fundamental en el diseño. En

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basarse únicamente en su propia optimización, sino ser óptima para el conjunto del

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servicios... pero no deja de ser uno, por lo que la resolución de cada sistema no puede

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el caso de la estructura, son claros ejemplos su interacción con los cerramientos –ya que

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interrumpe su continuidad-, con las instalaciones –interrumpe el desarrollo de los

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conductos- e incluso con los propios espacios del edificio.

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. Su resistencia es una condición fundamental, pero no es la finalidad única, ni siquiera la primaria.

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Eduardo Torroja en Razón y ser de los tipos estructurales, 1957

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Cita

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CLASE 01 | Introducción

El edificio es además un sistema en contacto con el exterior. Desde el punto de vista

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estructural, este contacto se produce en la cimentación. Del mismo modo que en el diseño

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general consideramos el entorno, en el diseño de la ventilación debemos cuidar las

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ventanas y las bocas de aireación o en el diseño de instalaciones conocer cómo son los

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suministros y cuidar las acometidas, en el diseño estructural debemos analizar el suelo y

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proyectar las cimentaciones y contenciones que relacionan al edificio con dicho suelo.

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Vídeo 1.2 Ricardo Aroca Hernández-Ros. La estructura en el proyecto.

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Conferencia pronunciada en el Instituto Eduardo Torroja. 7 de abril de 2011

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CLASE 01 | Introducción

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2. El subsistema estructural ra

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El edificio es uno y la estructura es una parte inseparable de esa unidad. Estructura es el

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elemento o conjunto de elementos capaces de resistir su propio peso y las acciones

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Figura 2.1 Iglú

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En los casos más sencillos, la estructura es todo el edificio.

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exteriores y transmitirlas al terreno. Estos elementos pueden tener o no otras funciones.

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http://www.flickr.com/photos/mprinke/2369417992/sizes/z/in/photostream/

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En obras de albañilería o de concreto, los muros portantes, además de sostener los

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elementos de piso y cubierta, forman parte del cerramiento. La cúpulas y bóvedas de

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Figura 2.2 Muros y bóvedas

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piedra o ladrillo y las losas de hormigón forman la propia cubierta de muchos edificios.

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http://www.flickr.com/photos/cigumo/3377974904/sizes/z/in/photostream/

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CLASE 01 | Introducción

En otros muchos casos la estructura está formada por elementos específicos cuya misión

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es únicamente sostener los elementos de cubierta y cerramiento, como apuntaban las

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Figura 2.3 Bóveda de crucería

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bóvedas de crucería góticas.

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http://www.flickr.com/photos/jorapa/3382758523/sizes/z/in/photostream/

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esqueleto las acciones que reciban directamente.

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que sostienen elementos sin misión portante específica, más allá de transmitir a dicho

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actuales tienen un esqueleto estructural formado por barras de hormigón, acero o madera

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Aunque todavía se usan en algunos casos muros portantes, la mayoría de los edificios

El esqueleto habitual consiste en

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cerramientos, los forjados y las cubiertas.

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soportes verticales y vigas horizontales o inclinadas que reciben las acciones de los

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Figura 2.4 Joseph Paxton. Crystal Palace, Londres, 1951. Estructura: Fox Henderson

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CLASE 01 | Introducción

Las losas y forjados se suelen considerar también parte de la estructura, aunque en

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muchas ocasiones se calculan independientemente del esqueleto principal. Esto simplifica

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los cálculos manuales y permite una gran versatilidad en los programas de cálculo, como

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global.

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es el caso de Cype3D. CYPECAD, por el contrario, integra las losas y forjados en un modelo

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Figura 2.5 Estructura en Cype 3D y estructura en CYPECAD

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CLASE 01 | Introducción

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Vídeo 3.1 La estructura en el conjunto del proyecto

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3. La estructura en el conjunto del proyecto

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Imagen: Terminal TWA en el Aeropuerto JFK, New York

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El proyecto define los procesos de ejecución y las características de una edificación para

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cumplir los objetivos y las funciones para las que se construye. gestionar la relación entre el proyecto global y el proyecto de la estructura resistente, pero

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A veces una misma persona proyecta el edificio en su totalidad y verifica su seguridad

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la coordinación debe ser total.

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El proyecto de la estructura es una parte del proyecto del edificio. Hay muchas maneras de

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estructural, otras veces lo hacen personas diferentes, bien formando parte del mismo

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despacho o bien como asociados. Sea cual sea la relación profesional, es importante la

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coordinación de todos los miembros del equipo. La intensidad de la comunicación depende

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de pisos es habitual que el proyectista domine las tipologías habituales y, aunque no

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primeros bocetos son fundamentales.

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singulares hay muchas más alternativas y las aportaciones de los especialistas desde los

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calcule, suele tener conocimientos para plantear el diseño. Por el contrario, en edificios

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de la complejidad del edificio y de los conocimientos de cada cual. Por ejemplo, en edificios

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CLASE 01 | Introducción

Un ejemplo extremo de los problemas que puede ocasionar no prever la estructura desde

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un principio es la ópera de Sidney, proyectada por Jørn Utzon. El diseño y cálculo de la

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Vídeo 3.2 Sydney Opera House

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estructura corrió a cargo de Ove Arup & Partners.

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En este artículo de Tania Diez Peñazola, titulado Opera House de Sidney. La dramática historia

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años de trabajo, con los consiguientes retrasos e incrementos de costes, toda una odisea.

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La obra empezó sin que nadie tuviese claro cómo se resolvería la cubierta, lo que supuso

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alrededor de su construcción, podemos consultar una amena narración de la historia. El

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interrogante final es elocuente, pero sólo aplicable en edificios de esta entidad.

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En los edificios convencionales las dificultades no alcanzan esas cotas, pero una adecuada coherente y evita dificultades posteriores: interferencias con otros sistemas del edificio,

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sobrecoste-, apeos evitables, etc.

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elementos con dimensiones excesivas, armados desmesurados –con el consiguiente

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concepción de la estructura desde los primeros pasos ayuda a conseguir un proyecto

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 ...espacios y recorridos: Soportes que ocupan espacios excesivos en habitaciones, estrechan pasillo o escaleras, dificultan las maniobras en los aparcamientos, etc.  ...cerramientos y particiones: Los soportes, vigas y forjados son puntos de discontinuidad en los cerramientos y particiones, lo que da lugar a cambios de material –con posibles movimientos higrotérmicos, problemas de adherencia, etc.- y a puentes térmicos y acústicos.  ...conductos e instalaciones: Los conductos verticales suelen bajar próximos al perímetro, con lo que interfieren con las vigas de borde, o a los soportes, perjudicando la transmisión de las cargas de las losas y forjados. Los conductos horizontales se ven obstaculizados por las vigas de canto; especialmente conflictivos son los conductos de aire, por sus enormes secciones.

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Ejemplos típicos son las interferencias entre la estructura y...

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CLASE 01 | Introducción

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4. Fases del proyecto de estructura

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Vídeo 4.1 Fases del proyecto de estructura

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4.1. Estructuración

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Estructuración, análisis, dimensionamiento y documentación. Todas son importantes, si alguna falla las demás se resienten.

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Podemos dividir el proyecto varias fases no necesariamente estancas:

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La fase clave en el proyecto es la estructuración. Consiste en determinar la forma y los

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materiales que se van a utilizar. Dependiendo del tipo de edificio y del entorno de trabajo

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Por ejemplo, si tenemos que cubrir un polideportivo, podemos usar muchos sistemas diferentes; en un edificio de viviendas, pocas veces nos saldremos de los soportes – complementados o no con muros- verticales y las losas con o sin vigas. Si trabajamos en una gran ciudad podemos contar con muchos tipos de estructura y medios de ejecución para elegir, si trabajamos en zonas más apartadas tendremos que utilizar los medios disponibles en la zona.

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el abanico de posibilidades mayor o menor.

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concienzudamente casos similares.

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con criterio ayuda la retroalimentación que supone haber analizado y dimensionado

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La estructuración es un proceso creativo, en cierta medida intuitivo, aunque para actuar

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Vídeo 4.2 José Calavera Ruiz. Conferencia Intuición y cálculo estructural ¿dos amigos?

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Escola Superior d'Arquitectura de Barcelona (ETSAB), 8 de marzo de 2008

En esta fase es clave la coordinación para llegar a un proyecto coherente en el que todos

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los subsistemas del edificio se integren en el conjunto.

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CLASE 01 | Introducción

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4.2. Análisis

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El análisis consiste en cuantificar los efectos de las acciones que actúan sobre la estructura.

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Para ello elaboramos un modelo matemático, le aplicamos las acciones previstas y

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calculamos sus efectos, es decir, las deformaciones y esfuerzos que provocan.

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En esta fase podemos hacer una primera valoración de la validez de la solución y, si es

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preciso, replantear la estructuración, siempre en coordinación con los demás miembros

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4.3. Dimensionamiento

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del equipo.

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El dimensionamiento consiste en cuantificar la respuesta de la estructura y verificar que

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sea superior a los efectos de las acciones, es decir, comprobar que la estructura resiste y

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sigue siendo apta para que el edificio funcione con normalidad.

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En caso negativo, debemos valorar si es preciso replantear la estructuración (improbable

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si está bien pensada y no se detectaron anomalías en la fase de análisis) o simplemente

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acondicionado no pudiesen pasar debido a un aumento del descuelgue de unas vigas.

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miembros del equipo. No sería de recibo, por ejemplo, que los conductos de aire

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retocar algunos elementos. Sigue siendo importante la coordinación con los demás

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4.4. Representación y documentación

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El objetivo del proyecto es definir cómo será el edificio y cómo se ejecutará, el proyecto es

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un instrumento de comunicación. Los principales destinatarios de esta comunicación son

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aquellos que van a construir el edificios, pero también los técnicos que deben auditarlo y,

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La representación, como fase final del proyecto, supone validar o invalidar todo el trabajo

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en última instancia, los propietarios y los encargados de su mantenimiento posterior.

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lo que hayamos hecho bien.

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anterior. No vamos a arreglar lo que hayamos hecho mal antes, pero sí podemos estropear

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CLASE 01 | Introducción

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4.5. Aplicación del software en cada fase

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Figura 4.1 Aplicación del software en cada fase

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La primera fase, más creativa, es tarea del técnico, actualmente sólo el cerebro humano

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como cualquier proyecto de arquitectura.

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tiene la capacidad suficiente para crear la estructura partiendo de un abanico de datos

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Figura 4.2 Optimización de la forma de un puente.Garret N. Vanderplaats.

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fases muy tempranas.

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Existen investigaciones sobre las posibilidades de la inteligencia artificial, pero todavía en

Documento 4.1 Sistemas expertos de asistencia en el diseño de estructuras

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(fuente: Structural Optimization for Statics, Dynamics and Beyond)

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en el diseño asistido de estructuras)

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(fuente: Análisis de sensibilidad con comportamiento no lineal del material y su aplicación

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También en fases de investigación, aunque con resultados más concretos y aplicaciones

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dentro de una determinada tipología, pero siempre con condicionantes bastante acotados.

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Documento 4.2 VV.AA. Nuevas técnicas de optimización de estructuras. Revista 3ciencias

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varias, están los algoritmos y programas de optimización, que buscan soluciones óptimas

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CLASE 01 | Introducción

Dejando a un lado el mundo de la investigación y centrándonos en la aplicación práctica,

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lo que tenemos son programas que nos facilitan el análisis de esfuerzos, el

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–planos- como escrita.

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dimensionamiento de elementos y la elaboración de la documentación final, tanto gráfica

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El apoyo informático consiste básicamente en comprobar lo que el usuario ha diseñado previamente. Sí podemos obtener cierta automatización, es decir, un programa puede

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fácilmente tantear todos los perfiles de acero de una serie para encontrar el más adecuado

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o apurar al máximo el armado de una sección de concreto, pero siempre se trata de

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ni de qué material construirlos.

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cuestiones muy puntuales, los programas no deciden qué soportes poner, dónde ponerlos

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No obstante, no por eso dejan de ser útiles en el diseño. La potencia de cálculo

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tridimensional y la representación gráfica de los resultados nos facilitan valorar

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rápidamente el comportamiento de la estructura; esta velocidad del análisis y

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© Zigurat Global Institute of Technology S.L

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más se adecue a proyecto.

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dimensionamiento nos permite tantear en poco tiempo varias posibilidades y elegir la que

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