Garantizar las normas de seguridad en los diseños estructurales de acero inoxidable
Según Esther Real, coordinadora del proyecto New GeneSS, una de las características distintivas de las estructuras de acero inoxidable que se utilizan en la construcción de edificios e industrias es que cada componente se evalúa de forma individual. Según ella, esto suele dar lugar a diseños demasiado simplistas y que requieren mucho tiempo. «En realidad, las estructuras funcionan más como organismos, con vigas, pilares y sus conexiones, todo interactúa. Cuando algunos elementos no pueden resistir las cargas, estas se transfieren a otros elementos. Los diseños tradicionales pasan por alto este dinamismo», explica Itsaso Arrayago, coordinadora del proyecto. El equipo del proyecto New GeneSS, emprendido con el apoyo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie, se propuso contribuir a la reciente tendencia hacia el método de diseño directo (MDD) más holístico. Mediante el uso de un «software» de simulación avanzada, calibraron los factores de seguridad necesarios para garantizar que los riesgos estructurales se situaran dentro de los límites de tolerancia estipulados por la normativa europea. El equipo elaboró además un manual de diseño, adaptado para ingenieros y arquitectos.
Establecimiento de normas de seguridad
Los recientes avances en el «software» de análisis estructural han permitido que los diseñadores, guiados por los principios del MDD, puedan predecir con precisión el comportamiento de estructuras complejas enteras. Sin embargo, antes del proyecto New GeneSS no se habían establecido normas de seguridad para garantizar que los diseños cumplieran los requisitos de seguridad europeos. Para redactar las directrices de seguridad, el equipo del proyecto recopiló datos sobre estructuras de acero inoxidable, especialmente en lo relativo a materiales, dimensiones y propiedades geométricas. «Esperábamos datos de los productores de acero inoxidable, pero la pandemia nos obligó a recopilar datos de estudios anteriores, lo cual refuerza la importancia de almacenar y comunicar siempre los datos. Nunca se sabe cuándo pueden ser útiles para otros», señala Arrayago, de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC), entidad anfitriona del proyecto. Los datos se utilizaron como entrada para simulaciones informáticas —el «software» de los elementos finitos Abaqus— que evaluaron la probabilidad de fallos estructurales en distintos escenarios. Tras construir un modelo tridimensional preciso de pórticos estructurales variados —con distintas geometrías y secciones—, el equipo aplicó diversas cargas. Se aplicaron códigos reglamentarios —con ecuaciones que tienen en cuenta una serie de alturas estructurales, condiciones meteorológicas y ubicaciones geográficas (entre otros criterios)— para determinar la respuesta estructural probable. «Queríamos determinar la carga máxima que podía soportar cada estructura antes de derrumbarse, para estimar su “probabilidad de fallo”. Los parámetros de seguridad se midieron tras hacer artificialmente que las estructuras fueran menos resistentes y las cargas mucho más elevadas de lo que serían en la realidad», añade Real. En total se realizaron ocho mil pruebas virtuales.
Múltiples ventajas
La contribución del proyecto ayuda a reducir el tiempo necesario para diseñar estructuras de acero inoxidable seguras, innovadoras y más eficientes. «Según nuestros análisis, el uso de este nuevo método de diseño directo con nuestras directrices ahorra, de media, alrededor de un 15 % de materiales en comparación con los métodos actuales más tradicionales, con reducciones de hasta un 23 % en algunos casos», señala Arrayago. Esto no solo significa que las estructuras son más baratas y rápidas de construir, sino que, al evitar parte de las emisiones de carbono asociadas a la producción de materiales, también son menos perjudiciales para el medio ambiente. Las orientaciones del proyecto para ingenieros y arquitectos, adaptadas específicamente a las normas europeas, americanas y australianas ya están disponibles de forma gratuita. «Aunque el MDD aún está en fase de desarrollo y todavía no se ha incluido en los códigos europeos de construcción con acero inoxidable, nuestras orientaciones sobre seguridad ya pueden utilizarse. Asimismo, se están realizando esfuerzos para integrar el MDD en los códigos europeos y ponerlos a disposición de los diseñadores. Pero tenemos que seguir investigando otros materiales para garantizar la coherencia en todas las especificaciones de diseño europeas», comenta Real. En la actualidad, el equipo está ampliando sus orientaciones para un MDD seguro a las fabricaciones de acero estructural comunes (no inoxidable), así como extendiendo el paradigma del diseño basado en sistemas a estructuras que van más allá de los pórticos, como los puentes.
Palabras clave
New GeneSS, acero inoxidable, análisis estructural, diseño directo, seguridad
