Antes de que se coloque el primer hierro en obra, una estructura ya fue construida, cargada y puesta a prueba… dentro de una computadora. Eso es, en pocas palabras, el análisis estructural por elementos finitos: una herramienta que nos permite anticipar cómo va a comportarse una estructura frente a su propio peso, al uso, al viento, a la nieve o a un sismo.
En esta entrada te contamos qué es, cuándo conviene usarlo y cómo lo aplicamos en SARCO, con dos obras reales del estudio.
¿Qué es el análisis estructural?
Es el proceso de calcular cómo responde una estructura a las cargas que actúan sobre ella: cuánto se deforma, qué esfuerzos aparecen en cada viga, columna, losa o fundación, y qué tensiones le transmite al suelo. Con esos resultados después se dimensionan y verifican los elementos según la normativa (en Argentina, los reglamentos CIRSOC).
En estructuras simples, este análisis puede hacerse con métodos clásicos. Pero cuando la geometría se complica, las cargas son muchas o se necesita estudiar el comportamiento en conjunto, entra en juego el método de los elementos finitos.
¿Qué es el método de los elementos finitos?
La idea es sencilla: dividir una estructura compleja en muchas partes pequeñas y simples, llamadas elementos, conectadas entre sí por puntos llamados nodos. Ese conjunto forma una malla.
Para cada elemento, el comportamiento se puede describir con ecuaciones conocidas. El programa arma y resuelve el sistema completo —miles de ecuaciones a la vez— y obtiene los desplazamientos de cada nodo. A partir de ahí calcula esfuerzos, tensiones y deformaciones en toda la estructura.
Cuanto más fina es la malla en las zonas críticas, más precisa es la respuesta. Por eso una parte importante del trabajo es definir bien el modelo y la malla.
¿Cuándo conviene usarlo?
- Losas y plateas con formas irregulares, aberturas o cargas concentradas.
- Fundaciones sobre el terreno: para ver cómo se reparten las tensiones en el suelo y verificar que no superen su capacidad.
- Naves industriales y estructuras metálicas, donde interesa el comportamiento del conjunto frente al viento.
- Análisis sísmico, para estudiar los modos de vibración de la estructura.
- Estructuras existentes que necesitan una verificación o un refuerzo.
- Piezas o uniones especiales, donde las tensiones no se reparten de forma simple.
Cómo lo aplicamos en SARCO
- Modelo geométrico. Representamos la estructura en software especializado como CYPECAD y CYPE 3D, trabajando bajo protocolo BIM.
- Materiales y apoyos. Definimos hormigón, acero o madera, y cómo se vincula la estructura con el terreno.
- Cargas. Aplicamos cargas permanentes, de uso, viento, sismo y nieve según los reglamentos CIRSOC y las condiciones de la zona.
- Mallado y cálculo. El programa discretiza la estructura y resuelve el modelo.
- Interpretación y verificación. Revisamos deformaciones, esfuerzos y tensiones, y verificamos cada elemento. El software calcula; el criterio lo pone el ingeniero.
- Documentación. Volcamos los resultados en planos y en la memoria de cálculo.
Un modelo es tan bueno como sus hipótesis. Por eso siempre contrastamos los resultados con cálculos manuales y órdenes de magnitud conocidos. Un número que sale de la computadora no se da por bueno hasta que tiene sentido físico.
¿Qué resultados obtenemos?
- Deformadas: cómo se mueve la estructura bajo carga, para controlar flechas y desplazamientos.
- Diagramas de esfuerzos: momentos, cortes y esfuerzos normales en vigas y columnas.
- Mapas de colores (isovalores): que muestran dónde se concentran las tensiones en losas, plateas y en el terreno.
- Modos de vibración: fundamentales para el análisis sísmico.
Casos reales del estudio
Las dos obras están en el barrio Altos del San Jorge, en Junín de los Andes, son proyectos de la arquitecta Ivana Passarotti y hoy están en ejecución. En cada una el modelo de elementos finitos respondió una pregunta distinta. Al final sumamos un tercer caso: la verificación de uniones metálicas.
Vivienda en Altos del San Jorge: cómo trabaja la platea sobre el terreno
Es una vivienda de 120 m² en una planta, apoyada sobre una platea de hormigón armado de 15 cm rigidizada con vigas de 20 × 35 cm. Con el modelo verificamos la tensión que la platea le transmite al suelo en cada punto.
El mapa de isovalores muestra un máximo de ≈ 0,33 kg/cm², por debajo de la tensión admisible de 0,50 kg/cm² especificada para el relleno calcáreo compactado. En otras palabras: en ningún sector de la platea se le pide al terreno más de lo que puede dar.
Casa Mignone: el techo de madera bajo la nieve
En Junín de los Andes la nieve define el techo. El reglamento CIRSOC 104 fija para la localidad 250 kg/m² sobre el suelo; para una cubierta de 20° la carga de diseño queda en 146,30 kg/m².
En CYPE 3D cargamos esa nieve sobre cada cabio de pino (3″ × 6″ cada 50 cm), la combinamos con el peso propio, las sobrecargas, el viento y el sismo, y analizamos la deformada del techo y de toda la estructura. Así controlamos las flechas antes de que la estructura exista.
Podés ver las dos obras completas en Vivienda en Altos del San Jorge y Casa Mignone.
Uniones metálicas: verificación con CYPE Connect
En una estructura metálica, las barras suelen ser la parte sencilla. Las uniones —placas, soldaduras, bulones y rigidizadores— son donde se concentran las tensiones, y un detalle mal resuelto puede comprometer todo el conjunto. Por eso otros profesionales y constructores nos piden verificarlas.
Para hacerlo usamos CYPE Connect. Tomamos los perfiles y los esfuerzos del modelo de CYPE 3D y armamos cada unión en 3D: un nudo viga-columna con placa frontal abulonada, o la base de una columna con su placa, rigidizadores y pernos de anclaje al dado de hormigón.
Cada placa y cada perfil se discretiza en una malla de elementos finitos, y las soldaduras y los bulones se modelan con su propio comportamiento. El análisis es no lineal: deja que el acero plastifique y controla que la deformación de cada pieza no supere el límite admisible. Además verifica las soldaduras y, en los bulones, la tracción, el corte y el aplastamiento.
El resultado es un mapa de colores que muestra dónde trabaja más la unión. Con eso decidimos si alcanza como está o si hay que reforzarla —más espesor de placa, otro rigidizador, más garganta de soldadura— antes de que la pieza llegue al taller, cuando corregirla todavía cuesta poco.
¿Qué gana tu obra?
- Seguridad: se detectan zonas críticas antes de construir.
- Economía: se evita sobredimensionar, usando el material donde realmente hace falta.
- Menos imprevistos en obra: los problemas se resuelven en el modelo, no con la obra en marcha.
- Documentación clara: planos y memorias listos para presentar y ejecutar.
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